Genotoxicity and cytogenetic effects of white phosphorus

In previous studies, the authors of this article demonstrated the metabolism of white phosphorus by fungal cultures. However, the toxic properties of substances are characterised by a different nature. Therefore, research into genotoxicity as a possible source of mutations appears to be of a great interest. In the present work, the genotoxicity of white phosphorus was evaluated using the Ames test, which showed its absence. However, despite all the advantages of this method, the sole Ames test cannot be considered to be a reliable assessment of genotoxicity. For this purpose, a number of tests are frequently used, including the SOS-lux test for DNA damaging activity. In the present work, the SOS-lux test did demonstrate the genotoxicity of white phosphorus. Although the value of DNA-damaging activity for this substance was low, this result was obtained for the first time: all available literature sources had thus far reported no genotoxic properties of white phosphorus. Since the genetic apparatus in prokaryotes is distinct from that in eukaryotes (including humans), the results of studies on Salmonella cannot be directly extrapolated to humans. In addition to gene mutations studied by the Ames and SOS-lux tests and characterised by a common nature in all living organisms, there are genomic rearrangements that should be studied on eukaryotes. For this purpose, the Allium test applied in onion roots (Allium cepa L.) is suitable. In the present study, a negative effect of white phosphorus on the cell cycle of eukaryotes was studied for the first time by the Allium test. Even at very low concentrations of about 0,01%, white phosphorus is established to increase the number of chromosomal aberrations by an order of magnitude.

Salmonella typhimurium, SOS-lux-тест, Allium тест, white phosphorus, genotoxicity, Ames test, Salmonella typhimurium, DNA damaging activity, SOS-lux test, eukaryotes, chromosomal aberrations, cell cycle, Allium test

1. Миндубаев А.З., Яхваров Д.Г. Фосфор: свойства и применение // Бутлеровские сообщения. 2014. Т. 39. № 7. С. 1-24.

2. Миндубаев А.З. Кто съел полиэтилен? // Наука и жизнь. 2018. N. 4. С. 32-38.

3. Saraswat S. Patent Analysis on Bioremediation of Environmental Pollutants // Journal of Bioremediation and Biodegradation. 2014. Vol. 5. No. 251. P. 1-6. DOI:10.4172/2155-6199.1000251.

4. Пат. на изобретение № 2603259, РФ. Способ детоксикации белого фосфора с при-менением штамма микроорганизмов Trichoderma asperellum ВКПМ F-1087 / А.З. Миндубаев, Ф.К. Али-мова, А.Д. Волошина, Е.В. Горбачук, Н.В. Кулик, С.Т. Минзанова, Р.И. Тухбатова, Д.Г. Яхваров. Дата приоритета 28.07.2015, регистрационный номер 2015131380 (048333). Решение о выдаче патента от 29.08.2016. Бюл. 33.

5. Миндубаев А.З., Волошина А.Д., Валидов Ш.З., Яхваров Д.Г. Биодеградация белого фосфора // Природа. 2017. N 5. С. 29-43.

6. Миндубаев А.З., Волошина А.Д., Бабынин Э.В., Бадеева Е.К., Хаяров Х.Р., Минзанова С.Т., Яхваров Д.Г. Микробиологическая деградация белого фосфора // Экология и промышленность России. 2018. Т. 22. N 1. С. 33-37.

7. Mortelmans K., Zeiger E. The Ames Salmonella/microsome mutagenicity assay // Mutation Research. 2000. Vol. 455. No. 1-2. P. 29-60.

8. Thoma R., Schwander M., Liebl W., Sterner R. A histidine gene cluster of the hyperthermophile Thermotoga maritima: sequence analysis and evolutionary significance // Extremophiles. 1998. Vol. 2. No. 4. P. 379-389.

9. Grifoni A., Bazzicalupo M., Di Serio C., Fancelli S., Fani R. Identification of Azospirillum strains by restriction fragment length polymorphism of the 16S rDNA and of the histidine operon // FEMS Microbiology Letters. 1995. Vol. 127. No. 1-2. P. 85-91.

10. Миндубаев А.З., Волошина А.Д., Кулик Н.В., Минзанова С.Т., Миронова Л.Г., Яхваров Д.Г., Бабынин Э.В., Валидов Ш.З., Аккизов А.Ю., Оценка генотоксичности белого фосфора. Развитие бактериальной культуры в среде с фосфитом калия в качестве единственного источника фосфора // Бутлеровские сообщения. 2016. Т. 47. N 7. С. 1-20.

11. Cooper D.L., Lovett S.T. Toxicity and tolerance mechanisms for azidothymidine, a replication gap-promoting agent, in Escherichia coli // DNA Repair (Amst). 2011. Vol. 10. No. 3. Р. 260-270.

12. Davidov Y., Rozen R., Smulski D.R. Van Dyk T.K., Vollmer A.C., Elsemore D.A., LaRossa L.A., Belkin S. Improved bacterial SOS promoter&Co-lon; lux fusions for genotoxicity detection // Mutation Research. Genetic Toxicology and Environmental Mutagenesis. 2000. Vol. 466. No. 1. Р. 97-107. https://doi.org/10.1016/S1383-5718(99) 00233-8.

13. Fiskesjo G. Allium test for screening chemical evaluation of cytological parameters. In: Plants for Environmental Studies. New York: Lewis Publishers, 1997. P. 300-333.

14. Bueren-Calabuig J.A., Negri A., Morreale A. Gago F. Rationale for the opposite stereochemistry of the major monoadducts and interstrand crosslinks formed by mitomycin C and its decarbamoylated analogue at CpG steps in DNA and the effect of cytosine modification on reactivity // Org. Biomol. Chem. 2012. Vol. 10. No. 8. P. 1543-1552.

15. Linley E., Denyer S.P., McDonnell G. Simons C., Maillard J.-Y. Use of hydrogen peroxide as a biocide: new consideration of its mechanisms of biocidal action // Journal of Antimicrobial Chemotherapy. 2012. Vol. 67. No. 7. P. 1589-1596.

16. Миндубаев А.З., Волошина А.Д., Кулик Н.В., Минзанова С.Т., Миронова Л.Г., Яхваров Д.Г., Бабынин Э.В., Сахапов И.Ф., Валидов Ш.З., Аккизов А.Ю. Генотоксичность белого фосфора // Бутлеровские сообщения. 2017. Т. 49. N 1. С. 1-20.

17. Иванов В.Б. Клеточные основы роста растений. М.: Наука. 1974. 231 с.

18. Тейлор Д., Грин Н., Стаут У. Биология: в 3 т.; 3-е изд. / пер. с англ.; под ред. Р. Сопера. М.: Мир. 2004. Т. 3. 451 с.

19. Lamsal K., Ghimire B.K., Sharma P., Ghi-miray A.K., Kim S.W., Yu C.Y., Chung I.M., Lee Y.S., Kim J.-S., Shakya S.R. Genotoxicity evaluation of the insecticide ethion in root of Allium cepa L. // Afr. J. Biotechnol. 2010. Vol. 9. No. 27. P. 4204-4210.

20. Миндубаев А.З., Бадеева Е.К., Минзанова С.Т., Миронова Л.Г., Волошина А.Д. Бабынин Э.В., Акосах Й.А., Пискунов Д.Б., Махиянов А.Н. Цитогенетическое действие белого фосфора // Бутлеровские сообщения. 2018. Т. 55. N 9. С. 1-21.

21. Тейлор Д., Грин Н., Стаут У. Биология: в 3 т.; 3-е изд. / пер. с англ.; под ред. Р. Сопера. М.: Мир. 2004. Т. 1. 454 с.

22. Миндубаев А.З., Яхваров Д.Г., Акосах Й.А. Фосфиноксид как предполагаемый интермедиат биологических процессов // Бутлеровские сообщения. 2018. Т. 53.N 3. С. 1-34.

23. Прохорова И.М., Ковалева М.И., Фомичева А.Н. Генетическая токсикология: лабораторный практикум. Ярославль: Изд-во Ярославского государственного ун-та им. П.Г. Демидова, 2005. 132 с

24. Toxicological profile for white phosphorus. U.S. Department of health and human services. USA. 1997. 248 p