Leeswijzer

• Aanwijzingen voor neurotoxiteit
• Schade aan gaba-neuronen (c. elegans)
• Gedragsverandering (C. Elegans)
• Effect op neurodopaminerge neuronen (c. elegans)
• Gedragsverandering (karpers)
• Schade aan astrocyten (ratten)
• Neurotoxiciteit (ratten)
• Neuroinflammatie (ratten en muizen)
• Toxiciteit darmepitheel (mens)
• Toxiciteit witte bloedcellen (mens)
• Aanwijzingen voor immunotoxiciteit (mens)
• Toenemende kans op parkinson (mens)

De werking van Mancozeb

Mancozeb is a non-systemic contact fungicide with protective multi-side activity, effective on the germination of spores. It acts by blocking the pathogenic fungal metabolism at the cellular level, at several stages of the physiologically important Citrate cycle, known as the main pathway of the Acetyl coenzyme-A metabolism, and strongly linked to the cellular energy metabolism and the amino-acid synthesis | Commission Directive 2005/72/EC

De voorgestelde molecuulstructuur van mancozeb (C4H6MnN2S4)x(Zn)y), een polymeercomplex van ‘maneb eenheden’ (Maneb is reeds verboden in de EU) 

Mancozeb is in de EU toegelaten op 1 juli 2006 (Commission Directive 2005/72/EC). Volgens het bijbehorende document grijpt mancozeb in op de citroenzuurcyclus van de schimmels die bestreden worden en zorgt blootstelling ervoor dat de sporen van schimmels niet ontkiemen. De schimmels kunnen zich dus niet voortplanten. De citroenzuurcyclus waar mancozeb op ingrijpt komt niet alleen in schimmels voor. Het komt in alle levende organismen voor en is van belang voor de energiehuishouding. Daarnaast is onderzocht hoe MZ de activiteit van bepaalde eiwitten en enzymen remt. De interactie van MZ met enzymen wordt waarschijnlijk veroorzaakt door de hoge affiniteit van het complex voor de SH-groepen op enzymen. MZ zou met enzymen complexeren (chelatie). Voor Maneb is dit bewezen.

In de mens wordt MZ geabsorbeerd door de huid, slijmvliezen en ademhalings- en maagdarmkanalen en gemetaboliseerd via de leverenzymen.

Aanwijzingen voor neurotoxiteit

We observed a higher PD prevalence in farmers who used pesticides, on almost all French crops and livestock. Particularly, the present study provides further support for specific active ingredients applied to crops, which have previously been associated with PD such as rotenone, a natural insecticide, diquat and paraquat, bipyridil herbicides and the dithiocarbamate fungicides maneb, mancozeb and ziram | Pouchieu, 2018

Schade aan gaba-neuronen (c. elegans)

Blootstelling aan mancozeb (MZ) wordt in verband gebracht met een verhoogde kans op parkinson en immunotoxiciteit in de mens. Daarnaast leidt blootstelling tot neurodegeneratie, genotoxiciteit en gedragsstoornissen in een verscheidenheid aan organismen. Hieronder een greep uit de wetenschappelijke literatuur:

In the context of the expanding interest of neurotransmitters other than dopamine involved in Parkinson’s disease, it is timely that our research has shown a potentially increased vulnerability of GABAergic neurons to a widely used glyphosate-containing herbicide and a popular Mn-containing fungicide, Mancozeb | Negga, 2012

C. Elegans is een wormpje dat genetisch zeer op de mens lijkt. Het wormpje wordt veel gebruikt als modelorganisme voor onderzoek van ziektemechanismen, waaronder neurodegeneratieve ziekten zoals de ziekte van Alzheimer en de ziekte van Parkinson.

De GABA neuronen van C.Elegans blijken uitermate gevoelig te zijn voor blootstelling aan MZ. GABA – een afkorting voor gamma-aminoboterzuur – is een zogeheten neurotransmitter. Een neurotransmitter is een signaalstof die in zenuwimpulsen overdraagt tussen zenuwcellen. De auteurs concluderen dat er bij toxiciteitsstudies niet alleen naar dopaminerge neuronen gekeken zou moeten worden maar ook naar andere neuronen.

Bron:

Negga, R., Stuart, J.A., Machen, M.L., Salva, J., Lizek, A.J., Richardson, S.J. et al (2012). Exposure to glyphosate- and/or Mn/Zn-ethylenebis-dithiocarbamate-containing pesticides leads to degeneration of gamma-aminobutyric acid and dopamine neurons in Caenorhabditis elegans. Neurotox Res 21:281–290. https://doi.org/10.1007/s1264 0-011-9274-7 (Te bekijken via http://europepmc.org/backend/ptpmcrender.fcgi?accid=PMC3288661&blobtype=pdf) 

Gedragsverandering (c. elegans)

Bij hogere niveaus van MZ verandert het gedrag van C. Elegans. Het wormpje stopt met het leggen van eieren.

De door de onderzoekers gebruikte concentratie lag binnen de huidige geldende LC50 waarde (LC50 is de concentratie in de lucht (LC=Lethal Concentration) die bij 50% van de proefdieren de dood veroorzaakt bij inhalatie).

De auteurs concluderen dat gedragsstoornissen een biomarker kunnen zijn van de toxiciteit van MZ.  

Bron:

Brody, A.H., Chou, E., Gray, J.M., Pokyrwka, N.J., Raley-Susman, K.M. (2013). Mancozeb-induced behavioral deficits precede structural neural degeneration. Neurotoxicology, 34, 74-81. https://doi.org/10.1016/j.neuro.2012.10.007 (Open Access)

Effect op dopaminerge neuronen (c. elegans)

Een voorbehandeling van C. Elegans met een dopaminetransporter-antagonist beschermt dopaminerge neuronen tegen chronische MZ-behandeling (24 uur). Een dopaminetransporter (DAT) is een transmembraan-eiwit, verantwoordelijk voor de heropname van dopamine uit de synaptische spleet tussen twee neuronen. Een DAT-antagonist blokkeert heropname van dopamine en alle andere stoffen die wellicht gebruik maken van dit kanaal, zoals MZ. De auteurs concluderen dat DAT-transporters mogelijk een rol spelen bij de neurotoxiciteit van MZ voor dopamine-neuronen. 

Bron: 

Montgomery, K., Corona, C., Frye, R., Barnett, R., Bailey, A., Fitsanakis, V.A. (2018). Transport of a manganese/zinc ethylene-bis-dithiocarbamate fungicide may involve pre-synaptic dopaminergic transporters. Neurotoxicology and Teratology, 68, 66-71. https://doi.org/10.1016/j.ntt.2018.05.004 (Closed Access)

Gedragsverandering (karpers) 

Bij blootstelling aan MZ treffen onderzoekers verhoogde mangaan-niveaus aan in de hersenen van de gewone karper. Bij niet-dodelijke concentraties zien ze waarneembare gedragsveranderingen. 

Daarnaast zien de onderzoekers een significante toename van ROS-niveaus (Reactive Oxygen Species) in de hersenen van karpers na blootstelling aan MZ. Het zenuwstelsel is bijzonder kwetsbaar voor oxidatieve stress.

Ook zagen de onderzoekers een aanzienlijke toename in de hoeveelheid  Nrf2-eiwit (Nuclear Factor Erythroid 2-Related Factor 2). Nrf2 is een zogeheten transcriptiefactor (of sequentie-specifieke DNA-binder). Een transcriptiefactor is een eiwit welke de snelheid van het aflezen van genetische informatie van DNA en de omzetting ervan in boodschapper RNA bepaalt. Nrf2 activeert een groot aantal zogeheten celbeschermende genen. Zo triggert Nrf2 de transcriptie van lichaamseigen antioxidant- en ontgiftgingsenzymen. De toename van Nrf2 legt mogelijk een mechanisme bloot waarlangs organismen schade door MZ proberen te beperken.

Bron:

Costa-Silva, D.G., Lopes, A.R., Martins, I.K. et al. (2018). Mancozeb exposure results in manganese accumulation and Nrf2-related antioxidant responses in the brain of common carp Cyprinus carpio. Environmental Science and Pollution Research, 25(16), 15529–15540. https://doi.org/10.1007/s11356-018-1724-9

Meer weten over Nrf2? Lees de blog van Simon Stott op Science of Parkinson’s

Schade aan astrocyten (ratten)

Naast neuronen zijn er ook nog andere cellen in de hersenen te vinden. Deze cellen heten gliacellen (glia is Grieks voor “lijm”). Een van de typen gliacellen zijn astrocyten. Astrocyten zijn de steuncellen die ook de bouwstenen van de bloedhersenbarrière vormen.

Mancozeb blijkt op een dosisafhankelijke manier cytotoxisch te zijn voor astrocyten. De onderzoekers isoleerden deze astrocyten uit de hippocampus van ratten. Als cellen 1 uur blootgesteld waren aan MZ dan herstelden zij niet meer. Met atoomabsorptie toonden de onderzoekers een significante ophoping van mangaan in de astrocyten aan.

Als de onderzoekers tegelijk met MZ ook chelatoren – verbindingen die complexen aangaan met metaalionen – en antioxidanten toedienden, dan trad er geen neurotoxiciteit op. Dat bevestigt dat de neurotoxiciteit in ieder geval deels veroorzaakt lijkt te worden door een ophoping van mangaan.

Bron:

Tsang, M. & Trombetta, L. (2007). The protective role of chelators and antioxidants on mancozeb-induced toxicity in rat hippocampal astrocytes. Toxicology and industrial health. 23. 459-70. https://doi.org/10.1177/0748233708089039 (Closed Access)

Neurotoxiteit (ratten)

Mannetjesmuizen werden aan lage en hoge doses MZ (respectievelijk 30 en 90 mg/kg lichaamsgewicht) blootgesteld, vanaf laat in de zwangerschap tot adolescentie. Vervolgens werd de hypothalamus van de muizen onderzocht op neurotoxiciteit. De onderzoekers zagen celdood, neuroinflammatie en demyelinisatie (verlies van myeline, de stof die als een isolerende laag om zenuwen aanwezig kan zijn en die de geleiding van impulsen versnelt). Daarnaast zagen ze een onbalans optreden in verhoudingen van de neurotransmitters glutamaat en GABA (gamma-aminoboterzuur). 

Een neurotransmitter is een signaalstof die in de synapsen zenuwimpulsen overdraagt tussen neuronen. Sommige neurotransmitters stimuleren signaaloverdracht (zoals glutamaat) en andere remmen deze juist (zoals GABA). In deze studie nam bij een toenemende dosis MZ de verhouding van stimulerende versus remmende neurotransmitters toe en dat leidt volgens de auteurs tot een toenemende toxiciteit en neuronale kwetsbaarheid. 

Bron:

Morales-Ovalles, Y., Miranda-Contreras, L., & Peña-Contreras, Z. (2018). Developmental Exposure to Mancozeb Induced Neurochemical and Morphological Alterations in Adult Male Mouse Hypothalamus. Environmental Toxicology and Pharmacology. https://doi.org/10.1016/j.etap.2018.10.004 (Closed Access)

Neuroinflammatie (ratten en muizen)

Een tweetal artikelen met hetzelfde type conclusies:

• Bij blootstelling aan MZ is een toename van oxidatieve stressmarkers (ROS, reactive oxygen species) en mitochondriale remming waargenomen in ratten (Domico, 2012). 
• In celculturen van de hersenschors van de muis treedt schade op aan de mitochondriën en zijn er tekenen van neuroinflammatie. Dit kan volgens de auteurs leiden tot neuronale schade (Pena-Contreras, 2016)

Bronnen: 

Domico, L.M., Zeevalk, G.D., Bernard, L.P., Cooper, K.R. (2006). Acute neurotoxic effects of mancozeb and maneb in mesencephalic neuronal cultures are associated with mitochondrial dysfunction. NeuroToxicology, 27, 816-825. https://doi.org/10.1016/j.neuro.2006.07.0 (Closed Access)

Peña-Contreras, Z., Miranda-Contreras, L., Morales-Ovalles, Y., Colmenares-Sulbarán, M., Dávila-Vera, D., Balza-Quintero, A., Salmen, S., Mendoza-Briceño, R.V. (2016). Atrazine and mancozeb induce excitotoxicity and cytotoxicity in primary cultures of mouse cerebellar cortex. Toxicological & Environmental Chemistry, 98:8, 959-976. https://doi.org/10.1080/02772248.2016.1151020 (Closed Access)

Toxiciteit darmepitheel (mens)

Maneb en Mancozeb zijn allebei even toxisch voor celculturen gekweekt uit menselijk darmepitheel. Blootstelling leidt tot metaalophoping van mangaan, koper en zink in en tussen dikke darmcellen met de namen HT-29 en Caco2. De auteurs concluderen dat de snelle toename van metaalconcentraties het vermogen van individuele cellen om een gezond niveau van metalen in de cel te handhaven aantast. Er ontstaat metaaloverbelasting, wat op haar beurt leidt tot oxidatieve stress en celdood. Volgens de auteurs ontstaat de toxiciteit van MZ zowel door het metaalgedeelte als door het organische gedeelte van het complex. 

Bron: 

Hoffman, L., Trombetta, L., Hardej, D. (2015). Maneb and Mancozeb cause metal overload in human colon cells. Environmental Toxicology and Pharmacology. https://doi.org/10.1016/j.etap.2015.11.002 (Closed Access)

Toxiciteit witte bloedcellen (mens) 

Een lymfocyt is een type witte bloedcel en lymfocyten spelen een belangrijke rol in ons immuunsysteem. In celkweken van menselijke lymfocyten leidt blootstelling aan MZ tot DNA-schade en celdood. De lymfocyten waarop de testen werden gedaan, werden geïsoleerd uit bloed van gezonde, niet-rokende, bloeddonoren. De cytotoxische effecten van MZ werden bekeken bij diverse concentratie (0.2–10μg/ml) bij 6, 12 en 24 uur durende blootstelling.

Bij toenemende blootstelling zagen de onderzoekers o.a. dat de hoeveelheden cytochroom c, ROS (Reactive Oxygen Species) en caspace-9 en caspace-3 toenamen. Cytochroom c en caspaces spelen elk hun eigen rol bij ‘geprogrammeerde celdood’. Verschillende signalen kunnen de cellen aanzetten tot ‘zelfmoord’ via een proces dat apoptose heet. Als mitochondriën beschadigd raken, kan cytochroom c het signaal geven dat het tijd is voor ‘zelfmoord’. Caspaces zijn eiwitten die helpen om enzymen af te breken. In dit geval zagen de onderzoekers een toename in de afbraak van het DNA reparatie enzym PARP (poly (ADP-ribose) polymerase). De afbraak van PARP zorgde ervoor dat DNA-schade niet gerepareerd kon worden.

Het onderzoek toont daarnaast de betrokkenheid van oxidatieve stress in MZ-geïnduceerde genotoxiciteit en celdood aan.

Bron: 

Srivastava, A. K., Ali, W., Singh, R., Bhui, K., Tyagi, S., Al-Khedhairy, A. A., … Shukla, Y. (2012). Mancozeb-induced genotoxicity and apoptosis in cultured human lymphocytes. Life Sciences, 90(21-22), 815–824. https://doi.org/10.1016/j.lfs.2011.12.013

Aanwijzingen voor immunotoxiteit (mens) 

Uit een kleine studie uit 2005 met 13 wijnboeren die werkten met Mancozeb en 13 controlepersonen, bleek dat blootstelling aan een lage concentratie MZ de werking van het immuunsysteem veranderde (Corsini, 2005). Eerst toonden de onderzoekers aan dat de boeren waren blootgesteld door het gehalte ethyleenthiourea (ETU) in urine te meten. ETU is een afbraakproduct van MZ. Daarnaast namen ze bloed af en bekeken ze de monsters op factoren die iets zeggen over de werking van het immuunsysteem. Ze zagen in blootgestelde boeren bijvoorbeeld een toename van de hoeveelheid witte bloedcellen en ook van CD19+ cellen, een teken dat de hoeveelheid B-cellen toenam. Een afname van CD25+ cellen gaf aan dat de hoeveel T-helper cellen juist afnam. Verder zagen ze een afname in TNF-alfa (Tumor Necrosis Factor), een stof die normaal juist toeneemt bij een infectie. 

Bronnen: 

Corsini, E., Birindelli, S., Fustinoni, S., De Paschale, G., Mammone, T., Visentin, S., … Colosio, C. (2005). Immunomodulatory effects of the fungicide Mancozeb in agricultural workers. Toxicology and Applied Pharmacology, 208(2), 178–185. https://doi.org/10.1016/j.taap.2005.02.011 (Closed Access)

Corsini, E., Viviani, B., Birindelli, S., Gilardi, F., Torri, A., Codecà, I., … Colosio, C. (2006). Molecular mechanisms underlying mancozeb-induced inhibition of TNF-alpha production. Toxicology and Applied Pharmacology, 212(2), 89–98. https://doi.org/10.1016/j.taap.2005.07.002 (Closed Access)

Toenemende kans op parkinson (mens) 

Onderzoekers hebben data van de cohort studie AGRICAN gebruikt om te zoeken naar relaties tussen het voorkomen van de ziekte van Parkinson en de blootstelling aan bepaalde pesticiden/pesticide-mengsels. Onderzoek onder de 1732 boeren met parkinson liet o.a. zien dat de kans op de ziekte van Parkinson toeneemt bij blootstelling aan MZ.

Deze studie beidt nog veel meer informatie. De onderzoekers zagen dat parkinson sowieso vaker voorkomt bij boeren die pesticiden gebruiken en het maakte daarbij niet uit met welk gewas of vee er werd geboerd. De studie biedt verdere ondersteuning voor reeds gelegde relaties tussen bepaalde pesticiden en parkinson, zoals rotenon, diquat en paraquat, bipyridil herbiciden en de dithiocarbamaat (DTC) fungiciden maneb, mancozeb en ziram. Ook vonden de onderzoekers – voor het eerst – positieve associaties tussen parkinson en blootstelling aan andere DTCs zoals cupreb, ferbam, mancopper, metiram, propineb, thiram en zineb. 

Bron:

Pouchieu, C., Piel, C., Carles, C., Gruber, A., Helmer, C. (2017). Pesticide use in agriculture and Parkinson’s disease in the AGRICAN cohort study. International Journal of Epidemiology, 299-310. https://doi.org/10.1093/ije/dyx225 (Open Access)

Ga terug naar het dossier 'Parkinson en pesticiden'