Оценка последствий токсических эффектов пищевых подсластителей методом биотестирования

Аспартам и  ацесульфам калия входят в  группу наиболее известных пищевых подсластителей. Несмотря на многочисленные результаты исследований, свидетельствующие о  безопасности этих добавок, в последние годы внимание исследователей сосредоточено на побочных негативных эффектах их воздействия, способных приводить к  развитию неинфекционных заболеваний. Цель данного исследования — изучение характера воздействия (обратимое или необратимое) аспартама и ацесульфама калия на прирост массы, а также на цитологические, цитогенетические и метаболические показатели корней лука репчатого. Для этого корни предварительно обрабатывались 0,5 и 1 г/л водными растворами подсластителей, а затем переносились в воду с целью дальнейшего восстановительного проращивания. Последствия токсического эффекта аспартама на прирост массы корней лука оказались минимальными по сравнению с контролем. Тогда как в образцах с ацесульфамом калия этот показатель достоверно и дозозависимо снижался до 38%, что указывало на наличие отсроченного эффекта после воздействия этого подсластителя. В опытных группах с максимальным содержанием подсластителей сохранялся и более низкий митотический индекс (p ≤ 0,05) в  клетках меристемы по сравнению с  контролем. Полученные результаты свидетельствовали о необратимом митотоксическом эффекте данных соединений. Однако обнаруженное в  опытных образцах повышение частоты патологий митоза вследствие предварительной обработки подсластителями полностью нивелировалось после восстановительного проращивания. Поэтому указанные генотоксические нарушения были обратимыми. Для оценки процессов липидного окисления тканей корней измеряли концентрацию малонового диальдегида. Эффект снижения уровня этого показателя во всех опытных образцах по сравнению с контролем оказался необратимым, хотя и не дозозависимым. Полученные результаты могут быть использованы при разработке рецептур внесения пищевых подсластителей в продукты питания для снижения рисков возникновения отсроченных токсических эффектов.

1. Liauchonak, I., Qorri, B., Dawoud, F., Riat, Y., Szewczuk, M. R. (2019). Non-nutritive sweeteners and their implications on the development of metabolic syndrome. Nutrients, 11(3), Article 644. https://doi.org/10.3390/nu11030644

2. Pearlman, M., Obert, J., Casey, L. (2017). The association between artificial sweeteners and obesity. Current Gastroenterology Reports, 19(12), Article 64. https://doi.org/10.1007/s11894–017–0602–9

3. Meng, Y., Li, S., Khan, J., Dai, Z., Li, C., Hu, X. et al. (2021). Sugar- and artificially sweetened beverages consumption linked to type 2 diabetes, cardiovascular diseases, and all-cause mortality: A systematic review and dose-response meta-analysis of prospective cohort studies. Nutrients, 13(8), Article 2636. https://doi.org/10.3390/nu13082636

4. Debras, C., Chazelas, E., Sellem, L., Porcher, R., Druesne-Pecollo, N., Esseddik, Y. et al. (2022). Artificial sweeteners and risk of cardiovascular diseases: Results from the prospective NutriNet-Santé cohort. BMJ, 378, Article e071204. https://doi.org/10.1136/bmj‑2022–071204

5. Malik, V. S., Li, Y., Pan, A., De Koning, L., Schernhammer, E., Willett, W. C. et al. (2019). Long-term consumption of sugar-sweetened and artificially sweetened beverages and risk of mortality in US adults. Circulation, 139(18), 2113–2125. https://doi.org/10.1161/CIRCULATIONAHA.118.037401

6. Czarnecka, K., Pilarz, A., Rogut, A., Maj, P., Szymańska, J., Olejnik, Ł. et al. (2021). Aspartame-true or false? Narrative review of safety analysis of general use in products. Nutrients, 13(6), Article 1957. https://doi.org/10.3390/nu13061957

7. Mateo-Fernández, M., González-Jiménez, M. J., Celestino, M. D. R., Font, R., Alonso-Moraga, Á., Merinas-Amo, T. (2022). Toxicological and nutraceutical screening assays of some artificial sweeteners. Processes, 10(2), Article 410. https://doi.org/10.3390/pr10020410

8. Lea, I. A., Chappell, G. A., Wikoff, D. S. (2021). Overall lack of genotoxic activity among five common low- and no-calorie sweeteners: A contemporary review of the collective evidence. Mutation Research Genetic Toxicology and Environmental Mutagenesis, 868–869, Article 503389. https://doi.org/10.1016/j.mrgentox.2021.503389

9. Fındıklı, Z., Turkoglu, S. (2014). Determination of the effects of some artificial sweeteners on human peripheral lymphocytes using the comet assay. Journal of Toxicology and Environmental Health Sciences, 6(8), 147–153. https://doi.org/10.5897/JTEHS2014.0313

10. Ibi, D., Suzuki, F., Hiramatsu, M. (2018). Effect of AceK (acesulfame potassium) on brain function under dietary restriction in mice. Physiology and Behavior, 188, 291–297. https://doi.org/10.1016/j.physbeh.2018.02.024

11. Plows, J. F., Morton-Jones, J., Bridge-Comer, P. E., Ponnampalam, A., Stanley, J. L., Vickers, M. H. et al. (2020). Consumption of the artificial sweetener acesulfame potassium throughout pregnancy induces glucose intolerance and adipose tissue dysfunction in mice. Journal of Nutrition, 150(7), 1773–1781. https://doi.org/10.1093/jn/nxaa106

12. Shalaby, A. M., Ibrahim, M. A. A. H., Aboregela, A. M. (2019). Effect of aspartame on the placenta of adult albino rat. A histological and immunohistochemical study. Annals of Anatomy- Anatomischer Anzeiger, 224, 133–141. https://doi.org/10.1016/j.aanat.2019.04.007

13. Anbara, H., Sheibani, M. T., Razi, M. (2020). Long-term effect of aspartame on male reproductive system: evidence for testicular histomorphometrics, hsp70–2 protein expression and biochemical status. International Journal of Fertility and Sterility, 14(2), 91–101. https://doi.org/10.22074/ijfs.2020.6065

14. Weerasooriyagedara, M. S. (2018). Toxicity effects of aspartame on embryonic development of zebrafish (Danio rerio). International Journal of Engineering and Management Research, 8(1), 183–188.

15. Soffritti, M., Belpoggi, F., Esposti, D. D., Lambertini, L., Tibaldi, E., Rigano, A. (2006). First experimental demonstration of the multipotential carcinogenic effects of aspartame administered in the feed to Sprague-Dawley rats. Environmental Health Perspectives, 114(3), 379–385. https://doi.org/10.1289/ehp.8711

16. Silva de Sá, I., Peron, A.P., Leimann, F. V., Bressan, G. N., Krum, B. N., Fachinetto, R. et al. (2019). In vitro and in vivo evaluation of enzymatic and antioxidant activity, cytotoxicity and genotoxicity of curcumin-loaded solid dispersions. Food and Chemical Toxicology, 125, 29–37. https://doi.org/10.1016/j.fct.2018.12.037

17. Sabeen, M., Mahmood, Q., Bhatti, Z. A., Faridullah, Irshad, M., Bilal, M. et al. (2020). Allium cepa assay based comparative study of selected vegetables and the chromosomal aberrations due to heavy metal accumulation. Saudi Journal of Biological Sciences, 27(5), 1368–1374. https://doi.org/10.1016/j.sjbs.2019.12.011

18. Sarkar, A., Saha, R., Halder, R. (2022). Chromosomes damage by sewage water studies in the Allium cepa L. and Zea mays L. Caryologia, 75(1), 55–63. https://doi.org/10.36253/caryologia‑1067

19. Pandir, D. (2018). Assesment of the genotoxic effect of the diazinon on root cells of Allium cepa (L.). Brazilian Archives of Biology and Technology, 61, Article e18160390. https://doi.org/10.1590/1678–4324–2018160390

20. Rashid, F., Singh, D., Attri, S., Kaur, P., Kaur, H., Mohana, P. et al. (2022). Modulation of atrazine-induced chromosomal aberrations and cyclindependent kinases by aqueous extract of Roylea cinerea (D. Don) Baillon leaves in Allium cepa. Scientific Reports, 12(1), Article 12570. https://doi.org/10.1038/s41598–022–16813-z

21. Rosculete, E., Olaru, A. L., Rosculete, C.A., Bonciu, E. (2020). Assessment of cytological effects of food preservative potassium metabisulphite to Allium cepa. American Journal of Plant Sciences, 11, 11–23. https://doi.org/10.4236/ajps.2020.111002

22. Koç, K., Pandir, D. (2018). All aspect of toxic effect of brilliant blue and sunset yellow in Allium cepa roots. Cytotechnology, 70(1), 449–463. https://doi.org/10.1007/s10616–017–0161–9

23. dos Santos, F. K. S., Marques, M. M. M., van Tilburg, M. F., Guedes, M. I. F., Bueno, P. A. A., Peron, A. P. (2020). Toxicity of food flavorings to ex-vivo, in vitro and in vivo bioassays. Acta Scientiarum. Technology, 42, Article e44867. https://doi.org/10.4025/actascitechnol.v42i1.44867

24. Yilmaz, S., Unal, F., Aksoy, H., Yüzbaşıoğlu, D., Celik, M. (2008). Cytogenetic effects of citric acid and benzoic acid on Allium chromosomes. Fresenius Environmental Bulletin, 17(8a), 1029–1037.

25. Samoylov, A. V., Suraeva, N. M., Zaytseva, M. V., Petrov, A. N. (2022). Bioassay of oxidative properties and toxic side effects of apple juice. Foods and Raw Materials, 10(1), 176–184. https://doi.org/10.21603/2308–4057–2022–1–176–184

26. Onyemaobi, O. I., Williams, G. O., Adekoya, K. O. (2012). Cytogenetic effects of two food preservatives, sodium metabisulphite and sodium benzoate on the root tips of Allium. Ife Journal of Science, 14(1), 155–165.

27. Cамойлов, А. В., Сураева, Н. М., Зайцева, М. В. (2022). Исследование токсичного потенциала ацесульфама калия методом биотестирования. Молочная промышленность, 11, 35–37. https://doi.org/10.31515/1019–8946–2022–11–35–37

28. Зайцева, М. В., Сураева, Н. М., Самойлов, А. В. (2022). Оценка токсического потенциала смеси аспартама и сорбиновой кислоты на основе биотеста. Пищевые системы, 5(1), 41–46. https://doi.org/10.21323/2618–9771–2022–5–1–41–46

29. de Sá, I. S., Peron, A. P., Leimann, F. V., Bressan, G. N., Krum, B. N., Fachinetto, R. et al. (2019). In vitro and in vivo evaluation of enzymatic and antioxidant activity, cytotoxicity and genotoxicity of curcumin-loaded solid dispersions. Food and Chemical Toxicology, 125, 29–37. https://doi.org/10.1016/j.fct.2018.12.037

30. Das, T., Hazra, S., Sengupta, S., Chattopadhyay, D. (2021). Genotoxic effect of saccharin on Allium cepa root tips. Biologia, 76, 3191–3199. https://doi.org/10.1007/s11756–021–00871–1

31. de Oliveira, V. A., de Oliveira, V. M. A., de Oliveira, T. W. N., Damasceno, A. N. C., de Oliveira Silva, C. E., Medeiros, S. T. A, et al. (2017). Evaluation of cytotoxic and mutagenic effects of two artificial sweeteners using eukaryotic test systems. African Journal of Biotechnology, 16(11), 547–551. https://doi.org/10.5897/AJB2016.15695

32. Rizk, R. M., Soliman, M. I., Rashed, A. A. (2016). Potential mutagenicity of some artificial sweeteners using allium test. Asian Journal of Advanced Basic Sciences, 4(2), 27–40.

33. Samoilov, A. V., Suraeva, N. M., Zaitseva, M. V., Kurbanova, M. N., Stolbova, V. V. (2019). Comparative assessment of artificial sweeteners toxicity via express biotest. Health Risk Analysis, 2, 83–90. https://doi.org/10.21668/health.risk/2019.2.09.eng

34. Marzio, A., Merigliano, C., Gatti, M., Vernì, F. (2014). Sugar and chromosome stability: Clastogenic effects of sugars in vitamin B6-deficient cells. PLoS Genetics, 10(3), Article e1004199. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1004199

35. Otabe, A., Ohta, F., Takumi, A., Lynch, B. (2019). Mutagenicity and genotoxicity studies of aspartame. Regulatory Toxicology and Pharmacology, 103, 345–351. https://doi.org/10.1016/j.yrtph.2018.01.023

36. Chappell, G. A., Wikoff, D. S., Doepker, C. L., Borghoff, S. J. (2020). Lack of potential carcinogenicity for acesulfame potassium — Systematic evaluation and integration of mechanistic data into the totality of the evidence. Food and Chemical Toxicology, 141, Article 111375. https://doi.org/10.1016/j.fct.2020.111375

37. Debras, C., Chazelas, E., Srour, B., Druesne-Pecollo, N., Esseddik, Y., de Edelenyi, F. S. et al. (2022). Artificial sweeteners and cancer risk: Results from the NutriNet-Santé population-based cohort study. PLoS Medicine, 19(3), Article e1003950. https://doi.org/10.1371/journal.pmed.1003950

38. Shahriar, S., Ahsan, T., Khan, A., Akhteruzzaman, S., Shehreen, S., Sajib, A. A. (2020). Aspartame, acesulfame K and sucralose- influence on the metabolism of Escherichia coli. Metabolism Open, 8, Article 100072. https://doi.org/10.1016/j.metop.2020.100072