medlitГигиена и санитарияHygiene and Sanitation0016-99002412-0650Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman10.47470/0016-9900-2023-102-12-1361-1366hcceymmedlit-3616Research ArticleПРОФИЛАКТИЧЕСКАЯ ТОКСИКОЛОГИЯ И ГИГИЕНИЧЕСКОЕ НОРМИРОВАНИЕPREVENTIVE TOXICOLOGY AND HYGIENIC STANDARTIZATIONИзучение способности пищевой добавки Е171 (диоксида титана) индуцировать генные мутации у бактерийStudying the ability of the food additive E171 (titanium dioxide) to induce gene mutations in bacteriahttps://orcid.org/0000-0002-3479-9602ЦареваАнастасия АнатольевнаTsarevaAnastasiya A.

Младший научный сотрудник отдела генетической токсикологии ФБУН «ФНЦГ им. Ф.Ф. Эрисмана» Роспотребнадзора, 141014, Московская область, г. Мытищи, Россия, ул. Семашко, д. 2

e-mail: grabovskaya_aa@fferisman.ru

noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4748-8771ЕгороваОльга ВалерьевнаEgorovaOlga V.

Канд. биол. наук, вед. науч. сотр. отд. генетической токсикологии, ФБУН «ФНЦГ им. Ф.Ф. Эрисмана» Роспотребнадзора, 141014, Мытищи

e-mail: egorova.ov@fncg.ru

Senior researcher of the department of genetic toxicology, Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman of the Federal Service for Supervision in Protection of the Rights of Consumer and Man Wellbeing, Mytishchi, 141014, Russian Federation

e-mail: egorova.ov@fncg.ru

egorova.ov@fncg.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5356-2600ДемидоваЮлия ВячеславовнаDemidovaYuliya V.

Младший научный сотрудник отдела генетической токсикологии ФБУН «ФНЦГ им. Ф.Ф. Эрисмана» Роспотребнадзора, 141014, Московская область, г. Мытищи, Россия, ул. Семашко, д. 2

e-mail: demidovaiv@fferisman.ru

noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9122-9465ИлюшинаНаталия АлексеевнаIlyushinaNataliya A.

Доктор биологических наук, заведующая отделом генетической токсикологии ФБУН «ФНЦГ им. Ф.Ф. Эрисмана» Роспотребнадзора, 141014, Московская область, г. Мытищи, Россия, ул. Семашко, д. 2

e-mail: iliushinana@fferisman.ru

noemail@neicon.ruФБУН «Федеральный научный центр гигиены имени Ф.Ф. Эрисмана» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человекаРоссияFederal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman of the Federal Service for Surveillance on Consumer Rights Protection and Human WellbeingRussian Federation2023311220231021213611366Copyright © Царева А.А., Егорова О.В., Демидова Ю.В., Илюшина Н.А., 20232023Царева А.А., Егорова О.В., Демидова Ю.В., Илюшина Н.А.Tsareva A.A., Egorova O.V., Demidova Y.V., Ilyushina N.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rjhas.ru/jour/article/view/3616Введение

Введение. Диоксид титана в Российской Федерации разрешён к применению в пищевой промышленности, производстве лекарственных средств и средств гигиены. Пищевая добавка E171 представляет собой смесь микро- и наночастиц TiO2. В 2010 г. МАИР классифицировало TiO2 в наноформе как возможный канцероген для человека (группа 2В). В исследованиях генотоксичности диоксида титана в условиях in vitro и in vivo получены противоречивые результаты, свидетельствующие как о наличии, так и об отсутствии мутагенности TiO2.

Цель работы — оценка мутагенности пищевой добавки Е171 в тесте Эймса с использованием стандартного и модифицированного протоколов.

Материалы и методы

Материалы и методы. Оценивали способность пищевой добавки Е171 (Китай) индуцировать обратные генные мутации на пяти штаммах Salmonella typhimurium в стандартных и модифицированных условиях (выращивание клеток штаммов в присутствии метилированного β-циклодекстрина (МЦД) и (или) предварительная инкубация в течение одного часа в калий-фосфатном буфере (рН = 5,5), содержащем 10 мМ NaCl и (или) 3М МЦД.

Результаты

Результаты. Образец пищевой добавки Е171 на основе диоксида титана в рутильной форме в стандартных условиях не индуцирует генных мутаций у бактерий S. typhimurium. При модификации протокола теста Эймса (уменьшение рН инкубационной смеси, введение 10 мМ NaCl) выявлены статистически значимые зависимые от дозы эффекты на штаммах ТА100, ТА98 и ТА97 в условиях метаболической инкубации. Однако кратность увеличения числа ревертантов на опытных чашках по сравнению с отрицательным контролем была менее 2.

Ограничения исследования

Ограничения исследования. Исследование ограничено изучением мутагенности образцов диоксида титана с использованием одного метода — теста Эймса.

Заключение

Заключение. Для решения вопроса о генетической безопасности применения Е171 в качестве пищевых красителей необходимо оценить мутагенность диоксида титана в других тестах in vitro и in vivo с учётом размера и формы частиц. Кроме того, полный спектр исследований будет выполнен в отношении других образцов диоксида титана, присутствующих на рынке Российской Федерации.

Соблюдение этических стандартов. Исследование не требует представления заключения комитета по биомедицинской этике или иных документов.

Участие авторов

Участие авторов:Царёва А.А. — сбор материала, сбор литературных данных;Егорова О.В. — концепция и дизайн исследования, сбор литературных данных, анализ результатов, написание текста;Демидова Ю.В. — сбор материала;Илюшина Н.А. — концепция и дизайн исследования, анализ результатов, написание текста.Все соавторы — утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи.

Конфликт интересов

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Поступила

Поступила: 25.07.2023 / Принята к печати: 15.11.2023 / Опубликована: 28.12.2023

Introduction

Introduction. Titanium dioxide in the Russian Federation is approved for use in the food industry, in the production of medicines and hygiene products. The food additive E171 is a mixture of micro- and nanoparticles of TiO2. In 2010, IARC classified TiO2 in nanoform as a probably carcinogenic to humans (Group 2B). In vitro and in vivo studies of the genotoxicity of titanium dioxide revealed contradictory results, indicating both the presence and absence of TiO2 mutagenicity.

The aim of the work is to evaluate the mutagenicity of the food additive E171 in the Ames test using standard and modified protocols.

Materials and methods

Materials and methods. The ability of food additive E171 (China) to induce reverse gene mutations in 5 strains of Salmonella typhimurium was studied under standard and modified conditions (cultivation of bacteria in the presence of methylated b-cyclodextrin (MCD) and/or pre-incubation for 1 hour in potassium phosphate buffer, pH 5.5 containing 10 mM NaCl and/or 3M MCD).

Results

Results. A sample of food additive E171 based on rutile titanium dioxide does not induce gene mutations in S. typhimurium in standard experiments. Modification of the Ames test protocol (decrease of the incubation mixture pH, addition of 10 mM NaCl) revealed statistically significant dose-dependent effects in TA100, TA98, and TA97 strains under metabolic incubation conditions. However, the fold increase of the number of revertants in the experimental plates compared to the negative control was < 2.

Limitations

Limitations. The research is limited to the mutagenicity assessment of food additive E171 (titanium dioxide) in the Ames test.

Conclusion

Conclusion. The evaluation of the mutagenicity of titanium dioxide in other in vitro and in vivo tests taking into account the size and shape of the particles, is necessary to resolve the issue of its genetic safety as a food dye. A full range of studies will be performed on other samples of titanium dioxide presented in the market of the Russian Federation.

Compliance with ethical standards. The study does not need the approval of the biomedical ethics committee or other documents.

Contribution

Contribution:Tsareva A.A. — collection of material, collection of literature data;|Egorov O.V. — concept and design of research, collection of literature data, analysis of results, writing text;Demidova Yu.V. — collection of material;Ilyushina N.A. — concept and design of research, analysis of results, writing text.All authors are responsible for the integrity of all parts of the manuscript and approval of the manuscript final version.

Conflict of interest

Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.

Acknowledgement

Acknowledgement. The study had no sponsorship.

Received

Received: July 25, 2023 / Accepted: November 15, 2023 / Published: December 28, 2023

мутагенностьтест ЭймсаSalmonellaдиоксид титанапищевая добавкананочастицыmutagenicitythe Ames testSalmonellа typhimuriumtitanium dioxidefood additivenanoparticlesReferencesWani M.R, Shadab G. Titanium dioxide nanoparticle genotoxicity: A review of recent in vivo and in vitro studies. Toxicol. Ind. health. 2020; 36(7): 514–30. https://doi.org/10.1177/0748233720936835Wani M.R, Shadab G. Titanium dioxide nanoparticle genotoxicity: A review of recent in vivo and in vitro studies. Toxicol. Ind. health. 2020; 36(7): 514–30. https://doi.org/10.1177/0748233720936835ANSES. AVIS de l’Agence nationale de sécurité sanitaire de l’alimentation, de l’environnement et du travail relatif aux risques liés à l’ingestion de l’additif alimentaire E171; 2019. Available at: https://www.anses.fr/en/system/files/ERCA2019SA0036.pdf (in French)ANSES. AVIS de l’Agence nationale de sécurité sanitaire de l’alimentation, de l’environnement et du travail relatif aux risques liés à l’ingestion de l’additif alimentaire E171; 2019. Available at: https://www.anses.fr/en/system/files/ERCA2019SA0036.pdf (in French)IARC Working Group on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans. Carbon black, titanium dioxide, and talc. IARC Monogr. Eval. Carcinog. Risks Hum. 2010; 93: 1–413.IARC Working Group on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans. Carbon black, titanium dioxide, and talc. IARC Monogr. Eval. Carcinog. Risks Hum. 2010; 93: 1–413.NIOSH. Current Intelligence Bulletin 63. Occupational Exposure to Titanium Dioxide; 2011. Available at: https://www.cdc.gov/niosh/docs/2011-160/pdfs/2011-160.pdfNIOSH. Current Intelligence Bulletin 63. Occupational Exposure to Titanium Dioxide; 2011. Available at: https://www.cdc.gov/niosh/docs/2011-160/pdfs/2011-160.pdfOberdörster G., Oberdörster E., Oberdörster J. Nanotoxicology: an emerging discipline evolving from studies of ultrafine particles. Environ. Health Perspect. 2005; 113(7): 823–39. https://doi.org/10.1289/ehp.7339Oberdörster G., Oberdörster E., Oberdörster J. Nanotoxicology: an emerging discipline evolving from studies of ultrafine particles. Environ. Health Perspect. 2005; 113(7): 823–39. https://doi.org/10.1289/ehp.7339Baggs R.B., Ferin J., Oberdörster G. Regression of pulmonary lesions produced by inhaled titanium dioxide in rats. Vet. Pathol. 1997; 34(6): 592–7. https://doi.org/10.1177/030098589703400607Baggs R.B., Ferin J., Oberdörster G. Regression of pulmonary lesions produced by inhaled titanium dioxide in rats. Vet. Pathol. 1997; 34(6): 592–7. https://doi.org/10.1177/030098589703400607Afaq F., Abidi P., Matin R., Rahman Q. Cytotoxicity, pro-oxidant effects and antioxidant depletion in rat lung alveolar macrophages exposed to ultrafine titanium dioxide. J. Appl. Toxicol. 1998; 18(5): 307–12. https://clck.ru/37DpbRAfaq F., Abidi P., Matin R., Rahman Q. Cytotoxicity, pro-oxidant effects and antioxidant depletion in rat lung alveolar macrophages exposed to ultrafine titanium dioxide. J. Appl. Toxicol. 1998; 18(5): 307–12. https://clck.ru/37DpbRBampidis V., Azimonti G., Bastos M.L., Christensen H., Dusemund B., Fašmon Durjava M., et al. Safety and efficacy of a feed additive consisting of titanium dioxide for all animal species (Titanium Dioxide Manufacturers Association). EFSA J. 2021; 19(6): e06630. https://doi.org/10.2903/j.efsa.2021.6630Bampidis V., Azimonti G., Bastos M.L., Christensen H., Dusemund B., Fašmon Durjava M., et al. Safety and efficacy of a feed additive consisting of titanium dioxide for all animal species (Titanium Dioxide Manufacturers Association). EFSA J. 2021; 19(6): e06630. https://doi.org/10.2903/j.efsa.2021.6630Chen T., Yan J., Li Y. Genotoxicity of titanium dioxide nanoparticles. J. Food Drug. Anal. 2014; 22(1): 95–104. https://doi.org/10.1016/j.jfda.2014.01.008Chen T., Yan J., Li Y. Genotoxicity of titanium dioxide nanoparticles. J. Food Drug. Anal. 2014; 22(1): 95–104. https://doi.org/10.1016/j.jfda.2014.01.008Wani M.R., Shadab G. Titanium dioxide nanoparticle genotoxicity: A review of recent in vivo and in vitro studies. Toxicol. Ind. Health. 2020; 36(7): 514–30. https://doi.org/10.1177/0748233720936835Wani M.R., Shadab G. Titanium dioxide nanoparticle genotoxicity: A review of recent in vivo and in vitro studies. Toxicol. Ind. Health. 2020; 36(7): 514–30. https://doi.org/10.1177/0748233720936835Hamel A., Roy M., Proudlock R. Chapter 4 – The bacterial reverse mutation test. In: Proudlock R., ed. Genetic Toxicology Testing. A Laboratory Manual. Academic Press; 2016: 79–138. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-800764-8.00004-5Hamel A., Roy M., Proudlock R. Chapter 4 – The bacterial reverse mutation test. In: Proudlock R., ed. Genetic Toxicology Testing. A Laboratory Manual. Academic Press; 2016: 79–138. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-800764-8.00004-5OECD iLibrary. Test No. 471: Bacterial Reverse Mutation Test; 2020. Available at: https://www.oecd-ilibrary.org/environment/test-no-471-bacterial-reverse-mutation-test_9789264071247-enOECD iLibrary. Test No. 471: Bacterial Reverse Mutation Test; 2020. Available at: https://www.oecd-ilibrary.org/environment/test-no-471-bacterial-reverse-mutation-test_9789264071247-enMaron D.M., Ames B.N. Revised methods for the Salmonella mutagenicity test. Mutat. Res. 1983; 113(3–4): 173–215. https://doi.org/10.1016/0165-1161(83)90010-9Maron D.M., Ames B.N. Revised methods for the Salmonella mutagenicity test. Mutat. Res. 1983; 113(3–4): 173–215. https://doi.org/10.1016/0165-1161(83)90010-9Egorova O.V., Ilyushina N.A., Rakitskii V.N. Mutagenicity evaluation of pesticide analogs using standard and 6-well miniaturized bacterial reverse mutation tests. Toxicol. In Vitro. 2020; 69: 105006. https://doi.org/10.1016/j.tiv.2020.105006Egorova O.V., Ilyushina N.A., Rakitskii V.N. Mutagenicity evaluation of pesticide analogs using standard and 6-well miniaturized bacterial reverse mutation tests. Toxicol. In Vitro. 2020; 69: 105006. https://doi.org/10.1016/j.tiv.2020.105006Donova M.V., Nikolayeva V.M., Dovbnya D.V., Gulevskaya S.A., Suzina N.E. Methyl-β-cyclodextrin alters growth, activity and cell envelop features of sterol-transforming mycobacteria. Microbiology (Reading). 2007; 153(Pt. 6): 1981–92. https://doi.org/10.1099/mic.0.2006/001636-0Donova M.V., Nikolayeva V.M., Dovbnya D.V., Gulevskaya S.A., Suzina N.E. Methyl-β-cyclodextrin alters growth, activity and cell envelop features of sterol-transforming mycobacteria. Microbiology (Reading). 2007; 153(Pt. 6): 1981–92. https://doi.org/10.1099/mic.0.2006/001636-0Shen Y., Liang J., Li H., Wang M. Hydroxypropyl-β-cyclodextrin-mediated alterations in cell permeability, lipid and protein profiles of steroid-transforming Arthrobacter simplex. Appl. Microbiol. Biotechnol. 2015; 99(1): 387–97. https://doi.org/10.1007/s00253-014-6089-5Shen Y., Liang J., Li H., Wang M. Hydroxypropyl-β-cyclodextrin-mediated alterations in cell permeability, lipid and protein profiles of steroid-transforming Arthrobacter simplex. Appl. Microbiol. Biotechnol. 2015; 99(1): 387–97. https://doi.org/10.1007/s00253-014-6089-5Егорова О.В., Демидова Ю.В., Илюшина Н.А. Оценка экспериментальных условий, влияющих на уровень спонтанных мутаций штаммов Salmonella, используемых в тесте Эймса. Гигиена и санитария. 2021; 100(7): 736–43. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2021-100-7-736-743 https://elibrary.ru/szicqbEgorova O.V., Demidova Yu.V., Ilyushina N.A. Assessment of experimental conditions affecting spontaneous mutation level of salmonella strains used in the Ames test. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 2021; 100(7): 736–43. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2021-100-7-736-743 https://elibrary.ru/szicqb (in Russian)Jomini S., Labille J., Bauda P., Pagnout C. Modifications of the bacterial reverse mutation test reveals mutagenicity of TiO2 nanoparticles and byproducts from a sunscreen TiO2-based nanocomposite. Toxicol. Lett. 2012; 215(1): 54–61. https://doi.org/10.1016/j.toxlet.2012.09.012Jomini S., Labille J., Bauda P., Pagnout C. Modifications of the bacterial reverse mutation test reveals mutagenicity of TiO2 nanoparticles and byproducts from a sunscreen TiO2-based nanocomposite. Toxicol. Lett. 2012; 215(1): 54–61. https://doi.org/10.1016/j.toxlet.2012.09.012Kumar A., Pandey A.K., Singh S.S., Shanker R., Dhawan A. Cellular uptake and mutagenic potential of metal oxide nanoparticles in bacterial cells. Chemosphere. 2011; 83(8): 1124–32. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2011.01.025Kumar A., Pandey A.K., Singh S.S., Shanker R., Dhawan A. Cellular uptake and mutagenic potential of metal oxide nanoparticles in bacterial cells. Chemosphere. 2011; 83(8): 1124–32. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2011.01.025Ахальцева Л.В., Журков В.С., Ингель Ф.И. Мутагенная активность наноматериалов в тесте Эймса. Обзор литературы. Гигиена и санитария. 2019; 98(11): 1309–20. https://doi.org/10.18821/0016-9900-2019-98-11-1309-1320 https://elibrary.ru/yoylxsAkhal’tseva L.V., Zhurkov V.S., Ingel’ F.I. Mutagenic activity of nanomaterials in the Ames test. Literature review. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 2019; 98(11): 1309–20. https://doi.org/10.18821/0016-9900-2019-98-11-1309-1320 https://elibrary.ru/yoylxs (in Russian)Butler K.S., Casey B.J., Garborcauskas G.V., Dair B.J., Elespuru R.K. Assessment of titanium dioxide nanoparticle effects in bacteria: association, uptake, mutagenicity, co-mutagenicity and DNA repair inhibition. Mutat. Res. Genet. Toxicol. Environ. Mutagen. 2014; 768: 14–22. https://doi.org/10.1016/j.mrgentox.2014.04.008Butler K.S., Casey B.J., Garborcauskas G.V., Dair B.J., Elespuru R.K. Assessment of titanium dioxide nanoparticle effects in bacteria: association, uptake, mutagenicity, co-mutagenicity and DNA repair inhibition. Mutat. Res. Genet. Toxicol. Environ. Mutagen. 2014; 768: 14–22. https://doi.org/10.1016/j.mrgentox.2014.04.008

The authors declare that there are no conflicts of interest present.