Спасибо за посещение сайта Nature.com. Версия используемого вами браузера имеет ограниченную поддержку CSS. Для достижения наилучших результатов мы рекомендуем использовать более новую версию вашего браузера (или отключить режим совместимости в Internet Explorer). В настоящее время, для обеспечения дальнейшей поддержки, мы отображаем сайт без стилей и JavaScript.
Комбинации инсектицидных соединений растительного происхождения могут проявлять синергическое или антагонистическое взаимодействие против вредителей. Учитывая быстрое распространение заболеваний, переносимых комарами рода Aedes, и растущую устойчивость популяций этих комаров к традиционным инсектицидам, были разработаны и протестированы двадцать восемь комбинаций терпеновых соединений на основе эфирных масел растений против личинок и взрослых особей Aedes aegypti. Пять эфирных масел растений были первоначально оценены на предмет их ларвицидной и противогрибковой эффективности, и в каждом из них на основе результатов ГХ-МС были идентифицированы два основных соединения. Основные идентифицированные соединения были приобретены, а именно: диаллилдисульфид, диаллилтрисульфид, карвон, лимонен, эвгенол, метилэвгенол, эвкалиптол, эудесмол и альфа-пинен комаров. Затем были приготовлены бинарные комбинации этих соединений с использованием сублетальных доз, и были протестированы и определены их синергические и антагонистические эффекты. Наилучшие ларвицидные составы получают путем смешивания лимонена с диаллилдисульфидом, а лучшие составы для уничтожения взрослых особей — путем смешивания карвона с лимоненом. Используемые в коммерческих целях синтетические ларвициды Темфос и препарат для взрослых особей Малатион были протестированы по отдельности и в бинарных комбинациях с терпеноидами. Результаты показали, что комбинация темефоса и диаллилдисульфида, а также малатиона и эудесмола является наиболее эффективной. Эти сильнодействующие комбинации потенциально могут быть использованы против комаров Aedes aegypti.
Эфирные масла растений (ЭМ) — это вторичные метаболиты, содержащие различные биологически активные соединения, и они приобретают все большее значение в качестве альтернативы синтетическим пестицидам. Они не только экологически безопасны и удобны в использовании, но и представляют собой смесь различных биологически активных соединений, что также снижает вероятность развития лекарственной устойчивости1. Используя технологию ГХ-МС, исследователи изучили состав различных эфирных масел растений и идентифицировали более 3000 соединений из 17 500 ароматических растений2, большинство из которых были протестированы на инсектицидные свойства и, как сообщается, обладают инсектицидным действием3,4. Некоторые исследования показывают, что токсичность основного компонента соединения такая же или выше, чем у его неочищенного этиленоксида. Но использование отдельных соединений может снова создать условия для развития резистентности, как это происходит в случае с химическими инсектицидами5,6. Поэтому в настоящее время основное внимание уделяется приготовлению смесей соединений на основе этиленоксида для повышения инсектицидной эффективности и снижения вероятности развития резистентности у целевых популяций вредителей. Отдельные активные соединения, присутствующие в эфирных маслах, могут проявлять синергический или антагонистический эффект в комбинациях, отражающих общую активность эфирного масла, что было хорошо подчеркнуто в исследованиях, проведенных предыдущими учеными7,8. Программа борьбы с переносчиками заболеваний также включает эфирные масла и их компоненты. Москитоцидная активность эфирных масел была широко изучена на комарах родов Culex и Anopheles. В нескольких исследованиях предпринимались попытки разработать эффективные пестициды путем сочетания различных растений с коммерчески используемыми синтетическими пестицидами для повышения общей токсичности и минимизации побочных эффектов9. Однако исследования таких соединений против комаров Aedes aegypti остаются редкими. Достижения в медицинской науке и разработка лекарств и вакцин помогли бороться с некоторыми заболеваниями, передаваемыми переносчиками. Но наличие различных серотипов вируса, передаваемого комаром Aedes aegypti, привело к провалу программ вакцинации. Поэтому, когда возникают такие заболевания, программы борьбы с переносчиками являются единственным вариантом предотвращения распространения болезни. В нынешних условиях борьба с комаром Aedes aegypti имеет первостепенное значение, поскольку он является ключевым переносчиком различных вирусов и их серотипов, вызывающих лихорадку денге, вирус Зика, геморрагическую лихорадку денге, желтую лихорадку и др. Наиболее примечательно то, что число случаев почти всех заболеваний, передаваемых комарами Aedes, ежегодно увеличивается в Египте и во всем мире. Поэтому в этом контексте существует острая необходимость в разработке экологически чистых и эффективных мер борьбы с популяциями Aedes aegypti. Потенциальными кандидатами в этом отношении являются эфирные масла, их составляющие компоненты и их комбинации. Таким образом, в данном исследовании была предпринята попытка выявить эффективные синергетические комбинации ключевых растительных эфирных соединений из пяти растений с инсектицидными свойствами (мята, базилик священный, пятнистый эвкалипт, лук серный и мелалеука) против Aedes aegypti.
Все выбранные эфирные масла продемонстрировали потенциальную ларвицидную активность против комаров Aedes aegypti с 24-часовой LC50 в диапазоне от 0,42 до 163,65 ppm. Наиболее высокая ларвицидная активность была зафиксирована у эфирного масла мяты перечной (Mp) со значением LC50 0,42 ppm через 24 часа, за которым следует чеснок (As) со значением LC50 16,19 ppm через 24 часа (таблица 1).
За исключением Ocimum Sainttum и Os EO, все остальные четыре исследованных эфирных масла показали явный аллерцидный эффект со значениями LC50 в диапазоне от 23,37 до 120,16 ppm в течение 24-часового периода воздействия. Эфирное масло Thymophilus striata (Cl) оказалось наиболее эффективным в уничтожении взрослых особей со значением LC50 23,37 ppm в течение 24 часов воздействия, за ним следует Eucalyptus maculata (Em) со значением LC50 101,91 ppm (таблица 1). С другой стороны, значение LC50 для Os еще не определено, поскольку самый высокий уровень смертности (53%) был зафиксирован при самой высокой дозе (дополнительный рисунок 3).
Два основных компонента каждого эфирного масла были идентифицированы и выбраны на основе результатов анализа базы данных NIST, процентного соотношения площадей хроматограмм ГХ и результатов масс-спектрометрии (таблица 2). Для эфирного масла As основными идентифицированными соединениями были диаллилдисульфид и диаллилтрисульфид; для эфирного масла Mp основными идентифицированными соединениями были карвон и лимонен, для эфирного масла Em основными идентифицированными соединениями были эвдесмол и эвкалиптол; для эфирного масла Os основными идентифицированными соединениями были эвгенол и метилэвгенол, а для эфирного масла Cl основными идентифицированными соединениями были эвгенол и α-пинен (рисунок 1, дополнительные рисунки 5–8, дополнительная таблица 1–5).
Результаты масс-спектрометрии основных терпеноидов выбранных эфирных масел (A-диаллилдисульфид; B-диаллилтрисульфид; C-эвгенол; D-метилэвгенол; E-лимонен; F-ароматический цеперон; G-α-пинен; H-цинеол; R-эвдамол).
В общей сложности девять соединений (диаллилдисульфид, диаллилтрисульфид, эвгенол, метилэвгенол, карвон, лимонен, эвкалиптол, эудесмол, α-пинен) были идентифицированы как эффективные соединения, являющиеся основными компонентами эфирного масла, и были индивидуально протестированы на личиночных стадиях комаров Aedes aegypti. Соединение эудесмол обладало самой высокой ларвицидной активностью со значением LC50 2,25 ppm после 24 часов воздействия. Также было обнаружено, что соединения диаллилдисульфид и диаллилтрисульфид обладают потенциальным ларвицидным действием, при этом средние сублетальные дозы находятся в диапазоне 10–20 ppm. Умеренная ларвицидная активность вновь наблюдалась у соединений эвгенола, лимонена и эвкалиптола со значениями LC50 63,35 ppm, 139,29 ppm и 181,33 ppm через 24 часа соответственно (таблица 3). Однако значимого ларвицидного потенциала метилэвгенола и карвона обнаружено не было даже при самых высоких дозах, поэтому значения LC50 не рассчитывались (таблица 3). Синтетический ларвицид темефос имел среднюю летальную концентрацию 0,43 ppm против Aedes aegypti в течение 24 часов воздействия (таблица 3, дополнительная таблица 6).
Семь соединений (диаллилдисульфид, диаллилтрисульфид, эвкалиптол, α-пинен, эудесмол, лимонен и карвон) были идентифицированы как основные соединения эффективных эфирных масел и протестированы по отдельности на взрослых египетских комарах рода Aedes. Согласно анализу пробит-регрессии, наибольший потенциал был выявлен у эудесмола со значением LC50 1,82 ppm, за которым следует эвкалиптол со значением LC50 17,60 ppm при 24-часовом воздействии. Остальные пять протестированных соединений были умеренно вредны для взрослых особей со значениями LC50 в диапазоне от 140,79 до 737,01 ppm (таблица 3). Синтетический фосфорорганический малатион оказался менее эффективным, чем эудесмол, и более эффективным, чем остальные шесть соединений, со значением LC50 5,44 ppm в течение 24-часового периода воздействия (таблица 3, дополнительная таблица 6).
Для создания бинарных комбинаций их доз LC50 в соотношении 1:1 были выбраны семь сильнодействующих соединений-кандидатов и органофосфорный тамефосат. Всего было приготовлено и протестировано 28 бинарных комбинаций на предмет их ларвицидной эффективности против комаров Aedes aegypti. Девять комбинаций оказались синергическими, 14 — антагонистическими, а пять — не обладали ларвицидным действием. Среди синергических комбинаций наиболее эффективной оказалась комбинация диаллилдисульфида и темофола, обеспечившая 100% смертность через 24 часа (таблица 4). Аналогично, смеси лимонена с диаллилдисульфидом и эвгенола с тиметфосом показали хороший потенциал, обеспечив смертность личинок на уровне 98,3% (таблица 5). Остальные 4 комбинации, а именно эудесмол плюс эвкалиптол, эудесмол плюс лимонен, эвкалиптол плюс альфа-пинен, альфа-пинен плюс темефос, также продемонстрировали значительную ларвицидную эффективность, при этом наблюдаемая смертность превысила 90%. Ожидаемая смертность составляет около 60-75% (таблица 4). Однако комбинация лимонена с α-пиненом или эвкалиптом показала антагонистические реакции. Аналогично, смеси темефоса с эвгенолом, эвкалиптом, эудесмолом или диаллилтрисульфидом также показали антагонистическое действие. Кроме того, комбинация диаллилдисульфида и диаллилтрисульфида, а также комбинация любого из этих соединений с эудесмолом или эвгенолом обладают антагонистическим действием на ларвициды. Также сообщалось об антагонизме при сочетании эудесмола с эвгенолом или α-пиненом.
Из всех 28 бинарных смесей, протестированных на кислотную активность у взрослых особей, 7 комбинаций оказались синергическими, 6 не оказали никакого эффекта, а 15 — антагонистическими. Смеси эудесмола с эвкалиптом и лимонена с карвоном оказались более эффективными, чем другие синергические комбинации, с показателями смертности через 24 часа 76% и 100% соответственно (таблица 5). Было замечено, что малатион проявляет синергический эффект со всеми комбинациями соединений, за исключением лимонена и диаллилтрисульфида. С другой стороны, был обнаружен антагонизм между диаллилдисульфидом и диаллилтрисульфидом и комбинацией любого из них с эвкалиптом, эвкалиптолом, карвоном или лимоненом. Аналогичным образом, комбинации α-пинена с эудесмолом или лимоненом, эвкалиптола с карвоном или лимоненом, а также лимонена с эудесмолом или малатионом показали антагонистическое ларвицидное действие. Для остальных шести комбинаций не было существенной разницы между ожидаемой и наблюдаемой смертностью (таблица 5).
На основе синергетического эффекта и сублетальных доз была выбрана и дополнительно протестирована их ларвицидная токсичность в отношении большого количества комаров Aedes aegypti. Результаты показали, что наблюдаемая смертность личинок при использовании бинарных комбинаций эвгенол-лимонен, диаллилдисульфид-лимонен и диаллилдисульфид-тимефос составила 100%, в то время как ожидаемая смертность личинок составила 76,48%, 72,16% и 63,4% соответственно (таблица 6). Комбинация лимонена и эвдесмола оказалась относительно менее эффективной, при этом наблюдалась 88% смертность личинок за 24-часовой период воздействия (таблица 6). В целом, четыре выбранные бинарные комбинации также продемонстрировали синергетический ларвицидный эффект против Aedes aegypti при применении в больших масштабах (таблица 6).
Для биотестирования на адультоцидное действие с целью контроля больших популяций взрослых комаров Aedes aegypti были выбраны три синергические комбинации. Для отбора комбинаций для тестирования на крупных колониях насекомых мы сначала сосредоточились на двух лучших синергических комбинациях терпенов, а именно карвоне плюс лимонен и эвкалиптоле плюс эудесмоле. Во-вторых, лучшая синергическая комбинация была выбрана из комбинации синтетического органофосфата малатиона и терпеноидов. Мы считаем, что комбинация малатиона и эудесмола является лучшей для тестирования на крупных колониях насекомых из-за самой высокой наблюдаемой смертности и очень низких значений LC50 исследуемых компонентов. Малатион проявляет синергизм в сочетании с α-пиненом, диаллилдисульфидом, эвкалиптом, карвоном и эудесмолом. Но если мы посмотрим на значения LC50, то у эудесмола самое низкое значение (2,25 ppm). Рассчитанные значения LC50 для малатиона, α-пинена, диаллилдисульфида, эвкалиптола и карвона составили 5,4, 716,55, 166,02, 17,6 и 140,79 ppm соответственно. Эти значения указывают на то, что комбинация малатиона и эвдесмола является оптимальной с точки зрения дозировки. Результаты показали, что комбинации карвона с лимоненом и эвдесмола с малатионом обеспечили 100% наблюдаемую смертность по сравнению с ожидаемой смертностью от 61% до 65%. Другая комбинация, эвдесмол с эвкалиптолом, показала уровень смертности 78,66% после 24 часов воздействия по сравнению с ожидаемым уровнем смертности 60%. Все три выбранные комбинации продемонстрировали синергетический эффект даже при крупномасштабном применении против взрослых комаров Aedes aegypti (Таблица 6).
В данном исследовании выбранные эфирные масла растений, такие как Mp, As, Os, Em и Cl, продемонстрировали многообещающее летальное действие на личиночные и взрослые стадии комаров Aedes aegypti. Эфирное масло Mp обладало самой высокой ларвицидной активностью со значением LC50 0,42 ppm, за ним следовали эфирные масла As, Os и Em со значением LC50 менее 50 ppm через 24 часа. Эти результаты согласуются с предыдущими исследованиями комаров и других двукрылых мух10,11,12,13,14. Хотя ларвицидная активность Cl ниже, чем у других эфирных масел, со значением LC50 163,65 ppm через 24 часа, его потенциал в отношении взрослых особей является самым высоким со значением LC50 23,37 ppm через 24 часа. Эфирные масла Mp, As и Em также продемонстрировали хороший аллерцидный потенциал со значениями LC50 в диапазоне 100–120 ppm при 24 часах воздействия, но их эффективность была относительно ниже, чем у ларвицидного средства. С другой стороны, эфирное масло Os показало незначительный аллерцидный эффект даже при самой высокой терапевтической дозе. Таким образом, результаты показывают, что токсичность этиленоксида для растений может варьироваться в зависимости от стадии развития комаров15. Она также зависит от скорости проникновения эфирных масел в организм насекомого, их взаимодействия со специфическими целевыми ферментами и детоксикационной способности комара на каждой стадии развития16. Большое количество исследований показало, что основной компонент является важным фактором биологической активности этиленоксида, поскольку он составляет большую часть всех соединений3,12,17,18. Поэтому мы рассмотрели два основных соединения в каждом эфирном масле. На основании результатов ГХ-МС диаллилдисульфид и диаллилтрисульфид были идентифицированы как основные соединения ЭО As, что согласуется с предыдущими отчетами19,20,21. Хотя в предыдущих отчетах указывалось, что ментол является одним из его основных соединений, карвон и лимонен снова были идентифицированы как основные соединения ЭО Mp22,23. Профиль состава ЭО Os показал, что основными соединениями являются эвгенол и метилэвгенол, что аналогично результатам более ранних исследователей16,24. Эвкалиптол и эвкалиптол были описаны как основные соединения, присутствующие в масле листьев Em, что согласуется с результатами некоторых исследователей25,26, но противоречит результатам Олаладе и др.27. В эфирном масле мелалеуки наблюдалось преобладание цинеола и α-пинена, что аналогично предыдущим исследованиям28,29. Сообщалось о внутривидовых различиях в составе и концентрации эфирных масел, извлеченных из одного и того же вида растений в разных местах, и эти различия также наблюдались в данном исследовании. На них влияют географические условия произрастания растений, время сбора урожая, стадия развития или возраст растений, появление хемотипов и т. д.22,30,31,32. Ключевые идентифицированные соединения были затем приобретены и протестированы на их ларвицидное действие и воздействие на взрослых комаров Aedes aegypti. Результаты показали, что ларвицидная активность диаллилдисульфида была сопоставима с активностью неочищенного эфирного масла As. Однако активность диаллилтрисульфида выше, чем у эфирного масла As. Эти результаты аналогичны результатам, полученным Кимбарисом и др. 33 на Culex philippines. Однако эти два соединения не показали хорошей автоцидной активности против целевых комаров, что согласуется с результатами Плата-Руэда и др. 34 на Tenebrio molitor. Эфирное масло этилена эффективно против личиночной стадии комара Aedes aegypti, но не против взрослой стадии. Установлено, что ларвицидная активность основных отдельных соединений ниже, чем у неочищенного эфирного масла этилена. Это подразумевает роль других соединений и их взаимодействия в неочищенном этиленоксиде. Метилэвгенол сам по себе обладает незначительной активностью, тогда как эвгенол сам по себе обладает умеренной ларвицидной активностью. Этот вывод, с одной стороны, подтверждает35,36, а с другой — противоречит выводам более ранних исследователей37,38. Различия в функциональных группах эвгенола и метилэвгенола могут приводить к различной токсичности для одного и того же целевого насекомого39. Было обнаружено, что лимонен обладает умеренной ларвицидной активностью, в то время как эффект карвона был незначительным. Аналогично, относительно низкая токсичность лимонена для взрослых насекомых и высокая токсичность карвона подтверждают результаты некоторых предыдущих исследований40, но противоречат другим41. Наличие двойных связей как во внутрициклических, так и в экзоциклических положениях может повысить эффективность этих соединений в качестве ларвицидов3,41, в то время как карвон, являющийся кетоном с ненасыщенными альфа- и бета-углеродными атомами, может проявлять более высокий потенциал токсичности для взрослых особей42. Однако индивидуальные характеристики лимонена и карвона значительно ниже, чем у суммарного ЭО Мп (таблица 1, таблица 3). Среди протестированных терпеноидов наибольшую ларвицидную и активность в отношении взрослых особей показал эудесмол со значением LC50 ниже 2,5 ppm, что делает его перспективным соединением для борьбы с комарами рода Aedes. Его эффективность выше, чем у всего ЭО Эм, хотя это не согласуется с результатами исследования Ченга и др.40. Эудесмол — это сесквитерпен с двумя изопреновыми звеньями, менее летучий, чем кислородсодержащие монотерпены, такие как эвкалипт, и поэтому обладает большим потенциалом в качестве пестицида. Сам эвкалиптол обладает большей инсектицидной активностью в отношении взрослых особей, чем ларвицидной, и результаты более ранних исследований как подтверждают, так и опровергают это37,43,44. Его активность практически сопоставима с активностью всего ЭО Cl. Другой бициклический монотерпен, α-пинен, оказывает меньшее инсектицидное воздействие на взрослых особей Aedes aegypti, чем на ларвицид, что противоположно эффекту всего ЭО Cl. Общая инсектицидная активность терпеноидов зависит от их липофильности, летучести, разветвления углерода, площади выступа, площади поверхности, функциональных групп и их положения45,46. Эти соединения могут действовать, разрушая клеточные скопления, блокируя дыхательную активность, прерывая передачу нервных импульсов и т. д.47 Было установлено, что синтетический органофосфат темефос обладает самой высокой ларвицидной активностью со значением LC50 0,43 ppm, что согласуется с данными Лека -Utala48. Активность синтетического органофосфорного соединения малатиона у взрослых особей составила 5,44 ppm. Хотя эти два органофосфата показали благоприятные результаты против лабораторных штаммов комаров Aedes aegypti, в разных частях мира сообщалось о резистентности комаров к этим соединениям49. Однако аналогичных сообщений о развитии резистентности к растительным лекарственным средствам не обнаружено50. Таким образом, растительные препараты рассматриваются как потенциальная альтернатива химическим пестицидам в программах борьбы с переносчиками заболеваний.
Ларвицидный эффект был протестирован на 28 бинарных комбинациях (1:1), приготовленных из сильнодействующих терпеноидов и терпеноидов с тиметфосом, и было обнаружено, что 9 комбинаций обладают синергическим, 14 — антагонистическим и 5 — антагонистическим действием. Эффекта не наблюдалось. С другой стороны, в биотесте на эффективность против взрослых особей было обнаружено, что 7 комбинаций обладают синергическим эффектом, 15 — антагонистическим, а 6 комбинаций не оказывают никакого эффекта. Причина, по которой определенные комбинации оказывают синергический эффект, может быть связана с одновременным взаимодействием исследуемых соединений в различных важных сигнальных путях или с последовательным ингибированием различных ключевых ферментов определенного биологического пути51. Было установлено, что комбинация лимонена с диаллилдисульфидом, эвкалиптом или эвгенолом оказывает синергический эффект как в мелкомасштабном, так и в крупномасштабном применении (таблица 6), в то время как его комбинация с эвкалиптом или α-пиненом оказывает антагонистическое воздействие на личинки. В среднем, лимонен, по-видимому, является хорошим синергистом, возможно, благодаря наличию метильных групп, хорошему проникновению в роговой слой и различному механизму действия52,53. Ранее сообщалось, что лимонен может вызывать токсические эффекты, проникая в кутикулу насекомых (контактная токсичность), влияя на пищеварительную систему (антифидант) или на дыхательную систему (фумигационная активность)54, в то время как фенилпропаноиды, такие как эвгенол, могут влиять на метаболические ферменты55. Следовательно, комбинации соединений с различными механизмами действия могут увеличить общий летальный эффект смеси. Было обнаружено, что эвкалиптол обладает синергическим действием с диаллилдисульфидом, эвкалиптом или α-пиненом, но другие комбинации с другими соединениями либо не оказывали ларвицидного действия, либо были антагонистическими. Ранние исследования показали, что эвкалиптол обладает ингибирующей активностью в отношении ацетилхолинэстеразы (АХЭ), а также рецепторов октаамина и ГАМК56. Поскольку циклические монотерпены, эвкалиптол, эвгенол и др. могут иметь тот же механизм действия, что и их нейротоксическое действие57, тем самым минимизируя их комбинированное действие за счет взаимного ингибирования. Аналогично, было обнаружено, что комбинация Темефоса с диаллилдисульфидом, α-пиненом и лимоненом обладает синергическим действием, что подтверждает предыдущие сообщения о синергическом эффекте между растительными препаратами и синтетическими органофосфатами58.
Было обнаружено, что комбинация эудесмола и эвкалиптола оказывает синергический эффект на личиночную и взрослую стадии комара Aedes aegypti, возможно, из-за различий в механизмах их действия, обусловленных разными химическими структурами. Эудесмол (сесквитерпен) может влиять на дыхательную систему 59, а эвкалиптол (монотерпен) может влиять на ацетилхолинэстеразу 60. Совместное воздействие компонентов на два или более целевых участка может усилить общий летальный эффект комбинации. В биологических тестах на взрослых особей было обнаружено, что малатион оказывает синергический эффект с карвоном, эвкалиптолом, эвкалиптолом, диаллилдисульфидом или α-пиненом, что указывает на его синергический эффект при добавлении лимонена и ди. Хорошие кандидаты на роль синергических аллерцидов для всего спектра терпеновых соединений, за исключением аллилтрисульфида. Тангам и Катиресан61 также сообщили о схожих результатах синергетического эффекта малатиона с растительными экстрактами. Этот синергетический эффект может быть обусловлен комбинированным токсическим воздействием малатиона и фитохимических веществ на ферменты детоксикации насекомых. Органофосфаты, такие как малатион, обычно действуют путем ингибирования цитохрома P450 эстераз и монооксигеназ62,63,64. Следовательно, сочетание малатиона с этими механизмами действия и терпенов с различными механизмами действия может усилить общий летальный эффект на комаров.
С другой стороны, антагонизм указывает на то, что выбранные соединения в комбинации менее активны, чем каждое соединение в отдельности. Причиной антагонизма в некоторых комбинациях может быть то, что одно соединение изменяет поведение другого соединения, изменяя скорость абсорбции, распределения, метаболизма или выведения. Ранние исследователи считали это причиной антагонизма в комбинациях лекарственных препаратов. Молекулы Возможный механизм 65. Аналогично, возможные причины антагонизма могут быть связаны со схожими механизмами действия, конкуренцией составляющих соединений за один и тот же рецептор или целевой участок. В некоторых случаях может также происходить неконкурентное ингибирование целевого белка. В этом исследовании два сероорганических соединения, диаллилдисульфид и диаллилтрисульфид, показали антагонистическое действие, возможно, из-за конкуренции за один и тот же целевой участок. Аналогично, эти два серосодержащих соединения показали антагонистическое действие и не оказывали эффекта при сочетании с эудесмолом и α-пиненом. Эудесмол и альфа-пинен имеют циклическую природу, тогда как диаллилдисульфид и диаллилтрисульфид имеют алифатическую природу. Исходя из химической структуры, комбинация этих соединений должна увеличивать общую летальную активность, поскольку их целевые участки обычно различны34,47, но экспериментально мы обнаружили антагонизм, который может быть обусловлен ролью этих соединений в некоторых неизвестных организмах in vivo. Аналогично, комбинация цинеола и α-пинена вызывала антагонистические реакции, хотя исследователи ранее сообщали, что эти два соединения имеют разные мишени действия47,60. Поскольку оба соединения являются циклическими монотерпенами, могут существовать некоторые общие целевые участки, которые могут конкурировать за связывание и влиять на общую токсичность изученных комбинаторных пар.
На основе значений LC50 и наблюдаемой смертности были выбраны две лучшие синергетические комбинации терпенов, а именно пары карвон + лимонен и эвкалиптол + эудесмол, а также синтетический органофосфорный малатион с терпенами. Оптимальная синергическая комбинация соединений малатиона и эудесмола была протестирована в биотесте на инсектицид для взрослых особей. Целью были крупные колонии насекомых, чтобы подтвердить, могут ли эти эффективные комбинации действовать против большого количества особей на относительно больших площадях воздействия. Все эти комбинации демонстрируют синергетический эффект против больших роев насекомых. Аналогичные результаты были получены для оптимальной синергетической ларвицидной комбинации, протестированной против больших популяций личинок Aedes aegypti. Таким образом, можно сказать, что эффективная синергическая ларвицидная и адультицидная комбинация растительных эфирных соединений является сильным кандидатом против существующих синтетических химических веществ и может быть в дальнейшем использована для борьбы с популяциями Aedes aegypti. Аналогичным образом, эффективные комбинации синтетических ларвицидов или инсектицидов для уничтожения взрослых особей комаров с терпенами также могут быть использованы для снижения доз тиметфоса или малатиона, применяемых к комарам. Эти мощные синергетические комбинации могут предложить решения для будущих исследований эволюции лекарственной устойчивости у комаров рода Aedes.
Яйца комаров Aedes aegypti были собраны в Региональном медицинском исследовательском центре Дибругарха, Индийский совет медицинских исследований, и содержались при контролируемой температуре (28 ± 1 °C) и влажности (85 ± 5 %) на кафедре зоологии Университета Гаухати в следующих условиях: (описано Ариволи и др.). После вылупления личинки кормили личиночным кормом (порошок от собачьего печенья и дрожжи в соотношении 3:1), а взрослых особей кормили 10% раствором глюкозы. Начиная с 3-го дня после вылупления, взрослым самкам комаров позволяли сосать кровь белых крыс. Фильтровальную бумагу замачивали в воде в стакане и помещали в клетку для откладывания яиц.
Были отобраны образцы растений, а именно листья эвкалипта (Myrtaceae), базилика священного (Lamiaceae), мяты (Lamiaceae), мелалеуки (Myrtaceae) и луковичные растения рода Allium (Amaryllidaceae). Образцы были собраны в Гувахати и идентифицированы кафедрой ботаники Гувахатского университета. Собранные образцы растений (500 г) подвергались гидродистилляции с использованием аппарата Клевенджера в течение 6 часов. Полученное эфирное масло было собрано в чистые стеклянные флаконы и хранилось при 4 °C для дальнейших исследований.
Токсичность для личинок изучали с использованием слегка модифицированных стандартных процедур Всемирной организации здравоохранения 67. В качестве эмульгатора использовали ДМСО. Каждую концентрацию эфирного масла первоначально тестировали при 100 и 1000 ppm, подвергая воздействию 20 личинок в каждой повторности. На основании результатов применяли диапазон концентраций, и смертность регистрировали через 1–6 часов (с интервалом в 1 час), а также через 24, 48 и 72 часа после обработки. Сублетальные концентрации (LC50) определяли через 24, 48 и 72 часа после воздействия. Каждую концентрацию тестировали в трех повторениях вместе с одним отрицательным контролем (только вода) и одним положительным контролем (вода, обработанная ДМСО). Если происходило окукливание и погибало более 10% личинок контрольной группы, эксперимент повторяли. Если уровень смертности в контрольной группе составлял от 5 до 10%, использовали формулу коррекции Эббота 68.
Для биотестирования взрослых комаров Aedes aegypti с использованием ацетона в качестве растворителя применялся метод, описанный Рамаром и др. 69. Каждое эфирное масло первоначально тестировалось на взрослых комарах Aedes aegypti в концентрациях 100 и 1000 ppm. На фильтровальную бумагу (размером 12 x 15 см²) наносили 2 мл каждого приготовленного раствора и давали ацетону испариться в течение 10 минут. В качестве контроля использовали фильтровальную бумагу, обработанную только 2 мл ацетона. После испарения ацетона обработанную и контрольную фильтровальную бумагу помещали в цилиндрическую трубку (глубиной 10 см). Десять комаров в возрасте 3-4 дней, не питающихся кровью, переносили в три повтора для каждой концентрации. На основе результатов предварительных тестов были протестированы различные концентрации выбранных масел. Смертность регистрировалась через 1 час, 2 часа, 3 часа, 4 часа, 5 часов, 6 часов, 24 часа, 48 часов и 72 часа после выпуска комаров. Рассчитайте значения LC50 для времени воздействия 24 часа, 48 часов и 72 часа. Если уровень смертности в контрольной группе превышает 20%, повторите весь тест. Аналогично, если уровень смертности в контрольной группе превышает 5%, скорректируйте результаты для обработанных образцов, используя формулу Эббота68.
Для анализа составляющих соединений выбранных эфирных масел были проведены газовая хроматография (Agilent 7890A) и масс-спектрометрия (Accu TOF GCv, Jeol). Газовый хроматограф был оснащен детектором пламенной ионизации (FID) и капиллярной колонкой (HP5-MS). В качестве газа-носителя использовался гелий, скорость потока составляла 1 мл/мин. Программа ГХ устанавливает для Allium sativum значение 10:80-1M-8-220-5M-8-270-9M, для Ocimum Sainttum — 10:80-3M-8-200-3M-10-275-1M-5 – 280, для мяты — 10:80-1M-8-200-5M-8-275-1M-5-280, для эвкалипта — 20:60-1M-10-200-3M-30-280, а для красного цвета (для тысячи слоев) — 10:60-1M-8-220-5M-8-270-3M.
Основные соединения каждого эфирного масла были идентифицированы на основе процентного содержания, рассчитанного по результатам хроматограммы ГХ и масс-спектрометрии (с использованием базы данных стандартов NIST 70).
Два основных соединения в каждом эфирном масле были выбраны на основе результатов ГХ-МС и приобретены у компании Sigma-Aldrich с чистотой 98–99% для дальнейших биологических исследований. Эффективность соединений в отношении ларвицидов и взрослых особей комаров Aedes aegypti была протестирована, как описано выше. Наиболее часто используемые синтетические ларвициды — тамефосат (Sigma Aldrich) и препарат для взрослых особей — малатион (Sigma Aldrich) — были проанализированы для сравнения их эффективности с выбранными соединениями эфирных масел, используя ту же процедуру.
Бинарные смеси выбранных терпеновых соединений и терпеновых соединений с коммерческими органофосфатами (тилефос и малатион) были приготовлены путем смешивания дозы LC50 каждого исследуемого соединения в соотношении 1:1. Приготовленные комбинации были протестированы на личиночных и взрослых стадиях комаров Aedes aegypti, как описано выше. Каждый биотест проводился в трех повторениях для каждой комбинации и в трех повторениях для отдельных соединений, присутствующих в каждой комбинации. Гибель целевых насекомых регистрировалась через 24 часа. Рассчитайте ожидаемый уровень смертности для бинарной смеси, используя следующую формулу.
где E = ожидаемый уровень смертности комаров Aedes aegypti в ответ на бинарную комбинацию, т.е. соединение (A + B).
Эффект каждой бинарной смеси был обозначен как синергический, антагонистический или отсутствие эффекта на основе значения χ², рассчитанного методом, описанным Павла52. Рассчитайте значение χ² для каждой комбинации, используя следующую формулу.
Эффект комбинации считался синергическим, если вычисленное значение χ² превышало табличное значение для соответствующей степени свободы (95% доверительный интервал) и если наблюдаемая смертность превышала ожидаемую. Аналогично, если вычисленное значение χ² для любой комбинации превышает табличное значение с некоторыми степенями свободы, но наблюдаемая смертность ниже ожидаемой, лечение считается антагонистическим. А если в какой-либо комбинации вычисленное значение χ² меньше табличного значения для соответствующей степени свободы, комбинация считается неэффективной.
Для тестирования на большом количестве насекомых были отобраны три-четыре потенциально синергические комбинации (100 личинок и 50 взрослых особей, обладающих ларвицидной и инсектицидной активностью). Тестирование на взрослых особях проводилось аналогично описанному выше. Наряду со смесями, отдельные соединения, присутствующие в выбранных смесях, также тестировались на равном количестве личинок и взрослых особей Aedes aegypti. Соотношение комбинаций составляет одну часть дозы LC50 одного исследуемого соединения и одну часть дозы LC50 другого входящего в состав соединения. В биотесте на активность у взрослых особей выбранные соединения растворяли в растворителе ацетоне и наносили на фильтровальную бумагу, обернутую в цилиндрический пластиковый контейнер объемом 1300 см³. Ацетон выпаривали в течение 10 минут, после чего выпускали взрослых особей. Аналогично, в биотесте на ларвицидную активность дозы исследуемых соединений LC50 сначала растворяли в равных объемах ДМСО, а затем смешивали с 1 литром воды, хранящейся в пластиковых контейнерах объемом 1300 см³, после чего выпускали личинок.
Вероятностный анализ 71 зарегистрированного случая смертности был выполнен с использованием программного обеспечения SPSS (версия 16) и Minitab для расчета значений LC50.
Дата публикации: 01.07.2024