В ходе предыдущего проекта по исследованию местных предприятий пищевой промышленности в Таиланде на предмет наличия комаров было обнаружено, что эфирные масла Cyperus rotundus, галангала и корицы обладают хорошей противомоскитной активностью против комаров Aedes aegypti. В попытке сократить использование традиционных методовинсектицидыДля улучшения контроля над устойчивыми к пиретроидам популяциями комаров данное исследование было направлено на выявление потенциального синергизма между адультицидным действием оксида этилена и токсичностью перметрина для комаров рода Aedes aegypti, включая устойчивые и чувствительные к пиретроидам штаммы.
Целью данного исследования было оценить химический состав и бактерицидную активность эфирного масла, извлеченного из корневищ C. rotundus и A. galanga и коры C. verum, против чувствительного штамма Muang Chiang Mai (MCM-S) и устойчивого штамма Pang Mai Dang (PMD-R). Активность у взрослых особей Ae. aegypti. Для понимания синергического действия смеси эфирного масла и перметрина также был проведен биотест на взрослых комарах Aedes.
Химическая характеристика с использованием аналитического метода ГХ-МС показала, что в эфирных маслах C. rotundus, A. galanga и C. verum было идентифицировано 48 соединений, составляющих 80,22%, 86,75% и 97,24% от общего количества компонентов соответственно. Циперен (14,04%), β-бисаболен (18,27%) и циннамальдегид (64,66%) являются основными компонентами масла циперуса, масла галангала и бальзамического масла соответственно. В биологических тестах на уничтожение взрослых особей комаров C. rotundus, A. galanga и C. verum EV оказались эффективными в уничтожении Ae. Значения LD50 для Aegypti, MCM-S и PMD-R составили 10,05 и 9,57 мкг/мг самки, 7,97 и 7,94 мкг/мг самки и 3,30 и 3,22 мкг/мг самки соответственно. Эффективность MCM-S и PMD-R Ae в уничтожении взрослых особей aegypti в этих эфирных маслах была близка к пиперонилбутоксиду (значения PBO, LD50 = 6,30 и 4,79 мкг/мг самки соответственно), но не столь выражена, как у перметрина (значения LD50 = 0,44 и 3,70 нг/мг самки соответственно). Однако комбинированные биотесты выявили синергизм между эфирным маслом и перметрином. Значительный синергизм с перметрином против двух штаммов комаров рода Aedes. Aedes aegypti был обнаружен в ЭМ C. rotundus и A. galanga. Добавление масел C. rotundus и A. galanga значительно снизило значения LD50 перметрина на MCM-S с 0,44 до 0,07 нг/мг и 0,11 нг/мг у самок соответственно, с коэффициентом синергии (SR) 6,28 и 4,00 соответственно. Кроме того, эфирные масла C. rotundus и A. galanga также значительно снизили значения LD50 перметрина для PMD-R с 3,70 до 0,42 нг/мг и 0,003 нг/мг у самок соответственно, при значениях SR 8,81 и 1233,33 соответственно.
Синергетический эффект комбинации этиленоксида и перметрина усиливает токсичность для взрослых особей двух штаммов комаров рода Aedes. Aedes aegypti демонстрирует многообещающую роль этиленоксида в качестве синергиста в повышении эффективности борьбы с комарами, особенно в тех случаях, когда традиционные соединения неэффективны или неприменимы.
Комар Aedes aegypti (Diptera: Culicidae) является основным переносчиком лихорадки денге и других инфекционных вирусных заболеваний, таких как желтая лихорадка, чикунгунья и вирус Зика, представляя огромную и постоянную угрозу для человека [1, 2]. Вирус денге — наиболее серьезная патогенная геморрагическая лихорадка, поражающая человека, с предполагаемым числом случаев от 5 до 100 миллионов в год и более чем 2,5 миллиардами человек во всем мире, находящихся в группе риска [3]. Вспышки этого инфекционного заболевания ложатся огромным бременем на население, системы здравоохранения и экономику большинства тропических стран [1]. По данным Министерства здравоохранения Таиланда, в 2015 году по всей стране было зарегистрировано 142 925 случаев лихорадки денге и 141 случай смерти, что более чем в три раза превышает число случаев и смертей в 2014 году [4]. Несмотря на исторические данные, лихорадка денге была искоренена или значительно сокращена благодаря комарам рода Aedes. После того, как удалось взять под контроль комара Aedes aegypti [5], уровень заражения резко возрос, и болезнь распространилась по всему миру, отчасти из-за десятилетий глобального потепления. Ликвидация и контроль Aedes aegypti относительно сложны, поскольку это домашний комар-переносчик, который спаривается, питается, отдыхает и откладывает яйца в жилых домах и вокруг них в течение дня. Кроме того, этот комар способен адаптироваться к изменениям окружающей среды или нарушениям, вызванным природными явлениями (такими как засуха) или мерами контроля со стороны человека, и может вернуться к своей первоначальной численности [6, 7]. Поскольку вакцины против лихорадки денге были одобрены лишь недавно, и специфического лечения лихорадки денге не существует, предотвращение и снижение риска передачи денге полностью зависит от контроля комаров-переносчиков и устранения контакта человека с переносчиками.
В частности, использование химических веществ для борьбы с комарами в настоящее время играет важную роль в общественном здравоохранении как важный компонент комплексного интегрированного управления переносчиками заболеваний. Наиболее популярные химические методы включают использование малотоксичных инсектицидов, действующих против личинок комаров (ларвициды) и взрослых комаров (адидоциды). Контроль личинок путем сокращения источников их размножения и регулярного использования химических ларвицидов, таких как органофосфаты и регуляторы роста насекомых, считается важным. Однако негативное воздействие на окружающую среду, связанное с синтетическими пестицидами, а также трудоемкость и сложность их обслуживания остаются серьезной проблемой [8, 9]. Традиционный активный контроль переносчиков заболеваний, такой как контроль взрослых особей, остается наиболее эффективным средством борьбы во время вирусных вспышек, поскольку он может быстро и в больших масштабах уничтожать переносчиков инфекционных заболеваний, а также сокращать продолжительность жизни и жизнеспособность местных популяций переносчиков [3, 10]. Четыре класса химических инсектицидов: хлорорганические соединения (обозначаемые просто как ДДТ), органофосфаты, карбаматы и пиретроиды составляют основу программ борьбы с переносчиками болезней, при этом пиретроиды считаются наиболее успешным классом. Они высокоэффективны против различных членистоногих и обладают низкой токсичностью для млекопитающих. В настоящее время синтетические пиретроиды составляют большинство коммерческих пестицидов, занимая около 25% мирового рынка пестицидов [11, 12]. Перметрин и дельтаметрин — это пиретроидные инсектициды широкого спектра действия, которые десятилетиями используются во всем мире для борьбы с различными вредителями, имеющими сельскохозяйственное и медицинское значение [13, 14]. В 1950-х годах ДДТ был выбран в качестве основного химического вещества для национальной программы борьбы с комарами в области общественного здравоохранения Таиланда. После широкого использования ДДТ в эндемичных по малярии районах Таиланд постепенно прекратил его применение в период с 1995 по 2000 год, заменив его двумя пиретроидами: перметрином и дельтаметрином [15, 16]. Эти пиретроидные инсектициды были введены в начале 1990-х годов для борьбы с малярией и лихорадкой денге, главным образом путем обработки противомоскитных сеток, использования термических туманов и спреев со сверхнизкой токсичностью [14, 17]. Однако они утратили свою эффективность из-за сильной устойчивости комаров и отсутствия соблюдения требований населением в связи с опасениями по поводу здоровья населения и воздействия синтетических химикатов на окружающую среду. Это создает значительные проблемы для успеха программ борьбы с переносчиками болезней [14, 18, 19]. Для повышения эффективности стратегии необходимы своевременные и адекватные контрмеры. Рекомендуемые методы управления включают замену природных веществ, чередование химических веществ разных классов, добавление синергистов, а также смешивание химических веществ или одновременное применение химических веществ разных классов [14, 20, 21]. Таким образом, существует острая необходимость в поиске и разработке экологически чистой, удобной и эффективной альтернативы и синергиста, и данное исследование направлено на удовлетворение этой потребности.
Инсектициды природного происхождения, особенно те, которые основаны на компонентах растений, показали потенциал в оценке существующих и будущих альтернатив борьбы с комарами [22, 23, 24]. Несколько исследований показали, что можно контролировать важных переносчиков комаров, используя растительные продукты, особенно эфирные масла (ЭМ), в качестве средств для уничтожения взрослых особей. Свойства, убивающие взрослых особей некоторых важных видов комаров, были обнаружены во многих растительных маслах, таких как сельдерей, тмин, цедоария, анис, трубчатый перец, тимьян, Schinus terebinthifolia, Cymbopogon citratus, Cymbopogon schoenanthus, Cymbopogon giganteus, Chenopodium ambrosioides, Cochlospermum planchonii, Eucalyptus ter eticornis. , Eucalyptus citriodora, Cananga odorata и Petroselinum Criscum [25,26,27,28,29,30]. Оксид этилена в настоящее время используется не только сам по себе, но и в сочетании с экстрагированными растительными веществами или существующими синтетическими пестицидами, что приводит к различной степени токсичности. Комбинации традиционных инсектицидов, таких как органофосфаты, карбаматы и пиретроиды, с оксидом этилена/растительными экстрактами действуют синергически или антагонистически в своих токсических эффектах и показали свою эффективность против переносчиков болезней и вредителей [31,32,33,34,35]. Однако большинство исследований синергических токсических эффектов комбинаций фитохимических веществ с синтетическими химическими веществами или без них проводилось на сельскохозяйственных насекомых-переносчиках и вредителях, а не на комарах, имеющих важное медицинское значение. Кроме того, большая часть исследований синергетического эффекта комбинаций растительных и синтетических инсектицидов против комаров-переносчиков болезней сосредоточена на ларвицидном эффекте.
В предыдущем исследовании, проведенном авторами в рамках текущего исследовательского проекта по скринингу интимицидов из местных пищевых растений Таиланда, было обнаружено, что оксиды этилена из Cyperus rotundus, галангала и корицы обладают потенциальной активностью против взрослых комаров Aedes aegypti [36]. Поэтому целью данного исследования было оценить эффективность эфирных масел, выделенных из этих лекарственных растений, против комаров Aedes aegypti, включая пиретроид-резистентные и чувствительные штаммы. Также был проанализирован синергетический эффект бинарных смесей оксида этилена и синтетических пиретроидов с хорошей эффективностью против взрослых особей с целью снижения использования традиционных инсектицидов и повышения устойчивости комаров-переносчиков, особенно против Aedes aegypti. В данной статье представлена химическая характеристика эффективных эфирных масел и их потенциал для усиления токсичности синтетического перметрина против комаров Aedes aegypti в пиретроид-чувствительных штаммах (MCM-S) и резистентных штаммах (PMD-R).
Корневища C. rotundus и A. galanga, а также кора C. verum (рис. 1), используемые для экстракции эфирного масла, были приобретены у поставщиков лекарственных трав в провинции Чиангмай, Таиланд. Научная идентификация этих растений была проведена в консультации с г-ном Джеймсом Франклином Максвеллом, ботаником-гербарием кафедры биологии Колледжа естественных наук Чиангмайского университета (CMU), провинция Чиангмай, Таиланд, и ученым Ваннари Чароенсап; на кафедре фармации Колледжа фармации Университета Карнеги-Меллона образцы каждого растения, хранящиеся в отделе паразитологии Медицинской школы Университета Карнеги-Меллона, предназначены для дальнейшего использования.
Образцы растений высушивали в тени по отдельности в течение 3–5 дней на открытом воздухе при активной вентиляции и температуре окружающей среды приблизительно 30 ± 5 °C для удаления влаги перед экстракцией натуральных эфирных масел (ЭМ). 250 г каждого сухого растительного материала механически измельчали в крупный порошок и использовали для выделения эфирных масел методом паровой дистилляции. Дистилляционный аппарат состоял из электрической нагревательной манжеты, круглодонной колбы объемом 3000 мл, экстракционной колонны, конденсатора и устройства Cool Ace (Eyela Cool Ace CA-1112 CE, Tokyo Rikakikai Co. Ltd., Токио, Япония). В колбу добавляли 1600 мл дистиллированной воды и 10–15 стеклянных шариков, затем нагревали до приблизительно 100 °C с помощью электрического нагревателя в течение не менее 3 часов до завершения дистилляции и прекращения образования ЭМ. ЭО-слой был отделен от водной фазы с помощью делительной воронки, высушен над безводным сульфатом натрия (Na2SO4) и хранился в герметичной коричневой бутылке при 4 °C до исследования химического состава и активности взрослых особей.
Химический состав эфирных масел определяли одновременно с биологическим анализом вещества, используемого взрослыми. Качественный анализ проводили с использованием системы ГХ-МС, состоящей из газового хроматографа Hewlett-Packard (Уилмингтон, Калифорния, США) 7890A, оснащенного одноквадрупольным масс-селективным детектором (Agilent Technologies, Уилмингтон, Калифорния, США) и масс-спектрометром MSD 5975C (EI) (Agilent Technologies).
Хроматографическая колонка – DB-5MS (30 м × внутренний диаметр 0,25 мм × толщина пленки 0,25 мкм). Общее время анализа методом ГХ-МС составило 20 минут. Условия анализа: температура инжектора и линии переноса – 250 и 280 °C соответственно; температура печи повышается от 50 °C до 250 °C со скоростью 10 °C/мин, газ-носитель – гелий; скорость потока – 1,0 мл/мин; объем инъекции – 0,2 мкл (1/10% по объему в CH2Cl2, коэффициент разделения 100:1); для детектирования методом ГХ-МС используется система электронной ионизации с энергией ионизации 70 эВ. Диапазон сбора данных – 50–550 атомных единиц массы (а.е.м.), скорость сканирования – 2,91 сканирования в секунду. Относительные процентные доли компонентов выражаются в процентах, нормированных по площади пика. Идентификация компонентов эфирного масла основана на их индексе удерживания (RI). RI рассчитывался с использованием уравнения Ван ден Доола и Краца [37] для ряда н-алканов (C8-C40) и сравнивался с индексами удерживания из литературы [38] и библиотечных баз данных (NIST 2008 и Wiley 8NO8). Идентичность показанных соединений, таких как структура и молекулярная формула, подтверждалась сравнением с имеющимися аутентичными образцами.
Аналитические стандарты для синтетического перметрина и пиперонилбутоксида (ПБО, положительный контроль в исследованиях синергии) были приобретены у компании Sigma-Aldrich (Сент-Луис, Миссури, США). Наборы для тестирования взрослых Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) и диагностические дозы перметрин-пропитанной бумаги (0,75%) были приобретены в Центре борьбы с переносчиками заболеваний ВОЗ в Пенанге, Малайзия. Все остальные химические вещества и реагенты имели аналитическую чистоту и были приобретены в местных учреждениях провинции Чиангмай, Таиланд.
В качестве тест-организмов в биотесте на взрослых особей использовались свободно спаривающиеся лабораторные комары рода Aedes aegypti, включая восприимчивый штамм Муанг Чианг Май (MCM-S) и устойчивый штамм Панг Май Данг (PMD-R). Штамм MCM-S был получен из местных образцов, собранных в районе Муанг Чианг Май, провинция Чианг Май, Таиланд, и хранится в энтомологическом отделе кафедры паразитологии Медицинской школы CMU с 1995 года [39]. Штамм PMD-R, который оказался устойчивым к перметрину, был выделен из полевых комаров, первоначально собранных в Бан Панг Май Данг, район Мае Танг, провинция Чианг Май, Таиланд, и хранится в том же институте с 1997 года [40]. Штаммы PMD-R выращивали под селективным давлением для поддержания уровня резистентности путем периодического воздействия 0,75% перметрина с использованием набора для обнаружения ВОЗ с некоторыми модификациями [41]. Каждый штамм Ae. Aedes aegypti колонизировали индивидуально в лаборатории, свободной от патогенов, при температуре 25 ± 2 °C и относительной влажности 80 ± 10 % и фотопериоде 14:10 ч свет/темнота. Примерно 200 личинок содержали в пластиковых лотках (33 см в длину, 28 см в ширину и 9 см в высоту), заполненных водопроводной водой, с плотностью 150–200 личинок на лоток и кормили дважды в день стерилизованным собачьим печеньем. Взрослых червей содержали во влажных клетках и постоянно кормили 10% водным раствором сахарозы и 10% раствором поливитаминного сиропа. Самки комаров регулярно сосут кровь для откладывания яиц. Самки в возрасте от двух до пяти дней, не получавшие питания кровью, могут непрерывно использоваться в экспериментальных биологических исследованиях взрослых особей.
Биологический анализ зависимости дозы от смертности от воздействия эфирного масла проводился на взрослых самках комаров рода Aedes: aegypti, MCM-S и PMD-R с использованием метода местного применения, модифицированного в соответствии со стандартным протоколом ВОЗ для определения чувствительности [42]. Эфирное масло из каждого растения последовательно разбавляли подходящим растворителем (например, этанолом или ацетоном) для получения градуированной серии из 4-6 концентраций. После анестезии углекислым газом (CO2) комаров взвешивали индивидуально. Затем анестезированных комаров неподвижно помещали на сухую фильтровальную бумагу на специальной холодной пластине под стереомикроскопом, чтобы предотвратить повторную активацию во время процедуры. Для каждой обработки 0,1 мкл раствора эфирного масла наносили на верхнюю часть переднеспинки самки с помощью ручного микродозатора Hamilton (700 Series Microliter™, Hamilton Company, Reno, NV, USA). Каждой концентрации обрабатывали 25 самок, смертность варьировалась от 10% до 95% как минимум для 4 различных концентраций. Комары, обработанные растворителем, служили контролем. Для предотвращения загрязнения образцов фильтровальную бумагу заменяли новой для каждого тестируемого эфирного масла. Дозы, используемые в этих биотестах, выражены в микрограммах эфирного масла на миллиграмм живой массы тела самки. Активность ПБО у взрослых особей также оценивали аналогичным образом, как и в случае с эфирным маслом, при этом ПБО использовали в качестве положительного контроля в синергических экспериментах. Обработанных комаров во всех группах помещали в пластиковые стаканчики и давали им 10% сахарозу плюс 10% поливитаминный сироп. Все биотесты проводили при температуре 25 ± 2 °C и относительной влажности 80 ± 10% и повторяли четыре раза с контрольными образцами. Смертность в течение 24-часового периода выращивания проверяли и подтверждали отсутствием реакции комара на механическую стимуляцию, а затем регистрировали на основе среднего значения четырех повторений. Экспериментальные обработки повторялись четыре раза для каждого образца с использованием разных партий комаров. Результаты были обобщены и использованы для расчета процента смертности, который затем применялся для определения 24-часовой летальной дозы методом пробит-анализа.
Синергический антицидный эффект ЭО и перметрина оценивали с помощью процедуры локального токсического анализа [42], как описано ранее. В качестве растворителя использовали ацетон или этанол для приготовления перметрина в желаемой концентрации, а также бинарную смесь ЭО и перметрина (ЭО-перметрин: перметрин, смешанный с ЭО в концентрации LD25). Тест-наборы (перметрин и ЭО-перметрин) оценивали на штаммах Ae. Aedes aegypti MCM-S и PMD-R. Каждой из 25 самок комаров вводили четыре дозы перметрина для проверки его эффективности в уничтожении взрослых особей, при этом каждая обработка повторялась четыре раза. Для выявления потенциальных синергистов ЭО каждой из 25 самок комаров вводили от 4 до 6 доз ЭО-перметрина, при этом каждое применение повторялось четыре раза. Обработка ПБО-перметрином (перметрин, смешанный с концентрацией ПБО LD25) также служила положительным контролем. Дозы, используемые в этих биотестах, выражены в нанограммах исследуемого образца на миллиграмм живой массы тела самки. Для каждого штамма комаров было проведено четыре экспериментальных исследования на индивидуально выращенных партиях, а данные о смертности были объединены и проанализированы с использованием метода Probit для определения летальной дозы за 24 часа.
Показатель смертности был скорректирован с использованием формулы Эббота [43]. Скорректированные данные были проанализированы с помощью пробит-регрессионного анализа с использованием программы компьютерной статистики SPSS (версия 19.0). Летальные значения 25%, 50%, 90%, 95% и 99% (LD25, LD50, LD90, LD95 и LD99 соответственно) были рассчитаны с использованием соответствующих 95% доверительных интервалов (95% ДИ). Значимость и различия между тестовыми образцами оценивались с использованием критерия хи-квадрат или критерия Манна-Уитни в рамках каждого биологического анализа. Результаты считались статистически значимыми при P < 0,05.< 0,05. Коэффициент сопротивления (RR) оценивается на уровне LD50 с использованием следующей формулы [12]:
RR > 1 указывает на резистентность, а RR ≤ 1 указывает на чувствительность. Значение коэффициента синергии (SR) каждого кандидата в синергисты рассчитывается следующим образом [34, 35, 44]:
Этот фактор делит результаты на три категории: значение SR 1±0,05 считается отсутствием видимого эффекта, значение SR >1,05 считается синергетическим эффектом, а значение SR >1,05 может быть получено путем паровой дистилляции корневищ C. rotundus и A. galanga и коры C. verum. Выход, рассчитанный по сухому весу, составил 0,15%, 0,27% (вес/вес) и 0,54% (объем/объем) соответственно (таблица 1). Исследование химического состава масел C. rotundus, A. galanga и C. verum методом ГХ-МС показало наличие 19, 17 и 21 соединения, которые составляют 80,22, 86,75 и 97,24% от всех компонентов соответственно (таблица 2). В состав масла корневища C. lucidum входят преимущественно циперонен (14,04%), за которым следуют каррален (9,57%), α-капселлан (7,97%) и α-капселлан (7,53%). Основным химическим компонентом масла корневища галангала является β-бисаболен (18,27%), за которым следуют α-бергамотен (16,28%), 1,8-цинеол (10,17%) и пиперонол (10,09%). В то время как циннамальдегид (64,66%) был идентифицирован как основной компонент масла коры C. verum, ацетат корицы (6,61%), α-копаен (5,83%) и 3-фенилпропиональдегид (4,09%) были отнесены к второстепенным компонентам. Химические структуры циперна, β-бисаболена и циннамальдегида являются основными соединениями C. rotundus, A. galanga и C. verum соответственно, как показано на рисунке 2.
Результаты применения трех эфирных масел, оценивающих активность взрослых особей комаров рода Aedes aegypti, представлены в таблице 3. Было установлено, что все эфирные масла оказывают летальное воздействие на комаров Aedes MCM-S при различных типах и дозах. Aedes aegypti. Наиболее эффективным эфирным маслом является C. verum, за ним следуют A. galanga и C. rotundus со значениями LD50 3,30, 7,97 и 10,05 мкг/мг MCM-S у женщин соответственно, что немного выше, чем 3,22 (U = 1), Z = -0,775, P = 0,667), 7,94 (U = 2, Z = 0, P = 1) и 9,57 (U = 0, Z = -1,549, P = 0,333) мкг/мг PMD-R у женщин. Это соответствует тому, что PBO оказывает несколько более сильное воздействие на взрослых особей PMD-R, чем штамм MSM-S, со значениями LD50 4,79 и 6,30 мкг/мг самок соответственно (U = 0, Z = -2,021, P = 0,057). Можно рассчитать, что значения LD50 для C. verum, A. galanga, C. rotundus и PBO против PMD-R примерно в 0,98, 0,99, 0,95 и 0,76 раза ниже, чем против MCM-S соответственно. Таким образом, это указывает на то, что восприимчивость к PBO и EO относительно схожа у двух штаммов Aedes. Хотя PMD-R был более восприимчив, чем MCM-S, чувствительность Aedes aegypti не была значительной. Напротив, два штамма комаров Aedes значительно различались по своей чувствительности к перметрину. aegypti (таблица 4). PMD-R продемонстрировал значительную устойчивость к перметрину (значение LD50 = 0,44 нг/мг у женщин) с более высоким значением LD50, равным 3,70, по сравнению с MCM-S (значение LD50 = 0,44 нг/мг у женщин) нг/мг у женщин (U = 0, Z = -2,309, P = 0,029). Хотя PMD-R гораздо менее чувствителен к перметрину, чем MCM-S, его чувствительность к PBO и маслам C. verum, A. galanga и C. rotundus немного выше, чем у MCM-S.
Как было установлено в ходе биотестирования комбинации эфирного масла и перметрина на взрослой популяции, бинарные смеси перметрина и эфирного масла (LD25) показали либо синергизм (значение SR > 1,05), либо отсутствие эффекта (значение SR = 1 ± 0,05). Комплексные эффекты смеси эфирного масла и перметрина на взрослых экспериментальных комарах-альбиносах Aedes aegypti штаммов MCM-S и PMD-R показаны в таблице 4 и на рисунке 3. Было обнаружено, что добавление масла C. verum незначительно снижает LD50 перметрина против MCM-S и незначительно увеличивает LD50 против PMD-R до 0,44–0,42 нг/мг у женщин и с 3,70 до 3,85 нг/мг у женщин соответственно. Напротив, добавление масел C. rotundus и A. galanga значительно снизило LD50 перметрина для MCM-S с 0,44 до 0,07 (U = 0, Z = -2,309, P = 0,029) и до 0,11 (U = 0, Z) = -2,309, P = 0,029) нг/мг у женщин. На основании значений LD50 для MCM-S значения SR смеси эфирного масла и перметрина после добавления масел C. rotundus и A. galanga составили 6,28 и 4,00 соответственно. Соответственно, LD50 перметрина против PMD-R значительно снизилась с 3,70 до 0,42 (U = 0, Z = -2,309, P = 0,029) и до 0,003 при добавлении масел C. rotundus и A. galanga (U = 0). , Z = -2,337, P = 0,029) нг/мг самки. Значение SR перметрина в сочетании с C. rotundus против PMD-R составило 8,81, тогда как значение SR смеси галангала и перметрина составило 1233,33. По сравнению с MCM-S, значение LD50 положительного контроля PBO снизилось с 0,44 до 0,26 нг/мг (самки) и с 3,70 нг/мг (самки) до 0,65 нг/мг (U = 0, Z = -2,309, P = 0,029), а также PMD-R (U = 0, Z = -2,309, P = 0,029). Значения SR смеси PBO-перметрина для штаммов MCM-S и PMD-R составили 1,69 и 5,69 соответственно. Эти результаты показывают, что масла C. rotundus и A. galanga и PBO усиливают токсичность перметрина в большей степени, чем масло C. verum, для штаммов MCM-S и PMD-R.
Активность (LD50) эфирного масла (EO), перметрина (PBO), перметрина (PE) и их комбинаций в отношении чувствительных (MCM-S) и устойчивых (PMD-R) к пиретроидам штаммов комаров рода Aedes. Aedes aegypti
[45]. Синтетические пиретроиды используются во всем мире для борьбы почти со всеми членистоногими, имеющими сельскохозяйственное и медицинское значение. Однако из-за вредных последствий использования синтетических инсектицидов, особенно в плане развития и широкого распространения резистентности комаров, а также воздействия на долгосрочное здоровье и окружающую среду, в настоящее время существует острая необходимость сократить использование традиционных синтетических инсектицидов и разработать альтернативы [35, 46, 47]. Помимо защиты окружающей среды и здоровья человека, преимуществами растительных инсектицидов являются высокая селективность, глобальная доступность, простота производства и использования, что делает их более привлекательными для борьбы с комарами [32, 48, 49]. В данном исследовании, помимо выяснения химических характеристик эффективных эфирных масел с помощью анализа ГХ-МС, также оценивалась эффективность эфирных масел взрослых особей и их способность усиливать токсичность синтетического перметрина у комаров aegypti в чувствительных к пиретроидам штаммах (MCM-S) и резистентных штаммах (PMD-R).
Характеризация методом ГХ-МС показала, что основными компонентами масел C. rotundus, A. galanga и C. verum являются циперн (14,04%), β-бисаболен (18,27%) и циннамальдегид (64,66%) соответственно. Эти химические вещества продемонстрировали разнообразную биологическую активность. Ан и др. [50] сообщили, что 6-ацетоксициперен, выделенный из корневища C. rotundus, действует как противоопухолевое соединение и может индуцировать каспазозависимый апоптоз в клетках рака яичников. β-Бисаболен, извлеченный из эфирного масла мирры, проявляет специфическую цитотоксичность в отношении клеток опухолей молочной железы человека и мыши как in vitro, так и in vivo [51]. Сообщается, что циннамальдегид, полученный из природных экстрактов или синтезированный в лаборатории, обладает инсектицидной, антибактериальной, противогрибковой, противовоспалительной, иммуномодулирующей, противораковой и антиангиогенной активностью [52].
Результаты биотеста на дозозависимую активность взрослых особей показали хороший потенциал исследуемых эфирных масел и продемонстрировали, что штаммы комаров Aedes MCM-S и PMD-R имели схожую восприимчивость к эфирному маслу и перметрину. Сравнение эффективности эфирного масла и перметрина показало, что последний обладает более сильным аллерцидным эффектом: значения LD50 составляют 0,44 и 3,70 нг/мг у самок для штаммов MCM-S и PMD-R соответственно. Эти данные подтверждаются многими исследованиями, показывающими, что природные пестициды, особенно продукты растительного происхождения, как правило, менее эффективны, чем синтетические вещества [31, 34, 35, 53, 54]. Это может быть связано с тем, что первые представляют собой сложную комбинацию активных или неактивных ингредиентов, тогда как вторые являются очищенным единым активным соединением. Однако разнообразие и сложность природных активных ингредиентов с различными механизмами действия могут усиливать биологическую активность или препятствовать развитию резистентности в популяциях хозяев [55, 56, 57]. Многие исследователи сообщали об антимоскитном потенциале C. verum, A. galanga и C. rotundus и их компонентов, таких как β-бисаболен, циннамальдегид и 1,8-цинеол [22, 36, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64]. Однако обзор литературы показал, что ранее не было сообщений о его синергическом эффекте с перметрином или другими синтетическими инсектицидами против комаров рода Aedes. Aedes aegypti.
В данном исследовании были обнаружены значительные различия в чувствительности к перметрину между двумя штаммами комаров Aedes. Aedes aegypti. MCM-S чувствителен к перметрину, тогда как PMD-R гораздо менее чувствителен к нему, с коэффициентом резистентности 8,41. По сравнению с чувствительностью MCM-S, PMD-R менее чувствителен к перметрину, но более чувствителен к эфирному маслу, что дает основание для дальнейших исследований, направленных на повышение эффективности перметрина путем его комбинирования с эфирным маслом. Биологический анализ синергической комбинации для оценки воздействия на взрослых особей показал, что бинарные смеси эфирного масла и перметрина снижают или повышают смертность взрослых комаров Aedes. Aedes aegypti. Добавление масла C. verum незначительно снижает LD50 перметрина против MCM-S, но незначительно повышает LD50 против PMD-R со значениями SR 1,05 и 0,96 соответственно. Это указывает на то, что масло C. verum не оказывает синергического или антагонистического эффекта на перметрин при тестировании на MCM-S и PMD-R. В отличие от этого, масла C. rotundus и A. galanga показали значительный синергический эффект, существенно снизив значения LD50 перметрина на MCM-S или PMD-R. При сочетании перметрина с эфирными маслами C. rotundus и A. galanga значения SR смеси эфирного масла и перметрина для MCM-S составили 6,28 и 4,00 соответственно. Кроме того, при оценке перметрина на PMD-R в сочетании с C. rotundus (SR = 8,81) или A. galanga (SR = 1233,33) значения SR значительно увеличились. Стоит отметить, что как C. rotundus, так и A. galanga значительно усиливали токсичность перметрина для устойчивых к PMD комаров Ae. aegypti. Аналогично, было обнаружено, что PBO увеличивает токсичность перметрина со значениями SR 1,69 и 5,69 для штаммов MCM-S и PMD-R соответственно. Поскольку C. rotundus и A. galanga имели самые высокие значения SR, они были признаны лучшими синергистами в усилении токсичности перметрина для MCM-S и PMD-R соответственно.
В нескольких предыдущих исследованиях сообщалось о синергическом эффекте комбинаций синтетических инсектицидов и растительных экстрактов против различных видов комаров. Биологический анализ ларвицидной активности против Anopheles Stephensi, проведенный Калаянасундарамом и Дасом [65], показал, что фентион, органофосфат широкого спектра действия, был связан с Cleodendron inerme, Pedalium murax и Parthenium hysterophorus. Между экстрактами наблюдался значительный синергизм с синергическим эффектом (SF) 1,31, 1,38, 1,40, 1,48, 1,61 и 2,23 соответственно. При скрининге ларвицидной активности 15 видов мангровых деревьев было установлено, что петролейно-эфирный экстракт корней мангровых растений наиболее эффективен против Culex quinquefasciatus со значением LC50 25,7 мг/л [66]. Также сообщалось о синергическом эффекте этого экстракта и растительного инсектицида пиретрума, который снизил LC50 пиретрума против личинок C. quinquefasciatus с 0,132 мг/л до 0,107 мг/л; кроме того, в этом исследовании использовался расчет SF 1,23. [34,35,44]. Была оценена комбинированная эффективность экстракта корня Solanum citron и нескольких синтетических инсектицидов (например, фентиона, циперметрина (синтетического пиретроида) и тиметфоса (органофосфорного ларвицида)) против комаров Anopheles. Стивенси [54] и C. quinquefasciatus [34]. Совместное использование циперметрина и экстракта желтых плодов, полученного с помощью петролейного эфира, показало синергетический эффект циперметрина во всех соотношениях. Наиболее эффективным соотношением оказалась бинарная комбинация 1:1 со значениями LC50 и SF 0,0054 ppm и 6,83 соответственно, относительно An. Stephen West[54]. В то время как бинарная смесь 1:1 S. xanthocarpum и темефоса была антагонистической (SF = 0,6406), комбинация S. xanthocarpum-фентион (1:1) проявляла синергическую активность против C. quinquefasciatus с SF 1,3125 [34]]. Тонг и Бломквист [35] изучали влияние этиленоксида растений на токсичность карбарила (карбамата широкого спектра действия) и перметрина для комаров Aedes. Aedes aegypti. Результаты показали, что этиленоксид из агара, черного перца, можжевельника, бессмертника, сандалового дерева и кунжута повышал токсичность карбарила для комаров Aedes aegypti. Значения SR для личинок Aedes aegypti варьировались от 1,0 до 7,0. В отличие от этого, ни одно из эфирных масел не было токсично для взрослых комаров Aedes. На данном этапе не было выявлено синергического эффекта комбинации Aedes aegypti и эфирного масла с карбарилом. PBO использовался в качестве положительного контроля для усиления токсичности карбарила для комаров Aedes. Значения SR для личинок и взрослых особей Aedes aegypti составляли 4,9-9,5 и 2,3 соответственно. На ларвицидную активность тестировались только бинарные смеси перметрина и эфирного масла или PBO. Смесь эфирного масла и перметрина оказывала антагонистическое действие, в то время как смесь перметилолигобензоата и перметрина оказывала синергическое действие против комаров рода Aedes. Личинки Aedes aegypti. Однако эксперименты по изучению зависимости доза-эффект и оценка SR для смесей перметилолигобензоата и перметрина еще не проводились. Хотя было получено немного результатов относительно синергического действия фитосинтетических комбинаций против комаров-переносчиков, эти данные подтверждают существующие результаты, которые открывают перспективу добавления синергистов не только для снижения применяемой дозы, но и для повышения эффективности уничтожения насекомых. Кроме того, результаты этого исследования впервые продемонстрировали, что масла C. rotundus и A. galanga синергически оказывают значительно более высокую эффективность против чувствительных и устойчивых к пиретроидам штаммов комаров рода Aedes по сравнению с перметилолигобензоатом в сочетании с токсичностью перметрина. Aedes aegypti. Однако неожиданные результаты синергетического анализа показали, что масло C. verum обладает наибольшей противогрибковой активностью против обоих штаммов комаров рода Aedes. Удивительно, но токсическое действие перметрина на Aedes aegypti оказалось неудовлетворительным. Различия в токсическом и синергетическом эффектах могут быть частично обусловлены воздействием различных типов и уровней биологически активных компонентов в этих маслах.
Несмотря на усилия по пониманию способов повышения эффективности, синергетические механизмы остаются неясными. Возможные причины различной эффективности и синергетического потенциала могут включать различия в химическом составе тестируемых продуктов и различия в восприимчивости комаров, связанные со статусом резистентности и ее развитием. Существуют различия между основными и второстепенными компонентами этиленоксида, протестированными в данном исследовании, и некоторые из этих соединений, как было показано, обладают репеллентным и токсическим действием против различных вредителей и переносчиков болезней [61,62,64,67,68]. Однако основные соединения, охарактеризованные в маслах C. rotundus, A. galanga и C. verum, такие как циперн, β-бисаболен и циннамальдегид, не были протестированы в данной работе на предмет их антивзрослой и синергической активности против Ae. aegypti. Поэтому необходимы дальнейшие исследования для выделения активных ингредиентов, присутствующих в каждом эфирном масле, и выяснения их инсектицидной эффективности и синергетического взаимодействия против этого комара-переносчика. В целом, инсектицидная активность зависит от действия и реакции между ядами и тканями насекомых, которые можно упрощенно разделить на три этапа: проникновение в кожу тела насекомого и мембраны органов-мишеней, активация (= взаимодействие с мишенью) и детоксикация токсичных веществ [57, 69]. Следовательно, синергизм инсектицидов, приводящий к повышению эффективности комбинации токсикантов, требует наличия хотя бы одной из этих категорий, таких как повышенное проникновение, более высокая активация накопленных соединений или менее выраженная детоксикация активного ингредиента пестицида. Например, энергетическая толерантность замедляет проникновение через утолщенную кутикулу, а биохимическая устойчивость, такая как усиленный метаболизм инсектицидов, наблюдается у некоторых устойчивых штаммов насекомых [70, 71]. Значительная эффективность эфирных масел в повышении токсичности перметрина, особенно против PMD-R, может указывать на решение проблемы устойчивости к инсектицидам путем взаимодействия с механизмами резистентности [57, 69, 70, 71]. Тонг и Бломквист [35] подтвердили результаты этого исследования, продемонстрировав синергическое взаимодействие между эфирными маслами и синтетическими пестицидами. У комаров aegypti имеются доказательства ингибирующей активности в отношении детоксицирующих ферментов, включая монооксигеназы цитохрома P450 и карбоксиэстеразы, которые тесно связаны с развитием устойчивости к традиционным пестицидам. PBO не только считается метаболическим ингибитором монооксигеназы цитохрома P450, но и улучшает проникновение инсектицидов, что было продемонстрировано его использованием в качестве положительного контроля в синергических исследованиях [35, 72]. Интересно, что 1,8-цинеол, один из важных компонентов, содержащихся в масле галангала, известен своим токсическим воздействием на виды насекомых [22, 63, 73] и, как сообщается, обладает синергическим эффектом в нескольких областях исследований биологической активности [74]. ,75,76,77]. Кроме того, 1,8-цинеол в сочетании с различными препаратами, включая куркумин [78], 5-фторурацил [79], мефенаминовую кислоту [80] и зидовудин [81], также оказывает эффект, способствующий проникновению in vitro. Таким образом, возможная роль 1,8-цинеола в синергическом инсектицидном действии заключается не только в качестве активного ингредиента, но и в качестве усилителя проникновения. Из-за большего синергизма с перметрином, особенно против PMD-R, синергические эффекты масла галангала и масла трихосантеса, наблюдаемые в этом исследовании, могут быть результатом взаимодействия с механизмами резистентности, т.е. повышенной проницаемости для хлора. Пиретроиды усиливают активацию накопленных соединений и ингибируют детоксицирующие ферменты, такие как монооксигеназы цитохрома P450 и карбоксиэстеразы. Однако эти аспекты требуют дальнейшего изучения для выяснения специфической роли эфирного масла и его выделенных соединений (по отдельности или в комбинации) в синергических механизмах.
В 1977 году в Таиланде было зафиксировано увеличение уровня устойчивости к перметрину в основных популяциях переносчиков заболеваний, и в последующие десятилетия использование перметрина было в значительной степени заменено другими пиретроидными химическими веществами, особенно теми, которые были заменены дельтаметрином [82]. Однако устойчивость переносчиков к дельтаметрину и другим классам инсектицидов чрезвычайно распространена по всей стране из-за чрезмерного и постоянного использования [14, 17, 83, 84, 85, 86]. Для борьбы с этой проблемой рекомендуется чередовать или повторно использовать отработанные пестициды, которые ранее были эффективны и менее токсичны для млекопитающих, такие как перметрин. В настоящее время, хотя использование перметрина было сокращено в последних национальных правительственных программах по борьбе с комарами, устойчивость к перметрину все еще может быть обнаружена в популяциях комаров. Это может быть связано с воздействием на комаров коммерческих бытовых средств борьбы с вредителями, которые в основном состоят из перметрина и других пиретроидов [14, 17]. Таким образом, для успешного перепрофилирования перметрина необходима разработка и внедрение стратегий по снижению резистентности переносчиков. Хотя ни одно из эфирных масел, протестированных в этом исследовании по отдельности, не было столь же эффективным, как перметрин, их совместное применение привело к впечатляющим синергическим эффектам. Это многообещающее свидетельство того, что взаимодействие эфирного масла с механизмами резистентности приводит к тому, что комбинация перметрина с эфирным маслом оказывается более эффективной, чем инсектицид или эфирное масло по отдельности, особенно против комаров Aedes aegypti, устойчивых к PMD. Преимущества синергических смесей в повышении эффективности, несмотря на использование более низких доз для борьбы с переносчиками, могут привести к улучшению управления резистентностью и снижению затрат [33, 87]. Из этих результатов следует, что эфирные масла A. galanga и C. rotundus были значительно эффективнее, чем PBO, в синергическом усилении токсичности перметрина как у штаммов MCM-S, так и у штаммов, устойчивых к PMD, и являются потенциальной альтернативой традиционным эргогенным средствам.
Выбранные эфирные масла оказывали значительное синергетическое воздействие, усиливая токсичность для взрослых особей комаров Ae. aegypti, устойчивых к перметрину (PMD-R), особенно масло галангала, имеющее значение SR до 1233,33, что указывает на широкие перспективы эфирных масел в качестве синергиста в повышении эффективности перметрина. Это может стимулировать использование нового активного природного продукта, что в совокупности может увеличить использование высокоэффективных средств борьбы с комарами. Это также показывает потенциал оксида этилена в качестве альтернативного синергиста для эффективного улучшения более старых или традиционных инсектицидов и решения существующих проблем резистентности в популяциях комаров. Использование легкодоступных растений в программах борьбы с комарами не только снижает зависимость от импортных и дорогостоящих материалов, но и стимулирует местные усилия по укреплению систем общественного здравоохранения.
Эти результаты наглядно демонстрируют значительный синергетический эффект, достигаемый комбинацией оксида этилена и перметрина. Результаты подчеркивают потенциал оксида этилена в качестве растительного синергиста в борьбе с комарами, повышающего эффективность перметрина против комаров, особенно в устойчивых популяциях. Дальнейшие разработки и исследования потребуют синергетического биоанализа масел галангала и альпинии и их выделенных соединений, комбинаций инсектицидов природного или синтетического происхождения против различных видов и стадий развития комаров, а также тестирования токсичности на нецелевых организмах. Практическое применение оксида этилена в качестве жизнеспособной альтернативы в качестве синергиста.
Всемирная организация здравоохранения. Глобальная стратегия профилактики и контроля денге на 2012–2020 годы. Женева: Всемирная организация здравоохранения, 2012.
Уивер С.К., Коста Ф., Гарсия-Бланко М.А., Ко А.И., Рибейро Г.С., Сааде Г. и др. Вирус Зика: история, возникновение, биология и перспективы борьбы. Противовирусные исследования. 2016;130:69–80.
Всемирная организация здравоохранения. Информационный бюллетень по денге. 2016. http://www.searo.who.int/entity/vector_borne_tropical_diseases/data/data_factsheet/en/. Дата доступа: 20 января 2017 г.
Департамент общественного здравоохранения. Текущая ситуация с заболеваемостью лихорадкой денге и геморрагической лихорадкой денге в Таиланде. 2016. http://www.m-society.go.th/article_attach/13996/17856.pdf. Дата доступа: 6 января 2017 г.
Оой Э.Э., Го К.Т., Габлер Д.Дж. 35 лет профилактики денге и борьбы с переносчиками в Сингапуре. Внезапные инфекционные заболевания. 2006;12:887–93.
Моррисон AC, Зелински-Гутьеррес E, Скотт TW, Розенберг R. Выявление проблем и предложение решений для борьбы с вирусными переносчиками Aedes aegypti. PLOS Medicine. 2008;5:362–6.
Центры по контролю и профилактике заболеваний. Лихорадка денге, энтомология и экология. 2016. http://www.cdc.gov/dengue/entomologyecology/. Дата обращения: 6 января 2017 г.
Охимайн Э.И., Ангайе Т.К.Н., Басси С.Е. Сравнение ларвицидной активности листьев, коры, стеблей и корней Jatropa curcas (Euphorbiaceae) против переносчика малярии Anopheles gambiae. СЖБР. 2014;3:29-32.
Солеймани-Ахмади М., Ватандуст Х., Зарех М. Характеристики среды обитания личинок комаров рода Anopheles в районах распространения малярии в рамках программы искоренения малярии на юго-востоке Ирана. Asia Pacific J Trop Biomed. 2014;4(Suppl 1):S73–80.
Беллини Р., Зеллер Х., Ван Бортель В. Обзор подходов к борьбе с переносчиками, профилактике и контролю вспышек вируса Западного Нила, а также проблем, стоящих перед Европой. Паразиты-переносчики. 2014;7:323.
Мутусами Р., Шивакумар М.С. Отбор и молекулярные механизмы устойчивости к циперметрину у красных гусениц (Amsacta albistriga Walker). Биохимическая физиология вредителей. 2014;117:54–61.
Рамкумар Г., Шивакумар М.С. Лабораторное исследование устойчивости к перметрину и перекрестной устойчивости Culex quinquefasciatus к другим инсектицидам. Исследовательский центр Паластор. 2015;114:2553–60.
Мацунака С., Хатсон Д.Х., Мерфи С.Д. Химия пестицидов: благополучие человека и окружающая среда, том 3: Механизм действия, метаболизм и токсикология. Нью-Йорк: Pergamon Press, 1983.
Чареонвирияпхап Т., Бэнгс М.Дж., Сувонкерт В., Конгми М., Корбел А.В., Нгоен-Клан Р. Обзор устойчивости к инсектицидам и поведенческого избегания переносчиков заболеваний человека в Таиланде. Паразиты-переносчики. 2013;6:280.
Чареонвирияпхап Т., Аум-Аунг Б., Ратанатам С. Современные модели устойчивости к инсектицидам среди комаров-переносчиков заболеваний в Таиланде. Журнал тропической медицины и общественного здравоохранения Юго-Восточной Азии. 1999;30:184-94.
Чареонвирияпхап Т., Бэнгс М.Дж., Ратанатам С. Состояние малярии в Таиланде. Журнал тропической медицины и общественного здравоохранения Юго-Восточной Азии. 2000;31:225–37.
Плернсуб С, Сайнгамсук Дж, Янола Дж, Лумджуан Н, Типпаванкосол П, Уолтон С, Сомбун П. Временная частота мутаций устойчивости F1534C и V1016G у комаров Aedes aegypti в Чиангмае, Таиланд, и влияние мутаций на эффективность термических туманообразователей, содержащих пиретроиды. Актатроп. 2016;162:125–32.
Вонтас Дж., Киулос Э., Павлиди Н., Мору Э., Делла Торре А., Рэнсон Х. Устойчивость к инсектицидам основных переносчиков лихорадки денге Aedes albopictus и Aedes aegypti. Биохимическая физиология вредителей. 2012;104:126–31.
Дата публикации: 08.07.2024