В предыдущем проекте по тестированию местных предприятий пищевой промышленности на комаров в Таиланде было обнаружено, что эфирные масла (ЭМ) Cyperus rotundus, галангала и корицы обладают хорошей противокомариной активностью против Aedes aegypti. В попытке сократить использование традиционныхинсектицидыи улучшить контроль за популяциями резистентных комаров, это исследование было направлено на выявление потенциального синергизма между аденоцидным действием оксида этилена на взрослых особей и токсичностью перметрина для комаров Aedes aegypti, включая устойчивые и чувствительные к пиретроидам штаммы.
Оценить химический состав и бактерицидную активность эфирного масла, выделенного из корневищ C. rotundus и A. galanga, а также коры C. verum, в отношении восприимчивого штамма Muang Chiang Mai (MCM-S) и резистентного штамма Pang Mai Dang (PMD-R). Активные взрослые особи комаров рода Aedes aegypti. Также был проведен биоанализ смеси эфирного масла и перметрина на взрослых особях этих комаров для понимания синергетической активности.
Химическая характеристика с использованием метода газовой хроматографии с масс-спектрометрией (ГХ-МС) показала, что в эфирных маслах C. rotundus, A. galanga и C. verum было идентифицировано 48 соединений, что составляет 80,22%, 86,75% и 97,24% от общего количества компонентов соответственно. Основными компонентами масла циперуса, галангального масла и бальзамического масла являются циперен (14,04%), β-бисаболен (18,27%) и коричный альдегид (64,66%) соответственно. В биологических тестах на уничтожение взрослых особей, внешние вирионы C. rotundus, A. galanga и C. verum были эффективны в уничтожении Ae. Значения LD50 для aegypti, MCM-S и PMD-R составили 10,05 и 9,57 мкг/мг для самок, 7,97 и 7,94 мкг/мг для самок и 3,30 и 3,22 мкг/мг для самок 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 для самок соответственно), но не так выражена, как перметрин (значения LD50 = 0,44 и 3,70 нг/мг для самок соответственно). Однако комбинированные биопробы выявили синергизм между эфирным маслом и перметрином. Значительный синергизм с перметрином против двух видов комаров рода Aedes. Aedes aegypti был отмечен в ЭМ-слое 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, при значениях коэффициента синергизма (SR) 6,28 и 4,00 соответственно. Кроме того, эфирные масла C. rotundus и A. galanga также значительно снизили значения LD50 перметрина на 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 ЭО и перметрина для усиления токсичности для взрослых особей двух видов комаров рода Aedes. Для Aedes aegypti этиленоксид демонстрирует многообещающую роль синергиста в повышении эффективности борьбы с комарами, особенно в случаях, когда традиционные соединения неэффективны или не подходят.
Комар Aedes aegypti (Diptera: Culicidae) является основным переносчиком лихорадки денге и других инфекционных вирусных заболеваний, таких как желтая лихорадка, вирус чикунгунья и Зика, представляя огромную и постоянную угрозу для людей [1, 2]. Вирус денге является самой серьезной патогенной геморрагической лихорадкой, поражающей людей, при этом, по оценкам, ежегодно регистрируется от 5 до 100 миллионов случаев заболевания, и более 2,5 миллиардов человек во всем мире подвергаются риску [3]. Вспышки этого инфекционного заболевания оказывают огромное бремя 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 смерть, что более чем в три раза превышает число случаев заболевания и смертей в 2014 году [4]. Несмотря на исторические данные, лихорадка денге была искоренена или значительно снижена комарами Aedes. После борьбы с Aedes aegypti [5] уровень заболеваемости резко возрос, и болезнь распространилась по всему миру, отчасти из-за десятилетий глобального потепления. Уничтожение и контроль Ae. Aedes aegypti относительно затруднены, поскольку это домашний комар-переносчик, который спаривается, питается, отдыхает и откладывает яйца в человеческом жилье и вокруг него в течение дня. Кроме того, этот комар обладает способностью адаптироваться к изменениям окружающей среды или нарушениям, вызванным природными явлениями (такими как засуха) или мерами борьбы со стороны человека, и может вернуться к своей первоначальной численности [6, 7]. Поскольку вакцины против лихорадки денге были одобрены только недавно, а специфического лечения лихорадки денге не существует, профилактика и снижение риска передачи денге полностью зависят от борьбы с комарами-переносчиками и устранения контакта человека с переносчиками.
В частности, использование химических препаратов для борьбы с комарами в настоящее время играет важную роль в общественном здравоохранении как важный компонент комплексной интегрированной борьбы с переносчиками. Наиболее популярные химические методы включают использование малотоксичных инсектицидов, действующих против личинок комаров (ларвицидов) и взрослых особей комаров (адидоцидов). Борьба с личинками путем сокращения источников и регулярного использования химических ларвицидов, таких как органофосфаты и регуляторы роста насекомых, считается важной. Однако неблагоприятное воздействие на окружающую среду, связанное с синтетическими пестицидами, а также их трудоемкое и сложное обслуживание, остаются серьезной проблемой [8, 9]. Традиционный активный контроль переносчиков, такой как борьба с взрослыми особями, остается наиболее эффективным средством борьбы во время вспышек вирусных заболеваний, поскольку он позволяет быстро и в больших масштабах ликвидировать переносчиков инфекционных заболеваний, а также сократить продолжительность жизни и долговечность местных популяций переносчиков [3]. , 10]. Четыре класса химических инсектицидов: органохлорины (далее ДДТ), органофосфаты, карбаматы и пиретроиды составляют основу программ борьбы с переносчиками, причем пиретроиды считаются наиболее успешным классом. Они высокоэффективны против различных членистоногих и имеют низкую эффективность. токсичность для млекопитающих. В настоящее время синтетические пиретроиды составляют большую часть коммерческих пестицидов, занимая около 25% мирового рынка пестицидов [11, 12]. Перметрин и дельтаметрин являются пиретроидными инсектицидами широкого спектра действия, которые десятилетиями использовались во всем мире для борьбы с различными вредителями сельскохозяйственного и медицинского значения [13, 14]. В 1950-х годах ДДТ был выбран в качестве химического вещества выбора для национальной программы общественного здравоохранения Таиланда по борьбе с комарами. После широкого распространения ДДТ в эндемичных по малярии районах Таиланд постепенно отказался от его использования в период с 1995 по 2000 год и заменил 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, в основном путем обработки сетками над кроватями, использования тепловых туманов и спреев со сверхнизкой токсичностью [14, 17]. Однако они утратили эффективность из-за сильной резистентности комаров и отсутствия соблюдения правил использования синтетических химикатов из-за опасений по поводу здоровья населения и воздействия на окружающую среду. Это создает значительные трудности для успеха программ по борьбе с переносчиками угроз [14, 18, 19]. Для повышения эффективности стратегии необходимы своевременные и адекватные контрмеры. Рекомендуемые процедуры управления включают замену природных веществ, ротацию химических веществ разных классов, добавление синергистов, а также смешивание химических веществ или одновременное применение химических веществ разных классов [14, 20, 21]. Поэтому существует острая необходимость в поиске и разработке экологически чистой, удобной и эффективной альтернативы и синергиста, и данное исследование направлено на решение этой проблемы.
Инсектициды естественного происхождения, особенно на основе растительных компонентов, продемонстрировали потенциал при оценке текущих 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, убивающих взрослых особей. Свойства, убивающие взрослых особей 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 tereticornis. , Eucalyptus citriodora, Cananga odorata и Petroselinum Criscum [25,26,27,28,29,30]. Оксид этилена теперь используется не только сам по себе, но и в сочетании с экстрагированными растительными веществами или существующими синтетическими пестицидами, создавая различную степень токсичности. Комбинации традиционных инсектицидов, таких как органофосфаты, карбаматы и пиретроиды, с оксидом этилена/растительными экстрактами действуют синергически или антагонистически по своему токсическому воздействию и, как было показано, эффективны против переносчиков болезней и вредителей [31,32,33,34,35]. Однако большинство исследований синергического токсического действия комбинаций фитохимикатов с синтетическими химикатами или без них проводились на сельскохозяйственных насекомых-переносчиках и вредителях, а не на важных с медицинской точки зрения комарах. Более того, большая часть работ по изучению синергетического действия растительно-синтетических инсектицидных комбинаций против комаров-переносчиков была 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 этиленоксиды из Cyperus rotundus, галангала и корицы обладают потенциальной активностью против взрослых особей Aedes. Египет [36]. Поэтому целью этого исследования была оценка эффективности эфирных масел, выделенных из этих лекарственных растений, против комаров Aedes. aegypti, включая пиретроид-устойчивые и чувствительные штаммы. Синергетический эффект бинарных смесей этиленоксида и синтетических пиретроидов с хорошей эффективностью у взрослых особей также был проанализирован для снижения использования традиционных инсектицидов и повышения устойчивости к комарам-переносчикам, особенно против Aedes. Aedes aegypti. В этой статье сообщается о химической характеристике эффективных эфирных масел и их потенциале 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 фитопрепаратов в провинции Чиангмай, Таиланд. Научная идентификация этих растений была проведена благодаря консультации с Джеймсом Франклином Максвеллом, специалистом по гербарию кафедры биологии Колледжа естественных наук Чиангмайского университета (CMU), провинция Чиангмай, Таиланд, и учёным Ваннари Чароенсап. Образцы каждого растения, полученные г-жой Ваучер, хранятся на кафедре паразитологии Медицинской школы Университета Карнеги-Меллона для дальнейшего использования.
Образцы растений сушили в тени по отдельности в течение 3–5 дней на открытом пространстве с активной вентиляцией и температурой окружающей среды приблизительно 30 ± 5 °C для удаления влаги перед экстракцией натуральных эфирных масел (ЭМ). В общей сложности 250 г каждого сухого растительного материала механически измельчали в крупный порошок и использовали для выделения эфирных масел (ЭМ) методом паровой дистилляции. Дистилляционный аппарат состоял из электрического колбонагревателя, круглодонной колбы объемом 3000 мл, экстракционной колонки, холодильника и прибора Cool Ace (Eyela Cool Ace CA-1112 CE, Tokyo Rikakikai Co. Ltd., Токио, Япония). Добавьте в колбу 1600 мл дистиллированной воды и 10–15 стеклянных шариков, затем нагревайте ее примерно до 100 °C с помощью электронагревателя в течение не менее 3 часов до завершения дистилляции и прекращения образования ЭМ. Слой ЭО отделяли от водной фазы с помощью делительной воронки, высушивали над безводным сульфатом натрия (Na2SO4) и хранили в герметичной коричневой бутылке при температуре 4°С до исследования химического состава и активности взрослых особей.
Химический состав эфирных масел определялся одновременно с биоанализом на взрослое вещество. Качественный анализ выполнялся 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 МСД 5975C (электронный детектор) (Agilent Technologies).
Хроматографическая колонка – DB-5MS (30 м × внутренний диаметр 0,25 мм × толщина пленки 0,25 мкм). Общее время анализа ГХ-МС составило 20 минут. Условия анализа: температура инжектора и линии передачи – 250 и 280 °C соответственно; температура печи увеличивается от 50 °C до 250 °C со скоростью 10 °C/мин; газ-носитель – гелий; скорость потока – 1,0 мл/мин; объем ввода – 0,2 мкл (1/10% по объему в CH₂Cl₂, соотношение деления потока 100:1); для детектирования 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 скана в секунду. Относительные процентные содержания компонентов выражены в процентах, нормализованных по площади пика. Идентификация ингредиентов эфирных масел основана на их индексе удерживания (RI). RI рассчитывался по уравнению Ван ден Дула и Краца [37] для ряда н-алканов (C8-C40) и сравнивался с индексами удерживания, полученными из литературы [38] и библиотечных баз данных (NIST 2008 и Wiley 8NO8). Идентичность представленных соединений, включая структуру и молекулярную формулу, была подтверждена сравнением с имеющимися аутентичными образцами.
Аналитические стандарты синтетического перметрина и пиперонилбутоксида (ПБО, положительный контроль в исследованиях синергии) были приобретены у компании Sigma-Aldrich (Сент-Луис, штат Миссури, США). Тест-наборы для взрослых Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) и диагностические дозы бумаги, пропитанной перметрином (0,75%), были приобретены в коммерческих целях в Центре ВОЗ по борьбе с переносчиками инфекций в Пенанге, Малайзия. Все остальные использованные химикаты и реагенты имели аналитическую чистоту и были приобретены в местных учреждениях провинции Чиангмай, Таиланд.
Комары, используемые в качестве тестовых организмов в биопробе взрослых особей, представляли собой свободно спаривающихся лабораторных комаров Aedes. aegypti, включая восприимчивый штамм Muang Chiang Mai (MCM-S) и устойчивый штамм Pang Mai Dang (PMD-R). Штамм MCM-S был получен из местных образцов, собранных в районе Muang Chiang Mai, провинция Чиангмай, Таиланд, и содержался в энтомологической комнате 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 Ban Pang Mai Dang, округ Мэ Танг, провинция Чиангмай, Таиланд, и содержался в том же институте с 1997 года [40]. Штаммы PMD-R выращивались под селективным давлением для поддержания уровней резистентности путем периодического воздействия 0,75% перметрина с использованием набора для обнаружения ВОЗ с некоторыми модификациями [41]. Каждый штамм Ae. Aedes aegypti был колонизирован индивидуально в лаборатории, свободной от патогенов, при температуре 25 ± 2 °C и относительной влажности 80 ± 10% и фотопериоде 14:10 ч свет/темнота. Около 200 личинок содержались в пластиковых лотках (длиной 33 см, шириной 28 см и высотой 9 см), заполненных водопроводной водой с плотностью 150–200 личинок на лоток и кормились два раза в день стерилизованными собачьими галетами. Взрослых червей содержали во влажных клетках и постоянно кормили 10% водным раствором сахарозы и 10% раствором поливитаминного сиропа. Самки комаров регулярно сосут кровь, чтобы отложить яйца. Самок в возрасте от двух до пяти дней, которым не вводили кровь, можно постоянно использовать в экспериментальных биологических анализах взрослых особей.
Биоанализ зависимости реакции на дозу-смертность ЭМ проводился на взрослых самках комаров Aedes aegypti, MCM-S и PMD-R с использованием топического метода, модифицированного в соответствии со стандартным протоколом ВОЗ для тестирования восприимчивости [42]. ЭМ из каждого растения серийно разбавляли подходящим растворителем (например, этанолом или ацетоном) для получения градуированной серии из 4-6 концентраций. После анестезии углекислым газом (CO2) комары взвешивались индивидуально. Затем анестезированных комаров держали неподвижно на сухой фильтровальной бумаге на специальной холодной пластине под стереомикроскопом, чтобы предотвратить реактивацию во время процедуры. Для каждой обработки 0,1 мкл раствора ЭМ наносили на верхнюю переднеспинку самки с помощью ручного микродиспенсера Hamilton (700 Series Microliter™, Hamilton Company, Reno, NV, USA). Двадцать пять самок были обработаны каждой концентрацией, при этом смертность составляла от 10% до 95% для как минимум 4 различных концентраций. Комары, обработанные растворителем, служили контролем. Чтобы предотвратить загрязнение тестовых образцов, заменяйте фильтровальную бумагу новой фильтровальной бумагой для каждого тестируемого ЭМ. Дозы, используемые в этих биопробах, выражены в микрограммах ЭМ на миллиграмм живой массы самки. Активность взрослых ПБО также оценивалась аналогично ЭМ, при этом ПБО использовался в качестве положительного контроля в синергических экспериментах. Обработанных комаров во всех группах помещали в пластиковые стаканчики и давали 10% сахарозы плюс 10% поливитаминный сироп. Все биопробы проводили при температуре 25 ± 2 °C и относительной влажности 80 ± 10% и повторяли четыре раза с контрольными особями. Смертность в течение 24-часового периода выращивания проверяли и подтверждали отсутствием реакции комара на механическое раздражение, а затем регистрировали на основе среднего значения четырех повторов. Экспериментальные обработки повторялись четыре раза для каждого образца с использованием разных партий комаров. Результаты суммировались и использовались для расчета процентной смертности, которая затем использовалась для определения 24-часовой летальной дозы с помощью пробит-анализа.
Синергический антицидный эффект ЭО и перметрина оценивали с использованием процедуры анализа локальной токсичности [42], как описано ранее. Используйте ацетон или этанол в качестве растворителя для приготовления перметрина в желаемой концентрации, а также бинарной смеси ЭО и перметрина (ЭО-перметрин: перметрин, смешанный с ЭО в концентрации LD25). Тестовые наборы (перметрин и ЭО-перметрин) были оценены против штаммов MCM-S и PMD-R Ae. Aedes aegypti. Каждой из 25 самок комаров давали четыре дозы перметрина для проверки его эффективности в уничтожении взрослых особей, причем каждая обработка повторялась четыре раза. Для выявления потенциальных синергистов ЭО, каждой из 25 самок комаров вводили от 4 до 6 доз ЭО-перметрина, причем каждая обработка повторялась четыре раза. Обработка ПБО-перметрином (перметрин, смешанный с концентрацией ПБО в концентрации LD25) также служила в качестве положительного контроля. Дозы, используемые в этих биотестах, выражаются в нанограммах исследуемого образца на миллиграмм живой массы самки. Было проведено четыре экспериментальных оценки каждого штамма комаров на индивидуально выращенных партиях, а данные о смертности были объединены и проанализированы с помощью Probit для определения 24-часовой летальной дозы.
Коэффициент смертности был скорректирован с использованием формулы Эбботта [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). Измерения значимости и различий между тестовыми выборками оценивались с помощью критерия хи-квадрат или U-критерия Манна-Уитни в рамках каждого биологического анализа. Результаты считались статистически значимыми при P< 0,05. Коэффициент резистентности (RR) оценивается на уровне LD50 по следующей формуле [12]:
RR > 1 указывает на резистентность, а RR ≤ 1 — на чувствительность. Значение коэффициента синергизма (SR) каждого кандидата-синергиста рассчитывается следующим образом [34, 35, 44]:
Этот фактор делит результаты на три категории: значение SR 1±0,05 считается не имеющим видимого эффекта, значение SR >1,05 считается имеющим синергетический эффект и значение SR Светло-желтое жидкое масло может быть получено путем паровой перегонки корневищ C. rotundus и A. galanga и коры C. verum. Выходы, рассчитанные на сухой вес, составили 0,15%, 0,27% (w/w) и 0,54% (v/v). w) соответственно (таблица 1). ГХ-МС исследование химического состава масел C. rotundus, A. galanga и C. verum показало наличие 19, 17 и 21 соединения, что составило 80,22, 86,75 и 97,24% всех компонентов соответственно (таблица 2). В состав масла корневища C. lucidum в основном входит 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-бергамотеин (16,28%), 1,8-цинеол (10,17%) и пиперонол (10,09%). В то время как коричный альдегид (64,66%) был идентифицирован как основной компонент масла коры C. verum, коричный ацетат (6,61%), α-копаен (5,83%) и 3-фенилпропионовый альдегид (4,09%) считались второстепенными ингредиентами. Химические структуры циперна, β-бисаболена и коричного альдегида являются основными соединениями C. rotundus, A. galanga и C. verum, соответственно, как показано на рисунке 2.
Результаты трёх исследований эффективности воздействия на взрослых особей комаров Aedes представлены в таблице 3. Было обнаружено, что все эфирные масла оказывают летальное воздействие на комаров Aedes MCM-S при различных типах и дозах. Aedes aegypti. Наиболее эффективным ЭМ является C. verum, за которым следуют A. galanga и C. rotundus со значениями LD50 3,30, 7,97 и 10,05 мкг/мг MCM-S у самок соответственно, что немного выше 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 немного более сильный эффект на PMD-R у взрослых особей, чем штамм MSM-S, со значениями LD50 4,79 и 6,30 мкг/мг для самок соответственно (U = 0, Z = -2,021, P = 0,057). ). Можно рассчитать, что значения LD50 C. verum, A. galanga, C. rotundus и PBO против PMD-R приблизительно 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 одинакова у двух штаммов Aedes. Хотя PMD-R был более восприимчив, чем MCM-S, чувствительность Aedes aegypti не была значительной. Напротив, два штамма Aedes значительно различались по своей чувствительности к перметрину. aegypti (таблица 4). PMD-R продемонстрировал значительную резистентность к перметрину (значение LD50 = 0,44 нг/мг у женщин) с более высоким значением LD50 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 MCM-S.
Как было отмечено в биоанализе взрослой популяции комбинации ЭО-перметрин, бинарные смеси перметрина и ЭО (LD25) показали либо синергизм (значение SR > 1,05), либо отсутствие эффекта (значение SR = 1 ± 0,05). Комплексные эффекты смеси ЭО-перметрин на взрослых особях подопытных белых комаров. Штаммы Aedes aegypti MCM-S и PMD-R показаны в таблице 4 и на рисунке 3. Было обнаружено, что добавление масла C. verum немного снижает LD50 перметрина против MCM-S и немного 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 на 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 женщин. На основании значений LD50 MCM-S, значения SR смеси EO-перметрин после добавления масел C. rotundus и A. galanga составили 6,28 и 4,00 соответственно. Соответственно, ЛД50 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 самок. 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. Относительно 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) и PMD-R (U = 0, Z = -2,309, P = 0,029). Значения SR смеси PBO-перметрин для штаммов MCM-S и PMD-R составили 1,69 и 5,69 соответственно. Эти результаты свидетельствуют о том, 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) ЭМ, ПБО, перметрина (ПЭ) и их комбинаций против пиретроид-чувствительных (MCM-S) и резистентных (PMD-R) штаммов комаров Aedes. Aedes aegypti
[45]. Синтетические пиретроиды используются во всем мире для борьбы практически со всеми членистоногими, имеющими сельскохозяйственное и медицинское значение. Однако из-за пагубных последствий использования синтетических инсектицидов, особенно с точки зрения развития и широкого распространения резистентности комаров, а также воздействия на здоровье и окружающую среду в долгосрочной перспективе, в настоящее время существует острая необходимость в сокращении использования традиционных синтетических инсектицидов и разработке альтернатив [35, 46, 47]. Помимо защиты окружающей среды и здоровья человека, преимуществами ботанических инсектицидов являются высокая селективность, глобальная доступность и простота производства и использования, что делает их более привлекательными для борьбы с комарами [32,48, 49]. Это исследование, помимо выяснения химических характеристик эффективных эфирных масел с помощью анализа ГХ-МС, также оценило эффективность взрослых эфирных масел и их способность усиливать токсичность синтетического перметрина. aegypti в штаммах, чувствительных к пиретроидам (MCM-S) и устойчивых штаммах (PMD-R).
Газохроматическая хроматография с масс-спектрометрией показала, что основными компонентами масел C. rotundus, A. galanga и C. verum были циперн (14,04%), β-бисаболен (18,27%) и коричный альдегид (64,66%) соответственно. Эти химические вещества продемонстрировали разнообразную биологическую активность. Ан и соавторы [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, выделенный из эфирного масла миррового дерева, проявляет специфическую цитотоксичность в отношении клеток рака молочной железы человека и мышей как in vitro, так и in vivo [51]. Сообщается, что коричный альдегид, полученный из природных экстрактов или синтезированный в лаборатории, обладает инсектицидным, антибактериальным, противогрибковым, противовоспалительным, иммуномодулирующим, противораковым и антиангиогенным действием [52].
Результаты дозозависимого биоанализа активности взрослых особей показали хороший потенциал тестируемых ЭМ и показали, что штаммы комаров Aedes MCM-S и PMD-R имели схожую восприимчивость к ЭМ и ПБО. Aedes aegypti. Сравнение эффективности ЭМ и перметрина показало, что последний обладает более сильным аллерцидным действием: значения LD50 составляют 0,44 и 3,70 нг/мг у самок для штаммов MCM-S и PMD-R соответственно. Эти результаты подтверждаются многочисленными 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 первый представляет собой сложную комбинацию активных или неактивных ингредиентов, в то время как последний представляет собой очищенное одно активное соединение. Однако разнообразие и сложность природных активных ингредиентов с различными механизмами действия могут усиливать биологическую активность или препятствовать развитию резистентности у популяций хозяев [55, 56, 57]. Многие исследователи сообщали о противокомарином потенциале C. verum, A. galanga и C. rotundus и их компонентов, таких как β-бисаболен, коричный альдегид и 1,8-цинеол [22, 36, 58, 59, 60, 61, 62, 63 , 64]. Однако обзор литературы показал, что ранее не было сообщений о его синергетическом эффекте с перметрином или другими синтетическими инсектицидами против комаров рода Aedes. Aedes aegypti.
В этом исследовании были обнаружены значительные различия в чувствительности к перметрину между двумя штаммами Aedes. Aedes aegypti. MCM-S чувствителен к перметрину, тогда как PMD-R гораздо менее чувствителен к нему, с показателем резистентности 8,41. По сравнению с чувствительностью MCM-S, PMD-R менее чувствителен к перметрину, но более чувствителен к ЭМ, что обеспечивает основу для дальнейших исследований, направленных на повышение эффективности перметрина путем его комбинирования с ЭМ. Биоанализ на основе синергетической комбинации для взрослых эффектов показал, что бинарные смеси ЭМ и перметрина снижали или увеличивали смертность взрослых особей Aedes. Aedes aegypti. Добавление масла C. verum немного снизило LD50 перметрина против MCM-S, но немного увеличило 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. Напротив, масла C. rotundus и A. galanga показали значительный синергетический эффект, значительно снизив значения LD50 перметрина на MCM-S или PMD-R. Когда перметрин был объединен с ЭМ C. rotundus и A. galanga, значения SR смеси ЭМ-перметрин для MCM-S составили 6,28 и 4,00 соответственно. Кроме того, когда перметрин оценивали против 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 в отношении PMD-R Ae. aegypti. Аналогичным образом, 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 в отношении MCM-S и PMD-R соответственно.
Несколько предыдущих исследований сообщили о синергетическом эффекте комбинаций синтетических инсектицидов и растительных экстрактов против различных видов комаров. Ларвицидный биоанализ против Anopheles Stephensi, изученный Калайянасундарамом и Дасом [65], показал, что фентион, органофосфат широкого спектра действия, был связан с Cleodendron inerme, Pedalium murax и Parthenium hysterophorus. Значительный синергизм наблюдался между экстрактами с синергическим эффектом (SF) 1,31. , 1,38, 1,40, 1,48, 1,61 и 2,23, соответственно. В ларвицидном скрининге 15 видов мангровых деревьев петролейный эфирный экстракт ходульных корней мангровых деревьев оказался наиболее эффективным против Culex quinquefasciatus со значением LC50 25,7 мг/л [66]. Также сообщалось о синергетическом эффекте этого экстракта и ботанического 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 объединенная эффективность экстракта корня Solanum citron и нескольких синтетических инсектицидов (например, фентиона, циперметрина (синтетического пиретроида) и тиметфоса (фосфорорганического ларвицида)) против комаров Anopheles. Stephensi [54] и C. quinquefasciatus [34]. Совместное использование циперметрина и экстракта петролейного эфира желтых фруктов показало синергетический эффект на циперметрине во всех соотношениях. Наиболее эффективным соотношением была бинарная комбинация 1:1 со значениями LC50 и SF 0,0054 ppm и 6,83 соответственно по отношению к 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) проявила синергическую активность против C. quinquefasciatus с SF 1,3125 [34]]. Тонг и Бломквист [35] изучали влияние растительного этиленоксида на токсичность карбарила (карбамата широкого спектра действия) и перметрина для комаров Aedes. Aedes aegypti. Результаты показали, что оксид этилена из агара, черного перца, можжевельника, бессмертника, сандалового дерева и кунжута увеличил токсичность карбарила для комаров Aedes. Значения SR для личинок Aedes aegypti варьируются от 1,0 до 7,0. Напротив, ни одно из эфирных масел не было токсичным для взрослых комаров Aedes. На данном этапе не было зарегистрировано ни одного синергического эффекта для комбинации Aedes aegypti и ЭМ-карбарила. ПБО использовали в качестве положительного контроля для усиления токсичности карбарила против комаров Aedes. Значения SR для личинок и взрослых особей Aedes aegypti составляют 4,9–9,5 и 2,3 соответственно. На ларвицидную активность были протестированы только бинарные смеси перметрина и ЭМ или ПБО. Смесь EO-перметрин оказывала антагонистический эффект, в то время как смесь PBO-перметрин оказывала синергетический эффект против комаров Aedes. Личинки Aedes aegypti. Однако эксперименты по дозозависимому эффекту и оценка SR для смесей PBO-перметрин еще не проводились. Хотя было получено мало результатов относительно синергетического эффекта фитосинтетических комбинаций против комаров-переносчиков, эти данные подтверждают существующие результаты, которые открывают перспективу добавления синергистов не только для снижения применяемой дозы, но и для увеличения эффекта уничтожения. Эффективность насекомых. Кроме того, результаты этого исследования впервые продемонстрировали, что масла C. rotundus и A. galanga синергетически оказывают значительно более высокую эффективность против пиретроид-чувствительных и пиретроид-резистентных штаммов комаров Aedes по сравнению с PBO в сочетании с токсичностью перметрина. Aedes aegypti. Однако неожиданные результаты синергетического анализа показали, что масло C. verum обладает наибольшей противовзрослой активностью против обоих штаммов Aedes. Удивительно, но токсическое действие перметрина на Aedes aegypti оказалось неудовлетворительным. Различия в токсическом и синергетическом эффектах могут быть отчасти обусловлены воздействием различных типов и концентраций биоактивных компонентов в этих маслах.
Несмотря на попытки понять, как повысить эффективность, механизмы синергизма остаются неясными. Возможные причины разной эффективности и синергетического потенциала могут включать различия в химическом составе тестируемых продуктов и различия в восприимчивости комаров, связанной со статусом и развитием резистентности. Существуют различия между основными и второстепенными компонентами оксида этилена, 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 коричный альдегид, не были протестированы в данной работе на их противовзрослую и синергетическое действие против Ae, соответственно. Aedes aegypti. Поэтому необходимы дальнейшие исследования для выделения активных ингредиентов, присутствующих в каждом эфирном масле, и выяснения их инсектицидной эффективности и синергетического взаимодействия против этого переносчика комаров. В целом, инсектицидная активность зависит от действия и реакции между ядами и тканями насекомых, которые можно упростить и разделить на три этапа: проникновение в кожу тела насекомого и мембраны органов-мишеней, активация (= взаимодействие с целью) и детоксикация. токсичных веществ [57, 69]. Следовательно, синергизм инсектицидов, приводящий к повышению эффективности комбинаций токсичных веществ, требует по крайней мере одной из этих категорий, таких как повышенное проникновение, большая активация накопленных соединений или менее сниженная детоксикация активного ингредиента пестицида. Например, энергетическая толерантность задерживает проникновение кутикулы из-за утолщенной кутикулы и биохимической устойчивости, такой как усиленный метаболизм инсектицида, наблюдаемый 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 устойчивости [57, 69, 70, 71]. Тонг и Бломквист [35] подтвердили результаты этого исследования, продемонстрировав синергетическое взаимодействие между эфирными маслами и синтетическими пестицидами. aegypti, есть доказательства ингибирующей активности в отношении детоксицирующих ферментов, включая цитохром P450 монооксигеназы и карбоксилэстеразы, которые тесно связаны с развитием резистентности к традиционным пестицидам. PBO не только считается метаболическим ингибитором цитохрома P450 монооксигеназы, но и улучшает проникновение инсектицидов, что было продемонстрировано его использованием в качестве положительного контроля в синергетических исследованиях [35, 72]. Интересно, что 1,8-цинеол, один из важных компонентов, обнаруженных в масле галангала, известен своим токсическим действием на виды насекомых [22, 63, 73] и, как сообщалось, обладает синергетическим действием 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], мефенамовую кислоту [80] и зидовудин [81], также оказывает эффект, способствующий проникновению. in vitro. Таким образом, возможная роль 1,8-цинеола в синергетическом 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, синергетические эффекты масла галангала и масла трихозантеса, наблюдаемые в этом исследовании, могут быть результатом взаимодействия с механизмами резистентности, т. е. повышенной проницаемостью для хлора. Пиретроиды усиливают активацию накопленных соединений и ингибируют детоксицирующие ферменты, такие как цитохром P450 монооксигеназы и карбоксилэстеразы. Однако эти аспекты требуют дальнейшего изучения для выяснения конкретной роли ЭО и его изолированных соединений (отдельно или в комбинации) в синергических механизмах.
В 1977 году в Таиланде было сообщено о росте уровня резистентности к перметрину у основных популяций переносчиков, и в течение последующих десятилетий использование перметрина было в значительной степени заменено другими пиретроидными химикатами, особенно теми, которые были заменены дельтаметрином [82]. Однако резистентность 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 ротировать или повторно использовать выброшенные пестициды, которые ранее были эффективны и менее токсичны для млекопитающих, такие как перметрин. В настоящее время, хотя использование перметрина было сокращено в недавних национальных государственных программах борьбы с комарами, резистентность 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, успешное повторное использование перметрина требует разработки и внедрения стратегий снижения резистентности переносчиков. Хотя ни одно из эфирных масел, протестированных по отдельности в данном исследовании, не было столь же эффективным, как перметрин, их совместное применение с перметрином привело к впечатляющему синергетическому эффекту. 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 PMD-R Ae. Aedes aegypti. Преимущества синергетических 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]. Исходя из этих результатов, приятно отметить, что эфирные масла A. galanga и C. rotundus были значительно более эффективны, чем PBO, в синергии токсичности перметрина как в штаммах MCM-S, так и в штаммах PMD-R и являются потенциальной альтернативой традиционным эргогенным средствам.
Выбранные эфирные масла продемонстрировали значительный синергетический эффект в усилении токсичности для взрослых особей против PMD-R. Ae. aegypti, особенно галангальное масло, имеет значение SR до 1233,33, что указывает на широкие перспективы эфирного масла как синергетика в повышении эффективности перметрина. Это может стимулировать использование нового активного натурального продукта, что в совокупности может увеличить использование высокоэффективных средств борьбы с комарами. Это также раскрывает потенциал этиленоксида как альтернативного синергетика для эффективного улучшения старых или традиционных инсектицидов в решении существующих проблем резистентности популяций 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 при сочетании оксида этилена и перметрина. Результаты подчеркивают потенциал оксида этилена как растительного синергетика в борьбе с комарами, повышая эффективность перметрина против комаров, особенно в резистентных популяциях. Дальнейшие разработки и исследования потребуют синергетического биоанализа масел галангала и альпинии и их выделенных соединений, комбинирования инсектицидов природного или синтетического происхождения против различных видов и стадий развития комаров, а также испытаний на токсичность против нецелевых организмов. Практическое применение оксида этилена в качестве перспективного альтернативного синергетика.
Всемирная организация здравоохранения. Глобальная стратегия профилактики и борьбы с лихорадкой 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 о лихорадке денге. 2016. http://www.searo.who.int/entity/vector_borne_tropical_diseases/data/data_factsheet/en/. Дата обращения: 20 января 2017 г.
Департамент общественного здравоохранения. Текущая ситуация с лихорадкой денге и геморрагической лихорадкой денге в Таиланде. 2016. http://www.m-society.go.th/article_attach/13996/17856.pdf. Дата обращения: 6 января 2017 г.
Оой Э.Э., Го К.Т., Габлер Д.Дж. 35 лет профилактики лихорадки денге и борьбы с переносчиками в Сингапуре. Внезапное инфекционное заболевание. 2006;12:887–93.
Моррисон А.К., Зелински-Гутьеррес Э., Скотт Т.В., Розенберг Р. Выявление проблем и предложение решений для контроля вирусных переносчиков 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 ТКН, Бэсси С.Э. 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 Anopheles в районах, охваченных программой ликвидации малярии на юго-востоке Ирана. Asia Pacific J Trop Biomed. 2014;4(Suppl 1):S73–80.
Беллини Р., Целлер Х., Ван Бортель В. Обзор подходов к борьбе с переносчиками, профилактике и контролю вспышек вируса Западного Нила и проблем, с которыми сталкивается Европа. Паразиты-переносчики. 2014;7:323.
Мутусами Р., Шивакумар М.С. Селекция и молекулярные механизмы устойчивости к циперметрину у рыжих гусениц (Amsacta albistriga Walker). Биохимическая физиология вредителей. 2014;117:54–61.
Рамкумар Г., Шивакумар М.С. Лабораторное исследование резистентности к перметрину и перекрестной резистентности 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, т. 3: Механизм действия, метаболизм и токсикология. Нью-Йорк: Pergamon Press, 1983.
Chareonviriyaphap T, Bangs MJ, Souvonkert V, Kongmi M, Korbel AV, Ngoen-Klan R. Обзор устойчивости к инсектицидам и поведенческого избегания переносчиков человеческих болезней в Таиланде. Parasites vectors. 2013;6:280.
Chareonviriyaphap T, Aum-Aung B, Ratanatham S. Современные модели устойчивости к инсектицидам среди комаров-переносчиков в Таиланде. Southeast Asia J Trop Med Public Health. 1999;30:184-94.
Chareonviriyaphap T, Bangs MJ, Ratanatham S. Состояние малярии в Таиланде. Southeast Asia J Trop Med Public Health. 2000;31:225–37.
Plernsub S, Saingamsuk J, Yanola J, Lumjuan N, Thippavankosol P, Walton S, Somboon P. Временная частота мутаций устойчивости F1534C и V1016G у комаров Aedes aegypti в Чиангмае, Таиланд, и влияние мутаций на эффективность аэрозолей с тепловым туманом, содержащих пиретроиды. Aktatrop. 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.
Время публикации: 08 июля 2024 г.