Болестите што се пренесуваат преку комарци остануваат сериозен глобален проблем со јавното здравјеРастечката отпорност на векторите на болести, како што е Culex pipiens pallens, на традиционалните инсектициди дополнително го влошува овој проблем. Во оваа студија, серија нови хибриди на тиофен-изохинолинон беа дизајнирани, синтетизирани и оценети како потенцијални ларвициди. Меѓу синтетизираните соединенија, дериватите 5f, 6 и 7 покажаа значајна ларвицидна активност против ларвите на Culex pipiens pallens со вредности на LC₅₀ од 0,3, 0,1 и 1,85 μg/mL, соодветно. Имено, сите дванаесет деривати на тиофен-изохинолинон покажаа значително поголема токсичност од референтниот органофосфатен инсектицид хлорпирифос (LC₅₀ = 293,8 μg/mL), потврдувајќи ја супериорната токсичност на овие соединенија. Интересно е што синтетичкиот меѓупроизвод 1a (тиофен полуестер) покажа највисока јачина (LC₅₀ = 0,004 μg/mL) и иако сè уште не е целосно оптимизиран, неговата јачина сè уште ја надминува онаа на сите финални деривати. Механистичките биолошки студии открија силни симптоми на невротоксичност, што укажува на нарушена холинергична функција. Симулациите на молекуларно докирање и молекуларна динамика го потврдија ова набљудување, откривајќи силни специфични интеракции со ацетилхолинестеразата (AChE) и никотинскиот ацетилхолински рецептор (nAChR), што укажува на можен механизам со двојно дејство. Пресметките на теоријата на функционална густина (DFT) дополнително ги потврдија поволните електронски својства и реактивност на активните соединенија. Структурната разновидност и постојано високата јачина на оваа серија соединенија може да го намалат ризикот од вкрстена отпорност и да ги олеснат стратегиите за управување со отпорноста преку ротација или комбинација на соединенија. Генерално, овие резултати укажуваат дека хибридите тиофен-изохинолинон се ветувачка опција за развој на ларвициди од следната генерација насочени кон неврофизиолошките патишта на инсектите вектори.
Комарците се меѓу најефикасните вектори на заразни болести, ширејќи широк спектар на опасни патогени и претставувајќи значителна закана за глобалното јавно здравје. Видови како што се Culex pipiens, Aedes aegypti и Anopheles gambiae се особено познати по пренесувањето на вируси, бактерии и паразити, предизвикувајќи милиони инфекции и бројни смртни случаи годишно. На пример, Culex pipiens е главен вектор на арбовируси како што се вирусот на Западен Нил и вирусот на енцефалитис на Сент Луис, како и паразитски болести како што е птичјата маларија. Неодамнешните истражувања покажаа и дека Culex pipiens игра значајна улога во пренесувањето на штетни бактерии како што се Bacillus cereus и Staphylococcus warwickii, кои ја контаминираат храната и ги влошуваат проблемите со јавното здравје. Високата прилагодливост, преживување и отпорност на комарците на методите за контрола ги прават тешки за контрола и претставуваат постојана закана.
Хемиските инсектициди се клучна алатка во контролата на комарците, особено за време на епидемии на болести што се пренесуваат преку комарци. Различни класи на инсектициди, вклучувајќи пиретроиди, органофосфати и карбамати, се користат за намалување на популациите на комарци и преносот на болести. Сепак, широко распространетата и долготрајна употреба на овие хемикалии доведе до сериозни проблеми со животната средина и јавното здравје, вклучувајќи нарушување на екосистемот, штетни ефекти врз видовите што не се целна група и брз развој на отпорност на инсектициди кај популациите на комарци.11,12,13,14Оваа отпорност значително ја намалува ефикасноста на многу традиционални инсектициди, истакнувајќи ја итната потреба од иновативни хемиски решенија со нови механизми на дејствување за ефикасно справување со овие еволуирачки закани.11,12,13,14За да се справат со овие сериозни предизвици, истражувачите се свртуваат кон алтернативни стратегии како што се биоконтрола, генетски инженеринг и интегрирано управување со вектори (IVM). Овие пристапи покажуваат ветување за одржлива, долгорочна контрола на комарците. Сепак, за време на епидемии и вонредни состојби, хемиските методи остануваат клучни за брз одговор.
Изоквинолинските алкалоиди се важни хетероциклични соединенија што содржат азот, широко распространети во растителното царство, вклучувајќи семејства како што се Amaryllidaceae, Rubiaceae, Magnoliaceae, Papaveraceae, Berberidaceae и Menispermaceae.30 Претходните студии потврдија дека изоквинолинските алкалоиди поседуваат разновидни биолошки активности и структурни карактеристики, вклучувајќи инсектицидни, антидијабетични, антитуморски, антигабични, антиинфламаторни, антибактериски, антипаразитски, антиоксидантни, антивирусни и невропротективни ефекти.
Во оваа студија, вредностите на χ² за сите соединенија беа под критичниот праг, а вредностите на p беа над 0,05. Овие резултати ја потврдуваат веродостојноста на проценките на LC₅₀ и покажуваат дека веројатносната регресија може ефикасно да го опише набљудуваниот однос доза-одговор. Затоа, вредностите на LC₅₀ и индексите на токсичност (TI) пресметани врз основа на најактивното соединение (1a) се многу сигурни и погодни за споредување на токсиколошките ефекти.
За да ги оцениме интеракциите на 12 новосинтетизирани деривати на тиофен-изохинолинон и нивниот прекурсор 1a со две клучни невронски цели на комарци - ацетилхолинестераза (AChE) и никотински ацетилхолински рецептор (nAChR) - спроведовме моделирање на молекуларно докирање. Овие цели беа избрани врз основа на невротоксични симптоми забележани во тестовите за смрт на ларви, што укажува на нарушена невронска сигнализација. Понатаму, структурната сличност на овие соединенија со органофосфатите и неоникотиноидите дополнително го поддржува претпочитаниот избор на овие цели, бидејќи органофосфатите и неоникотиноидите ги вршат своите токсични ефекти со инхибирање на AChE и активирање на nAChR, соодветно.
Понатаму, неколку соединенија (вклучувајќи ги 1a, 2, 5a, 5b, 5e, 5f и 7) комуницираат со SER280. Остатоците од SER280 се вклучени во обликувањето на конформациите на кристалната структура и се конзервирани во редопираната конформација на BT7. Оваа разновидност на режими на интеракција ја истакнува прилагодливоста на овие соединенија во активното место, при што SER280 и GLU359 потенцијално служат како адаптивни места за прицврстување под услови на докинг. Честите интеракции забележани помеѓу синтетичките деривати и клучните остатоци како што се GLU359 и SER280, кои се компоненти на познатата каталитичка тријада SER-HIS-GLU во човечката ацетилхолинестераза (AChE), дополнително ја поддржуваат хипотезата дека овие соединенија можат да имаат моќни инхибиторни ефекти врз AChE со врзување за каталитички важни места.29,61,64
Имено, соединението 6 и неговиот претходник 1a покажаа најмоќна активност против ларви во биотестот, покажувајќи најниски вредности на LC₅₀ меѓу соединенијата во серијата. На молекуларно ниво, соединението 6 покажува критична интеракција со хлорпирифос на местото на GLU359, додека соединението 1a се преклопува со повторно дупираниот BT7 преку водородна врска со SER280. И GLU359 и SER280 се присутни во оригиналната кристалографска конформација на врзување на BT7 и се компоненти на конзервираниот каталитички триплет на ацетилхолинестераза (SER–HIS–GLU), истакнувајќи го функционалното значење на овие интеракции во одржувањето на инхибиторната активност на соединенијата (Сл. 10).
Набљудуваната сличност во местата на врзување помеѓу дериватите на BT7 (вклучувајќи го и нативниот и реконституираниот BT7) и хлорпирифосот, особено кај остатоците критични за каталитичката активност, силно укажува на заеднички механизам на инхибиција помеѓу овие соединенија. Генерално, овие резултати го потврдуваат значајниот потенцијал на дериватите на тиофен-изохинолинон како високо моќни инхибитори на ацетилхолинестеразата поради нивните конзервирани и биолошки релевантни интеракции.
Силната корелација помеѓу резултатите од молекуларното докирање и резултатите од ларвалниот биолошки тест дополнително потврдува дека ацетилхолинестеразата (AChE) и никотинскиот ацетилхолински рецептор (nAChR) се примарните невротоксични цели на синтетизираните деривати на тиофен-изохинолинон. Иако резултатите од докирањето даваат важни информации за афинитетот на рецепторот и лигандот, треба да се признае дека само енергијата на врзување не е доволна за целосно да се објасни инсектицидната ефикасност in vivo. Разликите во вредностите на LC₅₀ помеѓу соединенијата со слични карактеристики на докирање може да се должат на фактори како што се метаболичка стабилност, апсорпција, биорасположивост и дистрибуција кај инсектите.⁶⁰,⁶⁴Сепак, рационалниот структурен дизајн, високиот афинитет на рецепторот симулиран со компјутерска симулација и моќната биолошка активност силно го поддржуваат ставот дека AChE и nAChR се главните медијатори на набљудуваната невротоксичност.
Како заклучок, синтетизираните тиофен-изохинолинон хибриди поседуваат клучни структурни и функционални елементи кои се во голема мера компатибилни со познати невроактивни инсектициди. Нивната способност ефикасно да се врзуваат за ацетилхолинестеразните (AChE) и никотинските ацетилхолински рецептори (nAChRs) преку комплементарни механизми на интеракција го истакнува нивниот потенцијал како инсектициди со двојна цел. Овој двоен механизам не само што ја подобрува инсектицидната ефикасност, туку и обезбедува ветувачка стратегија за надминување на постојните механизми на отпорност, што ги прави овие соединенија ветувачки кандидати за развој на агенси за контрола на комарци од следната генерација.
Симулациите на молекуларна динамика (MD) се користат за валидација и проширување на резултатите од молекуларното докирање, обезбедувајќи пореална и временски зависна проценка на интеракциите лиганд-цел под физиолошки реални услови. Иако молекуларното докирање може да обезбеди вредни прелиминарни информации за потенцијалните позиции на врзување и афинитети, тоа е статичен модел и не може да ја земе предвид флексибилноста на рецепторот, динамиката на растворувачот или временските флуктуации во молекуларните интеракции. Затоа, MD симулациите се важен комплементарен метод за проценка на комплексната стабилност, робусноста на интеракцијата и конформациските промени кај лигандите и протеините со текот на времето.60,62,71
Врз основа на нивните супериорни својства на врзување за ацетилхолинестеразата (AChE) во споредба со никотинскиот ацетилхолински рецептор (nAChR), ја избравме матичната молекула 1a (со најниска вредност на LC₅₀) и најактивното тиофен-изохинолинско соединение 6 за симулации на молекуларна динамика (MD). Целта беше да се процени дали нивната конформација на врзување во активното место на AChE останала стабилна во текот на 100 ns симулација и да се спореди нивното однесување на врзување со она на хлорпирифос и отскочниот кокристализиран инхибитор на AChE BT7.
Симулациите на молекуларната динамика вклучуваа средна квадратна девијација (RMSD) за да се процени целокупната стабилност на комплексот; средна квадратна девијација на флуктуациите (RMSF) за да се проучи флексибилноста на остатокот; и анализа на интеракцијата лиганд-акцептор за да се утврди стабилноста на водородните врски, хидрофобните контакти и јонските интеракции (Дополнителни податоци). Иако вредностите на RMSD и RMSF за сите лиганди останаа во стабилен опсег, што не укажува на значајни конформациски промени во комплексот AChE-лиганд (Слика 12), овие параметри сами по себе не се доволни за целосно да се објаснат разликите во масата на врзување помеѓу соединенијата.
Време на објавување: 15 декември 2025 година