Sëmundjet e përhapura nga mushkonjat mbeten një problem serioz global i shëndetit publikRezistenca në rritje e vektorëve të sëmundjeve, siç është Culex pipiens pallens, ndaj insekticideve tradicionale e përkeqëson më tej këtë problem. Në këtë studim, një seri hibridesh të reja tiofen-izokinolinon u hartuan, sintetizuan dhe u vlerësuan si larvicidë të mundshëm. Ndër komponimet e sintetizuara, derivatet 5f, 6 dhe 7 demonstruan aktivitet të konsiderueshëm larvicid kundër larvave të Culex pipiens pallens me vlera LC₅₀ prej 0.3, 0.1 dhe 1.85 μg/mL, përkatësisht. Vlen të përmendet se të dymbëdhjetë derivatet e tiofen-izokinolinonës demonstruan toksicitet dukshëm më të lartë sesa insekticidi referues organofosfat chlorpyrifos (LC₅₀ = 293.8 μg/mL), duke konfirmuar toksicitetin superior të këtyre komponimeve. Është interesante se ndërmjetësi sintetik 1a (një gjysmëester tiofeni) shfaqi fuqinë më të lartë (LC₅₀ = 0.004 μg/mL), dhe megjithëse ende nuk është optimizuar plotësisht, fuqia e tij tejkaloi atë të të gjitha derivateve përfundimtare. Studimet mekanike biologjike zbuluan simptoma të forta neurotoksiciteti, duke sugjeruar funksion të dëmtuar kolinergjik. Simulimet e lidhjes molekulare dhe dinamikës molekulare e konfirmuan këtë vëzhgim, duke zbuluar ndërveprime të forta specifike me acetilkolinesterazën (AChE) dhe receptorin nikotinik të acetilkolinës (nAChR), duke sugjeruar një mekanizëm të mundshëm me veprim të dyfishtë. Llogaritjet e teorisë funksionale të dendësisë (DFT) konfirmuan më tej vetitë e favorshme elektronike dhe reaktivitetin e komponimeve aktive. Diversiteti strukturor dhe fuqia vazhdimisht e lartë e kësaj serie komponimesh mund të zvogëlojë rrezikun e rezistencës kryq dhe të lehtësojë strategjitë e menaxhimit të rezistencës përmes rotacionit ose kombinimit të komponimeve. Në përgjithësi, këto rezultate tregojnë se hibridet tiofen-izokinolinon janë një mundësi premtuese për zhvillimin e larvicideve të gjeneratës së ardhshme që synojnë rrugët neurofiziologjike të vektorëve të insekteve.
Mushkonjat janë ndër vektorët më efektivë të sëmundjeve infektive, duke përhapur një gamë të gjerë patogjenësh të rrezikshëm dhe duke paraqitur një kërcënim të rëndësishëm për shëndetin publik global. Speciet si Culex pipiens, Aedes aegypti dhe Anopheles gambiae janë veçanërisht të njohura për transmetimin e viruseve, baktereve dhe parazitëve, duke shkaktuar miliona infeksione dhe vdekje të shumta çdo vit. Për shembull, Culex pipiens është një vektor kryesor i arboviruseve si virusi i Nilit Perëndimor dhe virusi i encefalitit të Shën Luisit, si dhe i sëmundjeve parazitare si malaria e shpendëve. Hulumtimet e fundit kanë treguar gjithashtu se Culex pipiens luan një rol të rëndësishëm në vektorin dhe transmetimin e baktereve të dëmshme si Bacillus cereus dhe Staphylococcus warwickii, të cilat kontaminojnë ushqimin dhe përkeqësojnë problemet e shëndetit publik. Përshtatshmëria e lartë, mbijetesa dhe rezistenca e mushkonjave ndaj metodave të kontrollit i bëjnë ato të vështira për t'u kontrolluar dhe paraqesin një kërcënim të vazhdueshëm.
Insekticidet kimike janë një mjet kyç në kontrollin e mushkonjave, veçanërisht gjatë shpërthimeve të sëmundjeve të transmetuara nga mushkonjat. Klasa të ndryshme të insekticideve, duke përfshirë piretroidet, organofosfatet dhe karbamatet, përdoren gjerësisht për të zvogëluar popullatat e mushkonjave dhe transmetimin e sëmundjeve. Megjithatë, përdorimi i përhapur dhe afatgjatë i këtyre kimikateve ka çuar në shqetësime serioze mjedisore dhe shëndetësore publike, duke përfshirë prishjen e ekosistemit, efektet e dëmshme në speciet jo të synuara dhe zhvillimin e shpejtë të rezistencës ndaj insekticideve në popullatat e mushkonjave.11,12,13,14Kjo rezistencë zvogëlon ndjeshëm efektivitetin e shumë insekticideve tradicionale, duke nxjerrë në pah nevojën urgjente për zgjidhje kimike inovative me mekanizma të rinj veprimi për t'iu kundërvënë në mënyrë efektive këtyre kërcënimeve në zhvillim.11,12,13,14Për t'iu përgjigjur këtyre sfidave serioze, studiuesit po i drejtohen strategjive alternative, të tilla si biokontrolli, inxhinieria gjenetike dhe menaxhimi i integruar i vektorëve (IVM). Këto qasje tregojnë premtime për kontroll të qëndrueshëm dhe afatgjatë të mushkonjave. Megjithatë, gjatë epidemive dhe emergjencave, metodat kimike mbeten thelbësore për reagim të shpejtë.
Alkaloidet e izokinolinës janë komponime të rëndësishme heterociklike që përmbajnë azot, të shpërndara gjerësisht në mbretërinë bimore, duke përfshirë familje të tilla si Amaryllidaceae, Rubiaceae, Magnoliaceae, Papaveraceae, Berberidaceae dhe Menispermaceae.30 Studimet e mëparshme kanë konfirmuar se alkaloidet e izokinolinës kanë aktivitete të ndryshme biologjike dhe karakteristika strukturore, duke përfshirë efekte insekticide, antidiabetike, antitumorale, antifungale, antiinflamatore, antibakteriale, antiparazitare, antioksiduese, antivirale dhe neuroprotektive.
Në këtë studim, vlerat χ² për të gjitha komponimet ishin nën pragun kritik, dhe vlerat p ishin mbi 0.05. Këto rezultate konfirmojnë besueshmërinë e vlerësimeve LC₅₀ dhe demonstrojnë se regresioni probabilistik mund të përshkruajë në mënyrë efektive marrëdhënien e vëzhguar dozë-përgjigje. Prandaj, vlerat LC₅₀ dhe indekset e toksicitetit (TI) të llogaritura bazuar në komponimin më aktiv (1a) janë shumë të besueshme dhe të përshtatshme për krahasimin e efekteve toksikologjike.
Për të vlerësuar ndërveprimet e 12 derivateve të tiofen-izokinolinonit të sintetizuar rishtazi dhe pararendësit të tyre 1a me dy objektiva kyçe neuronale të mushkonjave - acetilkolinesterazën (AChE) dhe receptorin nikotinik të acetilkolinës (nAChR) - ne kryem modelimin molekular të ankorimit. Këta objektiva u përzgjodhën bazuar në simptomat neurotoksike të vëzhguara në analizat e vdekjes së larvave, duke treguar sinjalizim të dëmtuar neuronal. Për më tepër, ngjashmëria strukturore e këtyre komponimeve me organofosfatet dhe neonicotinoidet mbështet më tej zgjedhjen e preferuar të këtyre objektivave, pasi organofosfatet dhe neonicotinoidet ushtrojnë efektet e tyre toksike duke penguar AChE dhe duke aktivizuar nAChR, përkatësisht.
Për më tepër, disa komponime (duke përfshirë 1a, 2, 5a, 5b, 5e, 5f dhe 7) bashkëveprojnë me SER280. Mbetjet e SER280 janë të përfshira në formësimin e konformacioneve të strukturës kristalore dhe janë të ruajtura në konformacionin e redopuar të BT7. Ky diversitet i mënyrave të bashkëveprimit nxjerr në pah përshtatshmërinë e këtyre komponimeve në vendin aktiv, me SER280 dhe GLU359 që potencialisht shërbejnë si vende ankorimi adaptive në kushte ankorimi. Ndërveprimet e shpeshta të vërejtura midis derivateve sintetike dhe mbetjeve kyçe si GLU359 dhe SER280, të cilat janë përbërës të triadës katalitike të njohur SER-HIS-GLU në acetilkolinesterazën njerëzore (AChE), mbështesin më tej hipotezën se këto komponime mund të ushtrojnë efekte të fuqishme frenuese në AChE duke u lidhur me vende katalitikisht të rëndësishme.29,61,64
Veçanërisht, përbërja 6 dhe pararendësi i saj 1a demonstruan aktivitetin më të fuqishëm kundër larvave në bioanalizë, duke shfaqur vlerat më të ulëta LC₅₀ midis përbërjeve në seri. Në nivel molekular, përbërja 6 shfaq një bashkëveprim kritik me klorpirifosin në vendin GLU359, ndërsa përbërja 1a mbivendoset me BT7 të ridopuar nëpërmjet një lidhjeje hidrogjeni me SER280. Si GLU359 ashtu edhe SER280 janë të pranishëm në konformacionin origjinal të lidhjes kristalografike të BT7 dhe janë përbërës të tripletit katalitik të konservuar të acetilkolinesterazës (SER–HIS–GLU), duke theksuar rëndësinë funksionale të këtyre bashkëveprimeve në ruajtjen e aktivitetit frenues të përbërjeve (Fig. 10).
Ngjashmëria e vërejtur në vendet e lidhjes midis derivateve të BT7 (duke përfshirë BT7 native dhe të rindërtuar) dhe klorpirifos, veçanërisht në mbetjet kritike për aktivitetin katalitik, sugjeron fuqimisht një mekanizëm të përbashkët të frenimit midis këtyre komponimeve. Në përgjithësi, këto rezultate konfirmojnë potencialin e rëndësishëm të derivateve të tiofen-izokinolinonit si frenues shumë të fuqishëm të acetilkolinesterazës për shkak të ndërveprimeve të tyre të konservuara dhe biologjikisht të rëndësishme.
Një korrelacion i fortë midis rezultateve të lidhjes molekulare dhe rezultateve të bioanalizës larvore konfirmon më tej se acetilkolinesteraza (AChE) dhe receptori nikotinik i acetilkolinës (nAChR) janë objektivat kryesorë neurotoksikë të derivateve të sintetizuara të tiofen-izokinolinonës. Megjithëse rezultatet e lidhjes ofrojnë informacion të rëndësishëm mbi afinitetin receptor-ligand, duhet të pranohet se vetëm energjia e lidhjes është e pamjaftueshme për të shpjeguar plotësisht efikasitetin insekticid in vivo. Dallimet në vlerat LC₅₀ midis komponimeve me karakteristika të ngjashme të lidhjes mund të jenë për shkak të faktorëve të tillë si stabiliteti metabolik, thithja, biodisponueshmëria dhe shpërndarja në insekte.⁶⁰,64Megjithatë, dizajni racional strukturor, afiniteti i lartë ndaj receptorëve i simuluar nga simulimi kompjuterik dhe aktiviteti i fuqishëm biologjik mbështesin fuqimisht pikëpamjen se AChE dhe nAChR janë ndërmjetësit kryesorë të neurotoksicitetit të vëzhguar.
Si përfundim, hibridet e sintetizuara të tiofen-izokinolinonit posedojnë elementë kyç strukturorë dhe funksionalë që janë kryesisht të pajtueshëm me insekticidet neuroaktive të njohura. Aftësia e tyre për t'u lidhur në mënyrë efikase me receptorët e acetilkolinesterazës (AChE) dhe acetilkolinës nikotinik (nAChR) nëpërmjet mekanizmave plotësues të ndërveprimit nxjerr në pah potencialin e tyre si insekticide me dy shënjestra. Ky mekanizëm i dyfishtë jo vetëm që rrit efikasitetin insekticid, por gjithashtu ofron një strategji premtuese për kapërcimin e mekanizmave ekzistues të rezistencës, duke i bërë këto komponime kandidatë premtues për zhvillimin e agjentëve të kontrollit të mushkonjave të gjeneratës së ardhshme.
Simulimet e dinamikës molekulare (MD) përdoren për të validuar dhe zgjeruar rezultatet e lidhjes molekulare, duke ofruar një vlerësim më realist dhe të varur nga koha të ndërveprimeve ligand-objektiv në kushte fiziologjikisht realiste. Edhe pse lidhja molekulare mund të ofrojë informacion paraprak të vlefshëm mbi pozicionet dhe afinitetet e mundshme të lidhjes, ai është një model statik dhe nuk mund të marrë parasysh fleksibilitetin e receptorit, dinamikën e tretësit ose luhatjet kohore në ndërveprimet molekulare. Prandaj, simulimet MD janë një metodë e rëndësishme plotësuese për vlerësimin e stabilitetit kompleks, qëndrueshmërisë së ndërveprimit dhe ndryshimeve konformacionale në ligandë dhe proteina me kalimin e kohës.60,62,71
Bazuar në vetitë e tyre superiore të lidhjes ndaj acetilkolinesterazës (AChE) krahasuar me receptorin nikotinik të acetilkolinës (nAChR), ne zgjodhëm molekulën mëmë 1a (me vlerën më të ulët LC₅₀) dhe përbërjen më aktive të tiofen-izokinolinës 6 për simulimet e dinamikës molekulare (MD). Qëllimi ishte të vlerësohej nëse konformacioni i tyre i lidhjes në vendin aktiv të AChE mbeti i qëndrueshëm gjatë 100 ns simulimi dhe të krahasohej sjellja e tyre e lidhjes me atë të klorpirifosit dhe frenuesit të kokristalizuar të AChE-së me rikthim BT7.
Simulimet e dinamikës molekulare përfshinin devijimin mesatar rrënjor katror (RMSD) për të vlerësuar stabilitetin e përgjithshëm të kompleksit; devijimin mesatar rrënjor katror të luhatjeve (RMSF) për të studiuar fleksibilitetin e mbetjeve; dhe analizën e ndërveprimit ligand-pranues për të përcaktuar stabilitetin e lidhjeve hidrogjenore, kontakteve hidrofobike dhe ndërveprimeve jonike (Të dhëna plotësuese). Megjithëse vlerat RMSD dhe RMSF për të gjithë ligandët mbetën brenda një diapazoni të qëndrueshëm, duke treguar se nuk ka ndryshime të rëndësishme konformacionale në kompleksin AChE-ligand (Figura 12), vetëm këta parametra nuk janë të mjaftueshëm për të shpjeguar plotësisht ndryshimet në masën lidhëse midis komponimeve.
Koha e postimit: 15 dhjetor 2025