Хваробы, якія пераносяцца камарамі, застаюцца сур'ёзнай глабальнай праблемай грамадскага здароўяУзрастаючая ўстойлівасць пераносчыкаў хвароб, такіх як Culex pipiens pallens, да традыцыйных інсектыцыдаў яшчэ больш пагаршае гэтую праблему. У гэтым даследаванні быў распрацаваны, сінтэзаваны і ацэнены шэраг новых гібрыдаў тыяфен-ізахіналінону ў якасці патэнцыйных ларвіцыдаў. Сярод сінтэзаваных злучэнняў вытворныя 5f, 6 і 7 прадэманстравалі значную ларвіцыдную актыўнасць супраць лічынак Culex pipiens pallens са значэннямі LC₅₀ 0,3, 0,1 і 1,85 мкг/мл адпаведна. Прыкметна, што ўсе дванаццаць вытворных тыяфен-ізахіналінону прадэманстравалі значна вышэйшую таксічнасць, чым эталонны арганафасфатны інсектыцыд хларпірыфос (LC₅₀ = 293,8 мкг/мл), што пацвярджае вышэйшую таксічнасць гэтых злучэнняў. Цікава, што сінтэтычны прамежкавы прадукт 1a (паўэфір тыяфену) прадэманстраваў найвышэйшую актыўнасць (LC₅₀ = 0,004 мкг/мл), і, хоць ён яшчэ не цалкам аптымізаваны, яго актыўнасць усё яшчэ перавышала актыўнасць усіх канчатковых вытворных. Механістычныя біялагічныя даследаванні выявілі выяўленыя выяўленыя сімптомы нейратаксічнасці, што сведчыць аб парушэнні халінергічнай функцыі. Малекулярны докінг і малекулярна-дынамічнае мадэляванне пацвердзілі гэта назіранне, выявіўшы моцныя спецыфічныя ўзаемадзеянні з ацэтылхалінэстэразай (AChE) і нікацінавым ацэтылхалінавым рэцэптарам (nAChR), што сведчыць аб магчымым механізме двайнога дзеяння. Разлікі па тэорыі функцыяналу шчыльнасці (DFT) дадаткова пацвердзілі спрыяльныя электронныя ўласцівасці і рэакцыйную здольнасць актыўных злучэнняў. Структурная разнастайнасць і пастаянна высокая эфектыўнасць гэтай серыі злучэнняў могуць знізіць рызыку перакрыжаванай рэзістэнтнасці і палегчыць стратэгіі кіравання рэзістэнтнасцю шляхам ратацыі або камбінацыі злучэнняў. У цэлым, гэтыя вынікі паказваюць, што гібрыды тыяфену і ізахіналінону з'яўляюцца перспектыўным варыянтам для распрацоўкі ларвіцыдаў наступнага пакалення, накіраваных на нейрафізіялагічныя шляхі насякомых-пераносчыкаў.
Камары з'яўляюцца аднымі з найбольш эфектыўных пераносчыкаў інфекцыйных захворванняў, распаўсюджваючы шырокі спектр небяспечных патагенаў і ўяўляючы значную пагрозу для здароўя насельніцтва ва ўсім свеце. Такія віды, як Culex pipiens, Aedes aegypti і Anopheles gambiae, асабліва вядомыя тым, што пераносяць вірусы, бактэрыі і паразітаў, штогод выклікаючы мільёны інфекцый і шматлікія смерці. Напрыклад, Culex pipiens з'яўляецца асноўным пераносчыкам арбавірусаў, такіх як вірус Заходняга Ніла і вірус энцэфаліту Сент-Луіса, а таксама паразітарных захворванняў, такіх як птушыная малярыя. Нядаўнія даследаванні таксама паказалі, што Culex pipiens адыгрывае значную ролю ў пераносчыку і перадачы шкодных бактэрый, такіх як Bacillus cereus і Staphylococcus warwickii, якія забруджваюць прадукты харчавання і пагаршаюць праблемы грамадскага здароўя. Высокая адаптыўнасць, выжывальнасць і ўстойлівасць камароў да метадаў барацьбы робяць іх цяжка кантраляваць, і яны ўяўляюць сабой пастаянную пагрозу.
Хімічныя інсектыцыды з'яўляюцца ключавым інструментам у барацьбе з камарамі, асабліва падчас успышак хвароб, якія пераносяцца камарамі. Розныя класы інсектыцыдаў, у тым ліку пірэтроіды, арганафасфаты і карбаматы, шырока выкарыстоўваюцца для скарачэння папуляцый камароў і перадачы хвароб. Аднак шырокае і працяглае выкарыстанне гэтых хімічных рэчываў прывяло да сур'ёзных праблем для навакольнага асяроддзя і грамадскага здароўя, у тым ліку да парушэння экасістэм, шкоднага ўздзеяння на немэтавыя віды і хуткага развіцця ўстойлівасці да інсектыцыдаў у папуляцый камароў.11, 12, 13, 14Гэтая ўстойлівасць значна зніжае эфектыўнасць многіх традыцыйных інсектыцыдаў, што падкрэслівае вострую неабходнасць інавацыйных хімічных рашэнняў з новымі механізмамі дзеяння для эфектыўнай барацьбы з гэтымі зменлівымі пагрозамі.11, 12, 13, 14Каб вырашыць гэтыя сур'ёзныя праблемы, даследчыкі звяртаюцца да альтэрнатыўных стратэгій, такіх як біякантроль, генная інжынерыя і комплекснае кіраванне пераносчыкамі (КМВ). Гэтыя падыходы дэманструюць перспектыўнасць устойлівага доўгатэрміновага кантролю над камарамі. Аднак падчас эпідэмій і надзвычайных сітуацый хімічныя метады застаюцца вырашальнымі для хуткага рэагавання.
Ізахіналінавыя алкалоіды — гэта важныя азотазмяшчальныя гетэрацыклічныя злучэнні, шырока распаўсюджаныя ў раслінным свеце, у тым ліку ў такіх сямействах, як Amaryllidaceae, Rubiaceae, Magnoliaceae, Papaveraceae, Berberidaceae і Menispermaceae.30 Папярэднія даследаванні пацвердзілі, што ізахіналінавыя алкалоіды валодаюць разнастайнай біялагічнай актыўнасцю і структурнымі асаблівасцямі, у тым ліку інсектыцыдным, супрацьдыябетычным, супрацьпухлінным, супрацьгрыбковым, супрацьзапаленчым, антыбактэрыйным, супрацьпаразітарным, антіоксідантным, супрацьвірусным і нейрапратэктарным эфектамі.
У гэтым даследаванні значэнні χ² для ўсіх злучэнняў былі ніжэй за крытычны парог, а значэнні p былі вышэй за 0,05. Гэтыя вынікі пацвярджаюць надзейнасць ацэнак LC₅₀ і дэманструюць, што імавернасная рэгрэсія можа эфектыўна апісваць назіраную залежнасць доза-рэакцыя. Такім чынам, значэнні LC₅₀ і індэксы таксічнасці (TI), разлічаныя на аснове найбольш актыўнага злучэння (1a), з'яўляюцца вельмі надзейнымі і падыходзяць для параўнання таксікалагічных эфектаў.
Каб ацаніць узаемадзеянне 12 новых сінтэзаваных вытворных тыяфен-ізахіналінону і іх папярэдніка 1a з двума ключавымі нейрональнымі мішэнямі камароў — ацэтылхалінестэразай (АХЭ) і нікацінавым ацэтылхалінавым рэцэптарам (нАХР) — мы правялі малекулярнае дакінгавае мадэляванне. Гэтыя мішэні былі выбраны на аснове нейратаксічных сімптомаў, якія назіраліся ў аналізах гібелі лічынак, што сведчыць аб парушэнні нейрональнай сігналізацыі. Акрамя таго, структурнае падабенства гэтых злучэнняў з арганафасфатамі і неанікатыноідамі яшчэ раз пацвярджае пераважны выбар гэтых мішэняў, паколькі арганафасфаты і неанікатыноіды аказваюць свае таксічныя эфекты, інгібіруючы АХЭ і актывуючы нАХР адпаведна.
Акрамя таго, некалькі злучэнняў (у тым ліку 1a, 2, 5a, 5b, 5e, 5f і 7) узаемадзейнічаюць з SER280. Рэшткі SER280 удзельнічаюць у фарміраванні канфармацый крышталічнай структуры і захоўваюцца ў пералекаванай канфармацыі BT7. Гэтая разнастайнасць рэжымаў узаемадзеяння падкрэслівае адаптыўнасць гэтых злучэнняў у актыўным цэнтры, прычым SER280 і GLU359 патэнцыйна служаць адаптыўнымі якарнымі сайтамі ва ўмовах дакінгу. Частыя ўзаемадзеянні, якія назіраюцца паміж сінтэтычнымі вытворнымі і ключавымі рэшткамі, такімі як GLU359 і SER280, якія з'яўляюцца кампанентамі вядомай каталітычнай трыяды SER-HIS-GLU ў ацэтылхалінестэразе чалавека (AChE), дадаткова пацвярджаюць гіпотэзу аб тым, што гэтыя злучэнні могуць аказваць магутны інгібіруючы эфект на AChE шляхам звязвання з каталітычна важнымі сайтамі.29, 61, 64
Характэрна, што злучэнне 6 і яго папярэднік 1a прадэманстравалі найбольш магутную актыўнасць супраць лічынак у біялагічным аналізе, паказаўшы найніжэйшыя значэнні LC₅₀ сярод злучэнняў у серыі. На малекулярным узроўні злучэнне 6 праяўляе крытычнае ўзаемадзеянне з хларпірыфосам у сайце GLU359, у той час як злучэнне 1a перакрываецца з паўторна легаваным BT7 праз вадародную сувязь з SER280. Як GLU359, так і SER280 прысутнічаюць у зыходнай крышталяграфічнай канфармацыі звязвання BT7 і з'яўляюцца кампанентамі кансерватыўнага каталітычнага трыплету ацэтылхалінестэразы (SER–HIS–GLU), што падкрэслівае функцыянальнае значэнне гэтых узаемадзеянняў у падтрыманні інгібіруючай актыўнасці злучэнняў (мал. 10).
Падабенства ў сайтах звязвання паміж вытворнымі BT7 (у тым ліку натыўным і адноўленым BT7) і хларпірыфосам, асабліва ў рэштках, важных для каталітычнай актыўнасці, пераканаўча сведчыць аб агульным механізме інгібіравання паміж гэтымі злучэннямі. У цэлым, гэтыя вынікі пацвярджаюць значны патэнцыял вытворных тыяфен-ізахіналінону як высокаэфектыўных інгібітараў ацэтылхалінестэразы дзякуючы іх захаваным і біялагічна значным узаемадзеянням.
Моцная карэляцыя паміж вынікамі малекулярнага дакінгу і вынікамі біялагічных аналізаў лічынак дадаткова пацвярджае, што ацэтылхалінестэраза (AChE) і нікацінавы ацэтылхалінавы рэцэптар (nAChR) з'яўляюцца асноўнымі нейратаксічнымі мішэнямі сінтэзаваных вытворных тыяфен-ізахіналінону. Нягледзячы на тое, што вынікі дакінгу даюць важную інфармацыю аб афіннасці рэцэптара да ліганда, варта прызнаць, што адной толькі энергіі звязвання недастаткова для поўнага тлумачэння інсектыцыднай эфектыўнасці in vivo. Розніца ў значэннях LC₅₀ паміж злучэннямі з падобнымі характарыстыкамі дакінгу можа быць абумоўлена такімі фактарамі, як метабалічная стабільнасць, паглынанне, біядаступнасць і размеркаванне ў насякомых.⁶⁰,⁶⁴Аднак рацыянальная структурная канструкцыя, высокая афіннасць да рэцэптараў, мадэляваная з дапамогай камп'ютэрнага мадэлявання, і магутная біялагічная актыўнасць пераканаўча пацвярджаюць меркаванне, што АХЭ і нАХР з'яўляюцца асноўнымі медыятарамі назіранай нейратаксічнасці.
У заключэнне, сінтэзаваныя гібрыды тыяфену і ізахіналінону валодаюць ключавымі структурнымі і функцыянальнымі элементамі, якія ў значнай ступені сумяшчальныя з вядомымі нейраактыўнымі інсектыцыдамі. Іх здольнасць эфектыўна звязвацца з ацэтылхалінестэразай (AChE) і нікацінавымі ацэтылхалінавымі рэцэптарамі (nAChRs) праз дадатковыя механізмы ўзаемадзеяння падкрэслівае іх патэнцыял як інсектыцыдаў з падвойнай мэтай. Гэты падвойны механізм не толькі павышае інсектыцыдную эфектыўнасць, але і забяспечвае перспектыўную стратэгію пераадолення існуючых механізмаў рэзістэнтнасці, што робіць гэтыя злучэнні перспектыўнымі кандыдатамі для распрацоўкі сродкаў барацьбы з камарамі наступнага пакалення.
Малекулярна-дынамічнае (МД) мадэляванне выкарыстоўваецца для праверкі і пашырэння вынікаў малекулярнага дакінгу, забяспечваючы больш рэалістычную і залежную ад часу ацэнку ўзаемадзеяння ліганд-мішэнь у фізіялагічна рэалістычных умовах. Нягледзячы на тое, што малекулярны дакінг можа даць каштоўную папярэднюю інфармацыю аб патэнцыйных пазіцыях звязвання і афіннасці, гэта статычная мадэль і не можа ўлічваць гнуткасць рэцэптараў, дынаміку растваральніка або часовыя ваганні ў малекулярных узаемадзеяннях. Такім чынам, МД-мадэляванне з'яўляецца важным дадатковым метадам для ацэнкі стабільнасці комплексу, устойлівасці ўзаемадзеяння і канфармацыйных змен у лігандах і бялках з цягам часу.60, 62, 71
Зыходзячы з іх лепшых уласцівасцей звязвання з ацэтылхалінестэразай (АХЭ) у параўнанні з нікацінавым ацэтылхалінавым рэцэптарам (нАХР), мы выбралі зыходную малекулу 1a (з найніжэйшым значэннем LC₅₀) і найбольш актыўнае тыяфен-ізахіналінавае злучэнне 6 для малекулярна-дынамічнага (МД) мадэлявання. Мэтай было ацаніць, ці заставалася іх канфармацыя звязвання ў актыўным цэнтры АХЭ стабільнай на працягу 100 нс мадэлявання, і параўнаць іх паводзіны пры звязванні з паводзінамі хларпірыфосу і адскок-сукрышталізаванага інгібітара АХЭ BT7.
Малекулярна-дынамічнае мадэляванне ўключала сярэднеквадратычнае адхіленне (СКА) для ацэнкі агульнай стабільнасці комплексу; сярэднеквадратычнае адхіленне флуктуацый (СКА) для вывучэння гнуткасці рэшткаў; і аналіз узаемадзеяння ліганд-акцэптар для вызначэння стабільнасці вадародных сувязяў, гідрафобных кантактаў і іонных узаемадзеянняў (дадатковыя дадзеныя). Нягледзячы на тое, што значэнні СКА і СКА для ўсіх лігандаў заставаліся ў стабільным дыяпазоне, што сведчыць аб адсутнасці істотных канфармацыйных змен у комплексе AChE-ліганд (малюнак 12), гэтых параметраў недастаткова для поўнага тлумачэння адрозненняў у масе звязвання паміж злучэннямі.
Час публікацыі: 15 снежня 2025 г.