Болести које преносе комарци остају озбиљан глобални проблем јавног здрављаРастућа отпорност вектора болести, као што је Culex pipiens pallens, на традиционалне инсектициде додатно погоршава овај проблем. У овој студији, серија нових тиофен-изохинолинонских хибрида је дизајнирана, синтетизована и оцењена као потенцијални ларвициди. Међу синтетизованим једињењима, деривати 5f, 6 и 7 показали су значајну ларвицидну активност против ларви Culex pipiens pallens са LC₅₀ вредностима од 0,3, 0,1 и 1,85 μg/mL, респективно. Приметно је да је свих дванаест тиофен-изохинолинонских деривата показало значајно већу токсичност од референтног органофосфатног инсектицида хлорпирифоса (LC₅₀ = 293,8 μg/mL), што потврђује супериорну токсичност ових једињења. Занимљиво је да је синтетички интермедијер 1a (тиофенски полуестар) показао највећу потенцију (LC₅₀ = 0,004 μg/mL), и иако још није у потпуности оптимизован, његова потенција је и даље премашила потенцију свих финалних деривата. Механистичке биолошке студије откриле су снажне симптоме неуротоксичности, што указује на оштећену холинергичку функцију. Молекуларно доковање и симулације молекуларне динамике потврдиле су ово запажање, откривајући јаке специфичне интеракције са ацетилхолинестеразом (AChE) и никотинским ацетилхолинским рецептором (nAChR), што указује на могући механизам двоструког дејства. Прорачуни теорије функционалне густине (DFT) додатно су потврдили повољна електронска својства и реактивност активних једињења. Структурна разноликост и константно висока потенција ове серије једињења могу смањити ризик од унакрсне резистенције и олакшати стратегије управљања резистенцијом кроз ротацију или комбинацију једињења. Генерално, ови резултати указују да су тиофен-изохинолинонски хибриди обећавајућа опција за развој ларвицида следеће генерације усмерених на неурофизиолошке путеве инсеката вектора.
Комарци су међу најефикаснијим преносиоцима заразних болести, ширећи широк спектар опасних патогена и представљајући значајну претњу по глобално јавно здравље. Врсте попут Culex pipiens, Aedes aegypti и Anopheles gambiae су посебно познате по преношењу вируса, бактерија и паразита, узрокујући милионе инфекција и бројне смртне случајеве годишње. На пример, Culex pipiens је главни преносилац арбовируса као што су вирус Западног Нила и вирус енцефалитиса Сент Луиса, као и паразитских болести као што је птичја маларија. Недавна истраживања су такође показала да Culex pipiens игра значајну улогу у преносу и преношењу штетних бактерија као што су Bacillus cereus и Staphylococcus warwickii, које контаминирају храну и погоршавају проблеме јавног здравља. Висока прилагодљивост, преживљавање и отпорност комараца на методе сузбијања чине их тешким за сузбијање и представљају сталну претњу.
Хемијски инсектициди су кључно средство у сузбијању комараца, посебно током епидемија болести које преносе комарци. Различите класе инсектицида, укључујући пиретроиде, органофосфате и карбамате, широко се користе за смањење популације комараца и преношења болести. Међутим, широко распрострањена и дугорочна употреба ових хемикалија довела је до озбиљних проблема по животну средину и јавно здравље, укључујући поремећај екосистема, штетне ефекте на врсте које нису циљане и брзи развој отпорности на инсектициде у популацијама комараца.11, 12, 13, 14Ова отпорност значајно смањује ефикасност многих традиционалних инсектицида, истичући хитну потребу за иновативним хемијским решењима са новим механизмима деловања како би се ефикасно супротставили овим еволуирајућим претњама.11, 12, 13, 14Да би се суочили са овим озбиљним изазовима, истраживачи се окрећу алтернативним стратегијама као што су биоконтрола, генетски инжењеринг и интегрисано управљање векторима (IVM). Ови приступи показују обећање за одрживу, дугорочну контролу комараца. Међутим, током епидемија и ванредних ситуација, хемијске методе остају кључне за брз одговор.
Изохинолински алкалоиди су важна хетероциклична једињења која садрже азот, широко распрострањена у биљном царству, укључујући породице као што су Amaryllidaceae, Rubiaceae, Magnoliaceae, Papaveraceae, Berberidaceae и Menispermaceae.30 Претходне студије су потврдиле да изохинолински алкалоиди поседују различите биолошке активности и структурне карактеристике, укључујући инсектицидне, антидијабетичке, антитуморске, антифунгалне, антиинфламаторне, антибактеријске, антипаразитске, антиоксидативне, антивирусне и неуропротективне ефекте.
У овој студији, вредности χ² за сва једињења биле су испод критичног прага, а вредности p су биле изнад 0,05. Ови резултати потврђују поузданост процена LC₅₀ и показују да вероватносна регресија може ефикасно описати посматрани однос доза-одговор. Стога су вредности LC₅₀ и индекси токсичности (TI) израчунати на основу најактивнијег једињења (1a) веома поуздани и погодни за поређење токсиколошких ефеката.
Да бисмо проценили интеракције 12 новосинтетизованих деривата тиофен-изохинолинона и њиховог прекурсора 1а са две кључне неуронске мете комараца - ацетилхолинестеразом (AChE) и никотинским ацетилхолинским рецептором (nAChR) - спровели смо молекуларно моделирање доковања. Ове мете су одабране на основу неуротоксичних симптома примећених у тестовима смрти ларви, што указује на оштећену неуронску сигнализацију. Штавише, структурна сличност ових једињења са органофосфатима и неоникотиноидима додатно подржава преферирани избор ових мета, јер органофосфати и неоникотиноиди испољавају своје токсичне ефекте инхибирањем AChE и активирањем nAChR, респективно.
Штавише, неколико једињења (укључујући 1a, 2, 5a, 5b, 5e, 5f и 7) интерагују са SER280. Остаци SER280 су укључени у обликовање конформација кристалне структуре и конзервирани су у редопираној конформацији BT7. Ова разноликост начина интеракције истиче прилагодљивост ових једињења у активном месту, при чему SER280 и GLU359 потенцијално служе као адаптивна сидрена места у условима везивања. Честе интеракције примећене између синтетичких деривата и кључних остатака као што су GLU359 и SER280, који су компоненте познате каталитичке тријаде SER-HIS-GLU у људској ацетилхолинестерази (AChE), додатно подржавају хипотезу да ова једињења могу имати снажне инхибиторне ефекте на AChE везивањем за каталитички важна места.29,61,64
Приметно је да су једињење 6 и његов прекурсор 1а показали најјачу активност против ларви у биолошком тесту, показујући најниже вредности LC₅₀ међу једињењима у серији. На молекуларном нивоу, једињење 6 показује критичну интеракцију са хлорпирифосом на месту GLU359, док се једињење 1а преклапа са поново допираним BT7 преко водоничне везе са SER280. И GLU359 и SER280 су присутни у оригиналној кристалографској конформацији везивања BT7 и компоненте су конзервираног каталитичког триплета ацетилхолинестеразе (SER–HIS–GLU), што истиче функционални значај ових интеракција у одржавању инхибиторне активности једињења (Сл. 10).
Уочена сличност у местима везивања између деривата БТ7 (укључујући природни и реконституисани БТ7) и хлорпирифоса, посебно на остацима критичним за каталитичку активност, снажно указује на заједнички механизам инхибиције између ових једињења. Генерално, ови резултати потврђују значајан потенцијал деривата тиофен-изохинолинона као веома потентних инхибитора ацетилхолинестеразе због њихових конзервираних и биолошки релевантних интеракција.
Јака корелација између резултата молекуларног докинга и резултата ларвалних биолошког теста додатно потврђује да су ацетилхолинестераза (AChE) и никотински ацетилхолински рецептор (nAChR) примарне неуротоксичне мете синтетисаних деривата тиофен-изохинолинона. Иако резултати докинга пружају важне информације о афинитету рецептор-лиганд, треба препознати да сама енергија везивања није довољна да у потпуности објасни инсектицидну ефикасност in vivo. Разлике у вредностима LC₅₀ између једињења са сличним карактеристикама докинга могу бити последица фактора као што су метаболичка стабилност, апсорпција, биорасположивост и дистрибуција код инсеката.⁶⁰,⁶⁴Међутим, рационални структурни дизајн, висок афинитет рецептора симулиран компјутерском симулацијом и снажна биолошка активност снажно подржавају став да су AChE и nAChRs главни медијатори примећене неуротоксичности.
Закључно, синтетизовани тиофен-изохинолинонски хибриди поседују кључне структурне и функционалне елементе који су у великој мери компатибилни са познатим неуроактивним инсектицидима. Њихова способност да се ефикасно вежу за ацетилхолинестеразу (AChE) и никотинске ацетилхолинске рецепторе (nAChRs) путем комплементарних механизама интеракције истиче њихов потенцијал као инсектицида са двоструком циљном активношћу. Овај двоструки механизам не само да побољшава инсектицидну ефикасност већ пружа и обећавајућу стратегију за превазилажење постојећих механизама отпорности, чинећи ова једињења обећавајућим кандидатима за развој средстава за сузбијање комараца следеће генерације.
Молекуларно-динамске (МД) симулације се користе за валидацију и проширивање резултата молекуларног доковања, пружајући реалнију и временски зависну процену интеракција лиганд-циљ под физиолошки реалним условима. Иако молекуларно доковање може пружити вредне прелиминарне информације о потенцијалним позицијама везивања и афинитетима, то је статички модел и не може да објасни флексибилност рецептора, динамику растварача или временске флуктуације у молекуларним интеракцијама. Стога су МД симулације важна комплементарна метода за процену стабилности комплекса, робусности интеракција и конформационих промена лиганда и протеина током времена.60, 62, 71
На основу њихових супериорних својстава везивања за ацетилхолинестеразу (AChE) у поређењу са никотинским ацетилхолинским рецептором (nAChR), одабрали смо матични молекул 1a (са најнижом вредношћу LC₅₀) и најактивније тиофен-изохинолинско једињење 6 за симулације молекуларне динамике (MD). Циљ је био да се процени да ли је њихова конформација везивања у активном месту AChE остала стабилна током 100 ns симулације и да се упореди њихово понашање везивања са понашањем хлорпирифоса и кокристализованог инхибитора AChE BT7.
Молекуларно-динамске симулације су укључивале средњу квадратну девијацију (RMSD) за процену укупне стабилности комплекса; средњу квадратну девијацију флуктуација (RMSF) за проучавање флексибилности остатака; и анализу интеракције лиганд-акцептор за одређивање стабилности водоничних веза, хидрофобних контаката и јонских интеракција (Додатни подаци). Иако су вредности RMSD и RMSF за све лиганде остале у стабилном опсегу, што указује на то да нема значајних конформационих промена у AChE-лиганд комплексу (Слика 12), ови параметри сами по себи нису довољни да у потпуности објасне разлике у везивној маси између једињења.
Време објаве: 15. децембар 2025.