Il-mard li jinġarr min-nemus jibqa' problema serja tas-saħħa pubblika globaliIr-reżistenza dejjem tikber ta' vetturi tal-mard, bħal Culex pipiens pallens, għal insettiċidi tradizzjonali tkompli taggrava din il-problema. F'dan l-istudju, serje ta' ibridi ġodda ta' thiophene-isoquinolinone ġew iddisinjati, sintetizzati, u evalwati bħala larviċidi potenzjali. Fost il-komposti sintetizzati, id-derivattivi 5f, 6, u 7 urew attività larviċida sinifikanti kontra l-larva ta' Culex pipiens pallens b'valuri LC₅₀ ta' 0.3, 0.1, u 1.85 μg/mL, rispettivament. Ta' min jinnota li tnax-il derivattiv kollha ta' thiophene-isoquinolinone wrew tossiċità sinifikament ogħla mill-insettiċida organofosfat ta' referenza chlorpyrifos (LC₅₀ = 293.8 μg/mL), u dan jikkonferma t-tossiċità superjuri ta' dawn il-komposti. Interessanti, l-intermedjarju sintetiku 1a (semiester tat-tijofen) wera l-ogħla potenza (LC₅₀ = 0.004 μg/mL), u għalkemm għadu mhux ottimizzat għalkollox, il-potenza tiegħu xorta qabżet dik tad-derivattivi finali kollha. Studji bijoloġiċi mekkanistiċi żvelaw sintomi robusti ta' newrotossiċità, li jissuġġerixxu funzjoni kolinerġika indebolita. Simulazzjonijiet ta' docking molekulari u dinamika molekulari kkonfermaw din l-osservazzjoni, u żvelaw interazzjonijiet speċifiċi qawwija mal-aċetilkolinesterażi (AChE) u r-riċettur nikotiniku tal-aċetilkolina (nAChR), li jissuġġerixxu mekkaniżmu possibbli ta' azzjoni doppja. Kalkoli tat-teorija funzjonali tad-densità (DFT) ikkonfermaw aktar il-proprjetajiet elettroniċi favorevoli u r-reattività tal-komposti attivi. Id-diversità strutturali u l-potenza konsistentement għolja ta' din is-serje ta' komposti jistgħu jnaqqsu r-riskju ta' reżistenza inkroċjata u jiffaċilitaw strateġiji ta' ġestjoni tar-reżistenza permezz ta' rotazzjoni jew kombinazzjoni ta' komposti. B'mod ġenerali, dawn ir-riżultati jindikaw li l-ibridi tat-tijofen-isoquinolinone huma għażla promettenti għall-iżvilupp ta' larviċidi tal-ġenerazzjoni li jmiss li jimmiraw lejn mogħdijiet newrofiżjoloġiċi ta' vetturi tal-insetti.
In-nemus huma fost l-aktar vetturi effettivi ta’ mard infettiv, billi jxerrdu firxa wiesgħa ta’ patoġeni perikolużi u joħolqu theddida sinifikanti għas-saħħa pubblika globali. Speċi bħal Culex pipiens, Aedes aegypti, u Anopheles gambiae huma partikolarment magħrufa għat-trażmissjoni ta’ viruses, batterji, u parassiti, u jikkawżaw miljuni ta’ infezzjonijiet u bosta mwiet kull sena. Pereżempju, Culex pipiens huwa vettur ewlieni ta’ arboviruses bħall-virus tan-Nil tal-Punent u l-virus tal-enċefalite ta’ St. Louis, kif ukoll mard parassitiku bħall-malarja tat-tjur. Riċerka reċenti wriet ukoll li Culex pipiens għandu rwol sinifikanti fil-vettur u t-trażmissjoni ta’ batterji ta’ ħsara bħal Bacillus cereus u Staphylococcus warwickii, li jikkontaminaw l-ikel u jaggravaw il-problemi tas-saħħa pubblika. L-adattabilità għolja, is-sopravivenza, u r-reżistenza tan-nemus għall-metodi ta’ kontroll jagħmluhom diffiċli biex jiġu kkontrollati u joħolqu theddida persistenti.
L-insettiċidi kimiċi huma għodda ewlenija fil-kontroll tan-nemus, partikolarment waqt tifqigħat ta’ mard li jinġarr min-nemus. Diversi klassijiet ta’ insettiċidi, inklużi piretrojdi, organofosfati, u karbamati, jintużaw ħafna biex inaqqsu l-popolazzjonijiet tan-nemus u t-trażmissjoni tal-mard. Madankollu, l-użu mifrux u fit-tul ta’ dawn il-kimiċi wassal għal tħassib serju dwar l-ambjent u s-saħħa pubblika, inkluż tfixkil fl-ekosistema, effetti ta’ ħsara fuq speċi mhux fil-mira, u l-iżvilupp rapidu tar-reżistenza għall-insettiċidi fil-popolazzjonijiet tan-nemus.11,12,13,14Din ir-reżistenza tnaqqas b'mod sinifikanti l-effettività ta' ħafna insettiċidi tradizzjonali, u tenfasizza l-ħtieġa urġenti għal soluzzjonijiet kimiċi innovattivi b'mekkaniżmi ta' azzjoni ġodda biex jiġu miġġielda b'mod effettiv dawn it-theddidiet li qed jevolvu.11,12,13,14Biex jindirizzaw dawn l-isfidi serji, ir-riċerkaturi qed iduru lejn strateġiji alternattivi bħall-bijokontroll, l-inġinerija ġenetika, u l-ġestjoni integrata tal-vetturi (IVM). Dawn l-approċċi juru wegħda għal kontroll sostenibbli u fit-tul tan-nemus. Madankollu, waqt epidemiji u emerġenzi, metodi kimiċi jibqgħu kruċjali għal rispons rapidu.
L-alkalojdi tal-isokwinolina huma komposti eteroċikliċi importanti li fihom in-nitroġenu, mifruxa b'mod wiesa' fir-renju tal-pjanti, inklużi familji bħal Amaryllidaceae, Rubiaceae, Magnoliaceae, Papaveraceae, Berberidaceae, u Menispermaceae.30 Studji preċedenti kkonfermaw li l-alkalojdi tal-isokwinolina għandhom diversi attivitajiet bijoloġiċi u karatteristiċi strutturali, inklużi effetti insettiċidi, antidijabetiċi, antitumorali, antifungali, antiinfjammatorji, antibatteriċi, antiparassitiċi, antiossidanti, antivirali u newroprotettivi.
F'dan l-istudju, il-valuri χ² għall-komposti kollha kienu taħt il-limitu kritiku, u l-valuri p kienu 'l fuq minn 0.05. Dawn ir-riżultati jikkonfermaw l-affidabbiltà tal-istimi LC₅₀ u juru li r-rigressjoni probabbilistika tista' tiddeskrivi b'mod effettiv ir-relazzjoni doża-rispons osservata. Għalhekk, il-valuri LC₅₀ u l-indiċi tat-tossiċità (TIs) ikkalkulati abbażi tal-aktar kompost attiv (1a) huma affidabbli ħafna u adattati biex jitqabblu l-effetti tossikoloġiċi.
Biex nevalwaw l-interazzjonijiet ta' 12-il derivattiv ġdid tas-tijofen-isokinolinone sintetizzat u l-prekursur 1a tagħhom ma' żewġ miri newronali ewlenin tan-nemus—l-aċetilkolinesterażi (AChE) u r-riċettur nikotiniku tal-aċetilkolina (nAChR)—wettaqna mmudellar ta' docking molekulari. Dawn il-miri ntgħażlu abbażi ta' sintomi newrotossiċi osservati f'assaġġi tal-mewt tal-larva, li jindikaw sinjalazzjoni newronali indebolita. Barra minn hekk, ix-xebh strutturali ta' dawn il-komposti mal-organofosfati u n-neonikotinojdi jappoġġja aktar l-għażla preferuta ta' dawn il-miri, peress li l-organofosfati u n-neonikotinojdi jeżerċitaw l-effetti tossiċi tagħhom billi jinibixxu l-AChE u jattivaw in-nAChR, rispettivament.
Barra minn hekk, diversi komposti (inklużi 1a, 2, 5a, 5b, 5e, 5f, u 7) jinteraġixxu ma' SER280. Ir-residwi ta' SER280 huma involuti fit-tiswir tal-konfigurazzjonijiet tal-istruttura tal-kristall u huma kkonservati fil-konformazzjoni redopata ta' BT7. Din id-diversità tal-modi ta' interazzjoni tenfasizza l-adattabilità ta' dawn il-komposti fis-sit attiv, b'SER280 u GLU359 potenzjalment iservu bħala siti ta' ankraġġ adattivi taħt kundizzjonijiet ta' docking. L-interazzjonijiet frekwenti osservati bejn derivattivi sintetiċi u residwi ewlenin bħal GLU359 u SER280, li huma komponenti tat-trijade katalitika SER-HIS-GLU magħrufa fl-aċetilkolinesterażi umana (AChE), jappoġġjaw aktar l-ipoteżi li dawn il-komposti jistgħu jeżerċitaw effetti inibitorji qawwija fuq l-AChE billi jorbtu ma' siti katalitikament importanti.29,61,64
Ta' min jinnota li l-kompost 6 u l-prekursur tiegħu 1a wrew l-aktar attività qawwija kontra l-larva fil-bijoassaġġ, fejn urew l-inqas valuri LC₅₀ fost il-komposti fis-serje. Fil-livell molekulari, il-kompost 6 juri interazzjoni kritika mal-klorpirifos fis-sit GLU359, filwaqt li l-kompost 1a jikkoinċidi ma' BT7 iddopat mill-ġdid permezz ta' rabta tal-idroġenu ma' SER280. Kemm GLU359 kif ukoll SER280 huma preżenti fil-konformazzjoni oriġinali tal-irbit kristalografiku ta' BT7 u huma komponenti tat-tripletta katalitika konservata tal-aċetilkolinesterażi (SER-HIS-GLU), u dan jenfasizza s-sinifikat funzjonali ta' dawn l-interazzjonijiet fiż-żamma tal-attività inibitorja tal-komposti (Fig. 10).
Ix-xebh osservat fis-siti ta' rbit bejn id-derivattivi BT7 (inkluż BT7 nattiv u rikostitwit) u l-klorpirifos, partikolarment f'residwi kritiċi għall-attività katalitika, jissuġġerixxi bil-qawwa mekkaniżmu komuni ta' inibizzjoni bejn dawn il-komposti. B'mod ġenerali, dawn ir-riżultati jikkonfermaw il-potenzjal sinifikanti tad-derivattivi tat-tijofen-isokinolinone bħala inibituri potenti ħafna tal-aċetilkolinesterażi minħabba l-interazzjonijiet konservati u bijoloġikament rilevanti tagħhom.
Korrelazzjoni qawwija bejn ir-riżultati tad-docking molekulari u r-riżultati tal-bijoassaġġ tal-larva tikkonferma aktar li l-aċetilkolinesterażi (AChE) u r-riċettur nikotiniku tal-aċetilkolina (nAChR) huma l-miri newrotossiċi primarji tad-derivattivi sintetizzati tat-tijofen-isokinolinona. Għalkemm ir-riżultati tad-docking jipprovdu informazzjoni importanti dwar l-affinità tar-riċettur-ligand, għandu jiġi rikonoxxut li l-enerġija tal-irbit waħedha mhijiex biżżejjed biex tispjega bis-sħiħ l-effikaċja insettiċida in vivo. Id-differenzi fil-valuri LC₅₀ bejn komposti b'karatteristiċi ta' docking simili jistgħu jkunu dovuti għal fatturi bħall-istabbiltà metabolika, l-assorbiment, il-bijodisponibbiltà, u d-distribuzzjoni fl-insetti.⁶⁰,⁶⁴Madankollu, id-disinn strutturali razzjonali, l-affinità għolja għar-riċetturi simulata permezz ta' simulazzjoni bil-kompjuter, u l-attività bijoloġika qawwija jappoġġjaw bil-qawwa l-fehma li l-AChE u nAChRs huma l-medjaturi ewlenin tan-newrotossiċità osservata.
Bħala konklużjoni, l-ibridi sintetizzati tat-tijofen-isokinolinone għandhom elementi strutturali u funzjonali ewlenin li huma fil-biċċa l-kbira kompatibbli ma' insettiċidi newroattivi magħrufa. Il-kapaċità tagħhom li jorbtu b'mod effiċjenti mar-riċetturi tal-aċetilkolinesterażi (AChE) u r-riċetturi nikotiniċi tal-aċetilkolina (nAChRs) permezz ta' mekkaniżmi ta' interazzjoni komplementari tenfasizza l-potenzjal tagħhom bħala insettiċidi b'mira doppja. Dan il-mekkaniżmu doppju mhux biss itejjeb l-effikaċja insettiċida iżda jipprovdi wkoll strateġija promettenti biex jingħelbu l-mekkaniżmi ta' reżistenza eżistenti, u b'hekk dawn il-komposti huma kandidati promettenti għall-iżvilupp ta' aġenti għall-kontroll tan-nemus tal-ġenerazzjoni li jmiss.
Simulazzjonijiet tad-dinamika molekulari (MD) jintużaw biex jivvalidaw u jestendu r-riżultati tad-docking molekulari, u jipprovdu valutazzjoni aktar realistika u dipendenti fuq il-ħin tal-interazzjonijiet bejn il-ligand u l-mira taħt kundizzjonijiet fiżjoloġikament realistiċi. Għalkemm id-docking molekulari jista' jipprovdi informazzjoni preliminari siewja dwar il-pożizzjonijiet u l-affinitajiet potenzjali tal-irbit, huwa mudell statiku u ma jistax iqis il-flessibbiltà tar-riċetturi, id-dinamika tas-solvent, jew il-varjazzjonijiet temporali fl-interazzjonijiet molekulari. Għalhekk, is-simulazzjonijiet MD huma metodu komplementari importanti għall-valutazzjoni tal-istabbiltà kumplessa, ir-robustezza tal-interazzjoni, u l-bidliet konformazzjonali fil-ligands u l-proteini maż-żmien.60,62,71
Abbażi tal-proprjetajiet superjuri ta' rbit tagħhom mal-aċetilkolinesterażi (AChE) meta mqabbla mar-riċettur nikotiniku tal-aċetilkolina (nAChR), għażilna l-molekula ġenitur 1a (bl-inqas valur LC₅₀) u l-aktar kompost attiv ta' tiofen-isokwinolina 6 għal simulazzjonijiet tad-dinamika molekulari (MD). L-għan kien li jiġi evalwat jekk il-konformazzjoni tal-irbit tagħhom fis-sit attiv tal-AChE baqgħetx stabbli għal aktar minn 100 ns ta' simulazzjoni u li jitqabbel l-imġiba tal-irbit tagħhom ma' dik tal-klorpirifos u l-inibitur tal-AChE kokristallizzat tar-rebound BT7.
Is-simulazzjonijiet tad-dinamika molekulari inkludew id-devjazzjoni kwadrata medja tal-għerq (RMSD) biex tiġi vvalutata l-istabbiltà ġenerali tal-kumpless; id-devjazzjoni kwadrata medja tal-għerq tal-varjazzjonijiet (RMSF) biex tiġi studjata l-flessibbiltà tar-residwi; u analiżi tal-interazzjoni ligand-aċċettur biex tiġi ddeterminata l-istabbiltà tal-bonds tal-idroġenu, il-kuntatti idrofobiċi, u l-interazzjonijiet joniċi (Data Supplimentari). Għalkemm il-valuri RMSD u RMSF għal-ligands kollha baqgħu f'medda stabbli, li ma jindikaw l-ebda bidla konformazzjonali sinifikanti fil-kumpless AChE-ligand (Figura 12), dawn il-parametri waħedhom mhumiex biżżejjed biex jispjegaw bis-sħiħ id-differenzi fil-massa tal-irbit bejn il-komposti.
Ħin tal-posta: 15 ta' Diċembru 2025