Bolile transmise de țânțari rămân o problemă gravă de sănătate publică la nivel globalRezistența crescândă a vectorilor de boli, cum ar fi Culex pipiens pallens, la insecticidele tradiționale exacerbează și mai mult această problemă. În acest studiu, o serie de noi hibrizi tiofen-izochinolinonă au fost proiectați, sintetizați și evaluați ca potențiali larvicide. Printre compușii sintetizați, derivații 5f, 6 și 7 au demonstrat o activitate larvicidă semnificativă împotriva larvelor de Culex pipiens pallens cu valori LC₅₀ de 0,3, 0,1 și respectiv 1,85 μg/mL. În mod notabil, toți cei doisprezece derivați de tiofen-izochinolină au demonstrat o toxicitate semnificativ mai mare decât insecticidul organofosfat de referință clorpirifos (LC₅₀ = 293,8 μg/mL), confirmând toxicitatea superioară a acestor compuși. Interesant este că intermediarul sintetic 1a (un semiester de tiofen) a prezentat cea mai mare potență (LC₅₀ = 0,004 μg/mL) și, deși nu este încă complet optimizat, potența sa a depășit-o totuși pe cea a tuturor derivaților finali. Studiile biologice mecanistice au relevat simptome robuste de neurotoxicitate, sugerând o funcție colinergică afectată. Simulările de andocare moleculară și dinamică moleculară au confirmat această observație, dezvăluind interacțiuni specifice puternice cu acetilcolinesteraza (AChE) și receptorul nicotinic de acetilcolină (nAChR), sugerând un posibil mecanism cu acțiune duală. Calculele teoriei funcționale a densității (DFT) au confirmat în continuare proprietățile electronice favorabile și reactivitatea compușilor activi. Diversitatea structurală și potența constant ridicată a acestei serii de compuși pot reduce riscul de rezistență încrucișată și pot facilita strategiile de gestionare a rezistenței prin rotația sau combinarea compușilor. Per total, aceste rezultate indică faptul că hibrizii tiofen-izochinolinonă reprezintă o opțiune promițătoare pentru dezvoltarea larvicidelor de generație următoare care vizează căile neurofiziologice ale vectorilor insecte.
Țânțarii se numără printre cei mai eficienți vectori ai bolilor infecțioase, răspândind o gamă largă de agenți patogeni periculoși și reprezentând o amenințare semnificativă pentru sănătatea publică globală. Specii precum Culex pipiens, Aedes aegypti și Anopheles gambiae sunt cunoscute în special pentru transmiterea de virusuri, bacterii și paraziți, provocând milioane de infecții și numeroase decese anual. De exemplu, Culex pipiens este un vector major al arbovirusurilor precum virusul West Nile și virusul encefalitei St. Louis, precum și al bolilor parazitare precum malaria aviară. Cercetări recente au arătat, de asemenea, că Culex pipiens joacă un rol semnificativ în vectorul și transmiterea bacteriilor dăunătoare precum Bacillus cereus și Staphylococcus warwickii, care contaminează alimentele și exacerbează problemele de sănătate publică. Adaptabilitatea, supraviețuirea și rezistența ridicate ale țânțarilor la metodele de control îi fac dificil de controlat și reprezintă o amenințare persistentă.
Insecticidele chimice sunt un instrument cheie în controlul țânțarilor, în special în timpul focarelor de boli transmise de țânțari. Diverse clase de insecticide, inclusiv piretroizi, organofosfați și carbamați, sunt utilizate pe scară largă pentru a reduce populațiile de țânțari și transmiterea bolilor. Cu toate acestea, utilizarea pe scară largă și pe termen lung a acestor substanțe chimice a dus la probleme grave de mediu și de sănătate publică, inclusiv perturbarea ecosistemului, efecte nocive asupra speciilor nevizate și dezvoltarea rapidă a rezistenței la insecticide în populațiile de țânțari.11, 12, 13, 14Această rezistență reduce semnificativ eficacitatea multor insecticide tradiționale, subliniind nevoia urgentă de soluții chimice inovatoare cu noi mecanisme de acțiune pentru a contracara eficient aceste amenințări în continuă evoluție.11, 12, 13, 14Pentru a aborda aceste provocări serioase, cercetătorii apelează la strategii alternative, cum ar fi biocontrolul, ingineria genetică și managementul integrat al vectorilor (IVM). Aceste abordări demonstrează potențialul pentru controlul durabil și pe termen lung al țânțarilor. Cu toate acestea, în timpul epidemiilor și situațiilor de urgență, metodele chimice rămân cruciale pentru un răspuns rapid.
Alcaloizii izochinolinici sunt compuși heterociclici importanți care conțin azot, răspândiți pe scară largă în regnul vegetal, inclusiv în familii precum Amaryllidaceae, Rubiaceae, Magnoliaceae, Papaveraceae, Berberidaceae și Menispermaceae.30 Studiile anterioare au confirmat că alcaloizii izochinolinici posedă diverse activități biologice și caracteristici structurale, inclusiv efecte insecticide, antidiabetice, antitumorale, antifungice, antiinflamatorii, antibacteriene, antiparazitare, antioxidante, antivirale și neuroprotectoare.
În acest studiu, valorile χ² pentru toți compușii au fost sub pragul critic, iar valorile p au fost peste 0,05. Aceste rezultate confirmă fiabilitatea estimărilor LC₅₀ și demonstrează că regresia probabilistică poate descrie eficient relația doză-răspuns observată. Prin urmare, valorile LC₅₀ și indicii de toxicitate (TI) calculați pe baza celui mai activ compus (1a) sunt extrem de fiabili și potriviți pentru compararea efectelor toxicologice.
Pentru a evalua interacțiunile a 12 derivați de tiofen-izochinolinonă nou sintetizați și precursorul lor 1a cu două ținte neuronale cheie ale țânțarilor - acetilcolinesteraza (AChE) și receptorul nicotinic de acetilcolină (nAChR) - am efectuat o modelare moleculară de andocare. Aceste ținte au fost selectate pe baza simptomelor neurotoxice observate în testele de deces larvar, indicând o semnalizare neuronală afectată. În plus, similaritatea structurală a acestor compuși cu organofosfații și neonicotinoidele susține în continuare alegerea preferată a acestor ținte, deoarece organofosfații și neonicotinoidele își exercită efectele toxice prin inhibarea AChE și, respectiv, activarea nAChR.
În plus, mai mulți compuși (inclusiv 1a, 2, 5a, 5b, 5e, 5f și 7) interacționează cu SER280. Reziduurile SER280 sunt implicate în modelarea conformațiilor structurii cristaline și sunt conservate în conformația redopată a BT7. Această diversitate a modurilor de interacțiune evidențiază adaptabilitatea acestor compuși în situsul activ, SER280 și GLU359 servind potențial drept situsuri de ancorare adaptive în condiții de andocare. Interacțiunile frecvente observate între derivații sintetici și reziduurile cheie, cum ar fi GLU359 și SER280, care sunt componente ale triadei catalitice SER-HIS-GLU cunoscute în acetilcolinesteraza umană (AChE), susțin în continuare ipoteza că acești compuși pot exercita efecte inhibitorii puternice asupra AChE prin legarea la situsuri importante din punct de vedere catalitic.29,61,64
În mod special, compusul 6 și precursorul său 1a au demonstrat cea mai puternică activitate împotriva larvelor în biotest, afișând cele mai mici valori LC₅₀ dintre compușii din serie. La nivel molecular, compusul 6 prezintă o interacțiune critică cu clorpirifos la situsul GLU359, în timp ce compusul 1a se suprapune cu BT7 re-dopat printr-o legătură de hidrogen la SER280. Atât GLU359, cât și SER280 sunt prezente în conformația cristalografică originală de legare a BT7 și sunt componente ale tripletului catalitic conservat al acetilcolinesterazei (SER-HIS-GLU), subliniind semnificația funcțională a acestor interacțiuni în menținerea activității inhibitorii a compușilor (Fig. 10).
Similitudinea observată în situsurile de legare dintre derivații BT7 (inclusiv BT7 nativ și reconstituit) și clorpirifos, în special la reziduurile critice pentru activitatea catalitică, sugerează cu tărie un mecanism comun de inhibare între acești compuși. Per total, aceste rezultate confirmă potențialul semnificativ al derivaților de tiofen-izochinolinonă ca inhibitori de acetilcolinesterază extrem de puternici, datorită interacțiunilor lor conservate și relevante din punct de vedere biologic.
O corelație puternică între rezultatele analizei moleculare și rezultatele biotestelor larvare confirmă în plus că acetilcolinesteraza (AChE) și receptorul nicotinic de acetilcolină (nAChR) sunt principalele ținte neurotoxice ale derivaților de tiofen-izochinolină sintetizați. Deși rezultatele analizei oferă informații importante despre afinitatea receptor-ligand, trebuie recunoscut faptul că energia de legare singură este insuficientă pentru a explica pe deplin eficacitatea insecticidă in vivo. Diferențele în valorile LC₅₀ dintre compușii cu caracteristici de analiză similare pot fi datorate unor factori precum stabilitatea metabolică, absorbția, biodisponibilitatea și distribuția în insecte.⁶⁰,⁶⁴Cu toate acestea, designul structural rațional, afinitatea ridicată pentru receptori simulată prin simulare pe computer și activitatea biologică puternică susțin puternic opinia că AChE și nAChR sunt principalii mediatori ai neurotoxicității observate.
În concluzie, hibrizii tiofen-izochinolinonă sintetizați posedă elemente structurale și funcționale cheie, în mare măsură compatibile cu insecticidele neuroactive cunoscute. Capacitatea lor de a se lega eficient de receptorii de acetilcolinesterază (AChE) și de receptorii nicotinici ai acetilcolinei (nAChR) prin mecanisme de interacțiune complementare evidențiază potențialul lor ca insecticide cu țintă dublă. Acest mecanism dual nu numai că sporește eficacitatea insecticidă, dar oferă și o strategie promițătoare pentru depășirea mecanismelor de rezistență existente, făcând din acești compuși candidați promițători pentru dezvoltarea de agenți de combatere a țânțarilor de generație următoare.
Simulările de dinamică moleculară (MD) sunt utilizate pentru a valida și extinde rezultatele andocării moleculare, oferind o evaluare mai realistă și dependentă de timp a interacțiunilor ligand-țintă în condiții fiziologic realiste. Deși andocarea moleculară poate oferi informații preliminare valoroase despre pozițiile și afinitățile potențiale de legare, este un model static și nu poate ține cont de flexibilitatea receptorilor, dinamica solventului sau fluctuațiile temporale ale interacțiunilor moleculare. Prin urmare, simulările MD reprezintă o metodă complementară importantă pentru evaluarea stabilității complexe, a robusteții interacțiunii și a modificărilor conformaționale ale liganzilor și proteinelor în timp.60,62,71
Pe baza proprietăților lor superioare de legare la acetilcolinesterază (AChE) în comparație cu receptorul nicotinic de acetilcolină (nAChR), am selectat molecula parentală 1a (cu cea mai mică valoare LC₅₀) și cel mai activ compus tiofen-izochinolină 6 pentru simulări de dinamică moleculară (MD). Scopul a fost de a evalua dacă conformația lor de legare în situsul activ al AChE a rămas stabilă pe o perioadă de simulare de 100 ns și de a compara comportamentul lor de legare cu cel al clorpirifosului și al inhibitorului AChE cocristalizat BT7.
Simulările dinamicii moleculare au inclus deviația medie pătratică (RMSD) pentru a evalua stabilitatea generală a complexului; deviația medie pătratică a fluctuațiilor (RMSF) pentru a studia flexibilitatea reziduurilor; și analiza interacțiunii ligand-acceptor pentru a determina stabilitatea legăturilor de hidrogen, a contactelor hidrofobe și a interacțiunilor ionice (Date suplimentare). Deși valorile RMSD și RMSF pentru toți liganzii au rămas într-un interval stabil, indicând lipsa unor modificări conformaționale semnificative în complexul AChE-ligand (Figura 12), acești parametri singuri sunt suficienți pentru a explica pe deplin diferențele de masă de legare dintre compuși.
Data publicării: 15 decembrie 2025