Penyakit bawaan nyamuk kekal sebagai masalah kesihatan awam global yang seriusRintangan vektor penyakit yang semakin meningkat, seperti Culex pipiens pallens, terhadap racun serangga tradisional memburukkan lagi masalah ini. Dalam kajian ini, satu siri hibrid tiofena-isokuinolinon baharu telah direka bentuk, disintesis dan dinilai sebagai larvisida yang berpotensi. Antara sebatian yang disintesis, derivatif 5f, 6 dan 7 menunjukkan aktiviti larvisida yang ketara terhadap larva Culex pipiens pallens dengan nilai LC₅₀ masing-masing sebanyak 0.3, 0.1 dan 1.85 μg/mL. Terutamanya, kesemua dua belas derivatif tiofena-isokuinolinon menunjukkan ketoksikan yang jauh lebih tinggi daripada racun serangga organofosfat rujukan klorpirifos (LC₅₀ = 293.8 μg/mL), mengesahkan ketoksikan unggul sebatian ini. Menariknya, perantaraan sintetik 1a (semester tiofena) mempamerkan potensi tertinggi (LC₅₀ = 0.004 μg/mL), dan walaupun belum dioptimumkan sepenuhnya, potensinya masih melebihi semua derivatif akhir. Kajian biologi mekanistik mendedahkan simptom neurotoksisiti yang kuat, menunjukkan fungsi kolinergik terjejas. Simulasi docking molekul dan dinamik molekul mengesahkan pemerhatian ini, mendedahkan interaksi khusus yang kuat dengan asetilkolinesterase (AChE) dan reseptor asetilkolina nikotinik (nAChR), menunjukkan kemungkinan mekanisme tindakan ganda. Pengiraan teori fungsi ketumpatan (DFT) seterusnya mengesahkan sifat elektronik dan kereaktifan sebatian aktif yang baik. Kepelbagaian struktur dan potensi tinggi yang konsisten bagi siri sebatian ini boleh mengurangkan risiko rintangan silang dan memudahkan strategi pengurusan rintangan melalui putaran atau gabungan sebatian. Secara keseluruhan, keputusan ini menunjukkan bahawa hibrid tiofena-isoquinolinon merupakan pilihan yang menjanjikan untuk pembangunan larvisida generasi akan datang yang mensasarkan laluan neurofisiologi vektor serangga.
Nyamuk adalah antara vektor penyakit berjangkit yang paling berkesan, menyebarkan pelbagai patogen berbahaya dan menimbulkan ancaman yang ketara kepada kesihatan awam global. Spesies seperti Culex pipiens, Aedes aegypti dan Anopheles gambiae amat dikenali kerana menyebarkan virus, bakteria dan parasit, menyebabkan berjuta-juta jangkitan dan banyak kematian setiap tahun. Contohnya, Culex pipiens merupakan vektor utama arbovirus seperti virus West Nile dan virus ensefalitis St. Louis, serta penyakit parasit seperti malaria burung. Kajian terbaru juga menunjukkan bahawa Culex pipiens memainkan peranan penting dalam vektor dan penghantaran bakteria berbahaya seperti Bacillus cereus dan Staphylococcus warwickii, yang mencemari makanan dan memburukkan lagi masalah kesihatan awam. Kebolehsuaian, kebolehtahan hidup dan rintangan nyamuk yang tinggi terhadap kaedah kawalan menjadikannya sukar untuk dikawal dan menimbulkan ancaman yang berterusan.
Racun serangga kimia merupakan alat utama dalam kawalan nyamuk, terutamanya semasa wabak penyakit bawaan nyamuk. Pelbagai kelas racun serangga, termasuk piretroid, organofosfat dan karbamat, digunakan secara meluas untuk mengurangkan populasi nyamuk dan penularan penyakit. Walau bagaimanapun, penggunaan bahan kimia ini secara meluas dan jangka panjang telah menyebabkan masalah alam sekitar dan kesihatan awam yang serius, termasuk gangguan ekosistem, kesan berbahaya terhadap spesies bukan sasaran dan perkembangan pesat rintangan racun serangga dalam populasi nyamuk.11,12,13,14Rintangan ini mengurangkan keberkesanan banyak racun serangga tradisional dengan ketara, menonjolkan keperluan mendesak untuk penyelesaian kimia inovatif dengan mekanisme tindakan baharu untuk menangani ancaman yang berkembang ini dengan berkesan.11,12,13,14Bagi menangani cabaran serius ini, para penyelidik beralih kepada strategi alternatif seperti biokawalan, kejuruteraan genetik dan pengurusan vektor bersepadu (IVM). Pendekatan ini menunjukkan potensi untuk kawalan nyamuk yang mampan dan jangka panjang. Walau bagaimanapun, semasa wabak dan kecemasan, kaedah kimia kekal penting untuk tindak balas yang pantas.
Alkaloid isoquinolin merupakan sebatian heterosiklik penting yang mengandungi nitrogen dan tersebar luas dalam alam tumbuhan, termasuk famili seperti Amaryllidaceae, Rubiaceae, Magnoliaceae, Papaveraceae, Berberidaceae dan Menispermaceae.30 Kajian terdahulu telah mengesahkan bahawa alkaloid isoquinolin mempunyai pelbagai aktiviti biologi dan ciri struktur, termasuk kesan insektisida, antidiabetik, antitumor, antikulat, anti-radang, antibakteria, antiparasit, antioksidan, antivirus dan neuroprotektif.
Dalam kajian ini, nilai χ² untuk semua sebatian berada di bawah ambang kritikal, dan nilai p berada di atas 0.05. Keputusan ini mengesahkan kebolehpercayaan anggaran LC₅₀ dan menunjukkan bahawa regresi probabilistik dapat menggambarkan hubungan dos-tindak balas yang diperhatikan dengan berkesan. Oleh itu, nilai LC₅₀ dan indeks ketoksikan (TI) yang dikira berdasarkan sebatian paling aktif (1a) adalah sangat andal dan sesuai untuk membandingkan kesan toksikologi.
Untuk menilai interaksi 12 derivatif tiofena-isokuinolinon yang baru disintesis dan prekursornya 1a dengan dua sasaran neuron nyamuk utama—asetilkolinesterase (AChE) dan reseptor asetilkolina nikotinik (nAChR)—kami menjalankan pemodelan dok molekul. Sasaran ini dipilih berdasarkan gejala neurotoksik yang diperhatikan dalam ujian kematian larva, yang menunjukkan gangguan isyarat neuron. Tambahan pula, persamaan struktur sebatian ini dengan organofosfat dan neonicotinoid seterusnya menyokong pilihan sasaran ini yang diutamakan, kerana organofosfat dan neonicotinoid memberikan kesan toksiknya masing-masing dengan menghalang AChE dan mengaktifkan nAChR.
Tambahan pula, beberapa sebatian (termasuk 1a, 2, 5a, 5b, 5e, 5f, dan 7) berinteraksi dengan SER280. Residu SER280 terlibat dalam membentuk konformasi struktur kristal dan terpelihara dalam konformasi BT7 yang didopasi semula. Kepelbagaian mod interaksi ini menonjolkan kebolehsuaian sebatian ini di tapak aktif, dengan SER280 dan GLU359 berpotensi berfungsi sebagai tapak sauh adaptif di bawah keadaan dok. Interaksi kerap yang diperhatikan antara derivatif sintetik dan residu utama seperti GLU359 dan SER280, yang merupakan komponen triad pemangkin SER-HIS-GLU yang diketahui dalam asetilkolinesterase manusia (AChE), seterusnya menyokong hipotesis bahawa sebatian ini mungkin memberikan kesan perencatan yang kuat pada AChE dengan mengikat tapak penting secara pemangkin.29,61,64
Terutamanya, sebatian 6 dan prekursornya 1a menunjukkan aktiviti paling kuat terhadap larva dalam ujian bio, memaparkan nilai LC₅₀ terendah antara sebatian dalam siri ini. Pada peringkat molekul, sebatian 6 mempamerkan interaksi kritikal dengan klorpirifos di tapak GLU359, manakala sebatian 1a bertindih dengan BT7 yang didop semula melalui ikatan hidrogen kepada SER280. Kedua-dua GLU359 dan SER280 terdapat dalam konformasi pengikatan kristalografi asal BT7 dan merupakan komponen triplet pemangkin terpelihara asetilkolinesterase (SER–HIS–GLU), yang menonjolkan kepentingan fungsi interaksi ini dalam mengekalkan aktiviti perencatan sebatian (Rajah 10).
Persamaan yang diperhatikan dalam tapak pengikatan antara derivatif BT7 (termasuk BT7 asli dan yang dibentuk semula) dan klorpirifos, terutamanya pada residu yang kritikal untuk aktiviti pemangkin, menunjukkan dengan jelas mekanisme perencatan yang sama antara sebatian ini. Secara keseluruhan, keputusan ini mengesahkan potensi ketara derivatif tiofena-isokuinolinon sebagai perencat asetilkolinesterase yang sangat kuat disebabkan oleh interaksinya yang terpelihara dan relevan secara biologi.
Korelasi yang kuat antara keputusan dok molekul dan keputusan bioassay larva mengesahkan lagi bahawa asetilkolinesterase (AChE) dan reseptor asetilkolin nikotinik (nAChR) adalah sasaran neurotoksik utama bagi derivatif tiofena-isokuinolinon yang disintesis. Walaupun keputusan dok memberikan maklumat penting tentang afiniti reseptor-ligan, harus diakui bahawa tenaga pengikatan sahaja tidak mencukupi untuk menjelaskan sepenuhnya keberkesanan insektisida secara in vivo. Perbezaan dalam nilai LC₅₀ antara sebatian dengan ciri dok yang serupa mungkin disebabkan oleh faktor seperti kestabilan metabolik, penyerapan, bioavailabiliti dan pengedaran dalam serangga.⁶⁰,⁶⁴Walau bagaimanapun, reka bentuk struktur rasional, afiniti reseptor tinggi yang disimulasikan oleh simulasi komputer, dan aktiviti biologi yang kuat sangat menyokong pandangan bahawa AChE dan nAChR adalah pengantara utama neurotoksisiti yang diperhatikan.
Kesimpulannya, hibrid tiofena-isoquinolinon yang disintesis mempunyai elemen struktur dan fungsi utama yang sebahagian besarnya serasi dengan racun serangga neuroaktif yang diketahui. Keupayaannya untuk mengikat asetilkolinesterase (AChE) dan reseptor asetilkolina nikotinik (nAChR) dengan cekap melalui mekanisme interaksi pelengkap menonjolkan potensinya sebagai racun serangga dwi-sasaran. Mekanisme dwi-ini bukan sahaja meningkatkan keberkesanan racun serangga tetapi juga menyediakan strategi yang menjanjikan untuk mengatasi mekanisme rintangan sedia ada, menjadikan sebatian ini calon yang menjanjikan untuk pembangunan agen kawalan nyamuk generasi akan datang.
Simulasi dinamik molekul (MD) digunakan untuk mengesahkan dan melanjutkan keputusan docking molekul, memberikan penilaian interaksi ligan-sasaran yang lebih realistik dan bergantung pada masa di bawah keadaan yang realistik secara fisiologi. Walaupun docking molekul boleh memberikan maklumat awal yang berharga tentang kedudukan dan afiniti pengikatan yang berpotensi, ia adalah model statik dan tidak dapat mengambil kira fleksibiliti reseptor, dinamik pelarut atau turun naik temporal dalam interaksi molekul. Oleh itu, simulasi MD merupakan kaedah pelengkap yang penting untuk menilai kestabilan kompleks, keteguhan interaksi dan perubahan konformasi dalam ligan dan protein dari semasa ke semasa.60,62,71
Berdasarkan sifat pengikatan unggulnya terhadap asetilkolinesterase (AChE) berbanding reseptor asetilkolin nikotinik (nAChR), kami memilih molekul induk 1a (dengan nilai LC₅₀ terendah) dan sebatian tiofena-isokuinolin 6 yang paling aktif untuk simulasi dinamik molekul (MD). Matlamatnya adalah untuk menilai sama ada konformasi pengikatannya di tapak aktif AChE kekal stabil sepanjang 100 ns simulasi dan membandingkan tingkah laku pengikatannya dengan klorpirifos dan perencat AChE terkokristal semula BT7.
Simulasi dinamik molekul termasuk sisihan punca min kuasa dua (RMSD) untuk menilai kestabilan kompleks keseluruhan; sisihan punca min kuasa dua turun naik (RMSF) untuk mengkaji fleksibiliti residu; dan analisis interaksi ligan-penerima untuk menentukan kestabilan ikatan hidrogen, sentuhan hidrofobik dan interaksi ionik (Data Tambahan). Walaupun nilai RMSD dan RMSF untuk semua ligan kekal dalam julat yang stabil, menunjukkan tiada perubahan konformasi yang ketara dalam kompleks ligan AChE (Rajah 12), parameter ini sahaja tidak mencukupi untuk menjelaskan sepenuhnya perbezaan jisim pengikatan antara sebatian.
Masa siaran: 15 Dis-2025