क्युलेक्स पिपियन्स प्यालेन्स लार्भाको नियन्त्रणको लागि नयाँ थियोफेन-आइसोक्विनोलिन केटोन हाइब्रिड र तिनीहरूको सम्भावित कीटनाशकहरूको संश्लेषणको कम्प्युटर मोडलिङ।

       लामखुट्टेबाट सर्ने रोगहरू विश्वव्यापी रूपमा गम्भीर जनस्वास्थ्य समस्याको रूपमा रहेका छन्। परम्परागत कीटनाशकहरू प्रति क्युलेक्स पिपियन्स प्यालेन्स जस्ता रोग वाहकहरूको बढ्दो प्रतिरोधले यो समस्यालाई अझ बढाउँछ। यस अध्ययनमा, उपन्यास थायोफेन-आइसोक्विनोलिनोन हाइब्रिडहरूको एक श्रृंखलालाई सम्भावित लार्भिसाइडको रूपमा डिजाइन, संश्लेषित र मूल्याङ्कन गरिएको थियो। संश्लेषित यौगिकहरू मध्ये, डेरिभेटिभहरू 5f, 6, र 7 ले क्रमशः 0.3, 0.1, र 1.85 μg/mL को LC₅₀ मानहरू भएका क्युलेक्स पिपियन्स प्यालेन्स लार्भा विरुद्ध महत्त्वपूर्ण लार्भिसाइडल गतिविधि प्रदर्शन गरे। उल्लेखनीय रूपमा, सबै बाह्र थायोफेन-आइसोक्विनोलिनोन डेरिभेटिभहरूले सन्दर्भ अर्गानोफोस्फेट कीटनाशक क्लोरपाइरिफोस (LC₅₀ = 293.8 μg/mL) भन्दा उल्लेखनीय रूपमा उच्च विषाक्तता प्रदर्शन गरे, जसले यी यौगिकहरूको उच्च विषाक्तता पुष्टि गर्दछ। रोचक कुरा के छ भने, सिंथेटिक इन्टरमिडिएट १ए (थायोफेन सेमिस्टर) ले उच्चतम क्षमता (LC₅₀ = ०.००४ μg/mL) प्रदर्शन गर्‍यो, र यद्यपि अझै पूर्ण रूपमा अनुकूलित गरिएको छैन, यसको क्षमता अझै पनि सबै अन्तिम डेरिभेटिभहरू भन्दा बढी छ। मेकानिस्टिक जैविक अध्ययनहरूले बलियो न्यूरोटोक्सिसिटी लक्षणहरू प्रकट गर्‍यो, जसले बिग्रिएको कोलिनर्जिक कार्यलाई सुझाव दिन्छ। आणविक डकिङ र आणविक गतिशीलता सिमुलेशनहरूले यो अवलोकनलाई पुष्टि गर्‍यो, एसिटाइलकोलिनेस्टेरेज (AChE) र निकोटिनिक एसिटाइलकोलिन रिसेप्टर (nAChR) सँग बलियो विशिष्ट अन्तरक्रियाहरू प्रकट गर्दै, सम्भावित दोहोरो-कार्य संयन्त्रको सुझाव दिन्छ। घनत्व कार्यात्मक सिद्धान्त (DFT) गणनाहरूले सक्रिय यौगिकहरूको अनुकूल इलेक्ट्रोनिक गुणहरू र प्रतिक्रियाशीलतालाई थप पुष्टि गर्‍यो। यौगिकहरूको यस श्रृंखलाको संरचनात्मक विविधता र निरन्तर उच्च क्षमताले क्रस-प्रतिरोधको जोखिम कम गर्न सक्छ र यौगिक रोटेशन वा संयोजन मार्फत प्रतिरोध व्यवस्थापन रणनीतिहरूलाई सहज बनाउन सक्छ। समग्रमा, यी नतिजाहरूले संकेत गर्दछ कि थायोफेन-आइसोक्विनोलिनोन हाइब्रिडहरू कीरा भेक्टरहरूको न्यूरोफिजियोलोजिकल मार्गहरूलाई लक्षित गर्ने अर्को पुस्ताको लार्भिसाइडहरूको विकासको लागि एक आशाजनक विकल्प हो।
लामखुट्टे संक्रामक रोगहरूको सबैभन्दा प्रभावकारी वाहकहरू मध्ये एक हो, जसले खतरनाक रोगजनकहरूको विस्तृत श्रृंखला फैलाउँछ र विश्वव्यापी जनस्वास्थ्यको लागि महत्त्वपूर्ण खतरा निम्त्याउँछ। क्युलेक्स पिपियन्स, एडिस एजिप्टी, र एनोफिलिस गाम्बिया जस्ता प्रजातिहरू विशेष गरी भाइरस, ब्याक्टेरिया र परजीवीहरू प्रसारण गर्नका लागि परिचित छन्, जसले गर्दा वार्षिक लाखौं संक्रमण र असंख्य मृत्युहरू हुन्छन्। उदाहरणका लागि, क्युलेक्स पिपियन्स वेस्ट नाइल भाइरस र सेन्ट लुइस इन्सेफलाइटिस भाइरस जस्ता आर्बोभाइरसहरू, साथै एभियन मलेरिया जस्ता परजीवी रोगहरूको प्रमुख वाहक हो। हालैको अनुसन्धानले यो पनि देखाएको छ कि क्युलेक्स पिपियन्सले बेसिलस सेरियस र स्टेफिलोकोकस वारविकी जस्ता हानिकारक ब्याक्टेरियाहरूको भेक्टर र प्रसारणमा महत्त्वपूर्ण भूमिका खेल्छ, जसले खानालाई दूषित गर्छ र जनस्वास्थ्य समस्याहरूलाई बढाउँछ। नियन्त्रण विधिहरूमा लामखुट्टेको उच्च अनुकूलनशीलता, बाँच्ने क्षमता र प्रतिरोधले तिनीहरूलाई नियन्त्रण गर्न गाह्रो बनाउँछ र निरन्तर खतरा उत्पन्न गर्छ।
विशेष गरी लामखुट्टेबाट सर्ने रोगको प्रकोपको समयमा, लामखुट्टे नियन्त्रणमा रासायनिक कीटनाशकहरू एक प्रमुख उपकरण हुन्। लामखुट्टेको जनसंख्या र रोग प्रसारण कम गर्न पाइरेथ्रोइड, अर्गानोफोस्फेट र कार्बामेट्स सहित विभिन्न वर्गका कीटनाशकहरू व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ। यद्यपि, यी रसायनहरूको व्यापक र दीर्घकालीन प्रयोगले पारिस्थितिक प्रणालीमा अवरोध, गैर-लक्षित प्रजातिहरूमा हानिकारक प्रभावहरू, र लामखुट्टेको जनसंख्यामा कीटनाशक प्रतिरोधको द्रुत विकास सहित गम्भीर वातावरणीय र जनस्वास्थ्य चिन्ताहरू निम्त्याएको छ।^{११,१२,१३,१४}यो प्रतिरोधले धेरै परम्परागत कीटनाशकहरूको प्रभावकारितालाई उल्लेखनीय रूपमा कम गर्छ, जसले गर्दा यी विकसित खतराहरूको प्रभावकारी रूपमा सामना गर्न नयाँ कार्य संयन्त्रहरू सहितको नवीन रासायनिक समाधानहरूको तत्काल आवश्यकतालाई प्रकाश पार्छ।^{११,१२,१३,१४}यी गम्भीर चुनौतीहरूलाई सम्बोधन गर्न, अनुसन्धानकर्ताहरू जैविक नियन्त्रण, आनुवंशिक इन्जिनियरिङ, र एकीकृत भेक्टर व्यवस्थापन (IVM) जस्ता वैकल्पिक रणनीतिहरूतर्फ फर्किरहेका छन्। यी दृष्टिकोणहरूले दिगो, दीर्घकालीन लामखुट्टे नियन्त्रणको लागि आशाजनक प्रदर्शन गर्दछ। यद्यपि, महामारी र आपतकालिन समयमा, द्रुत प्रतिक्रियाको लागि रासायनिक विधिहरू महत्त्वपूर्ण रहन्छन्।
आइसोक्विनोलिन एल्कालोइडहरू महत्त्वपूर्ण नाइट्रोजन युक्त हेटेरोसाइक्लिक यौगिकहरू हुन् जुन बिरुवाको राज्यमा व्यापक रूपमा वितरित हुन्छन्, जसमा अमरिलिडेसी, रुबियासी, म्याग्नोलियासी, पापाभेरेसी, बर्बेरिडेसी र मेनिस्पर्मेसी जस्ता परिवारहरू समावेश छन्।30 अघिल्ला अध्ययनहरूले पुष्टि गरेका छन् कि आइसोक्विनोलिन एल्कालोइडहरूमा विविध जैविक गतिविधिहरू र संरचनात्मक विशेषताहरू हुन्छन्, जसमा कीटनाशक, मधुमेह प्रतिरोधी, ट्यूमर प्रतिरोधी, एन्टिफंगल, एन्टी-इन्फ्लेमेटरी, एन्टिब्याक्टेरियल, एन्टिपरासिटिक, एन्टिअक्सिडेन्ट, एन्टिभाइरल, र न्यूरोप्रोटेक्टिभ प्रभावहरू समावेश छन्।
यस अध्ययनमा, सबै यौगिकहरूको लागि χ² मानहरू महत्वपूर्ण थ्रेसहोल्डभन्दा तल थिए, र p मानहरू ०.०५ भन्दा माथि थिए। यी नतिजाहरूले LC₅₀ अनुमानहरूको विश्वसनीयता पुष्टि गर्छन् र सम्भाव्य प्रतिगमनले अवलोकन गरिएको खुराक-प्रतिक्रिया सम्बन्धलाई प्रभावकारी रूपमा वर्णन गर्न सक्छ भनेर देखाउँछन्। त्यसकारण, सबैभन्दा सक्रिय यौगिक (१a) को आधारमा गणना गरिएका LC₅₀ मानहरू र विषाक्तता सूचकांकहरू (TIs) अत्यधिक भरपर्दो र विषाक्त प्रभावहरू तुलना गर्न उपयुक्त छन्।
१२ नयाँ संश्लेषित थायोफेन-आइसोक्विनोलिनोन डेरिभेटिभहरू र तिनीहरूको पूर्ववर्ती १a को दुई प्रमुख लामखुट्टे न्यूरोनल लक्ष्यहरू - एसिटाइलकोलाइनस्टेरेज (AChE) र निकोटिनिक एसिटाइलकोलाइन रिसेप्टर (nAChR) सँगको अन्तरक्रियाको मूल्याङ्कन गर्न हामीले आणविक डकिङ मोडलिङ सञ्चालन गर्यौं। यी लक्ष्यहरू लार्भा मृत्यु परीक्षणहरूमा देखिएका न्यूरोटोक्सिक लक्षणहरूको आधारमा चयन गरिएका थिए, जसले बिग्रिएको न्यूरोनल सिग्नलिङलाई संकेत गर्दछ। यसबाहेक, अर्गानोफोस्फेट र नियोनिकोटिनोइड्ससँग यी यौगिकहरूको संरचनात्मक समानताले यी लक्ष्यहरूको रुचाइएको छनोटलाई थप समर्थन गर्दछ, किनकि अर्गानोफोस्फेट र नियोनिकोटिनोइड्सले क्रमशः AChE लाई रोकेर र nAChR सक्रिय गरेर आफ्नो विषाक्त प्रभाव पार्छन्।
यसबाहेक, धेरै यौगिकहरू (१a, २, ५a, ५b, ५e, ५f, र ७ सहित) ले SER280 सँग अन्तरक्रिया गर्छन्। SER280 अवशेषहरू क्रिस्टल संरचना कन्फर्मेसनलाई आकार दिन संलग्न छन् र BT7 को पुन: डिजाइन गरिएको कन्फर्मेसनमा संरक्षित छन्। अन्तरक्रिया मोडहरूको यो विविधताले सक्रिय साइटमा यी यौगिकहरूको अनुकूलन क्षमतालाई हाइलाइट गर्दछ, SER280 र GLU359 सम्भावित रूपमा डकिङ अवस्थाहरूमा अनुकूली एंकर साइटहरूको रूपमा सेवा गर्दछ। मानव एसिटाइलकोलिनेस्टेरेज (AChE) मा ज्ञात SER-HIS-GLU उत्प्रेरक ट्रायडका घटकहरू जस्तै GLU359 र SER280 जस्ता सिंथेटिक डेरिभेटिभहरू र प्रमुख अवशेषहरू बीच अवलोकन गरिएको बारम्बार अन्तरक्रियाले उत्प्रेरक रूपमा महत्त्वपूर्ण साइटहरूमा बाँधिएर ACHE मा शक्तिशाली निरोधात्मक प्रभावहरू पार्न सक्छ भन्ने परिकल्पनालाई थप समर्थन गर्दछ।^{२९,६१,६४}
उल्लेखनीय रूपमा, यौगिक ६ र यसको पूर्ववर्ती १a ले बायोअसेमा लार्भा विरुद्ध सबैभन्दा शक्तिशाली गतिविधि प्रदर्शन गर्‍यो, शृङ्खलाका यौगिकहरू मध्ये सबैभन्दा कम LC₅₀ मानहरू प्रदर्शन गर्दै। आणविक स्तरमा, यौगिक ६ ले GLU359 साइटमा क्लोरपाइरिफोससँग एक महत्वपूर्ण अन्तरक्रिया प्रदर्शन गर्दछ, जबकि यौगिक १a SER280 मा हाइड्रोजन बन्धन मार्फत पुन: डोप गरिएको BT7 सँग ओभरल्याप हुन्छ। GLU359 र SER280 दुवै BT7 को मूल क्रिस्टलोग्राफिक बाइन्डिङ कन्फर्मेसनमा उपस्थित छन् र एसिटाइलकोलिनेस्टेरेज (SER–HIS–GLU) को संरक्षित उत्प्रेरक ट्रिपलेटका घटकहरू हुन्, जसले यौगिकहरूको अवरोधक गतिविधि कायम राख्न यी अन्तरक्रियाहरूको कार्यात्मक महत्त्वलाई हाइलाइट गर्दछ (चित्र १०)।
BT7 डेरिभेटिभहरू (नेटिभ र पुनर्गठित BT7 सहित) र क्लोरपाइरिफोस बीचको बाइन्डिङ साइटहरूमा देखिएको समानता, विशेष गरी उत्प्रेरक गतिविधिको लागि महत्वपूर्ण अवशेषहरूमा, यी यौगिकहरू बीचको अवरोधको साझा संयन्त्रलाई दृढतापूर्वक सुझाव दिन्छ। समग्रमा, यी परिणामहरूले थायोफेन-आइसोक्विनोलिनोन डेरिभेटिभहरूको संरक्षित र जैविक रूपमा सान्दर्भिक अन्तरक्रियाको कारणले गर्दा अत्यधिक शक्तिशाली एसिटाइलकोलिनेस्टेरेज अवरोधकहरूको रूपमा महत्त्वपूर्ण सम्भावना पुष्टि गर्दछ।
आणविक डकिङ परिणामहरू र लार्भा बायोएसे परिणामहरू बीचको बलियो सम्बन्धले थप पुष्टि गर्छ कि एसिटाइलकोलाइनस्टेरेज (AChE) र निकोटिनिक एसिटाइलकोलाइन रिसेप्टर (nAChR) संश्लेषित थियोफेन-आइसोक्विनोलिनोन डेरिभेटिभहरूको प्राथमिक न्यूरोटोक्सिक लक्ष्य हुन्। यद्यपि डकिङ परिणामहरूले रिसेप्टर-लिगान्ड आत्मीयताको बारेमा महत्त्वपूर्ण जानकारी प्रदान गर्दछ, यो स्वीकार गर्नुपर्छ कि बाइन्डिङ ऊर्जा मात्र भिभोमा कीटनाशक प्रभावकारितालाई पूर्ण रूपमा व्याख्या गर्न अपर्याप्त छ। समान डकिङ विशेषताहरू भएका यौगिकहरू बीचको LC₅₀ मानहरूमा भिन्नताहरू कीराहरूमा चयापचय स्थिरता, अवशोषण, जैव उपलब्धता, र वितरण जस्ता कारकहरूको कारण हुन सक्छ।⁶⁰^,⁶⁴यद्यपि, तर्कसंगत संरचनात्मक डिजाइन, कम्प्युटर सिमुलेशनद्वारा सिमुलेट गरिएको उच्च रिसेप्टर आत्मीयता, र शक्तिशाली जैविक गतिविधिले AChE र nAChR हरू अवलोकन गरिएको न्यूरोटोक्सिसिटीका मुख्य मध्यस्थकर्ता हुन् भन्ने दृष्टिकोणलाई दृढतापूर्वक समर्थन गर्दछ।
निष्कर्षमा, संश्लेषित थियोफेन-आइसोक्विनोलिनोन हाइब्रिडहरूमा ज्ञात न्यूरोएक्टिभ कीटनाशकहरूसँग धेरै हदसम्म उपयुक्त प्रमुख संरचनात्मक र कार्यात्मक तत्वहरू हुन्छन्। पूरक अन्तरक्रिया संयन्त्रहरू मार्फत एसिटाइलकोलिनेस्टेरेज (AChE) र निकोटिनिक एसिटाइलकोलिन रिसेप्टरहरू (nAChRs) मा कुशलतापूर्वक बाँध्ने तिनीहरूको क्षमताले दोहोरो-लक्ष्य कीटनाशकहरूको रूपमा तिनीहरूको सम्भावनालाई हाइलाइट गर्दछ। यो दोहोरो संयन्त्रले कीटनाशक प्रभावकारितालाई मात्र बढाउँदैन तर अवस्थित प्रतिरोध संयन्त्रहरूलाई पार गर्नको लागि एक आशाजनक रणनीति पनि प्रदान गर्दछ, जसले गर्दा यी यौगिकहरूलाई अर्को पुस्ताको लामखुट्टे नियन्त्रण एजेन्टहरूको विकासको लागि आशाजनक उम्मेदवारहरू बनाइन्छ।
आणविक गतिशीलता (MD) सिमुलेशनहरू आणविक डकिङ परिणामहरूलाई प्रमाणित गर्न र विस्तार गर्न प्रयोग गरिन्छ, जसले शारीरिक रूपमा यथार्थपरक अवस्थाहरूमा लिगान्ड-लक्ष्य अन्तरक्रियाहरूको अधिक यथार्थपरक र समय-निर्भर मूल्याङ्कन प्रदान गर्दछ। यद्यपि आणविक डकिङले सम्भावित बाइन्डिङ स्थिति र आत्मीयताहरूमा बहुमूल्य प्रारम्भिक जानकारी प्रदान गर्न सक्छ, यो एक स्थिर मोडेल हो र रिसेप्टर लचिलोपन, विलायक गतिशीलता, वा आणविक अन्तरक्रियाहरूमा अस्थायी उतार-चढ़ावहरूको लागि खाता बनाउन सक्दैन। त्यसकारण, MD सिमुलेशनहरू जटिल स्थिरता, अन्तरक्रिया बलियोपन, र समयसँगै लिगान्ड र प्रोटीनहरूमा कन्फर्मेसनल परिवर्तनहरूको मूल्याङ्कन गर्न एक महत्त्वपूर्ण पूरक विधि हो।^{६०,६२,७१}
निकोटिनिक एसिटाइलकोलिन रिसेप्टर (nAChR) को तुलनामा एसिटाइलकोलिनस्टेरेज (AChE) मा तिनीहरूको उच्च बाइन्डिङ गुणहरूको आधारमा, हामीले आणविक गतिशीलता (MD) सिमुलेशनहरूको लागि अभिभावक अणु 1a (सबैभन्दा कम LC₅₀ मानको साथ) र सबैभन्दा सक्रिय थियोफेन-आइसोक्विनोलिन यौगिक 6 चयन गर्यौं। लक्ष्य AChE सक्रिय साइटमा तिनीहरूको बाइन्डिङ कन्फर्मेसन १०० ns सिमुलेशन भन्दा बढी स्थिर रह्यो कि रह्यो भनेर मूल्याङ्कन गर्नु र तिनीहरूको बाइन्डिङ व्यवहारलाई chlorpyrifos र रिबाउन्ड कोक्रिस्टलाइज्ड AChE अवरोधक BT7 सँग तुलना गर्नु थियो।
आणविक गतिशीलता सिमुलेशनहरूमा समग्र जटिल स्थिरता मूल्याङ्कन गर्न मूल औसत वर्ग विचलन (RMSD); अवशेष लचिलोपन अध्ययन गर्न उतारचढावको मूल औसत वर्ग विचलन (RMSF); र हाइड्रोजन बन्धन, हाइड्रोफोबिक सम्पर्कहरू, र आयनिक अन्तरक्रियाहरूको स्थिरता निर्धारण गर्न लिगान्ड-स्वीकारकर्ता अन्तरक्रिया विश्लेषण (पूरक डेटा) समावेश थियो। यद्यपि सबै लिगान्डहरूको लागि RMSD र RMSF मानहरू स्थिर दायरा भित्र रहे, जसले AChE-ligand जटिलमा कुनै महत्त्वपूर्ण संरचनात्मक परिवर्तनहरू संकेत गर्दैन (चित्र १२), यी प्यारामिटरहरू मात्र यौगिकहरू बीचको बाइन्डिङ द्रव्यमानमा भिन्नताहरू पूर्ण रूपमा व्याख्या गर्न अपर्याप्त छन्।