Bedankt voor uw bezoek aan Nature.com. De browserversie die u gebruikt, biedt beperkte ondersteuning voor CSS. Voor het beste resultaat raden we u aan een nieuwere versie van uw browser te gebruiken (of de compatibiliteitsmodus in Internet Explorer uit te schakelen). Om de ondersteuning te blijven garanderen, tonen we de site in de tussentijd zonder opmaak of JavaScript.
Combinaties van insecticiden afkomstig van planten kunnen synergetische of antagonistische interacties vertonen tegen plagen. Gezien de snelle verspreiding van ziekten die worden overgedragen door Aedes-muggen en de toenemende resistentie van Aedes-muggenpopulaties tegen traditionele insecticiden, werden achtentwintig combinaties van terpeenverbindingen op basis van essentiële oliën van planten geformuleerd en getest tegen de larven en volwassen stadia van Aedes aegypti. Vijf essentiële oliën (EO's) werden aanvankelijk geëvalueerd op hun larvicide werking en werkzaamheid tegen volwassen muggen, en in elke EO werden twee belangrijke verbindingen geïdentificeerd op basis van GC-MS-resultaten. De belangrijkste geïdentificeerde verbindingen werden aangekocht, namelijk diallyldisulfide, diallyltrisulfide, carvone, limoneen, eugenol, methyleugenol, eucalyptol, eudesmol en muggen-alfa-pineen. Binaire combinaties van deze verbindingen werden vervolgens bereid met subletale doses en hun synergetische en antagonistische effecten werden getest en bepaald. De beste larvicide samenstellingen worden verkregen door limoneen te mengen met diallyldisulfide, en de beste adulticide samenstellingen worden verkregen door carvone te mengen met limoneen. Het commercieel gebruikte synthetische larvicide Temphos en het adulticide middel Malathion werden afzonderlijk en in binaire combinaties met terpenoïden getest. De resultaten toonden aan dat de combinatie van temephos en diallyldisulfide en malathion en eudesmol de meest effectieve combinatie was. Deze krachtige combinaties bieden potentieel voor gebruik tegen Aedes aegypti.
Essentiële oliën van planten (EO's) zijn secundaire metabolieten die diverse bioactieve stoffen bevatten en worden steeds belangrijker als alternatief voor synthetische pesticiden. Ze zijn niet alleen milieuvriendelijk en gebruiksvriendelijk, maar bevatten ook een mengsel van verschillende bioactieve stoffen, wat de kans op resistentieontwikkeling verkleint¹. Met behulp van GC-MS-technologie onderzochten onderzoekers de bestanddelen van diverse essentiële oliën van planten en identificeerden meer dan 3000 verbindingen uit 17.500 aromatische planten², waarvan de meeste werden getest op insecticide eigenschappen en waarvan is gerapporteerd dat ze insecticide effecten hebben³,⁴. Sommige studies tonen aan dat de toxiciteit van het belangrijkste bestanddeel van de verbinding gelijk is aan of groter is dan die van het ruwe ethyleenoxide. Het gebruik van afzonderlijke verbindingen kan echter, net als bij chemische insecticiden, opnieuw ruimte laten voor resistentieontwikkeling⁵,⁶. Daarom ligt de huidige focus op het bereiden van mengsels van op ethyleenoxide gebaseerde verbindingen om de insecticide werking te verbeteren en de kans op resistentie in de doelplaagpopulaties te verkleinen. Individuele actieve stoffen in etherische oliën kunnen synergetische of antagonistische effecten vertonen in combinaties, wat de algehele activiteit van de etherische olie weerspiegelt. Dit is al eerder benadrukt in studies van onderzoekers7,8. Het vectorbestrijdingsprogramma omvat ook etherische oliën en hun componenten. De muggendodende werking van etherische oliën is uitgebreid onderzocht op Culex- en Anopheles-muggen. Verschillende studies hebben geprobeerd effectieve pesticiden te ontwikkelen door diverse planten te combineren met commercieel verkrijgbare synthetische pesticiden om de algehele toxiciteit te verhogen en bijwerkingen te minimaliseren9. Studies naar dergelijke verbindingen tegen Aedes aegypti blijven echter zeldzaam. Vooruitgang in de medische wetenschap en de ontwikkeling van geneesmiddelen en vaccins hebben bijgedragen aan de bestrijding van sommige door vectoren overgedragen ziekten. De aanwezigheid van verschillende serotypes van het virus, overgedragen door de Aedes aegypti-mug, heeft echter geleid tot het mislukken van vaccinatieprogramma's. Daarom zijn vectorbestrijdingsprogramma's de enige optie om de verspreiding van dergelijke ziekten te voorkomen. In de huidige situatie is de bestrijding van Aedes aegypti van groot belang, aangezien deze mug een belangrijke vector is van diverse virussen en hun serotypes die dengue, zika, dengue hemorragische koorts, gele koorts, enzovoort veroorzaken. Het meest opvallende is dat het aantal gevallen van vrijwel alle door Aedes overgedragen ziekten jaarlijks toeneemt in Egypte en wereldwijd. Daarom is er in deze context een dringende behoefte aan milieuvriendelijke en effectieve bestrijdingsmaatregelen voor Aedes aegypti-populaties. Potentiële kandidaten hiervoor zijn etherische oliën (EO's), hun bestanddelen en combinaties daarvan. Deze studie had daarom als doel effectieve synergetische combinaties te identificeren van belangrijke plantaardige EO-verbindingen van vijf planten met insecticide eigenschappen (namelijk munt, heilige basilicum, Eucalyptus spotted, Allium sulfur en Melaleuca) tegen Aedes aegypti.
Alle geselecteerde etherische oliën vertoonden potentiële larvicide activiteit tegen Aedes aegypti met een LC50-waarde na 24 uur variërend van 0,42 tot 163,65 ppm. De hoogste larvicide activiteit werd waargenomen bij pepermuntolie (Mp) met een LC50-waarde van 0,42 ppm na 24 uur, gevolgd door knoflookolie (As) met een LC50-waarde van 16,19 ppm na 24 uur (Tabel 1).
Met uitzondering van Ocimum Sainttum (Os EO) vertoonden alle vier de andere onderzochte etherische oliën duidelijke allericide effecten, met LC50-waarden variërend van 23,37 tot 120,16 ppm gedurende de blootstellingsperiode van 24 uur. Thymophilus striata (Cl) EO was het meest effectief in het doden van volwassen insecten met een LC50-waarde van 23,37 ppm binnen 24 uur blootstelling, gevolgd door Eucalyptus maculata (Em) met een LC50-waarde van 101,91 ppm (Tabel 1). De LC50-waarde voor Os is daarentegen nog niet vastgesteld, aangezien het hoogste sterftepercentage van 53% werd geregistreerd bij de hoogste dosis (Aanvullende figuur 3).
De twee belangrijkste bestanddelen in elke etherische olie werden geïdentificeerd en geselecteerd op basis van de resultaten van de NIST-bibliotheekdatabase, het percentage van het GC-chromatogramoppervlak en de MS-spectra (Tabel 2). Voor etherische olie As waren de belangrijkste geïdentificeerde verbindingen diallyldisulfide en diallyltrisulfide; voor etherische olie Mp waren de belangrijkste geïdentificeerde verbindingen carvone en limoneen; voor etherische olie Em waren de belangrijkste geïdentificeerde verbindingen eudesmol en eucalyptol; voor etherische olie Os waren de belangrijkste geïdentificeerde verbindingen eugenol en methyleugenol; en voor etherische olie Cl waren de belangrijkste geïdentificeerde verbindingen eugenol en α-pineen (Figuur 1, Aanvullende figuren 5-8, Aanvullende tabellen 1-5).
Resultaten van massaspectrometrie van de belangrijkste terpenoïden van geselecteerde etherische oliën (A-diallyldisulfide; B-diallyltrisulfide; C-eugenol; D-methyleugenol; E-limoneen; F-aromatische ceperon; G-α-pineen; H-cineol; R-eudamol).
In totaal werden negen verbindingen (diallyldisulfide, diallyltrisulfide, eugenol, methyleugenol, carvone, limoneen, eucalyptol, eudesmol en α-pineen) geïdentificeerd als effectieve bestanddelen van de etherische olie. Deze verbindingen werden afzonderlijk getest op hun werkzaamheid tegen de larven van Aedes aegypti. Eudesmol vertoonde de hoogste larvicide activiteit met een LC50-waarde van 2,25 ppm na 24 uur blootstelling. Ook diallyldisulfide en diallyltrisulfide bleken potentieel larvicide effecten te hebben, met gemiddelde subletale doses in het bereik van 10-20 ppm. Voor eugenol, limoneen en eucalyptol werd een matige larvicide activiteit waargenomen met LC50-waarden van respectievelijk 63,35 ppm en 139,29 ppm. en respectievelijk 181,33 ppm na 24 uur (Tabel 3). Er werd echter geen significant larvicide potentieel van methyleugenol en carvone gevonden, zelfs niet bij de hoogste doses, waardoor er geen LC50-waarden konden worden berekend (Tabel 3). Het synthetische larvicide Temephos had een gemiddelde letale concentratie van 0,43 ppm tegen Aedes aegypti na 24 uur blootstelling (Tabel 3, Aanvullende tabel 6).
Zeven verbindingen (diallyldisulfide, diallyltrisulfide, eucalyptol, α-pineen, eudesmol, limoneen en carvone) werden geïdentificeerd als de belangrijkste werkzame stoffen in de etherische olie en werden afzonderlijk getest op volwassen Egyptische Aedes-muggen. Volgens de probitregressieanalyse bleek eudesmol het hoogste potentieel te hebben met een LC50-waarde van 1,82 ppm, gevolgd door eucalyptol met een LC50-waarde van 17,60 ppm na een blootstelling van 24 uur. De overige vijf geteste verbindingen waren matig schadelijk voor volwassen muggen met LC50-waarden variërend van 140,79 tot 737,01 ppm (Tabel 3). Het synthetische organofosfor malathion was minder potent dan eudesmol en krachtiger dan de andere zes verbindingen, met een LC50-waarde van 5,44 ppm na een blootstelling van 24 uur (Tabel 3, Aanvullende tabel 6).
Zeven krachtige loodverbindingen en het organofosfor tamephosaat werden geselecteerd om binaire combinaties van hun LC50-doseringen in een verhouding van 1:1 te formuleren. In totaal werden 28 binaire combinaties bereid en getest op hun larvicide werking tegen Aedes aegypti. Negen combinaties bleken synergetisch te zijn, 14 combinaties antagonistisch en vijf combinaties niet larvicide. Van de synergetische combinaties was de combinatie van diallyldisulfide en temofol het meest effectief, met een sterfte van 100% na 24 uur (Tabel 4). Evenzo vertoonden mengsels van limoneen met diallyldisulfide en eugenol met thymetphos een goed potentieel met een waargenomen larvensterfte van 98,3% (Tabel 5). De overige 4 combinaties, namelijk eudesmol plus eucalyptol, eudesmol plus limoneen, eucalyptol plus alfa-pineen en alfa-pineen plus temephos, vertoonden eveneens een significante larvicide werking, met waargenomen sterftecijfers van meer dan 90%. Het verwachte sterftecijfer ligt rond de 60-75% (Tabel 4). De combinatie van limoneen met α-pineen of eucalyptus vertoonde echter antagonistische reacties. Evenzo bleken mengsels van temephos met eugenol of eucalyptus of eudesmol of diallyltrisulfide antagonistische effecten te hebben. Ook de combinatie van diallyldisulfide en diallyltrisulfide en de combinatie van een van deze verbindingen met eudesmol of eugenol vertonen antagonistische larvicide werking. Antagonisme is ook waargenomen bij de combinatie van eudesmol met eugenol of α-pineen.
Van alle 28 binaire mengsels die getest werden op hun zuuractiviteit bij volwassen insecten, vertoonden 7 combinaties een synergetisch effect, 6 hadden geen effect en 15 waren antagonistisch. Mengsels van eudesmol met eucalyptus en limoneen met carvone bleken effectiever te zijn dan andere synergetische combinaties, met sterftecijfers na 24 uur van respectievelijk 76% en 100% (Tabel 5). Malathion vertoonde een synergetisch effect met alle combinaties van verbindingen, behalve met limoneen en diallyltrisulfide. Daarentegen werd antagonisme waargenomen tussen diallyldisulfide en diallyltrisulfide en de combinatie van een van beide met eucalyptus, eucalyptol, carvone of limoneen. Op dezelfde manier vertoonden combinaties van α-pineen met eudesmol of limoneen, eucalyptol met carvone of limoneen, en limoneen met eudesmol of malathion antagonistische larvicide effecten. Voor de overige zes combinaties was er geen significant verschil tussen de verwachte en de waargenomen sterfte (Tabel 5).
Op basis van synergetische effecten en subletale doses werden de larvicide toxiciteit van de combinaties tegen een groot aantal Aedes aegypti-muggen uiteindelijk geselecteerd en verder getest. De resultaten toonden aan dat de waargenomen larvensterfte bij gebruik van de binaire combinaties eugenol-limoneen, diallyldisulfide-limoneen en diallyldisulfide-timephos 100% bedroeg, terwijl de verwachte larvensterfte respectievelijk 76,48%, 72,16% en 63,4% was (Tabel 6). De combinatie van limoneen en eudesmol was relatief minder effectief, met een waargenomen larvensterfte van 88% gedurende de blootstellingsperiode van 24 uur (Tabel 6). Samenvattend vertoonden de vier geselecteerde binaire combinaties ook synergetische larvicide effecten tegen Aedes aegypti bij toepassing op grote schaal (Tabel 6).
Voor de adultocide bioassay werden drie combinaties geselecteerd om grote populaties volwassen Aedes aegypti-muggen te bestrijden. Om combinaties te selecteren voor testen op grote insectenkolonies, richtten we ons eerst op de twee beste synergetische terpeencombinaties, namelijk carvone plus limoneen en eucalyptol plus eudesmol. Vervolgens werd de beste synergetische combinatie geselecteerd uit de combinatie van het synthetische organofosfaat malathion en terpenoïden. Wij zijn van mening dat de combinatie van malathion en eudesmol de beste combinatie is voor testen op grote insectenkolonies vanwege de hoogste waargenomen sterfte en de zeer lage LC50-waarden van de kandidaat-ingrediënten. Malathion vertoont synergie in combinatie met α-pineen, diallyldisulfide, eucalyptus, carvone en eudesmol. Maar als we naar de LC50-waarden kijken, heeft eudesmol de laagste waarde (2,25 ppm). De berekende LC50-waarden van malathion, α-pineen, diallyldisulfide, eucalyptol en carvone waren respectievelijk 5,4, 716,55, 166,02, 17,6 en 140,79 ppm. Deze waarden geven aan dat de combinatie van malathion en eudesmol de optimale combinatie is qua dosering. De resultaten toonden aan dat de combinaties van carvone plus limoneen en eudesmol plus malathion een waargenomen sterfte van 100% vertoonden, vergeleken met een verwachte sterfte van 61% tot 65%. Een andere combinatie, eudesmol plus eucalyptol, vertoonde een sterftepercentage van 78,66% na 24 uur blootstelling, vergeleken met een verwacht sterftepercentage van 60%. Alle drie de geselecteerde combinaties vertoonden synergetische effecten, zelfs bij toepassing op grote schaal tegen volwassen Aedes aegypti (Tabel 6).
In deze studie vertoonden geselecteerde etherische oliën van planten, zoals Mp, As, Os, Em en Cl, veelbelovende dodelijke effecten op de larven en volwassen stadia van Aedes aegypti. De etherische olie van Mp had de hoogste larvicide activiteit met een LC50-waarde van 0,42 ppm, gevolgd door de etherische oliën van As, Os en Em met een LC50-waarde van minder dan 50 ppm na 24 uur. Deze resultaten komen overeen met eerdere studies naar muggen en andere tweevleugelige vliegen10,11,12,13,14. Hoewel de larvicide potentie van Cl lager is dan die van andere etherische oliën, met een LC50-waarde van 163,65 ppm na 24 uur, is het potentieel voor volwassen insecten het hoogst met een LC50-waarde van 23,37 ppm na 24 uur. De etherische oliën Mp, As en Em vertoonden ook een goed allercide potentieel met LC50-waarden in het bereik van 100-120 ppm na 24 uur blootstelling, maar deze waren relatief lager dan hun larvicide werking. De etherische olie Os daarentegen vertoonde een verwaarloosbaar allercide effect, zelfs bij de hoogste therapeutische dosis. De resultaten wijzen er dus op dat de toxiciteit van ethyleenoxide voor planten kan variëren afhankelijk van het ontwikkelingsstadium van de muggen15. Het hangt ook af van de penetratiesnelheid van de etherische oliën in het lichaam van het insect, hun interactie met specifieke doelenzymen en het ontgiftingsvermogen van de mug in elk ontwikkelingsstadium16. Talrijke studies hebben aangetoond dat de belangrijkste component een belangrijke factor is in de biologische activiteit van ethyleenoxide, aangezien deze het grootste deel van de totale verbindingen uitmaakt3,12,17,18. Daarom hebben we twee hoofdverbindingen in elke etherische olie beschouwd. Op basis van de GC-MS-resultaten werden diallyldisulfide en diallyltrisulfide geïdentificeerd als de belangrijkste verbindingen van EO As, wat overeenkomt met eerdere rapporten19,20,21. Hoewel eerdere rapporten aangaven dat menthol een van de belangrijkste verbindingen was, werden carvone en limoneen opnieuw geïdentificeerd als de belangrijkste verbindingen van Mp EO22,23. Het samenstellingsprofiel van Os EO toonde aan dat eugenol en methyleugenol de belangrijkste verbindingen zijn, wat vergelijkbaar is met de bevindingen van eerdere onderzoekers16,24. Eucalyptol en eucalyptol zijn gerapporteerd als de belangrijkste verbindingen in Em-bladolie, wat overeenkomt met de bevindingen van sommige onderzoekers25,26, maar in tegenspraak is met de bevindingen van Olalade et al.27. De dominantie van cineol en α-pineen werd waargenomen in melaleuca-etherische olie, wat overeenkomt met eerdere studies28,29. Intraspecifieke verschillen in de samenstelling en concentratie van essentiële oliën, geëxtraheerd uit dezelfde plantensoort op verschillende locaties, zijn gerapporteerd en werden ook in deze studie waargenomen. Deze verschillen worden beïnvloed door geografische groeiomstandigheden, oogsttijd, ontwikkelingsstadium of plantleeftijd, het voorkomen van chemotypen, enz.22,30,31,32. De belangrijkste geïdentificeerde verbindingen werden vervolgens aangeschaft en getest op hun larvicide werking en effect op volwassen Aedes aegypti-muggen. De resultaten toonden aan dat de larvicide activiteit van diallyldisulfide vergelijkbaar was met die van ruwe EO As. De activiteit van diallyltrisulfide was echter hoger dan die van EO As. Deze resultaten komen overeen met die van Kimbaris et al. 33 bij Culex philippines. Deze twee verbindingen vertoonden echter geen goede autocidale activiteit tegen de doelmuggen, wat consistent is met de resultaten van Plata-Rueda et al. 34 bij Tenebrio molitor. Os EO is effectief tegen het larvenstadium van Aedes aegypti, maar niet tegen het volwassen stadium. Er is vastgesteld dat de larvicide activiteit van de belangrijkste afzonderlijke verbindingen lager is dan die van ruwe Os EO. Dit impliceert een rol voor andere verbindingen en hun interacties in ruwe ethyleenoxide. Methyleugenol alleen heeft een verwaarloosbare activiteit, terwijl eugenol alleen een matige larvicide activiteit heeft. Deze conclusie bevestigt enerzijds de bevindingen van eerdere onderzoekers35,36 en spreekt deze anderzijds tegen37,38. Verschillen in de functionele groepen van eugenol en methyleugenol kunnen leiden tot verschillende toxiciteiten voor hetzelfde doelwitinsect39. Van limoneen werd vastgesteld dat het een matige larvicide activiteit heeft, terwijl het effect van carvone onbeduidend was. Evenzo ondersteunen de relatief lage toxiciteit van limoneen voor volwassen insecten en de hoge toxiciteit van carvone de resultaten van sommige eerdere studies40, maar spreken ze andere tegen41. De aanwezigheid van dubbele bindingen op zowel intracyclische als exocyclische posities kan de voordelen van deze verbindingen als larviciden vergroten3,41, terwijl carvone, een keton met onverzadigde alfa- en bèta-koolstofatomen, een hoger toxiciteitspotentieel voor volwassen muggen kan vertonen42. De individuele kenmerken van limoneen en carvone zijn echter veel lager dan die van de totale EO Mp (Tabel 1, Tabel 3). Van de geteste terpenoïden bleek eudesmol de grootste larvicide en activiteit tegen volwassen muggen te hebben met een LC50-waarde onder de 2,5 ppm, waardoor het een veelbelovende verbinding is voor de bestrijding van Aedes-muggen. De prestaties zijn beter dan die van de gehele EO Em, hoewel dit niet overeenkomt met de bevindingen van Cheng et al.40. Eudesmol is een sesquiterpeen met twee isopreen-eenheden die minder vluchtig is dan geoxygeneerde monoterpenen zoals eucalyptus en heeft daarom een groter potentieel als pesticide. Eucalyptol zelf heeft een grotere activiteit tegen volwassen insecten dan tegen larven, en resultaten uit eerdere studies ondersteunen en weerleggen dit tegelijkertijd37,43,44. De activiteit op zich is bijna vergelijkbaar met die van de volledige EO Cl. Een andere bicyclische monoterpeen, α-pineen, heeft een minder grote werking tegen volwassen Aedes aegypti dan tegen larven, wat het tegenovergestelde is van het effect van de volledige EO Cl. De algehele insecticide activiteit van terpenoïden wordt beïnvloed door hun lipofiliteit, vluchtigheid, koolstofvertakking, projectieoppervlak, oppervlakte, functionele groepen en hun posities45,46. Deze verbindingen kunnen werken door celophopingen te vernietigen, de ademhalingsactiviteit te blokkeren, de overdracht van zenuwimpulsen te onderbreken, enz. 47 Van het synthetische organofosfaat Temephos werd vastgesteld dat het de hoogste larvicide activiteit heeft met een LC50-waarde van 0,43 ppm, wat overeenkomt met de gegevens van Lek-Utala48. De activiteit van het synthetische organofosfor malathion bij volwassen muggen werd gerapporteerd bij 5,44 ppm. Hoewel deze twee organofosfaten gunstige resultaten lieten zien tegen laboratoriumstammen van Aedes aegypti, is er in verschillende delen van de wereld resistentie van muggen tegen deze verbindingen gemeld49. Er zijn echter geen vergelijkbare meldingen van de ontwikkeling van resistentie tegen kruidengeneesmiddelen50. Plantaardige middelen worden daarom beschouwd als potentiële alternatieven voor chemische bestrijdingsmiddelen in vectorbestrijdingsprogramma's.
Het larvicide effect werd getest op 28 binaire combinaties (1:1) bereid uit krachtige terpenoïden en terpenoïden met thymetfos. Negen combinaties bleken synergetisch, veertien antagonistisch en vijf antagonistisch. Geen effect. Aan de andere kant bleken in de bioassay met volwassen insecten zeven combinaties synergetisch, vijftien antagonistisch en zes combinaties geen effect te hebben. De reden waarom bepaalde combinaties een synergetisch effect produceren, kan te wijten zijn aan de gelijktijdige interactie van de kandidaatverbindingen in verschillende belangrijke pathways, of aan de sequentiële remming van verschillende sleutelenzymen van een bepaalde biologische pathway51. De combinatie van limoneen met diallyldisulfide, eucalyptus of eugenol bleek synergetisch te zijn bij zowel kleinschalige als grootschalige toepassingen (Tabel 6), terwijl de combinatie met eucalyptus of α-pineen antagonistische effecten op larven vertoonde. Limoneen blijkt gemiddeld een goede synergist te zijn, mogelijk vanwege de aanwezigheid van methylgroepen, een goede penetratie in het stratum corneum en een ander werkingsmechanisme52,53. Eerder is gemeld dat limoneen toxische effecten kan veroorzaken door het binnendringen van insectencuticula (contacttoxiciteit), het beïnvloeden van het spijsverteringsstelsel (antifeedant) of het beïnvloeden van de luchtwegen (fumigatieactiviteit),54 terwijl fenylpropanoiden zoals eugenol metabolische enzymen kunnen beïnvloeden55. Combinaties van verbindingen met verschillende werkingsmechanismen kunnen daarom het algehele dodelijke effect van het mengsel versterken. Eucalyptol bleek synergetisch te werken met diallyldisulfide, eucalyptus of α-pineen, maar andere combinaties met andere verbindingen waren ofwel niet-larvicidaal ofwel antagonistisch. Eerdere studies toonden aan dat eucalyptol een remmende werking heeft op acetylcholinesterase (AChE), evenals op octaamine- en GABA-receptoren56. Omdat cyclische monoterpenen, zoals eucalyptol, eugenol, enz., mogelijk hetzelfde werkingsmechanisme hebben als hun neurotoxische activiteit, 57 worden hun gecombineerde effecten geminimaliseerd door wederzijdse remming. Op dezelfde manier bleek de combinatie van Temephos met diallyldisulfide, α-pineen en limoneen synergetisch te zijn, wat eerdere rapporten over een synergetisch effect tussen kruidenproducten en synthetische organofosfaten ondersteunt58.
De combinatie van eudesmol en eucalyptol bleek een synergetisch effect te hebben op de larvale en volwassen stadia van Aedes aegypti, mogelijk vanwege hun verschillende werkingsmechanismen als gevolg van hun verschillende chemische structuren. Eudesmol (een sesquiterpeen) kan het ademhalingssysteem beïnvloeden 59 en eucalyptol (een monoterpeen) kan acetylcholinesterase beïnvloeden 60. Gelijktijdige blootstelling van de ingrediënten aan twee of meer doelwitten kan het algehele dodelijke effect van de combinatie versterken. In bioassays met volwassen insecten bleek malathion synergetisch te zijn met carvone of eucalyptol of diallyldisulfide of α-pineen, wat aangeeft dat het synergetisch is met de toevoeging van limoneen en di. Goede synergetische allercidenkandidaten voor het gehele portfolio van terpeenverbindingen, met uitzondering van allyltrisulfide. Thangam en Kathiresan61 rapporteerden ook vergelijkbare resultaten van het synergetische effect van malathion met kruidenextracten. Deze synergetische respons kan te wijten zijn aan de gecombineerde toxische effecten van malathion en fytochemicaliën op de ontgiftende enzymen van insecten. Organofosfaten zoals malathion werken over het algemeen door cytochroom P450-esterasen en monooxygenasen te remmen62,63,64. Daarom kan de combinatie van malathion met deze werkingsmechanismen en terpenen met andere werkingsmechanismen het algehele dodelijke effect op muggen versterken.
Aan de andere kant duidt antagonisme erop dat de geselecteerde verbindingen in combinatie minder actief zijn dan elk afzonderlijk. De reden voor antagonisme in sommige combinaties kan zijn dat de ene verbinding het gedrag van de andere beïnvloedt door de snelheid van absorptie, distributie, metabolisme of excretie te veranderen. Vroege onderzoekers beschouwden dit als de oorzaak van antagonisme in geneesmiddelcombinaties. Moleculen Mogelijk mechanisme 65. Op dezelfde manier kunnen mogelijke oorzaken van antagonisme verband houden met vergelijkbare werkingsmechanismen, competitie van de samenstellende verbindingen om dezelfde receptor of doelwitplaats. In sommige gevallen kan ook niet-competitieve remming van het doelwitproteïne optreden. In deze studie vertoonden twee organozwavelverbindingen, diallyldisulfide en diallyltrisulfide, antagonistische effecten, mogelijk als gevolg van competitie om dezelfde doelwitplaats. Deze twee zwavelverbindingen vertoonden eveneens antagonistische effecten en hadden geen effect in combinatie met eudesmol en α-pineen. Eudesmol en alfa-pineen zijn cyclisch van aard, terwijl diallyldisulfide en diallyltrisulfide alifatisch van aard zijn. Op basis van de chemische structuur zou de combinatie van deze verbindingen de algehele letale activiteit moeten verhogen, aangezien hun doelwitten meestal verschillend zijn34,47. Experimenteel vonden we echter antagonisme, wat mogelijk te wijten is aan de rol van deze verbindingen in sommige onbekende organismen in vivo. Op vergelijkbare wijze produceerde de combinatie van cineol en α-pineen antagonistische reacties, hoewel onderzoekers eerder hebben gemeld dat de twee verbindingen verschillende werkingsdoelen hebben47,60. Omdat beide verbindingen cyclische monoterpenen zijn, kunnen er gemeenschappelijke doelwitten zijn die concurreren om binding en de algehele toxiciteit van de bestudeerde combinaties beïnvloeden.
Op basis van LC50-waarden en waargenomen sterfte werden de twee beste synergetische terpeencombinaties geselecteerd, namelijk de paren carvone + limoneen en eucalyptol + eudesmol, evenals het synthetische organofosfor malathion met terpenen. De optimale synergetische combinatie van malathion + eudesmol werd getest in een bioassay met volwassen insecten. Grote insectenkolonies werden als doelwit gekozen om te bevestigen of deze effectieve combinaties effectief zijn tegen grote aantallen individuen over relatief grote blootstellingsgebieden. Al deze combinaties vertonen een synergetisch effect tegen grote insectenzwermen. Vergelijkbare resultaten werden verkregen voor een optimale synergetische larvicide combinatie die werd getest tegen grote populaties Aedes aegypti-larven. Het kan dus gesteld worden dat de effectieve synergetische larvicide en adulticide combinatie van plantaardige etherische oliën een sterke kandidaat is ten opzichte van bestaande synthetische chemicaliën en verder kan worden ingezet voor de bestrijding van Aedes aegypti-populaties. Evenzo kunnen effectieve combinaties van synthetische larviciden of adulticiden met terpenen worden gebruikt om de doses thymetfos of malathion die aan muggen worden toegediend te verlagen. Deze krachtige synergetische combinaties kunnen oplossingen bieden voor toekomstig onderzoek naar de ontwikkeling van resistentie tegen geneesmiddelen bij Aedes-muggen.
Eieren van Aedes aegypti werden verzameld bij het Regionaal Medisch Onderzoekscentrum in Dibrugarh, onderdeel van de Indian Council of Medical Research, en bewaard onder gecontroleerde temperatuur (28 ± 1 °C) en luchtvochtigheid (85 ± 5%) in de afdeling Zoölogie van de Gauhati Universiteit onder de volgende omstandigheden: Arivoli werden beschreven et al. Na het uitkomen werden de larven gevoed met larvenvoer (hondenkoekjespoeder en gist in een verhouding van 3:1) en de volwassen muggen met een 10% glucoseoplossing. Vanaf de derde dag na het uitkomen mochten volwassen vrouwtjesmuggen bloed zuigen van albino ratten. Week filtreerpapier in water in een glas en plaats het in de eierlegkooi.
Geselecteerde plantenmonsters, namelijk eucalyptusbladeren (Myrtaceae), heilige basilicum (Lamiaceae), munt (Lamiaceae), melaleuca (Myrtaceae) en alliumbollen (Amaryllidaceae). Verzameld in Guwahati en geïdentificeerd door de afdeling Plantkunde van de Gauhati Universiteit. De verzamelde plantenmonsters (500 g) werden gedurende 6 uur onderworpen aan hydrodestillatie met behulp van een Clevenger-apparaat. De geëxtraheerde etherische olie werd opgevangen in schone glazen flesjes en bewaard bij 4 °C voor verder onderzoek.
De larvicide toxiciteit werd onderzocht met behulp van licht aangepaste standaardprocedures van de Wereldgezondheidsorganisatie 67. DMSO werd gebruikt als emulgator. Elke EO-concentratie werd aanvankelijk getest bij 100 en 1000 ppm, waarbij 20 larven per herhaling werden blootgesteld. Op basis van de resultaten werd een concentratiebereik toegepast en de mortaliteit werd geregistreerd van 1 tot 6 uur (met intervallen van 1 uur), en na 24, 48 en 72 uur behandeling. Subletale concentraties (LC50) werden bepaald na 24, 48 en 72 uur blootstelling. Elke concentratie werd in drievoud getest, samen met een negatieve controle (alleen water) en een positieve controle (met DMSO behandeld water). Als verpopping optreedt en meer dan 10% van de larven in de controlegroep sterft, wordt het experiment herhaald. Als het sterftepercentage in de controlegroep tussen 5 en 10% ligt, wordt de Abbott-correctieformule gebruikt 68.
De methode beschreven door Ramar et al. 69 werd gebruikt voor een bioassay met volwassen Aedes aegypti-muggen, waarbij aceton als oplosmiddel werd gebruikt. Elke etherische olie werd aanvankelijk getest op volwassen Aedes aegypti-muggen bij concentraties van 100 en 1000 ppm. Breng 2 ml van elke bereide oplossing aan op een stuk filterpapier (formaat 12 x 15 cm²) volgens het Whatman-nummer en laat de aceton gedurende 10 minuten verdampen. Filterpapier behandeld met slechts 2 ml aceton werd gebruikt als controle. Nadat de aceton is verdampt, worden het behandelde filterpapier en het controlefilterpapier in een cilindrische buis (10 cm diep) geplaatst. Tien 3 tot 4 dagen oude, niet-bloedzuigende muggen werden in drievoud per concentratie overgebracht. Op basis van de resultaten van de voorlopige tests werden verschillende concentraties van geselecteerde oliën getest. De sterfte werd geregistreerd na 1 uur, 2 uur, 3 uur, 4 uur, 5 uur, 6 uur, 24 uur, 48 uur en 72 uur na het loslaten van de muggen. Bereken de LC50-waarden voor blootstellingstijden van 24 uur, 48 uur en 72 uur. Als het sterftepercentage van de controlegroep hoger is dan 20%, herhaal dan de hele test. Evenzo, als het sterftepercentage in de controlegroep hoger is dan 5%, corrigeer dan de resultaten voor de behandelde monsters met behulp van de formule van Abbott68.
Gaschromatografie (Agilent 7890A) en massaspectrometrie (Accu TOF GCv, Jeol) werden gebruikt om de bestanddelen van de geselecteerde etherische oliën te analyseren. De GC was uitgerust met een FID-detector en een capillaire kolom (HP5-MS). Het draaggas was helium, de stroomsnelheid bedroeg 1 ml/min. Het GC-programma stelt Allium sativum in op 10:80-1M-8-220-5M-8-270-9M en Ocimum Sainttum op 10:80-3M-8-200-3M-10-275-1M-5 – 280, voor munt 10:80-1M-8-200-5M-8-275-1M-5-280, voor eucalyptus 20.60-1M-10-200-3M-30-280, en voor rood: For a thousand layers they are them 10: 60-1M-8-220-5M-8-270-3M.
De belangrijkste bestanddelen van elke etherische olie werden geïdentificeerd op basis van het oppervlaktepercentage berekend uit het GC-chromatogram en de resultaten van de massaspectrometrie (ten opzichte van de NIST 70-standaarddatabase).
De twee belangrijkste bestanddelen in elke etherische olie werden geselecteerd op basis van GC-MS-resultaten en aangeschaft bij Sigma-Aldrich met een zuiverheid van 98-99% voor verdere bioassays. De bestanddelen werden getest op larvicide en volwassen werking tegen Aedes aegypti zoals hierboven beschreven. De meest gebruikte synthetische larviciden tamephosaat (Sigma Aldrich) en het geneesmiddel malathion (Sigma Aldrich) werden geanalyseerd om hun effectiviteit te vergelijken met die van de geselecteerde etherische olieverbindingen, volgens dezelfde procedure.
Binaire mengsels van geselecteerde terpeenverbindingen en terpeenverbindingen plus commerciële organofosfaten (tilephos en malathion) werden bereid door de LC50-dosis van elke kandidaatverbinding in een verhouding van 1:1 te mengen. De bereide combinaties werden getest op larven en volwassen exemplaren van Aedes aegypti zoals hierboven beschreven. Elke bioassay werd in drievoud uitgevoerd voor elke combinatie en in drievoud voor de afzonderlijke verbindingen in elke combinatie. De sterfte van de doelinsecten werd na 24 uur geregistreerd. Bereken het verwachte sterftepercentage voor een binair mengsel met behulp van de volgende formule.
waarbij E = de verwachte sterftegraad van Aedes aegypti-muggen als reactie op een binaire combinatie, d.w.z. verbinding (A + B).
Het effect van elk binair mengsel werd gelabeld als synergetisch, antagonistisch of geen effect op basis van de χ²-waarde berekend met de methode beschreven door Pavla52. Bereken de χ²-waarde voor elke combinatie met behulp van de volgende formule.
Het effect van een combinatie werd als synergetisch gedefinieerd wanneer de berekende χ²-waarde groter was dan de tabelwaarde voor de corresponderende vrijheidsgraden (95% betrouwbaarheidsinterval) én wanneer de waargenomen mortaliteit hoger was dan de verwachte mortaliteit. Evenzo, als de berekende χ²-waarde voor een combinatie de tabelwaarde overschrijdt met een bepaald aantal vrijheidsgraden, maar de waargenomen mortaliteit lager is dan de verwachte mortaliteit, wordt de behandeling als antagonistisch beschouwd. En als de berekende χ²-waarde voor een combinatie kleiner is dan de tabelwaarde bij de corresponderende vrijheidsgraden, wordt de combinatie geacht geen effect te hebben.
Drie tot vier potentieel synergetische combinaties (100 larven en 50 volwassen insecten met larvicide activiteit) werden geselecteerd voor testen op een groot aantal insecten. De testen op volwassen insecten verliepen zoals hierboven beschreven. Naast de mengsels werden ook de afzonderlijke verbindingen in de geselecteerde mengsels getest op een gelijk aantal Aedes aegypti-larven en -volwassen insecten. De combinatieverhouding is één deel LC50-dosis van de ene kandidaatverbinding en één deel LC50-dosis van de andere component. In de bioassay met volwassen insecten werden de geselecteerde verbindingen opgelost in aceton en aangebracht op filtreerpapier dat was verpakt in een cilindrische plastic container van 1300 cm³. De aceton werd gedurende 10 minuten verdampt en de volwassen insecten werden losgelaten. Op dezelfde manier werden in de larvicide bioassay doses van de LC50-kandidaatverbindingen eerst opgelost in gelijke volumes DMSO en vervolgens gemengd met 1 liter water in plastic containers van 1300 cm³, waarna de larven werden losgelaten.
Er werd een probabilistische analyse uitgevoerd van 71 geregistreerde sterftegegevens met behulp van SPSS (versie 16) en Minitab-software om LC50-waarden te berekenen.
Geplaatst op: 1 juli 2024