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Kombinationen insektizider Verbindungen pflanzlichen Ursprungs können synergistische oder antagonistische Wechselwirkungen gegen Schädlinge aufweisen. Angesichts der schnellen Ausbreitung von Krankheiten, die von Aedes-Mücken übertragen werden, und der zunehmenden Resistenz der Aedes-Mückenpopulationen gegen herkömmliche Insektizide wurden 28 Kombinationen von Terpenverbindungen auf Basis ätherischer Pflanzenöle formuliert und an den Larven und erwachsenen Stadien von Aedes aegypti getestet. Fünf ätherische Pflanzenöle (EOs) wurden zunächst auf ihre larvizide und antagonistische Wirksamkeit gegen erwachsene Tiere untersucht und anhand von GC-MS-Ergebnissen in jedem EO zwei Hauptverbindungen identifiziert. Die wichtigsten identifizierten Verbindungen wurden gekauft, nämlich Diallyldisulfid, Diallyltrisulfid, Carvon, Limonen, Eugenol, Methyleugenol, Eukalyptol, Eudesmol und Mücken-Alpha-Pinen. Binäre Kombinationen dieser Verbindungen wurden dann unter Verwendung subletaler Dosen hergestellt und ihre synergistischen und antagonistischen Wirkungen wurden getestet und bestimmt. Die besten larviziden Zusammensetzungen erhält man durch die Mischung von Limonen mit Diallyldisulfid, die besten adultiziden Zusammensetzungen durch die Mischung von Carvon mit Limonen. Das kommerziell verwendete synthetische Larvizid Temphos und das Adultarzneimittel Malathion wurden einzeln und in binären Kombinationen mit Terpenoiden getestet. Die Ergebnisse zeigten, dass die Kombination von Temephos und Diallyldisulfid sowie Malathion und Eudesmol die wirksamste Kombination war. Diese wirksamen Kombinationen bergen Potenzial für den Einsatz gegen Aedes aegypti.
Ätherische Pflanzenöle (EOs) sind Sekundärmetaboliten mit verschiedenen bioaktiven Verbindungen und gewinnen als Alternative zu synthetischen Pestiziden zunehmend an Bedeutung. Sie sind nicht nur umweltfreundlich und benutzerfreundlich, sondern bestehen auch aus einer Mischung verschiedener bioaktiver Verbindungen, wodurch auch die Wahrscheinlichkeit der Entwicklung von Arzneimittelresistenzen verringert wird1. Mithilfe der GC-MS-Technologie untersuchten Forscher die Bestandteile verschiedener ätherischer Pflanzenöle und identifizierten über 3.000 Verbindungen aus 17.500 aromatischen Pflanzen2, von denen die meisten auf insektizide Eigenschaften getestet wurden und Berichten zufolge insektizide Wirkungen haben3,4. Einige Studien heben hervor, dass die Toxizität des Hauptbestandteils der Verbindung genauso hoch oder höher ist als die des Rohethylenoxids. Allerdings kann die Verwendung einzelner Verbindungen wiederum Raum für die Entwicklung von Resistenzen lassen, wie dies bei chemischen Insektiziden der Fall ist5,6. Daher liegt der Schwerpunkt derzeit auf der Herstellung von Mischungen aus Ethylenoxid-basierten Verbindungen, um die insektizide Wirksamkeit zu verbessern und die Wahrscheinlichkeit von Resistenzen in den Zielschädlingspopulationen zu verringern. Einzelne in ätherischen Ölen enthaltene Wirkstoffe können in Kombinationen synergistische oder antagonistische Effekte aufweisen, die die Gesamtaktivität des ätherischen Öls widerspiegeln. Diese Tatsache wurde in Studien früherer Forscher deutlich hervorgehoben7,8. Das Vektorkontrollprogramm umfasst auch ätherische Öle und ihre Bestandteile. Die mückenabtötende Wirkung ätherischer Öle wurde ausführlich an Culex- und Anopheles-Mücken untersucht. In mehreren Studien wurde versucht, wirksame Pestizide zu entwickeln, indem verschiedene Pflanzen mit kommerziell verwendeten synthetischen Pestiziden kombiniert wurden, um die Gesamttoxizität zu erhöhen und Nebenwirkungen zu minimieren9. Studien zu solchen Verbindungen gegen Aedes aegypti sind jedoch nach wie vor selten. Fortschritte in der Medizin und der Entwicklung von Medikamenten und Impfstoffen haben dazu beigetragen, einige durch Vektoren übertragene Krankheiten zu bekämpfen. Das Vorhandensein verschiedener Serotypen des von der Aedes aegypti-Mücke übertragenen Virus hat jedoch zum Scheitern von Impfprogrammen geführt. Wenn solche Krankheiten auftreten, sind Vektorkontrollprogramme daher die einzige Möglichkeit, die Ausbreitung der Krankheit zu verhindern. In der gegenwärtigen Situation ist die Kontrolle von Aedes aegypti sehr wichtig, da es ein wichtiger Überträger verschiedener Viren und ihrer Serotypen ist, die Denguefieber, Zika, hämorrhagisches Denguefieber, Gelbfieber usw. verursachen. Besonders bemerkenswert ist die Tatsache, dass die Zahl der Fälle fast aller durch Vektoren übertragenen Aedes-Krankheiten in Ägypten und weltweit jedes Jahr zunimmt. Daher besteht in diesem Zusammenhang ein dringender Bedarf an der Entwicklung umweltfreundlicher und wirksamer Kontrollmaßnahmen für Aedes aegypti-Populationen. Potentielle Kandidaten in dieser Hinsicht sind ätherische Öle, ihre Bestandteile und deren Kombinationen. Daher wurde in dieser Studie versucht, wirksame synergistische Kombinationen wichtiger pflanzlicher ätherischer Öle aus fünf Pflanzen mit insektiziden Eigenschaften (Minze, Indisches Basilikum, Gefleckter Eukalyptus, Allium sulfuricum und Melaleuca) gegen Aedes aegypti zu ermitteln.
Alle ausgewählten ätherischen Öle zeigten eine potenzielle larvizide Wirkung gegen Aedes aegypti mit 24-h-LC50-Werten von 0,42 bis 163,65 ppm. Die höchste larvizide Wirkung wurde für Pfefferminzöl (Mp) mit einem LC50-Wert von 0,42 ppm nach 24 Stunden festgestellt, gefolgt von Knoblauchöl (As) mit einem LC50-Wert von 16,19 ppm nach 24 Stunden (Tabelle 1).
Mit Ausnahme von Ocimum Sainttum, Os EO, zeigten alle anderen vier getesteten EOs eine deutliche allerzide Wirkung mit LC50-Werten zwischen 23,37 und 120,16 ppm über den 24-stündigen Expositionszeitraum. Thymophilus striata (Cl) EO war mit einem LC50-Wert von 23,37 ppm innerhalb von 24 Stunden nach der Exposition am wirksamsten bei der Abtötung erwachsener Tiere, gefolgt von Eucalyptus maculata (Em) mit einem LC50-Wert von 101,91 ppm (Tabelle 1). Der LC50-Wert für Os wurde hingegen noch nicht bestimmt, da die höchste Mortalitätsrate von 53 % bei der höchsten Dosis verzeichnet wurde (Ergänzende Abbildung 3).
Die beiden Hauptbestandteile jedes EO wurden anhand der Ergebnisse der NIST-Bibliotheksdatenbank, des Flächenprozentsatzes des GC-Chromatogramms und der Ergebnisse der MS-Spektren identifiziert und ausgewählt (Tabelle 2). Für EO As wurden als Hauptbestandteile Diallyldisulfid und Diallyltrisulfid identifiziert; für EO Mp wurden als Hauptbestandteile Carvon und Limonen identifiziert, für EO Em wurden als Hauptbestandteile Eudesmol und Eukalyptol identifiziert; für EO Os wurden als Hauptbestandteile Eugenol und Methyleugenol identifiziert und für EO Cl wurden als Hauptbestandteile Eugenol und α-Pinen identifiziert (Abbildung 1, Ergänzende Abbildungen 5–8, Ergänzende Tabelle 1–5).
Ergebnisse der Massenspektrometrie der wichtigsten Terpenoide ausgewählter ätherischer Öle (A-Diallyldisulfid; B-Diallyltrisulfid; C-Eugenol; D-Methyleugenol; E-Limonen; F-aromatisches Ceperon; G-α-Pinen; H-Cineol; R-Eudamol).
Insgesamt wurden neun Verbindungen (Diallyldisulfid, Diallyltrisulfid, Eugenol, Methyleugenol, Carvon, Limonen, Eukalyptol, Eudesmol, α-Pinen) als wirksame Verbindungen identifiziert, die die Hauptbestandteile von EO sind, und wurden einzeln in Biotests auf die Wirkung von Aedes aegypti im Larvenstadium getestet. Die Verbindung Eudesmol hatte nach 24-stündiger Einwirkung die höchste larvizide Wirkung mit einem LC50-Wert von 2,25 ppm. Auch bei den Verbindungen Diallyldisulfid und Diallyltrisulfid wurde eine potenzielle larvizide Wirkung festgestellt, mit mittleren subletalen Dosen im Bereich von 10 bis 20 ppm. Eine mäßige larvizide Wirkung wurde erneut bei den Verbindungen Eugenol, Limonen und Eukalyptol mit LC50-Werten von 63,35 ppm bzw. 139,29 ppm beobachtet. bzw. 181,33 ppm nach 24 Stunden (Tabelle 3). Allerdings wurde selbst bei den höchsten Dosen kein signifikantes larvizides Potenzial von Methyleugenol und Carvon festgestellt, sodass keine LC50-Werte berechnet wurden (Tabelle 3). Das synthetische Larvizid Temephos hatte eine mittlere letale Konzentration von 0,43 ppm gegen Aedes aegypti über 24 Stunden Exposition (Tabelle 3, Zusatztabelle 6).
Sieben Verbindungen (Diallyldisulfid, Diallyltrisulfid, Eukalyptol, α-Pinen, Eudesmol, Limonen und Carvon) wurden als die wichtigsten Verbindungen wirksamer ätherischer Öle identifiziert und einzeln an erwachsenen Ägyptischen Aedes-Mücken getestet. Laut Probit-Regressionsanalyse hatte Eudesmol mit einem LC50-Wert von 1,82 ppm das höchste Potenzial, gefolgt von Eukalyptol mit einem LC50-Wert von 17,60 ppm bei einer Expositionszeit von 24 Stunden. Die übrigen fünf getesteten Verbindungen waren für Erwachsene mäßig schädlich mit LC50-Werten zwischen 140,79 und 737,01 ppm (Tabelle 3). Das synthetische Organophosphor-Malathion war weniger wirksam als Eudesmol und wirksamer als die anderen sechs Verbindungen, mit einem LC50-Wert von 5,44 ppm über den 24-stündigen Expositionszeitraum (Tabelle 3, Zusatztabelle 6).
Sieben wirksame Leitsubstanzen und das Organophosphor-Tamephosat wurden ausgewählt, um binäre Kombinationen ihrer LC50-Dosen im Verhältnis 1:1 zu formulieren. Insgesamt wurden 28 binäre Kombinationen hergestellt und auf ihre larvizide Wirksamkeit gegen Aedes aegypti getestet. Neun Kombinationen erwiesen sich als synergistisch, 14 Kombinationen waren antagonistisch und fünf Kombinationen waren nicht larvizid. Unter den synergistischen Kombinationen war die Kombination aus Diallyldisulfid und Temofol mit einer beobachteten Mortalität von 100 % nach 24 Stunden am wirksamsten (Tabelle 4). Ebenso zeigten Mischungen aus Limonen mit Diallyldisulfid und Eugenol mit Thymetphos ein gutes Potenzial mit einer beobachteten Larvenmortalität von 98,3 % (Tabelle 5). Die verbleibenden vier Kombinationen, nämlich Eudesmol plus Eukalyptol, Eudesmol plus Limonen, Eukalyptol plus Alpha-Pinen, Alpha-Pinen plus Temephos, zeigten ebenfalls eine signifikante larvizide Wirksamkeit mit beobachteten Mortalitätsraten von über 90 %. Die erwartete Mortalitätsrate liegt bei 60–75 % (Tabelle 4). Die Kombination von Limonen mit α-Pinen oder Eukalyptus zeigte jedoch antagonistische Reaktionen. Ebenso wurde festgestellt, dass Mischungen von Temephos mit Eugenol oder Eukalyptus oder Eudesmol oder Diallyltrisulfid antagonistische Wirkungen haben. Ebenso sind die Kombination von Diallyldisulfid und Diallyltrisulfid und die Kombination einer dieser Verbindungen mit Eudesmol oder Eugenol in ihrer larviziden Wirkung antagonistisch. Auch bei der Kombination von Eudesmol mit Eugenol oder α-Pinen wurde über Antagonismus berichtet.
Von allen 28 auf Säureaktivität bei adulten Tieren getesteten binären Mischungen waren 7 Kombinationen synergistisch, 6 blieben wirkungslos und 15 antagonistisch. Mischungen aus Eudesmol und Eukalyptus sowie Limonen und Carvon erwiesen sich als wirksamer als andere synergistische Kombinationen; die Mortalitätsraten nach 24 Stunden betrugen 76 % bzw. 100 % (Tabelle 5). Es wurde beobachtet, dass Malathion mit allen Kombinationen von Verbindungen außer Limonen und Diallyltrisulfid eine synergistische Wirkung zeigt. Andererseits wurde ein Antagonismus zwischen Diallyldisulfid und Diallyltrisulfid und der Kombination eines dieser Stoffe mit Eukalyptus, Eukalyptol, Carvon oder Limonen festgestellt. Ebenso zeigten Kombinationen von α-Pinen mit Eudesmol oder Limonen, Eukalyptol mit Carvon oder Limonen sowie Limonen mit Eudesmol oder Malathion antagonistische larvizide Effekte. Bei den übrigen sechs Kombinationen gab es keinen signifikanten Unterschied zwischen der erwarteten und der beobachteten Mortalität (Tabelle 5).
Auf der Grundlage synergistischer Effekte und subletaler Dosen wurde schließlich ihre larvizide Toxizität gegen eine große Zahl von Aedes aegypti-Mücken ausgewählt und weiter getestet. Die Ergebnisse zeigten, dass die beobachtete Larvensterblichkeit bei Verwendung der binären Kombinationen Eugenol-Limonen, Diallyldisulfid-Limonen und Diallyldisulfid-Timephos 100 % betrug, während die erwartete Larvensterblichkeit 76,48 %, 72,16 % bzw. 63,4 % betrug (Tabelle 6). Die Kombination aus Limonen und Eudesmol war relativ weniger wirksam; hier wurde über den 24-stündigen Expositionszeitraum eine Larvensterblichkeit von 88 % beobachtet (Tabelle 6). Zusammenfassend zeigten die vier ausgewählten binären Kombinationen auch bei großflächiger Anwendung synergistische larvizide Wirkungen gegen Aedes aegypti (Tabelle 6).
Für den adultoziden Bioassay zur Kontrolle großer Populationen adulter Aedes aegypti wurden drei synergistische Kombinationen ausgewählt. Um die Kombinationen für den Test an großen Insektenkolonien auszuwählen, konzentrierten wir uns zunächst auf die beiden synergistischsten Terpenkombinationen Carvon plus Limonen und Eukalyptol plus Eudesmol. Anschließend wurde die synergistischste Kombination aus dem synthetischen Organophosphat Malathion und Terpenoiden ausgewählt. Wir glauben, dass die Kombination aus Malathion und Eudesmol aufgrund der höchsten beobachteten Mortalität und der sehr niedrigen LC50-Werte der Kandidatenbestandteile die beste Kombination für Tests an großen Insektenkolonien ist. Malathion zeigt Synergismus in Kombination mit α-Pinen, Diallyldisulfid, Eukalyptus, Carvon und Eudesmol. Betrachtet man jedoch die LC50-Werte, hat Eudesmol den niedrigsten Wert (2,25 ppm). Die berechneten LC50-Werte von Malathion, α-Pinen, Diallyldisulfid, Eukalyptol und Carvon betrugen 5,4, 716,55, 166,02, 17,6 bzw. 140,79 ppm. Diese Werte weisen darauf hin, dass die Kombination von Malathion und Eudesmol hinsichtlich der Dosierung die optimale Kombination ist. Die Ergebnisse zeigten, dass die Kombinationen von Carvon plus Limonen und Eudesmol plus Malathion eine beobachtete Mortalität von 100 % aufwiesen, verglichen mit einer erwarteten Mortalität von 61 % bis 65 %. Eine andere Kombination, Eudesmol plus Eukalyptol, zeigte nach 24-stündiger Exposition eine Mortalitätsrate von 78,66 %, verglichen mit einer erwarteten Mortalitätsrate von 60 %. Alle drei ausgewählten Kombinationen zeigten synergistische Effekte, selbst wenn sie in großem Maßstab gegen erwachsene Aedes aegypti angewendet wurden (Tabelle 6).
In dieser Studie zeigten ausgewählte pflanzliche ätherische Öle wie Mp, As, Os, Em und Cl vielversprechende letale Wirkungen auf die Larven und adulten Stadien von Aedes aegypti. Mp-Ätherisches Öl hatte die höchste larvizide Wirkung mit einem LC50-Wert von 0,42 ppm, gefolgt von As-, Os- und Em-Ätherischen Ölen mit einem LC50-Wert von weniger als 50 ppm nach 24 Stunden. Diese Ergebnisse stimmen mit früheren Studien an Mücken und anderen Zweiflüglern überein10,11,12,13,14. Obwohl die larvizide Wirksamkeit von Cl mit einem LC50-Wert von 163,65 ppm nach 24 Stunden geringer ist als die anderer ätherischer Öle, ist sein Potenzial im adulten Stadium mit einem LC50-Wert von 23,37 ppm nach 24 Stunden am höchsten. Mp-, As- und Em-EOs zeigten ebenfalls ein gutes allergizides Potenzial mit LC50-Werten im Bereich von 100–120 ppm bei 24-stündiger Exposition, waren aber relativ geringer als ihre larvizide Wirksamkeit. Andererseits zeigten EO Os selbst bei der höchsten therapeutischen Dosis eine vernachlässigbare allergizide Wirkung. Somit deuten die Ergebnisse darauf hin, dass die Toxizität von Ethylenoxid für Pflanzen je nach Entwicklungsstadium der Mücke variieren kann15. Sie hängt auch von der Penetrationsrate der EOs in den Körper des Insekts, ihrer Interaktion mit spezifischen Zielenzymen und der Entgiftungskapazität der Mücke in jedem Entwicklungsstadium ab16. Zahlreiche Studien haben gezeigt, dass die Hauptkomponentenverbindung ein wichtiger Faktor für die biologische Aktivität von Ethylenoxid ist, da sie den Großteil aller Verbindungen ausmacht3,12,17,18. Deshalb haben wir in jedem EO zwei Hauptverbindungen berücksichtigt. Basierend auf den GC-MS-Ergebnissen wurden Diallyldisulfid und Diallyltrisulfid als Hauptverbindungen von EO As identifiziert, was mit vorherigen Berichten übereinstimmt19,20,21. Obwohl vorherige Berichte darauf hinwiesen, dass Menthol eine der Hauptverbindungen ist, wurden Carvon und Limonen erneut als Hauptverbindungen von Mp EO identifiziert22,23. Das Zusammensetzungsprofil von Os EO zeigte, dass Eugenol und Methyleugenol die Hauptverbindungen sind, was den Ergebnissen früherer Forscher ähnelt16,24. Eukalyptol und Eukalyptol wurden als die Hauptverbindungen in Em-Blattöl gemeldet, was mit den Ergebnissen einiger Forscher übereinstimmt25,26, aber den Ergebnissen von Olalade et al. widerspricht27. Die Dominanz von Cineol und α-Pinen wurde in ätherischem Melaleucaöl beobachtet, was früheren Studien ähnelt28,29. Es wurde über intraspezifische Unterschiede in Zusammensetzung und Konzentration ätherischer Öle berichtet, die aus derselben Pflanzenart an unterschiedlichen Standorten extrahiert wurden, und diese wurden auch in dieser Studie beobachtet. Diese Unterschiede werden von den geografischen Wachstumsbedingungen der Pflanzen, dem Erntezeitpunkt, dem Entwicklungsstadium oder dem Alter der Pflanzen, dem Auftreten von Chemotypen usw. beeinflusst. 22,30,31,32. Die identifizierten Schlüsselverbindungen wurden dann gekauft und auf ihre larvizide Wirkung und ihre Wirkung auf erwachsene Aedes aegypti-Mücken getestet. Die Ergebnisse zeigten, dass die larvizide Aktivität von Diallyldisulfid mit der von rohem EO As vergleichbar war. Die Aktivität von Diallyltrisulfid ist jedoch höher als die von EO As. Diese Ergebnisse ähneln denen, die von Kimbaris et al. 33 an Culex philippines erzielt wurden. Diese beiden Verbindungen zeigten jedoch keine gute autozide Aktivität gegen die Zielmücken, was mit den Ergebnissen von Plata-Rueda et al. 34 an Tenebrio molitor übereinstimmt. Os EO ist gegen das Larvenstadium von Aedes aegypti wirksam, nicht jedoch gegen das erwachsene Stadium. Es wurde festgestellt, dass die larvizide Aktivität der einzelnen Hauptverbindungen geringer ist als die von rohem Os EO. Dies impliziert eine Rolle anderer Verbindungen und ihrer Wechselwirkungen in rohem Ethylenoxid. Methyleugenol allein hat eine vernachlässigbare Aktivität, während Eugenol allein eine mäßige larvizide Aktivität aufweist. Diese Schlussfolgerung bestätigt einerseits35,36 und widerspricht andererseits den Schlussfolgerungen früherer Forscher37,38. Unterschiede in den funktionellen Gruppen von Eugenol und Methyleugenol können zu unterschiedlicher Toxizität gegenüber demselben Zielinsekt führen39. Limonen hatte eine mäßige larvizide Aktivität, während die Wirkung von Carvon unbedeutend war. Ebenso stützen die relativ geringe Toxizität von Limonen gegenüber erwachsenen Insekten und die hohe Toxizität von Carvon die Ergebnisse einiger früherer Studien40, widersprechen jedoch anderen41. Das Vorhandensein von Doppelbindungen an sowohl intrazyklischen als auch exozyklischen Positionen kann den Nutzen dieser Verbindungen als Larvizide erhöhen3,41, während Carvon, ein Keton mit ungesättigten Alpha- und Beta-Kohlenstoffen, ein höheres Toxizitätspotenzial bei Erwachsenen aufweisen kann42. Die individuellen Eigenschaften von Limonen und Carvon sind jedoch viel geringer als die des gesamten EO Mp (Tabelle 1, Tabelle 3). Unter den getesteten Terpenoiden erwies sich Eudesmol mit einem LC50-Wert unter 2,5 ppm als die höchste larvizide und adulte Aktivität, was es zu einer vielversprechenden Verbindung zur Kontrolle von Aedes-Mücken macht. Seine Leistung ist besser als die des gesamten EO Em, obwohl dies nicht mit den Ergebnissen von Cheng et al. übereinstimmt40. Eudesmol ist ein Sesquiterpen mit zwei Isopreneinheiten, das weniger flüchtig ist als sauerstoffhaltige Monoterpene wie Eukalyptus und daher ein größeres Potenzial als Pestizid besitzt. Eukalyptol selbst hat eine stärkere Wirkung auf adulte als auf larvizide Insekten, was durch Ergebnisse früherer Studien sowohl gestützt als auch widerlegt wird37,43,44. Die Aktivität allein ist fast vergleichbar mit der des gesamten EO Cl. Ein anderes bizyklisches Monoterpen, α-Pinen, hat eine weniger starke Wirkung auf adulte Insekten als auf larvizide Insekten, was das Gegenteil der Wirkung des gesamten EO Cl ist. Die allgemeine insektizide Aktivität von Terpenoiden wird von ihrer Lipophilie, Flüchtigkeit, Kohlenstoffverzweigung, Projektionsfläche, Oberfläche, ihren funktionellen Gruppen und deren Positionen beeinflusst45,46. Diese Verbindungen können wirken, indem sie Zellansammlungen zerstören, die Atmungsaktivität blockieren, die Übertragung von Nervenimpulsen unterbrechen usw. 47 Das synthetische Organophosphat Temephos hat mit einem LC50-Wert von 0,43 ppm die höchste larvizide Aktivität, was mit den Daten von Lek-Utala übereinstimmt48. Die Aktivität des synthetischen Organophosphor-Malathions bei adulten Mücken wurde mit 5,44 ppm angegeben. Obwohl diese beiden Organophosphate positive Reaktionen gegen Laborstämme von Aedes aegypti zeigten, wurde in verschiedenen Teilen der Welt über Resistenzen bei Mücken gegen diese Verbindungen berichtet49. Es liegen jedoch keine vergleichbaren Berichte über die Entwicklung von Resistenzen gegen pflanzliche Arzneimittel vor50. Daher gelten pflanzliche Mittel in Vektorkontrollprogrammen als mögliche Alternativen zu chemischen Pestiziden.
Die larvizide Wirkung wurde an 28 binären Kombinationen (1:1) aus potenten Terpenoiden und Terpenoiden mit Thymetphos getestet. 9 Kombinationen erwiesen sich als synergistisch, 14 als antagonistisch und 5 als antagonistisch. Keine Wirkung. Im Wirksamkeits-Bioassay an adulten Tieren erwiesen sich hingegen 7 Kombinationen als synergistisch, 15 als antagonistisch und 6 Kombinationen als wirkungslos. Der synergistische Effekt bestimmter Kombinationen kann an der gleichzeitigen Interaktion der Kandidatenverbindungen in verschiedenen wichtigen Stoffwechselwegen oder an der sequentiellen Hemmung verschiedener Schlüsselenzyme eines bestimmten biologischen Stoffwechselwegs liegen51. Die Kombination von Limonen mit Diallyldisulfid, Eukalyptus oder Eugenol erwies sich sowohl bei kleinen als auch bei großen Anwendungen als synergistisch (Tabelle 6), während die Kombination mit Eukalyptus oder α-Pinen antagonistische Effekte auf Larven hatte. Im Durchschnitt scheint Limonen ein guter Synergist zu sein, möglicherweise aufgrund der vorhandenen Methylgruppen, der guten Penetration in die Hornschicht und eines anderen Wirkungsmechanismus52,53. Es wurde bereits berichtet, dass Limonen toxische Wirkungen haben kann, indem es in die Nagelhaut von Insekten eindringt (Kontakttoxizität), das Verdauungssystem beeinträchtigt (Fraßverhinderer) oder die Atemwege beeinträchtigt (Begasungswirkung)54, während Phenylpropanoide wie Eugenol Stoffwechselenzyme beeinträchtigen können55. Kombinationen von Verbindungen mit unterschiedlichen Wirkungsmechanismen können daher die insgesamt tödliche Wirkung der Mischung erhöhen. Eukalyptol erwies sich als synergistisch mit Diallyldisulfid, Eukalyptus oder α-Pinen, andere Kombinationen mit anderen Verbindungen waren jedoch entweder nicht larvizid oder antagonistisch. Frühe Studien zeigten, dass Eukalyptol eine hemmende Wirkung auf Acetylcholinesterase (AChE) sowie Octaamin- und GABA-Rezeptoren hat56. Da zyklische Monoterpene, Eukalyptol, Eugenol usw. möglicherweise denselben Wirkmechanismus wie ihre neurotoxische Aktivität haben, 57 werden ihre kombinierten Wirkungen durch gegenseitige Hemmung minimiert. Ebenso erwies sich die Kombination von Temephos mit Diallyldisulfid, α-Pinen und Limonen als synergistisch, was frühere Berichte über eine synergistische Wirkung zwischen pflanzlichen Produkten und synthetischen Organophosphaten unterstützt58.
Die Kombination von Eudesmol und Eukalyptol zeigte eine synergistische Wirkung auf die Larven- und Adultstadien von Aedes aegypti, möglicherweise aufgrund ihrer unterschiedlichen Wirkungsweisen aufgrund ihrer unterschiedlichen chemischen Strukturen. Eudesmol (ein Sesquiterpen) kann die Atemwege beeinträchtigen 59 und Eukalyptol (ein Monoterpen) kann die Acetylcholinesterase beeinträchtigen 60. Die gleichzeitige Exposition der Inhaltsstoffe an zwei oder mehr Zielstellen kann die insgesamt tödliche Wirkung der Kombination verstärken. In Bioassays mit adulten Substanzen erwies sich Malathion als synergistisch mit Carvon oder Eukalyptol oder Diallyldisulfid oder α-Pinen, was darauf hindeutet, dass es mit der Zugabe von Limonen und Di synergistisch wirkt. Gute synergistische Allerzidkandidaten für das gesamte Portfolio der Terpenverbindungen, mit Ausnahme von Allyltrisulfid. Thangam und Kathiresan61 berichteten ebenfalls über ähnliche Ergebnisse der synergistischen Wirkung von Malathion mit Kräuterextrakten. Diese synergistische Reaktion könnte auf die kombinierte toxische Wirkung von Malathion und Phytochemikalien auf entgiftende Enzyme von Insekten zurückzuführen sein. Organophosphate wie Malathion wirken im Allgemeinen durch die Hemmung von Cytochrom-P450-Esterasen und Monooxygenasen62,63,64. Daher könnte die Kombination von Malathion mit diesen Wirkmechanismen und Terpenen mit anderen Wirkmechanismen die tödliche Wirkung auf Mücken insgesamt verstärken.
Andererseits weist Antagonismus darauf hin, dass die ausgewählten Verbindungen in Kombination weniger wirksam sind als jede Verbindung allein. Der Grund für Antagonismus in einigen Kombinationen kann sein, dass eine Verbindung das Verhalten der anderen Verbindung modifiziert, indem sie die Absorptions-, Verteilungs-, Stoffwechsel- oder Ausscheidungsrate verändert. Frühe Forscher betrachteten dies als Ursache für Antagonismus in Arzneimittelkombinationen. Moleküle Möglicher Mechanismus 65. Ebenso können mögliche Ursachen für Antagonismus mit ähnlichen Wirkmechanismen oder der Konkurrenz der Bestandteile um denselben Rezeptor oder Zielort zusammenhängen. In einigen Fällen kann auch eine nicht-kompetitive Hemmung des Zielproteins auftreten. In dieser Studie zeigten zwei Organoschwefelverbindungen, Diallyldisulfid und Diallyltrisulfid, antagonistische Wirkungen, möglicherweise aufgrund der Konkurrenz um denselben Zielort. Ebenso zeigten diese beiden Schwefelverbindungen antagonistische Wirkungen und waren wirkungslos, wenn sie mit Eudesmol und α-Pinen kombiniert wurden. Eudesmol und α-Pinen sind zyklischer Natur, während Diallyldisulfid und Diallyltrisulfid aliphatischer Natur sind. Basierend auf der chemischen Struktur sollte die Kombination dieser Verbindungen die letale Gesamtaktivität erhöhen, da ihre Zielstellen normalerweise unterschiedlich sind34,47, aber experimentell stellten wir einen Antagonismus fest, der auf die Rolle dieser Verbindungen in einigen unbekannten Organismen in vivo zurückzuführen sein könnte. Systeme als Ergebnis einer Interaktion. Ebenso rief die Kombination von Cineol und α-Pinen antagonistische Reaktionen hervor, obwohl Forscher zuvor berichteten, dass die beiden Verbindungen unterschiedliche Wirkziele haben47,60. Da es sich bei beiden Verbindungen um zyklische Monoterpene handelt, gibt es möglicherweise einige gemeinsame Zielstellen, die um die Bindung konkurrieren und die Gesamttoxizität der untersuchten kombinatorischen Paare beeinflussen.
Basierend auf LC50-Werten und beobachteter Mortalität wurden die beiden besten synergistischen Terpenkombinationen ausgewählt, nämlich die Paare Carvon + Limonen und Eukalyptol + Eudesmol sowie das synthetische Organophosphor-Malathion mit Terpenen. Die optimale synergistische Kombination von Malathion + Eudesmol-Verbindungen wurde in einem Bioassay mit adulten Insektiziden getestet. Ziel war es, große Insektenkolonien anzuvisieren, um zu bestätigen, ob diese wirksamen Kombinationen gegen eine große Anzahl von Individuen über relativ große Expositionsflächen hinweg wirken können. Alle diese Kombinationen zeigen eine synergistische Wirkung gegen große Insektenschwärme. Ähnliche Ergebnisse wurden für eine optimale synergistische larvizide Kombination erhalten, die gegen große Populationen von Aedes aegypti-Larven getestet wurde. Somit kann gesagt werden, dass die wirksame synergistische larvizide und adultizide Kombination von pflanzlichen EO-Verbindungen ein starker Kandidat gegen bestehende synthetische Chemikalien ist und weiterhin zur Kontrolle von Aedes aegypti-Populationen eingesetzt werden kann. Ebenso können wirksame Kombinationen synthetischer Larvizide oder Adultizide mit Terpenen eingesetzt werden, um die den Mücken verabreichten Thymetphos- oder Malathion-Dosen zu reduzieren. Diese wirksamen synergistischen Kombinationen könnten Lösungen für zukünftige Studien zur Entwicklung von Arzneimittelresistenzen bei Aedes-Mücken bieten.
Eier von Aedes aegypti wurden im Regional Medical Research Centre, Dibrugarh, Indian Council of Medical Research gesammelt und bei kontrollierter Temperatur (28 ± 1 °C) und Luftfeuchtigkeit (85 ± 5 %) im Department of Zoology der Gauhati University unter den folgenden Bedingungen aufbewahrt: Arivoli wurden et al. beschrieben. Nach dem Schlüpfen wurden die Larven mit Larvenfutter (Hundekuchenpulver und Hefe im Verhältnis 3:1) gefüttert und die erwachsenen Tiere mit einer 10 %igen Glucoselösung. Ab dem dritten Tag nach dem Schlüpfen durften erwachsene weibliche Mücken das Blut von Albinoratten saugen. Weichen Sie Filterpapier in einem Glas in Wasser ein und legen Sie es in den Eierablagekäfig.
Ausgewählte Pflanzenproben, nämlich Eukalyptusblätter (Myrtaceae), Indisches Basilikum (Lamiaceae), Minze (Lamiaceae), Melaleuca (Myrtaceae) und Alliumzwiebeln (Amaryllidaceae). Gesammelt in Guwahati und identifiziert von der Botanischen Fakultät der Universität Gauhati. Die gesammelten Pflanzenproben (500 g) wurden 6 Stunden lang einer Hydrodestillation mit einem Clevenger-Gerät unterzogen. Das extrahierte ätherische Öl wurde in sauberen Glasfläschchen gesammelt und für weitere Untersuchungen bei 4 °C gelagert.
Die larvizide Toxizität wurde anhand leicht modifizierter Standardverfahren der Weltgesundheitsorganisation untersucht 67 . DMSO wurde als Emulgator verwendet. Jede EO-Konzentration wurde zunächst bei 100 und 1000 ppm getestet, wobei in jedem Replikat 20 Larven exponiert wurden. Basierend auf den Ergebnissen wurde ein Konzentrationsbereich angewendet und die Mortalität von 1 Stunde bis 6 Stunden (in 1-Stunden-Intervallen) sowie 24 Stunden, 48 Stunden und 72 Stunden nach der Behandlung aufgezeichnet. Subletale Konzentrationen (LC50) wurden nach 24, 48 und 72 Stunden Exposition bestimmt. Jede Konzentration wurde dreifach zusammen mit einer Negativkontrolle (nur Wasser) und einer Positivkontrolle (DMSO-behandeltes Wasser) getestet. Falls es zur Verpuppung kommt und mehr als 10 % der Larven der Kontrollgruppe sterben, wird das Experiment wiederholt. Falls die Mortalitätsrate in der Kontrollgruppe zwischen 5 und 10 % liegt, verwenden Sie die Abbott-Korrekturformel 68.
Die von Ramar et al. 69 beschriebene Methode wurde für einen Bioassay gegen erwachsene Aedes aegypti unter Verwendung von Aceton als Lösungsmittel verwendet. Jedes EO wurde zunächst an erwachsenen Aedes aegypti-Mücken in Konzentrationen von 100 und 1000 ppm getestet. 2 ml jeder zubereiteten Lösung auf das Whatman-Papier geben. 1 Stück Filterpapier (Größe 12 x 15 cm2) und das Aceton 10 Minuten verdunsten lassen. Als Kontrolle wurde nur mit 2 ml Aceton behandeltes Filterpapier verwendet. Nachdem das Aceton verdunstet ist, werden das behandelte Filterpapier und das Kontrollfilterpapier in ein zylindrisches Röhrchen (10 cm tief) gegeben. Zehn 3 bis 4 Tage alte, nicht blutsaugende Mücken wurden in Dreifachproben jeder Konzentration überführt. Basierend auf den Ergebnissen der Vortests wurden verschiedene Konzentrationen ausgewählter Öle getestet. Die Mortalität wurde 1 Stunde, 2 Stunden, 3 Stunden, 4 Stunden, 5 Stunden, 6 Stunden, 24 Stunden, 48 Stunden und 72 Stunden nach der Mückenfreisetzung erfasst. Berechnen Sie die LC50-Werte für Expositionszeiten von 24 Stunden, 48 Stunden und 72 Stunden. Wenn die Mortalitätsrate der Kontrollgruppe 20 % übersteigt, wiederholen Sie den gesamten Test. Wenn die Mortalitätsrate in der Kontrollgruppe über 5 % liegt, korrigieren Sie die Ergebnisse für die behandelten Proben mit Abbotts Formel68.
Zur Analyse der Inhaltsstoffe der ausgewählten ätherischen Öle wurden Gaschromatographie (Agilent 7890A) und Massenspektrometrie (Accu TOF GCv, Jeol) durchgeführt. Der GC war mit einem FID-Detektor und einer Kapillarsäule (HP5-MS) ausgestattet. Das Trägergas war Helium, die Flussrate betrug 1 ml/min. Das GC-Programm setzt für Allium sativum 10:80-1M-8-220-5M-8-270-9M und für Ocimum Sainttum 10:80-3M-8-200-3M-10-275-1M-5 – 280, für Minze 10:80-1M-8-200-5M-8-275-1M-5-280, für Eukalyptus 20:60-1M-10-200-3M-30-280 und für Rot Tausend Schichten sind es 10:60-1M-8-220-5M-8-270-3M.
Die Hauptverbindungen jedes EO wurden anhand des aus den Ergebnissen des GC-Chromatogramms und der Massenspektrometrie berechneten Flächenprozentsatzes identifiziert (unter Bezugnahme auf die NIST 70-Standarddatenbank).
Die beiden Hauptbestandteile jedes EO wurden anhand von GC-MS-Ergebnissen ausgewählt und für weitere Biotests mit einer Reinheit von 98–99 % von Sigma-Aldrich erworben. Die Verbindungen wurden wie oben beschrieben auf ihre larvizide und adulte Wirksamkeit gegen Aedes aegypti getestet. Die am häufigsten verwendeten synthetischen Larvizide Tamephosat (Sigma Aldrich) und das Adultarzneimittel Malathion (Sigma Aldrich) wurden analysiert, um ihre Wirksamkeit mit ausgewählten EO-Verbindungen nach dem gleichen Verfahren zu vergleichen.
Binäre Mischungen ausgewählter Terpenverbindungen und Terpenverbindungen plus handelsüblicher Organophosphate (Tilephos und Malathion) wurden durch Mischen der LC50-Dosis jeder Kandidatenverbindung im Verhältnis 1:1 hergestellt. Die hergestellten Kombinationen wurden wie oben beschrieben an Larven und adulten Insekten von Aedes aegypti getestet. Jeder Bioassay wurde für jede Kombination dreifach und für die einzelnen in jeder Kombination enthaltenen Verbindungen dreifach durchgeführt. Der Tod der Zielinsekten wurde nach 24 Stunden dokumentiert. Berechnen Sie die erwartete Mortalitätsrate für eine binäre Mischung mit der folgenden Formel.
wobei E = erwartete Sterblichkeitsrate von Aedes aegypti-Mücken als Reaktion auf eine binäre Kombination, d. h. Verbindung (A + B).
Die Wirkung jeder binären Mischung wurde anhand des mit der von Pavla52 beschriebenen Methode berechneten χ2-Werts als synergistisch, antagonistisch oder wirkungslos gekennzeichnet. Berechnen Sie den χ2-Wert für jede Kombination mit der folgenden Formel.
Die Wirkung einer Kombination wurde als synergistisch definiert, wenn der berechnete χ2-Wert größer war als der Tabellenwert für die entsprechenden Freiheitsgrade (95%-Konfidenzintervall) und die beobachtete Mortalität die erwartete Mortalität übertraf. Ebenso gilt: Wenn der berechnete χ2-Wert für eine beliebige Kombination den Tabellenwert mit einigen Freiheitsgraden überschreitet, die beobachtete Mortalität jedoch niedriger ist als die erwartete Mortalität, gilt die Behandlung als antagonistisch. Und wenn in einer beliebigen Kombination der berechnete χ2-Wert in den entsprechenden Freiheitsgraden kleiner ist als der Tabellenwert, gilt die Kombination als wirkungslos.
Drei bis vier potenziell synergistische Kombinationen (100 Larven und 50 mit larvizider und adulter Aktivität) wurden zum Testen an einer großen Zahl von Insekten ausgewählt. Bei adulten Tieren gehen Sie wie oben vor. Neben den Mischungen wurden auch einzelne in den ausgewählten Mischungen vorhandene Verbindungen an einer gleichen Zahl von Larven und adulten Tieren von Aedes aegypti getestet. Das Kombinationsverhältnis beträgt einen Teil LC50-Dosis einer Kandidatenverbindung und einen Teil LC50-Dosis der anderen Bestandteilverbindung. Im Bioassay zur Aktivität adulter Tiere wurden ausgewählte Verbindungen in Aceton als Lösungsmittel gelöst und auf Filterpapier aufgetragen, das in einen zylindrischen Plastikbehälter mit 1300 cm3 Fassungsvermögen eingewickelt war. Das Aceton wurde 10 Minuten lang verdampft und die adulten Tiere wurden freigelassen. Auf ähnliche Weise wurden im Bioassay zur larviziden Wirkung Dosen von LC50-Kandidatenverbindungen zunächst in gleichen Mengen DMSO gelöst und dann mit 1 Liter Wasser gemischt, das in 1300-cm3-Plastikbehältern aufbewahrt wurde, und die Larven wurden freigelassen.
Zur Berechnung der LC50-Werte wurde eine probabilistische Analyse von 71 aufgezeichneten Mortalitätsdaten mit der Software SPSS (Version 16) und Minitab durchgeführt.
Beitragszeit: 01.07.2024