የኩሌክስ ፒፒየን ፓለንስ እጭዎችን ለመቆጣጠር የአዳዲስ ቲዮፌን-ኢሶኩዊኖሊን የኬቶን ሃይብሪዶች ውህደት እና እምቅ ፀረ-ተባዮች ውህደት የኮምፒውተር ሞዴሊንግ።

       በወባ የሚተላለፉ በሽታዎች አሁንም በዓለም አቀፍ ደረጃ አሳሳቢ የጤና ችግር ናቸውእንደ Culex pipiens pallens ያሉ የበሽታ ቬክተሮችን ወደ ባህላዊ ፀረ-ተባይ መድኃኒቶች የመቋቋም አቅም መጨመር ይህንን ችግር የበለጠ ያባብሰዋል። በዚህ ጥናት ውስጥ፣ ተከታታይ አዳዲስ የቲዮፊን-ኢሶኪኖሊንኖን ሃይብሪዶች እንደ እምቅ ላርቪሳይዶች ተቀርፀዋል፣ ተዋህደዋል እና ተገምግመዋል። ከተዋሃዱት ውህዶች መካከል፣ 5f፣ 6 እና 7 ተዋጽኦዎች በቅደም ተከተል 0.3፣ 0.1 እና 1.85 μg/mL እሴቶች ባለው የኩሌክስ ፒፒየንስ ፓለንስ እጭ ላይ ጉልህ የሆነ የላርቪሳይድ እንቅስቃሴ አሳይተዋል። በተለይም፣ አስራ ሁለቱ የቲዮፊን-ኢሶኪኖሊንኖ ተዋጽኦዎች ከማጣቀሻ ኦርጋኖፎስፌት ፀረ-ተባይ ክሎሮፒሪፎስ (LC₅₀ = 293.8 μg/mL) በእጅጉ የላቀ መርዛማነት አሳይተዋል፣ ይህም የእነዚህ ውህዶች ከፍተኛ መርዛማነት ያረጋግጣል። የሚገርመው ነገር፣ ሰው ሰራሽ መካከለኛ 1a (ቲዮፊን ሴሚስተር) ከፍተኛውን አቅም (LC₅₀ = 0.004 μg/mL) አሳይቷል፣ እና እስካሁን ሙሉ በሙሉ ባይመቻችም፣ የእሱ አቅም አሁንም ከሁሉም የመጨረሻ ተዋጽኦዎች ይበልጣል። ሜካኒካል ባዮሎጂካል ጥናቶች ጠንካራ የነርቭ መርዛማነት ምልክቶችን አሳይተዋል፣ ይህም የተዳከመ የኮሊንጂክ ተግባርን ይጠቁማል። ሞለኪውላር ዶክንግ እና ሞለኪውላር ዳይናሚክስ ማስመሰያዎች ይህንን ምልከታ አረጋግጠዋል፣ ከአሲቲልኬሊንስቴሬዝ (AChE) እና ከኒኮቲኒክ አሲቲልኬሊን ተቀባይ (nAChR) ጋር ጠንካራ ልዩ ግንኙነቶችን አሳይተዋል፣ ይህም ሊሆን የሚችል ባለሁለት እርምጃ ዘዴን ይጠቁማል። የጥግግት ተግባራዊ ቲዎሪ (DFT) ስሌቶች የንቁ ውህዶችን ተስማሚ የኤሌክትሮኒክስ ባህሪያትን እና ምላሽ ሰጪነትን የበለጠ አረጋግጠዋል። የዚህ ተከታታይ ውህዶች መዋቅራዊ ልዩነት እና በተከታታይ ከፍተኛ ኃይል የመስቀል-መቋቋም አደጋን ሊቀንስ እና በውህድ ሽክርክር ወይም ጥምረት የመቋቋም አስተዳደር ስልቶችን ሊያመቻች ይችላል። በአጠቃላይ፣ እነዚህ ውጤቶች ቲዮፊን-ኢሶኩዊኖሊን ሃይብሪዶች የነፍሳት ቬክተሮችን የነርቭ ፊዚዮሎጂ መንገዶችን ኢላማ ለማድረግ ለቀጣዩ ትውልድ ላርቪሳይዶች እድገት ተስፋ ሰጪ አማራጭ መሆናቸውን ያመለክታሉ።
ትንኞች ተላላፊ በሽታዎችን ከሚያስከትሉ በጣም ውጤታማ አጓጓዦች መካከል ናቸው፣ የተለያዩ አደገኛ በሽታ አምጪ ተህዋሲያንን ያሰራጫሉ እና ለዓለም አቀፍ የህዝብ ጤና ከፍተኛ ስጋት ይፈጥራሉ። እንደ Culex pipiens፣ Aedes aegypti እና Anopheles gambiae ያሉ ዝርያዎች በተለይ ቫይረሶችን፣ ባክቴሪያዎችን እና ጥገኛ ተህዋሲያንን በማስተላለፍ የሚታወቁ ሲሆን ይህም በየዓመቱ በሚሊዮን የሚቆጠሩ ኢንፌክሽኖችን እና በርካታ ሞትን ያስከትላል። ለምሳሌ፣ Culex pipiens እንደ ዌስት ናይል ቫይረስ እና ሴንት ሉዊስ የኢንሰፍላይትስ ቫይረስ ያሉ የአርቦቫይረሶች ዋና አጓጓዥ እንዲሁም እንደ አቪያን ወባ ያሉ ጥገኛ ተህዋሲያን በሽታዎች ዋና አጓጓዥ ነው። የቅርብ ጊዜ ጥናቶች እንደሚያሳዩት Culex pipiens እንደ ባሲለስ ሴሬውስ እና ስታፊሎኮከስ ዋርዊኪ ያሉ ጎጂ ባክቴሪያዎችን በቫይረስ እና በማስተላለፍ ረገድ ከፍተኛ ሚና ይጫወታል፣ እነዚህም ምግብን ያበላሻሉ እና የህዝብ ጤና ችግሮችን ያባብሳሉ። ትንኞች ለቁጥጥር ዘዴዎች ያላቸው ከፍተኛ የመላመድ ችሎታ፣ የመትረፍ አቅም እና የመቋቋም ችሎታ ለመቆጣጠር አስቸጋሪ ያደርጋቸዋል እና የማያቋርጥ ስጋት ይፈጥራሉ።
የኬሚካል ፀረ-ተባዮች ትንኞችን ለመቆጣጠር ቁልፍ መሳሪያ ናቸው፣ በተለይም በወባ ትንኝ ወረርሽኝ ወቅት። የተለያዩ ፀረ-ተባዮች ዓይነቶች፣ ፒሬትሮይድስ፣ ኦርጋኖፎስፌትስ እና ካርባሜትስን ጨምሮ፣ የትንኞችን ቁጥር እና የበሽታ ስርጭትን ለመቀነስ በስፋት ጥቅም ላይ ይውላሉ። ሆኖም፣ የእነዚህ ኬሚካሎች በስፋት እና ለረጅም ጊዜ ጥቅም ላይ መዋል ለከባድ የአካባቢ እና የህዝብ ጤና ስጋቶች ምክንያት ሆኗል፣ ይህም የስነ-ምህዳር መስተጓጎል፣ ኢላማ ባልሆኑ ዝርያዎች ላይ ጎጂ ውጤቶች እና በወባ ትንኞች ህዝብ ላይ የፀረ-ተባዮች መቋቋም ፈጣን እድገትን ያካትታል።^{11፣12፣13፣14}ይህ የመቋቋም አቅም የብዙ ባህላዊ ፀረ-ተባይ መድኃኒቶችን ውጤታማነት በእጅጉ ይቀንሳል፣ እነዚህን እየተሻሻሉ ያሉ ስጋቶችን በብቃት ለመቋቋም አዳዲስ የአሠራር ዘዴዎችን በመጠቀም አዳዲስ የኬሚካል መፍትሄዎችን አጣዳፊ አስፈላጊነት ያጎላል።^{11፣12፣13፣14}እነዚህን ከባድ ተግዳሮቶች ለመፍታት ተመራማሪዎች እንደ ባዮኮንትሮል፣ የጄኔቲክ ምህንድስና እና የተቀናጀ የቬክተር አስተዳደር (IVM) ያሉ አማራጭ ስልቶችን እየተጠቀሙ ነው። እነዚህ አቀራረቦች ዘላቂ እና የረጅም ጊዜ የወባ ትንኝ ቁጥጥር ተስፋን ያሳያሉ። ሆኖም ግን፣ በወረርሽኝ እና በአደጋ ጊዜ፣ የኬሚካል ዘዴዎች ለፈጣን ምላሽ ወሳኝ ሆነው ይቆያሉ።
ኢሶኪኖሊን አልካሎይድ በእፅዋት ግዛት ውስጥ በስፋት የተከፋፈሉ አስፈላጊ ናይትሮጅን የያዙ ሄትሮሳይክሊክ ውህዶች ሲሆኑ፣ ከእነዚህም መካከል እንደ አማሪሊድሴያ፣ ሩቢሴያ፣ ማግኖሊሴያ፣ ፓፓቬሬሴያ፣ በርቤሪድሴያ እና ሜኒስፐርሜሴያ ያሉ ቤተሰቦች ይገኙበታል።30 ቀደም ሲል የተደረጉ ጥናቶች እንደሚያሳዩት ኢሶኪኖሊን አልካሎይድ የተለያዩ ባዮሎጂያዊ ተግባራት እና መዋቅራዊ ባህሪያት አሏቸው፣ ከእነዚህም ውስጥ ፀረ-ተባይ፣ ፀረ-የስኳር በሽታ፣ ፀረ-ቲሞር፣ ፀረ-ፈንገስ፣ ፀረ-ብግነት፣ ፀረ-ባክቴሪያ፣ ፀረ-ተባይ፣ ፀረ-ተባይ፣ ፀረ-ቫይረስ እና የነርቭ መከላከያ ውጤቶች ይገኙበታል።
በዚህ ጥናት ውስጥ፣ የሁሉም ውህዶች χ² እሴቶች ከወሳኝ ገደብ በታች ነበሩ፣ እና የp እሴቶች ከ0.05 በላይ ነበሩ። እነዚህ ውጤቶች የLC₅₀ ግምቶችን አስተማማኝነት ያረጋግጣሉ እና የፕሮባቢሊቲ ሪግሬሽን የታየውን የመጠን-ምላሽ ግንኙነት በብቃት ሊገልጽ እንደሚችል ያሳያሉ። ስለዚህ፣ በጣም ንቁ በሆነው ውህድ (1a) ላይ ተመስርተው የተሰሉ የLC₅₀ እሴቶች እና የመርዛማነት ኢንዴክሶች (TIs) በጣም አስተማማኝ እና መርዛማ ውጤቶችን ለማነፃፀር ተስማሚ ናቸው።
አዲስ የተዋሃዱ የቲዮፌን-ኢሶኩዊኖሊን ተዋጽኦዎችን እና ቅድመ-ቅጥራቸው 1a በሁለት ቁልፍ የትንኝ የነርቭ ኢላማዎች - አሲቲልኮሊንስቴሬዝ (AChE) እና ኒኮቲኒክ አሲቲልኮሊን ተቀባይ (nAChR) - መስተጋብርን ለመገምገም ሞለኪውላዊ የመትከያ ሞዴሊንግ አካሂደናል። እነዚህ ኢላማዎች የተመረጡት በእጭ ሞት ምርመራዎች ውስጥ በሚታዩ የነርቭ መርዛማ ምልክቶች ላይ በመመስረት ሲሆን ይህም የነርቭ ምልክት መበላሸትን ያሳያል። በተጨማሪም፣ እነዚህ ውህዶች ከኦርጋኖፎስፌትስ እና ኒዮኒኮቲኖይድስ ጋር ያላቸው መዋቅራዊ ተመሳሳይነት ኦርጋኖፎስፌትስ እና ኒዮኒኮቲኖይድስ በቅደም ተከተል AChEን በመከልከል እና nAChRን በማግበር መርዛማ ውጤቶቻቸውን ስለሚያሳዩ የእነዚህ ኢላማዎች ተመራጭ ምርጫን የበለጠ ይደግፋል።
በተጨማሪም፣ በርካታ ውህዶች (1a፣ 2፣ 5a፣ 5b፣ 5e፣ 5f እና 7ን ጨምሮ) ከ SER280 ጋር ይገናኛሉ። የ SER280 ቅሪቶች የክሪስታል መዋቅር ቅርጾችን በመቅረጽ ላይ የተሳተፉ ሲሆን በBT7 እንደገና በተቀየረው ቅርፅ ውስጥ ይጠበቃሉ። ይህ የተለያዩ የመስተጋብር ሁነታዎች የእነዚህ ውህዶች በንቁ ቦታው ውስጥ ያለውን ተለዋዋጭነት ያጎላል፣ SER280 እና GLU359 በመትከያ ሁኔታዎች ውስጥ እንደ አዳፕቲቭ መልሕቅ ቦታዎች ሆነው ሊያገለግሉ ይችላሉ። በሰው ሰራሽ ተዋጽኦዎች እና በሰው ልጅ አሲቲልኬሊንስቴሬዝ (AChE) ውስጥ በሚታወቀው የ SER-HIS-GLU ካታሊቲክ ትሪያድ ውስጥ ያሉት ክፍሎች የሆኑት እንደ GLU359 እና SER280 ባሉ ቁልፍ ቅሪቶች መካከል የሚታየው ተደጋጋሚ መስተጋብር እነዚህ ውህዶች በካታሊቲክ አስፈላጊ ቦታዎች ላይ በመጣበቅ በ AChE ላይ ኃይለኛ የመከላከያ ተፅእኖ ሊያሳድሩ እንደሚችሉ ያለውን መላምት የበለጠ ይደግፋል።^29,61,64
በተለይም፣ ውህድ 6 እና ቅድመ-ቅደም ተከተላቸው 1a በባዮአሳዩ ውስጥ በእጭ ላይ ከፍተኛውን ኃይለኛ እንቅስቃሴ አሳይተዋል፣ ይህም በተከታታይ ውስጥ ካሉት ውህዶች መካከል ዝቅተኛውን የLC₅₀ እሴቶችን ያሳያል። በሞለኪውላዊ ደረጃ፣ ውህድ 6 በGLU359 ቦታ ላይ ከክሎሪፎስ ጋር ወሳኝ መስተጋብር ያሳያል፣ ውህድ 1a ደግሞ ከSER280 ጋር በሃይድሮጂን ትስስር በኩል ከዳግም ከተወሰደ BT7 ጋር ይደራረባል። ሁለቱም GLU359 እና SER280 በBT7 የመጀመሪያ ክሪስታሎግራፊክ ትስስር ውስጥ ይገኛሉ እና የአሲቲልኬቲልስቴሬዝ (SER-HIS-GLU) የተጠበቀው ካታሊቲክ ሶስትዮሽ ክፍሎች ናቸው፣ ይህም የእነዚህ ግንኙነቶች የውህድ መከላከያ እንቅስቃሴን ለመጠበቅ ያላቸውን ተግባራዊ ጠቀሜታ ያጎላሉ (ምስል 10)።
በBT7 ተዋጽኦዎች (ቤተኛ እና እንደገና የተዋሃደ BT7ን ጨምሮ) እና ክሎሮፒሪፎስ መካከል ያለው ተመሳሳይነት፣ በተለይም ለካታሊቲክ እንቅስቃሴ ወሳኝ በሆኑ ቅሪቶች ላይ፣ በእነዚህ ውህዶች መካከል የጋራ የመከልከል ዘዴን በጥብቅ ይጠቁማል። በአጠቃላይ፣ እነዚህ ውጤቶች በተጠበቁ እና በባዮሎጂያዊ ተዛማጅነት ባላቸው መስተጋብሮች ምክንያት የቲዮፌን-ኢሶኪኖሊን ተዋጽኦዎች እንደ ከፍተኛ ኃይል ያላቸው አሲቲልኬሊንስቴሬዝ አጋቾች ከፍተኛ አቅም እንዳላቸው ያረጋግጣሉ።
በሞለኪውላዊ የመትከያ ውጤቶች እና በእጭ ባዮአሳይ ውጤቶች መካከል ጠንካራ ትስስር አሲቲልኬሊንስቴሬዝ (AChE) እና ኒኮቲኒክ አሲቲልኬሊን ተቀባይ (nAChR) የተዋሃዱት ቲዮፌን-ኢሶኩዊኖሊንኖን ተዋጽኦዎች ዋና ዋና የነርቭ መርዛማ ኢላማዎች መሆናቸውን ያረጋግጣል። የመትከያ ውጤቶቹ ስለ ተቀባይ-ሊጋንድ ትስስር አስፈላጊ መረጃ ቢሰጡም፣ የማሰር ኃይል ብቻውን በቪቮ ውስጥ የነፍሳት ማጥፊያ ውጤታማነትን ሙሉ በሙሉ ለማብራራት በቂ እንዳልሆነ መታወቅ አለበት። ተመሳሳይ የመትከያ ባህሪያት ባላቸው ውህዶች መካከል ያለው የLC₅₀ እሴቶች ልዩነቶች እንደ ሜታቦሊክ መረጋጋት፣ መምጠጥ፣ ባዮአቫሊቲ እና በነፍሳት ስርጭት ባሉ ምክንያቶች ሊከሰቱ ይችላሉ።⁶⁰^,⁶⁴ይሁን እንጂ፣ ምክንያታዊ የሆነ የመዋቅር ዲዛይን፣ በኮምፒውተር ማስመሰል የተመሰለው ከፍተኛ ተቀባይ ፍቅር እና ኃይለኛ ባዮሎጂካል እንቅስቃሴ AChE እና nAChRs የታየው የነርቭ መርዛማነት ዋና አስታራቂዎች ናቸው የሚለውን አመለካከት በብርቱ ይደግፋሉ።
ለማጠቃለል ያህል፣ የተቀናጁት ቲዮፌን-ኢሶኩዊኖሊን ሃይብሪዶች ከታወቁ የነርቭ-አክቲቭ ፀረ-ተባዮች ጋር በአብዛኛው ተኳሃኝ የሆኑ ቁልፍ መዋቅራዊ እና ተግባራዊ አካላት አሏቸው። በተሟሉ የመስተጋብራዊ ዘዴዎች አማካኝነት ከአሲቲልኬሊንስቴሬዝ (AChE) እና ከኒኮቲኒክ አሲቲልኬሊን ተቀባዮች (nAChRs) ጋር በብቃት የመተሳሰር ችሎታቸው እንደ ድርብ-ዒላማ ፀረ-ተባዮች ያላቸውን አቅም ያጎላል። ይህ ድርብ ዘዴ የነፍሳት ማጥፊያ ውጤታማነትን ከማሳደግ ባለፈ አሁን ያሉትን የመቋቋም ዘዴዎች ለማሸነፍ ተስፋ ሰጪ ስትራቴጂ ይሰጣል፣ ይህም እነዚህ ውህዶች ለቀጣዩ ትውልድ የወባ ትንኝ መቆጣጠሪያ ወኪሎች ልማት እጩዎችን ተስፋ ያደርጋሉ።
የሞለኪውላር ዳይናሚክስ (MD) ማስመሰያዎች የሞለኪውላር ዶክንግ ውጤቶችን ለማረጋገጥ እና ለማስፋት ጥቅም ላይ ይውላሉ፣ ይህም በፊዚዮሎጂያዊ ተጨባጭ ሁኔታዎች ስር የሊጋንድ-ዒላማ መስተጋብሮችን የበለጠ ተጨባጭ እና በጊዜ ላይ የተመሰረተ ግምገማ ይሰጣል። ሞለኪውላር ዶክንግ ስለ ሊኖሩ ስለሚችሉ የማሰሪያ ቦታዎች እና ግንኙነቶች ጠቃሚ የመጀመሪያ ደረጃ መረጃ ሊሰጥ ቢችልም፣ የማይንቀሳቀስ ሞዴል ነው እና በሞለኪውላር መስተጋብሮች ውስጥ የተቀባዩ ተለዋዋጭነት፣ የሟሟት ተለዋዋጭነት ወይም የጊዜ መለዋወጥን ግምት ውስጥ ማስገባት አይችልም። ስለዚህ፣ የMD ማስመሰያዎች ውስብስብ መረጋጋትን፣ የመስተጋብራዊ ጥንካሬን እና በጊዜ ሂደት በሊጋንድ እና ፕሮቲኖች ላይ የመዋቅር ለውጦችን ለመገምገም አስፈላጊ ተጓዳኝ ዘዴ ናቸው።^60,62,71
ከኒኮቲኒክ አሲቲልኮሊን ተቀባይ (nAChR) ጋር ሲነጻጸር ከአሲቲልኮሊንስቴሬዝ (AChE) ጋር ባላቸው የላቀ የማሰሪያ ባህሪያት ላይ በመመስረት፣ ለሞለኪውላር ዳይናሚክስ (MD) ማስመሰያዎች የወላጅ ሞለኪውል 1a (ዝቅተኛው LC₅₀ እሴት ያለው) እና በጣም ንቁ የሆነው ቲዮፊን-ኢሶኪኖሊን ውህድ 6 መርጠናል። ግቡ በAChE ንቁ ቦታ ላይ ያለው የማሰሪያ ቅርጻቸው ከ100 ns ማስመሰል በላይ የተረጋጋ መሆኑን መገምገም እና የማሰሪያ ባህሪያቸውን ከክሎሮፒሪፎስ እና ከሪፖንደር ኮክሪስታላይዝድ AChE አጋቾች BT7 ጋር ማወዳደር ነበር።
የሞለኪውላር ዳይናሚክስ ማስመሰያዎች አጠቃላይ ውስብስብ መረጋጋትን ለመገምገም የስር አማካይ ካሬ መዛባት (RMSD)፤ የተረፈ ተለዋዋጭነትን ለማጥናት የስር አማካይ ካሬ መዛባት (RMSF)፤ እና የሃይድሮጂን ቦንዶችን፣ የሃይድሮፎቢክ እውቂያዎችን እና የአዮኒክ መስተጋብሮችን መረጋጋት ለመወሰን የሊጋንድ-ተቀባይ መስተጋብር ትንተናን ያካትታሉ (ተጨማሪ መረጃ)። ለሁሉም ሊጋንዶች የRMSD እና የRMSF እሴቶች በተረጋጋ ክልል ውስጥ ቢቆዩም፣ በAChE-ligand ውስብስብ ውስጥ ምንም አይነት ጉልህ የሆነ የቅርጽ ለውጥ አለመኖሩን አያመለክቱም (ምስል 12)፣ እነዚህ መለኪያዎች ብቻቸውን በውህዶቹ መካከል ያለውን የማስያዣ ክብደት ልዩነቶችን ሙሉ በሙሉ ለማስረዳት በቂ አይደሉም።