Η ευρεία χρήση συνθετικών φυτοφαρμάκων έχει οδηγήσει σε πολλά προβλήματα, όπως η εμφάνιση ανθεκτικών οργανισμών, η υποβάθμιση του περιβάλλοντος και η βλάβη στην ανθρώπινη υγεία. Ως εκ τούτου, νέοι μικροβιακοί παράγοντεςφυτοφάρμακαΧρειάζονται επειγόντως ραμνολιπιδικά βιοεπιφανειοδραστικά που είναι ασφαλή για την ανθρώπινη υγεία και το περιβάλλον. Σε αυτή τη μελέτη, το ραμνολιπιδικό βιοεπιφανειοδραστικό που παράγεται από το Enterobacter cloacae SJ2 χρησιμοποιήθηκε για την αξιολόγηση της τοξικότητας στις προνύμφες κουνουπιών (Culex quinquefasciatus) και τερμιτών (Odontotermes obesus). Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι υπήρχε ένα δοσοεξαρτώμενο ποσοστό θνησιμότητας μεταξύ των θεραπειών. Η τιμή LC50 (50% θανατηφόρος συγκέντρωση) στις 48 ώρες για τα βιοεπιφανειοδραστικά προνυμφών τερμιτών και κουνουπιών προσδιορίστηκε χρησιμοποιώντας μια μέθοδο προσαρμογής μη γραμμικής καμπύλης παλινδρόμησης. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι τιμές LC50 48 ωρών (διάστημα εμπιστοσύνης 95%) της προνυμφοκτόνου και αντιτερμιτικής δράσης του βιοεπιφανειοδραστικού ήταν 26,49 mg/L (εύρος 25,40 έως 27,57) και 33,43 mg/L (εύρος 31,09 έως 35,68) αντίστοιχα. Σύμφωνα με την ιστοπαθολογική εξέταση, η θεραπεία με βιοεπιφανειοδραστικά προκάλεσε σοβαρή βλάβη στους ιστούς οργανιδίων των προνυμφών και των τερμιτών. Τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης δείχνουν ότι το μικροβιακό βιοεπιφανειοδραστικό που παράγεται από το Enterobacter cloacae SJ2 είναι ένα εξαιρετικό και δυνητικά αποτελεσματικό εργαλείο για τον έλεγχο του Cx. quinquefasciatus και του O. obesus.
Οι τροπικές χώρες αντιμετωπίζουν μεγάλο αριθμό ασθενειών που μεταδίδονται από κουνούπια1. Η σημασία των ασθενειών που μεταδίδονται από κουνούπια είναι ευρέως διαδεδομένη. Περισσότεροι από 400.000 άνθρωποι πεθαίνουν από ελονοσία κάθε χρόνο και ορισμένες μεγάλες πόλεις αντιμετωπίζουν επιδημίες σοβαρών ασθενειών όπως ο δάγκειος πυρετός, ο κίτρινος πυρετός, ο ιός τσικουνγκούνια και ο ιός Ζίκα.2 Οι ασθένειες που μεταδίδονται μέσω φορέων σχετίζονται με μία στις έξι μολύνσεις παγκοσμίως, με τα κουνούπια να προκαλούν τα πιο σημαντικά κρούσματα3,4. Τα Culex, Anopheles και Aedes είναι τα τρία γένη κουνουπιών που συνδέονται συχνότερα με τη μετάδοση ασθενειών5. Η συχνότητα εμφάνισης του δάγκειου πυρετού, μιας λοίμωξης που μεταδίδεται από το κουνούπι Aedes aegypti, έχει αυξηθεί την τελευταία δεκαετία και αποτελεί σημαντική απειλή για τη δημόσια υγεία4,7,8. Σύμφωνα με τον Παγκόσμιο Οργανισμό Υγείας (ΠΟΥ), περισσότερο από το 40% του παγκόσμιου πληθυσμού κινδυνεύει από δάγκειο πυρετό, με 50-100 εκατομμύρια νέα κρούσματα να εμφανίζονται ετησίως σε περισσότερες από 100 χώρες9,10,11. Ο δάγκειος πυρετός έχει γίνει ένα σημαντικό πρόβλημα δημόσιας υγείας καθώς η συχνότητά του έχει αυξηθεί παγκοσμίως12,13,14. Το Anopheles gambiae, κοινώς γνωστό ως αφρικανικό κουνούπι Anopheles, είναι ο σημαντικότερος φορέας της ανθρώπινης ελονοσίας σε τροπικές και υποτροπικές περιοχές15. Ο ιός του Δυτικού Νείλου, η εγκεφαλίτιδα του Αγίου Λουδοβίκου, η ιαπωνική εγκεφαλίτιδα και οι ιογενείς λοιμώξεις αλόγων και πτηνών μεταδίδονται από τα κουνούπια Culex, που συχνά ονομάζονται κοινά οικιακά κουνούπια. Επιπλέον, είναι επίσης φορείς βακτηριακών και παρασιτικών ασθενειών16. Υπάρχουν περισσότερα από 3.000 είδη τερμιτών στον κόσμο και υπάρχουν εδώ και περισσότερα από 150 εκατομμύρια χρόνια17. Τα περισσότερα παράσιτα ζουν στο έδαφος και τρέφονται με ξύλο και προϊόντα ξύλου που περιέχουν κυτταρίνη. Ο ινδικός τερμίτης Odontotermes obesus είναι ένα σημαντικό παράσιτο που προκαλεί σοβαρές ζημιές σε σημαντικές καλλιέργειες και φυτείες18. Σε γεωργικές περιοχές, οι προσβολές από τερμίτες σε διάφορα στάδια μπορούν να προκαλέσουν τεράστιες οικονομικές ζημιές σε διάφορες καλλιέργειες, είδη δέντρων και δομικά υλικά. Οι τερμίτες μπορούν επίσης να προκαλέσουν προβλήματα στην ανθρώπινη υγεία19.
Το ζήτημα της αντοχής από μικροοργανισμούς και παράσιτα στους σημερινούς φαρμακευτικούς και γεωργικούς τομείς είναι περίπλοκο20,21. Συνεπώς, και οι δύο εταιρείες θα πρέπει να αναζητήσουν νέα οικονομικά αποδοτικά αντιμικροβιακά και ασφαλή βιοφυτοφάρμακα. Τα συνθετικά φυτοφάρμακα είναι πλέον διαθέσιμα και έχουν αποδειχθεί ότι είναι μολυσματικά και απωθούν τα μη στοχευόμενα ωφέλιμα έντομα22. Τα τελευταία χρόνια, η έρευνα για τα βιοεπιφανειοδραστικά έχει επεκταθεί λόγω της εφαρμογής τους σε διάφορες βιομηχανίες. Τα βιοεπιφανειοδραστικά είναι πολύ χρήσιμα και ζωτικής σημασίας στη γεωργία, την αποκατάσταση εδάφους, την εξόρυξη πετρελαίου, την απομάκρυνση βακτηρίων και εντόμων και την επεξεργασία τροφίμων23,24. Τα βιοεπιφανειοδραστικά ή μικροβιακά επιφανειοδραστικά είναι βιοεπιφανειοδραστικά χημικά που παράγονται από μικροοργανισμούς όπως βακτήρια, ζύμες και μύκητες σε παράκτια ενδιαιτήματα και περιοχές μολυσμένες με πετρέλαιο25,26. Τα χημικά παραγόμενα επιφανειοδραστικά και βιοεπιφανειοδραστικά είναι δύο τύποι που λαμβάνονται απευθείας από το φυσικό περιβάλλον27. Διάφορα βιοεπιφανειοδραστικά λαμβάνονται από θαλάσσια ενδιαιτήματα28,29. Ως εκ τούτου, οι επιστήμονες αναζητούν νέες τεχνολογίες για την παραγωγή βιοεπιφανειοδραστικών με βάση φυσικά βακτήρια30,31. Οι πρόοδοι σε αυτή την έρευνα καταδεικνύουν τη σημασία αυτών των βιολογικών ενώσεων για την προστασία του περιβάλλοντος32. Τα Bacillus, Pseudomonas, Rhodococcus, Alcaligenes, Corynebacterium και αυτά τα βακτηριακά γένη είναι εκπρόσωποι που έχουν μελετηθεί εκτενώς23,33.
Υπάρχουν πολλοί τύποι βιοεπιφανειοδραστικών με ευρύ φάσμα εφαρμογών34. Ένα σημαντικό πλεονέκτημα αυτών των ενώσεων είναι ότι ορισμένες από αυτές έχουν αντιβακτηριακή, προνυμφοκτόνο και εντομοκτόνο δράση. Αυτό σημαίνει ότι μπορούν να χρησιμοποιηθούν στις γεωργικές, χημικές, φαρμακευτικές και καλλυντικές βιομηχανίες35,36,37,38. Επειδή τα βιοεπιφανειοδραστικά είναι γενικά βιοδιασπώμενα και περιβαλλοντικά ωφέλιμα, χρησιμοποιούνται σε ολοκληρωμένα προγράμματα διαχείρισης παρασίτων για την προστασία των καλλιεργειών39. Έτσι, αποκτήθηκαν βασικές γνώσεις σχετικά με την προνυμφοκτόνο και αντιτερμιτική δράση των μικροβιακών βιοεπιφανειοδραστικών που παράγονται από το Enterobacter cloacae SJ2. Εξετάσαμε τη θνησιμότητα και τις ιστολογικές αλλαγές όταν εκτίθενται σε διαφορετικές συγκεντρώσεις ραμνολιπιδικών βιοεπιφανειοδραστικών. Επιπλέον, αξιολογήσαμε το ευρέως χρησιμοποιούμενο πρόγραμμα υπολογιστή Quantitative Structure-Activity (QSAR) Ecological Structure-Activity (ECOSAR) για τον προσδιορισμό της οξείας τοξικότητας για μικροφύκη, δάφνια και ψάρια.
Σε αυτήν τη μελέτη, η αντιτερμιτική δράση (τοξικότητα) καθαρισμένων βιοεπιφανειοδραστικών ουσιών σε διάφορες συγκεντρώσεις που κυμαίνονταν από 30 έως 50 mg/ml (σε διαστήματα 5 mg/ml) δοκιμάστηκε έναντι ινδικών τερμιτών, O. obesus και τέταρτου είδους. Αξιολόγηση. Προνύμφες του instar Cx. Προνύμφες κουνουπιών quinquefasciatus. Συγκεντρώσεις βιοεπιφανειοδραστικού LC50 σε διάστημα 48 ωρών έναντι O. obesus και Cx. C. solanacearum. Οι προνύμφες κουνουπιών ταυτοποιήθηκαν χρησιμοποιώντας μια μέθοδο προσαρμογής καμπύλης μη γραμμικής παλινδρόμησης. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η θνησιμότητα των τερμιτών αυξήθηκε με την αύξηση της συγκέντρωσης βιοεπιφανειοδραστικού. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το βιοεπιφανειοδραστικό είχε προνυμφοκτόνο δράση (Σχήμα 1) και αντιτερμιτική δράση (Σχήμα 2), με τιμές LC50 48 ωρών (95% ΔΕ) 26,49 mg/L (25,40 έως 27,57 ) και 33,43 mg/l (Σχήμα 31,09 έως 35,68), αντίστοιχα (Πίνακας 1). Όσον αφορά την οξεία τοξικότητα (48 ώρες), το βιοεπιφανειοδραστικό ταξινομείται ως «επιβλαβές» για τους εξεταζόμενους οργανισμούς. Το βιοεπιφανειοδραστικό που παρήχθη σε αυτή τη μελέτη έδειξε εξαιρετική προνυμφοκτόνο δράση με 100% θνησιμότητα εντός 24-48 ωρών από την έκθεση.
Υπολογίστε την τιμή LC50 για την προνυμφοκτόνο δράση. Προσαρμογή καμπύλης μη γραμμικής παλινδρόμησης (συνεχής γραμμή) και διάστημα εμπιστοσύνης 95% (σκιασμένη περιοχή) για τη σχετική θνησιμότητα (%).
Υπολογίστε την τιμή LC50 για την αντιτερμιτική δράση. Προσαρμογή καμπύλης μη γραμμικής παλινδρόμησης (συνεχής γραμμή) και διάστημα εμπιστοσύνης 95% (σκιασμένη περιοχή) για τη σχετική θνησιμότητα (%).
Στο τέλος του πειράματος, παρατηρήθηκαν μορφολογικές αλλαγές και ανωμαλίες στο μικροσκόπιο. Μορφολογικές αλλαγές παρατηρήθηκαν στις ομάδες ελέγχου και στις ομάδες που έλαβαν θεραπεία σε μεγέθυνση 40x. Όπως φαίνεται στο Σχήμα 3, παρατηρήθηκε διαταραχή της ανάπτυξης στην πλειονότητα των προνυμφών που έλαβαν θεραπεία με βιοεπιφανειοδραστικά. Το Σχήμα 3α δείχνει ένα φυσιολογικό Cx. quinquefasciatus, το Σχήμα 3β δείχνει ένα ανώμαλο Cx. Προκαλεί πέντε προνύμφες νηματωδών.
Επίδραση υποθανατηφόρων (LC50) δόσεων βιοεπιφανειοδραστικών στην ανάπτυξη των προνυμφών Culex quinquefasciatus. Εικόνα οπτικής μικροσκοπίας (α) φυσιολογικής Cx σε μεγέθυνση 40×. quinquefasciatus (β) Παθολογική Cx. Προκαλεί πέντε προνύμφες νηματωδών.
Στην παρούσα μελέτη, η ιστολογική εξέταση των προνυμφών που υποβλήθηκαν σε αγωγή (Εικ. 4) και των τερμιτών (Εικ. 5) αποκάλυψε αρκετές ανωμαλίες, όπως μείωση της κοιλιακής περιοχής και βλάβη στους μύες, τα επιθηλιακά στρώματα και το δέρμα. Η ιστολογική εξέταση αποκάλυψε τον μηχανισμό ανασταλτικής δράσης του βιοεπιφανειοδραστικού που χρησιμοποιήθηκε σε αυτή τη μελέτη.
Ιστοπαθολογία φυσιολογικών μη επεξεργασμένων προνυμφών Cx 4ου σταδίου. Προνύμφες quinquefasciatus (μάρτυρας: (a,b)) που υποβλήθηκαν σε αγωγή με βιοεπιφανειοδραστικό (αγωγή: (c,d)). Τα βέλη υποδεικνύουν το επεξεργασμένο εντερικό επιθήλιο (epi), τους πυρήνες (n) και τους μύες (mu). Bar = 50 µm.
Ιστοπαθολογία φυσιολογικού μη επεξεργασμένου O. obesus (μάρτυρας: (a,b)) και θεραπευμένου με βιοεπιφανειοδραστικό (θεραπεία: (c,d)). Τα βέλη υποδεικνύουν το εντερικό επιθήλιο (epi) και τον μυ (mu), αντίστοιχα. Bar = 50 µm.
Σε αυτήν τη μελέτη, το ECOSAR χρησιμοποιήθηκε για την πρόβλεψη της οξείας τοξικότητας των ραμνολιπιδικών βιοεπιφανειοδραστικών προϊόντων σε πρωτογενείς παραγωγούς (πράσινα φύκια), πρωτογενείς καταναλωτές (νεροψύλλοι) και δευτερογενείς καταναλωτές (ψάρια). Αυτό το πρόγραμμα χρησιμοποιεί εξελιγμένα ποσοτικά μοντέλα ενώσεων δομής-δραστικότητας για την αξιολόγηση της τοξικότητας με βάση τη μοριακή δομή. Το μοντέλο χρησιμοποιεί λογισμικό δομής-δραστικότητας (SAR) για τον υπολογισμό της οξείας και μακροπρόθεσμης τοξικότητας των ουσιών σε υδρόβια είδη. Συγκεκριμένα, ο Πίνακας 2 συνοψίζει τις εκτιμώμενες μέσες θανατηφόρες συγκεντρώσεις (LC50) και τις μέσες αποτελεσματικές συγκεντρώσεις (EC50) για διάφορα είδη. Η ύποπτη τοξικότητα κατηγοριοποιήθηκε σε τέσσερα επίπεδα χρησιμοποιώντας το Παγκόσμιο Εναρμονισμένο Σύστημα Ταξινόμησης και Επισήμανσης Χημικών Ουσιών (Πίνακας 3).
Έλεγχος ασθενειών που μεταδίδονται μέσω φορέων, ιδίως στελεχών κουνουπιών και κουνουπιών Aedes. Οι Αιγύπτιοι, πλέον, δυσκολεύουν τη δουλειά 40,41,42,43,44,45,46. Αν και ορισμένα χημικά διαθέσιμα φυτοφάρμακα, όπως τα πυρεθροειδή και τα οργανοφωσφορικά, είναι κάπως ωφέλιμα, ενέχουν σημαντικούς κινδύνους για την ανθρώπινη υγεία, συμπεριλαμβανομένου του διαβήτη, των αναπαραγωγικών διαταραχών, των νευρολογικών διαταραχών, του καρκίνου και των αναπνευστικών παθήσεων. Επιπλέον, με την πάροδο του χρόνου, αυτά τα έντομα μπορούν να γίνουν ανθεκτικά σε αυτά13,43,48. Έτσι, αποτελεσματικά και φιλικά προς το περιβάλλον βιολογικά μέτρα ελέγχου θα γίνουν μια πιο δημοφιλής μέθοδος ελέγχου των κουνουπιών49,50. Ο Benelli51 πρότεινε ότι ο έγκαιρος έλεγχος των φορέων κουνουπιών θα ήταν πιο αποτελεσματικός στις αστικές περιοχές, αλλά δεν συνέστησαν τη χρήση προνυμφοκτόνων σε αγροτικές περιοχές52. Οι Tom et al 53 πρότειναν επίσης ότι ο έλεγχος των κουνουπιών στα ανώριμα στάδια τους θα ήταν μια ασφαλής και απλή στρατηγική επειδή είναι πιο ευαίσθητα σε παράγοντες ελέγχου 54.
Η παραγωγή βιοεπιφανειοδραστικών από ένα ισχυρό στέλεχος (Enterobacter cloacae SJ2) έδειξε συνεπή και πολλά υποσχόμενη αποτελεσματικότητα. Η προηγούμενη μελέτη μας ανέφερε ότι το Enterobacter cloacae SJ2 βελτιστοποιεί την παραγωγή βιοεπιφανειοδραστικών χρησιμοποιώντας φυσικοχημικές παραμέτρους26. Σύμφωνα με τη μελέτη τους, οι βέλτιστες συνθήκες για την παραγωγή βιοεπιφανειοδραστικών από ένα πιθανό απομονωμένο στέλεχος E. cloacae ήταν επώαση για 36 ώρες, ανάδευση στις 150 rpm, pH 7,5, 37 °C, αλατότητα 1 ppt, 2% γλυκόζη ως πηγή άνθρακα, 1% ζύμη. Το εκχύλισμα χρησιμοποιήθηκε ως πηγή αζώτου για να ληφθούν 2,61 g/L βιοεπιφανειοδραστικών. Επιπλέον, τα βιοεπιφανειοδραστικά χαρακτηρίστηκαν χρησιμοποιώντας TLC, FTIR και MALDI-TOF-MS. Αυτό επιβεβαίωσε ότι το ραμνολιπίδιο είναι ένα βιοεπιφανειοδραστικό. Τα γλυκολιπιδικά βιοεπιφανειοδραστικά είναι η πιο εντατικά μελετημένη κατηγορία άλλων τύπων βιοεπιφανειοδραστικών55. Αποτελούνται από μέρη υδατανθράκων και λιπιδίων, κυρίως αλυσίδες λιπαρών οξέων. Μεταξύ των γλυκολιπιδίων, οι κύριοι εκπρόσωποι είναι το ραμνολιπίδιο και το σοφορολιπίδιο56. Τα ραμνολιπίδια περιέχουν δύο ομάδες ραμνόζης που συνδέονται με μονο- ή δι-β-υδροξυδεκανοϊκό οξύ 57. Η χρήση των ραμνολιπιδίων στην ιατρική και φαρμακευτική βιομηχανία είναι καθιερωμένη 58, εκτός από την πρόσφατη χρήση τους ως φυτοφάρμακα 59.
Η αλληλεπίδραση του βιοεπιφανειοδραστικού με την υδρόφοβη περιοχή του αναπνευστικού σιφωνίου επιτρέπει στο νερό να διέρχεται από την στοματική κοιλότητά του, αυξάνοντας έτσι την επαφή των προνυμφών με το υδάτινο περιβάλλον. Η παρουσία βιοεπιφανειοδραστικών επηρεάζει επίσης την τραχεία, το μήκος της οποίας είναι κοντά στην επιφάνεια, γεγονός που διευκολύνει τις προνύμφες να ανέβουν στην επιφάνεια και να αναπνεύσουν. Ως αποτέλεσμα, η επιφανειακή τάση του νερού μειώνεται. Δεδομένου ότι οι προνύμφες δεν μπορούν να προσκολληθούν στην επιφάνεια του νερού, πέφτουν στον πυθμένα της δεξαμενής, διαταράσσοντας την υδροστατική πίεση, με αποτέλεσμα την υπερβολική δαπάνη ενέργειας και τον θάνατο από πνιγμό38,60. Παρόμοια αποτελέσματα ελήφθησαν από τον Ghribi61, όπου ένα βιοεπιφανειοδραστικό που παράγεται από τον Bacillus subtilis επέδειξε προνυμφοκτόνο δράση έναντι του Ephestia kuehniella. Ομοίως, η προνυμφοκτόνος δράση των Cx. Das και Mukherjee23 αξιολόγησε επίσης την επίδραση των κυκλικών λιποπεπτιδίων στις προνύμφες quinquefasciatus.
Τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης αφορούν την προνυμφοκτόνο δράση των ραμνολιπιδικών βιοεπιφανειοδραστικών έναντι του Cx. Η εξόντωση των κουνουπιών quinquefasciatus είναι σύμφωνη με προηγούμενα δημοσιευμένα αποτελέσματα. Για παράδειγμα, χρησιμοποιούνται βιοεπιφανειοδραστικά με βάση την επιφανειοδραστική ουσία που παράγονται από διάφορα βακτήρια του γένους Bacillus. και Pseudomonas spp. Ορισμένες πρώιμες αναφορές64,65,66 ανέφεραν δράση εξόντωσης προνυμφών λιποπεπτιδικών βιοεπιφανειοδραστικών από το Bacillus subtilis23. Οι Deepali et al. 63 διαπίστωσαν ότι το ραμνολιπιδικό βιοεπιφανειοδραστικό που απομονώθηκε από το Stenotropomonas maltophilia είχε ισχυρή προνυμφοκτόνο δράση σε συγκέντρωση 10 mg/L. Οι Silva et al. 67 ανέφεραν την προνυμφοκτόνο δράση του ραμνολιπιδικού βιοεπιφανειοδραστικού έναντι του Ae σε συγκέντρωση 1 g/L. Aedes aegypti. Kanakdande et al. 68 ανέφεραν ότι οι λιποπεπτιδικές βιοεπιφανειοδραστικές ουσίες που παράγονται από το Bacillus subtilis προκάλεσαν συνολική θνησιμότητα σε προνύμφες και τερμίτες Culex με το λιπόφιλο κλάσμα του ευκαλύπτου. Ομοίως, οι Masendra et al. 69 ανέφεραν θνησιμότητα 61,7% στα λιπόφιλα κλάσματα n-εξανίου και EtOAc του ακατέργαστου εκχυλίσματος E.
Οι Parthipan et al. 70 ανέφεραν την εντομοκτόνο χρήση λιποπεπτιδικών βιοεπιφανειοδραστικών ουσιών που παράγονται από το Bacillus subtilis A1 και το Pseudomonas stutzeri NA3 έναντι του Anopheles Stephensi, ενός φορέα του παρασίτου της ελονοσίας Plasmodium. Παρατήρησαν ότι οι προνύμφες και οι νύμφες επιβίωσαν περισσότερο, είχαν μικρότερες περιόδους ωοτοκίας, ήταν στείροι και είχαν μικρότερη διάρκεια ζωής όταν υποβλήθηκαν σε αγωγή με διαφορετικές συγκεντρώσεις βιοεπιφανειοδραστικών ουσιών. Οι παρατηρούμενες τιμές LC50 του βιοεπιφανειοδραστικού A1 του B. subtilis ήταν 3,58, 4,92, 5,37, 7,10 και 7,99 mg/L για διαφορετικές προνυμφικές καταστάσεις (δηλαδή προνύμφες I, II, III, IV και νύμφες σταδίου) αντίστοιχα. Συγκριτικά, οι βιοεπιφανειοδραστικές ουσίες για τα προνυμφικά στάδια I-IV και τα νύμφες του Pseudomonas stutzeri NA3 ήταν 2,61, 3,68, 4,48, 5,55 και 6,99 mg/L, αντίστοιχα. Η καθυστερημένη φαινολογία των επιζώντων προνυμφών και νυμφών θεωρείται αποτέλεσμα σημαντικών φυσιολογικών και μεταβολικών διαταραχών που προκαλούνται από τις θεραπείες με εντομοκτόνα71.
Το στέλεχος Wickerhamomyces anomalus CCMA 0358 παράγει ένα βιοεπιφανειοδραστικό με 100% προνυμφοκτόνο δράση έναντι των κουνουπιών Aedes. Το διάστημα 24 ωρών aegypti 38 ήταν υψηλότερο από αυτό που αναφέρθηκε από τους Silva et al. Ένα βιοεπιφανειοδραστικό που παράγεται από Pseudomonas aeruginosa χρησιμοποιώντας ηλιέλαιο ως πηγή άνθρακα έχει αποδειχθεί ότι σκοτώνει το 100% των προνυμφών εντός 48 ωρών 67. Οι Abinaya et al.72 και Pradhan et al.73 κατέδειξαν επίσης τις προνυμφοκτόνες ή εντομοκτόνες επιδράσεις των επιφανειοδραστικών ουσιών που παράγονται από διάφορα απομονωμένα στελέχη του γένους Bacillus. Μια προηγουμένως δημοσιευμένη μελέτη των Senthil-Nathan et al. διαπίστωσε ότι το 100% των προνυμφών κουνουπιών που εκτίθενται σε φυτικές λιμνοθάλασσες ήταν πιθανό να πεθάνουν. 74.
Η αξιολόγηση των υποθανατηφόρων επιδράσεων των εντομοκτόνων στη βιολογία των εντόμων είναι κρίσιμη για τα ολοκληρωμένα προγράμματα διαχείρισης παρασίτων, επειδή οι υποθανατηφόρες δόσεις/συγκεντρώσεις δεν σκοτώνουν τα έντομα, αλλά μπορούν να μειώσουν τους πληθυσμούς των εντόμων στις μελλοντικές γενιές διαταράσσοντας τα βιολογικά χαρακτηριστικά10. Οι Siqueira et al75 παρατήρησαν πλήρη προνυμφοκτόνο δράση (100% θνησιμότητα) του ραμνολιπιδικού βιοεπιφανειοδραστικού (300 mg/ml) όταν δοκιμάστηκαν σε διάφορες συγκεντρώσεις που κυμαίνονταν από 50 έως 300 mg/ml. Στάδιο προνύμφης των στελεχών Aedes aegypti. Ανέλυσαν τις επιδράσεις του χρόνου έως τον θάνατο και των υποθανατηφόρων συγκεντρώσεων στην επιβίωση των προνυμφών και την κολυμβητική δραστηριότητα. Επιπλέον, παρατήρησαν μείωση στην ταχύτητα κολύμβησης μετά από 24-48 ώρες έκθεσης σε υποθανατηφόρες συγκεντρώσεις βιοεπιφανειοδραστικού (π.χ., 50 mg/mL και 100 mg/mL). Τα δηλητήρια που έχουν πολλά υποσχόμενους υποθανατηφόρους ρόλους πιστεύεται ότι είναι πιο αποτελεσματικά στην πρόκληση πολλαπλών βλαβών σε εκτεθειμένα παράσιτα76.
Ιστολογικές παρατηρήσεις των αποτελεσμάτων μας δείχνουν ότι οι βιοεπιφανειοδραστικές ουσίες που παράγονται από το Enterobacter cloacae SJ2 μεταβάλλουν σημαντικά τους ιστούς των προνυμφών κουνουπιών (Cx. quinquefasciatus) και τερμιτών (O. obesus). Παρόμοιες ανωμαλίες προκλήθηκαν από παρασκευάσματα βασιλικού ελαίου σε An. gambiaes.s και An. arabica περιγράφηκαν από τον Ochola77. Οι Kamaraj et al.78 περιέγραψαν επίσης τις ίδιες μορφολογικές ανωμαλίες στο An. Οι προνύμφες της Stephanie εκτέθηκαν σε νανοσωματίδια χρυσού. Οι Vasantha-Srinivasan et al.79 ανέφεραν επίσης ότι το αιθέριο έλαιο του πουγκιού του βοσκού προκάλεσε σοβαρές ζημιές στον θάλαμο και τα επιθηλιακά στρώματα του Aedes albopictus. Aedes aegypti. Οι Raghavendran et al. ανέφεραν ότι οι προνύμφες κουνουπιών υποβλήθηκαν σε αγωγή με 500 mg/ml μυκηλιακό εκχύλισμα ενός τοπικού μύκητα Penicillium. Τα Aede παρουσιάζουν σοβαρή ιστολογική βλάβη. Ποσοστό θνησιμότητας 80. Προηγουμένως, μελετήθηκαν οι προνύμφες τετάρτου σταδίου του An. Οι Stephensi και Ae. aegypti διαπίστωσαν πολυάριθμες ιστολογικές αλλαγές στο Aedes aegypti που υποβλήθηκε σε αγωγή με εξωπολυσακχαρίτες B. licheniformis, συμπεριλαμβανομένου του γαστρικού τυφλού, μυϊκής ατροφίας, βλάβης και αποδιοργάνωσης των γαγγλίων του νευρικού μυελού72. Σύμφωνα με τους Raghavendran et al., μετά από αγωγή με μυκηλιακό εκχύλισμα P. daleae, τα κύτταρα του μέσου εντέρου των κουνουπιών που εξετάστηκαν (προνύμφες 4ου σταδίου) εμφάνισαν διόγκωση του εντερικού αυλού, μείωση του μεσοκυττάριου περιεχομένου και πυρηνική εκφύλιση81. Οι ίδιες ιστολογικές αλλαγές παρατηρήθηκαν σε προνύμφες κουνουπιών που υποβλήθηκαν σε αγωγή με εκχύλισμα φύλλων εχινάκειας, υποδεικνύοντας την εντομοκτόνο δράση των επεξεργασμένων ενώσεων50.
Η χρήση του λογισμικού ECOSAR έχει λάβει διεθνή αναγνώριση82. Η τρέχουσα έρευνα υποδηλώνει ότι η οξεία τοξικότητα των βιοεπιφανειοδραστικών ουσιών ECOSAR σε μικροφύκη (C. vulgaris), ψάρια και υδρόβιους ψύλλους (D. magna) εμπίπτει στην κατηγορία «τοξικότητας» που ορίζεται από τα Ηνωμένα Έθνη83. Το μοντέλο οικοτοξικότητας ECOSAR χρησιμοποιεί SAR και QSAR για την πρόβλεψη οξείας και μακροπρόθεσμης τοξικότητας ουσιών και χρησιμοποιείται συχνά για την πρόβλεψη της τοξικότητας οργανικών ρύπων82,84.
Η παραφορμαλδεΰδη, το ρυθμιστικό διάλυμα φωσφορικού νατρίου (pH 7,4) και όλες οι άλλες χημικές ουσίες που χρησιμοποιήθηκαν σε αυτή τη μελέτη αγοράστηκαν από την HiMedia Laboratories, Ινδία.
Η παραγωγή βιοεπιφανειοδραστικού πραγματοποιήθηκε σε φιάλες Erlenmeyer των 500 mL που περιείχαν 200 mL αποστειρωμένου μέσου Bushnell Haas συμπληρωμένου με 1% αργό πετρέλαιο ως μοναδική πηγή άνθρακα. Μια προκαλλιέργεια Enterobacter cloacae SJ2 (1,4 × 104 CFU/ml) εμβολιάστηκε και καλλιεργήθηκε σε τροχιακό αναδευτήρα στους 37°C, 200 rpm για 7 ημέρες. Μετά την περίοδο επώασης, το βιοεπιφανειοδραστικό εκχυλίστηκε με φυγοκέντρηση του μέσου καλλιέργειας στα 3400×g για 20 λεπτά στους 4°C και το προκύπτον υπερκείμενο χρησιμοποιήθηκε για σκοπούς διαλογής. Οι διαδικασίες βελτιστοποίησης και ο χαρακτηρισμός των βιοεπιφανειοδραστικών υιοθετήθηκαν από την προηγούμενη μελέτη μας26.
Οι προνύμφες Culex quinquefasciatus ελήφθησαν από το Κέντρο Προηγμένων Μελετών Θαλάσσιας Βιολογίας (CAS), Palanchipetai, Tamil Nadu (Ινδία). Οι προνύμφες εκτράφηκαν σε πλαστικά δοχεία γεμάτα με απιονισμένο νερό στους 27 ± 2°C και φωτοπερίοδο 12:12 (φως:σκοτάδι). Οι προνύμφες κουνουπιών τράφηκαν με διάλυμα γλυκόζης 10%.
Προνύμφες Culex quinquefasciatus έχουν βρεθεί σε ανοιχτές και μη προστατευμένες σηπτικές δεξαμενές. Χρησιμοποιήστε τις τυπικές οδηγίες ταξινόμησης για την αναγνώριση και την καλλιέργεια των προνυμφών στο εργαστήριο85. Οι δοκιμές προνυμφοκτονίας πραγματοποιήθηκαν σύμφωνα με τις συστάσεις του Παγκόσμιου Οργανισμού Υγείας86. SH. Οι προνύμφες τέταρτου σταδίου του quinquefasciatus συλλέχθηκαν σε κλειστούς σωλήνες σε ομάδες των 25 ml και 50 ml με διάκενο αέρα δύο τρίτων της χωρητικότητάς τους. Προστέθηκε βιοεπιφανειοδραστικό (0–50 mg/ml) σε κάθε σωλήνα ξεχωριστά και αποθηκεύτηκε στους 25 °C. Ο σωλήνας ελέγχου χρησιμοποίησε μόνο απεσταγμένο νερό (50 ml). Νεκρές προνύμφες θεωρήθηκαν εκείνες που δεν έδειξαν σημάδια κολύμβησης κατά την περίοδο επώασης (12–48 ώρες)87. Υπολογίστε το ποσοστό θνησιμότητας των προνυμφών χρησιμοποιώντας την εξίσωση. (1)88.
Η οικογένεια Odontotermitidae περιλαμβάνει τον ινδικό τερμίτη Odontotermes obesus, που βρίσκεται σε σάπια κούτσουρα στην Γεωργική Πανεπιστημιούπολη (Πανεπιστήμιο Annamalai, Ινδία). Ελέγξτε αυτό το βιοεπιφανειοδραστικό (0–50 mg/ml) χρησιμοποιώντας τις συνήθεις διαδικασίες για να διαπιστώσετε εάν είναι επιβλαβές. Μετά από ξήρανση σε στρωτή ροή αέρα για 30 λεπτά, κάθε λωρίδα χαρτιού Whatman επικαλύφθηκε με βιοεπιφανειοδραστικό σε συγκέντρωση 30, 40 ή 50 mg/ml. Οι προ-επικαλυμμένες και οι μη επικαλυμμένες λωρίδες χαρτιού ελέγχθηκαν και συγκρίθηκαν στο κέντρο ενός τρυβλίου Petri. Κάθε τρυβλίο Petri περιέχει περίπου τριάντα ενεργούς τερμίτες O. obesus. Στους τερμίτες ελέγχου και δοκιμής δόθηκε υγρό χαρτί ως πηγή τροφής. Όλα τα τρυβλία διατηρήθηκαν σε θερμοκρασία δωματίου καθ' όλη τη διάρκεια της περιόδου επώασης. Οι τερμίτες πέθαναν μετά από 12, 24, 36 και 48 ώρες89,90. Η Εξίσωση 1 χρησιμοποιήθηκε στη συνέχεια για την εκτίμηση του ποσοστού θνησιμότητας των τερμιτών σε διαφορετικές συγκεντρώσεις βιοεπιφανειοδραστικού. (2).
Τα δείγματα διατηρήθηκαν σε πάγο και συσκευάστηκαν σε μικροσωλήνες που περιείχαν 100 ml ρυθμιστικού διαλύματος φωσφορικού νατρίου 0,1 M (pH 7,4) και στάλθηκαν στο Κεντρικό Εργαστήριο Παθολογίας Υδατοκαλλιέργειας (CAPL) του Κέντρου Υδατοκαλλιέργειας Rajiv Gandhi (RGCA). Εργαστήριο Ιστολογίας, Sirkali, Περιφέρεια Mayiladuthurai, Tamil Nadu, Ινδία για περαιτέρω ανάλυση. Τα δείγματα σταθεροποιήθηκαν αμέσως σε 4% παραφορμαλδεΰδη στους 37°C για 48 ώρες.
Μετά τη φάση στερέωσης, το υλικό πλύθηκε τρεις φορές με ρυθμιστικό διάλυμα φωσφορικού νατρίου 0,1 M (pH 7,4), αφυδατώθηκε σταδιακά σε αιθανόλη και εμβαπτίστηκε σε ρητίνη LEICA για 7 ημέρες. Στη συνέχεια, η ουσία τοποθετείται σε πλαστικό καλούπι γεμάτο με ρητίνη και πολυμεριστή και στη συνέχεια τοποθετείται σε φούρνο θερμαινόμενο στους 37°C μέχρι να πολυμεριστεί πλήρως το μπλοκ που περιέχει την ουσία.
Μετά τον πολυμερισμό, τα μπλοκ κόπηκαν χρησιμοποιώντας μικροτόμο LEICA RM2235 (Rankin Biomedical Corporation 10,399 Enterprise Dr. Davisburg, MI 48,350, ΗΠΑ) σε πάχος 3 mm. Οι τομές ομαδοποιούνται σε αντικειμενοφόρες πλάκες, με έξι τομές ανά αντικειμενοφόρα πλάκα. Οι αντικειμενοφόρες πλάκες ξηράνθηκαν σε θερμοκρασία δωματίου, στη συνέχεια χρωματίστηκαν με αιματοξυλίνη για 7 λεπτά και πλύθηκαν με τρεχούμενο νερό για 4 λεπτά. Επιπλέον, εφαρμόστε το διάλυμα ηωσίνης στο δέρμα για 5 λεπτά και ξεπλύνετε με τρεχούμενο νερό για 5 λεπτά.
Η οξεία τοξικότητα προβλέφθηκε χρησιμοποιώντας υδρόβιους οργανισμούς από διαφορετικά τροπικά επίπεδα: LC50 ψαριών 96 ωρών, LC50 D. magna 48 ωρών και EC50 πράσινων φυκιών 96 ωρών. Η τοξικότητα των ραμνολιπιδικών βιοεπιφανειοδραστικών ουσιών στα ψάρια και τα πράσινα φύκια αξιολογήθηκε χρησιμοποιώντας το λογισμικό ECOSAR έκδοση 2.2 για Windows που αναπτύχθηκε από την Υπηρεσία Προστασίας του Περιβάλλοντος των ΗΠΑ. (Διαθέσιμο online στη διεύθυνση https://www.epa.gov/tsca-screening-tools/ecological-struct-activity-relationships-ecosar-predictive-model).
Όλες οι δοκιμές για προνυμφοκτόνο και αντιτερμιτική δράση πραγματοποιήθηκαν εις τριπλούν. Πραγματοποιήθηκε μη γραμμική παλινδρόμηση (λογάριθμος μεταβλητών δόσης-απόκρισης) των δεδομένων θνησιμότητας προνυμφών και τερμιτών για τον υπολογισμό της μέσης θανατηφόρας συγκέντρωσης (LC50) με διάστημα εμπιστοσύνης 95% και δημιουργήθηκαν καμπύλες συγκέντρωσης-απόκρισης χρησιμοποιώντας το Prism® (έκδοση 8.0, GraphPad Software) Inc., ΗΠΑ) 84, 91.
Η παρούσα μελέτη αποκαλύπτει τις δυνατότητες των μικροβιακών βιοεπιφανειοδραστικών ουσιών που παράγονται από το Enterobacter cloacae SJ2 ως προνυμφοκτόνων και αντιτερμιτικών παραγόντων κατά των κουνουπιών, και η παρούσα εργασία θα συμβάλει στην καλύτερη κατανόηση των μηχανισμών της προνυμφοκτόνου και αντιτερμιτικής δράσης. Ιστολογικές μελέτες προνυμφών που υποβλήθηκαν σε αγωγή με βιοεπιφανειοδραστικά έδειξαν βλάβη στην πεπτική οδό, στο μέσο έντερο, στον εγκεφαλικό φλοιό και υπερπλασία των εντερικών επιθηλιακών κυττάρων. Αποτελέσματα: Η τοξικολογική αξιολόγηση της αντιτερμιτικής και προνυμφοκτόνου δράσης του ραμνολιπιδικού βιοεπιφανειοδραστικού που παράγεται από το Enterobacter cloacae SJ2 αποκάλυψε ότι αυτό το απομονωμένο στέλεχος είναι ένα πιθανό βιοπαρασιτοκτόνο για τον έλεγχο ασθενειών που μεταδίδονται μέσω φορέων από κουνούπια (Cx quinquefasciatus) και τερμίτες (O. obesus). Υπάρχει ανάγκη κατανόησης της υποκείμενης περιβαλλοντικής τοξικότητας των βιοεπιφανειοδραστικών ουσιών και των πιθανών περιβαλλοντικών επιπτώσεών τους. Η παρούσα μελέτη παρέχει μια επιστημονική βάση για την αξιολόγηση του περιβαλλοντικού κινδύνου των βιοεπιφανειοδραστικών ουσιών.
Ώρα δημοσίευσης: 09 Απριλίου 2024