क्युलेक्स पायपियन्स पॅलेन्स अळ्यांच्या नियंत्रणासाठी नवीन थायोफेन-आयसोक्विनोलिन केटोन संकरित प्रजाती आणि त्यांच्या संभाव्य कीटकनाशकांच्या संश्लेषणाचे संगणक मॉडेलिंग.

       डासांमुळे होणारे आजार ही एक गंभीर जागतिक सार्वजनिक आरोग्य समस्या आहे.. पारंपारिक कीटकनाशकांविरुद्ध क्युलेक्स पायपियन्स पॅलेन्स सारख्या रोग वाहकांचा वाढता प्रतिकार ही समस्या आणखी वाढवतो. या अभ्यासात, नवीन थायोफेन-आयसोक्विनोलिनोन संकरांची मालिका डिझाइन, संश्लेषित आणि संभाव्य लार्व्हिसाइड म्हणून मूल्यांकन करण्यात आली. संश्लेषित संयुगांपैकी, डेरिव्हेटिव्ह्ज 5f, 6 आणि 7 ने अनुक्रमे 0.3, 0.1 आणि 1.85 μg/mL च्या LC₅₀ मूल्यांसह क्युलेक्स पायपियन्स पॅलेन्स अळ्यांविरुद्ध लक्षणीय लार्व्हिसाइडल क्रियाकलाप दर्शविला. उल्लेखनीय म्हणजे, सर्व बारा थायोफेन-आयसोक्विनोलिनोन डेरिव्हेटिव्ह्जने संदर्भ ऑर्गनोफॉस्फेट कीटकनाशक क्लोरपायरीफॉस (LC₅₀ = 293.8 μg/mL) पेक्षा लक्षणीयरीत्या जास्त विषाक्तता दर्शविली, ज्यामुळे या संयुगांच्या उत्कृष्ट विषाक्ततेची पुष्टी होते. मनोरंजक गोष्ट म्हणजे, सिंथेटिक इंटरमीडिएट 1a (थायोफेन सेमीएस्टर) ने सर्वाधिक क्षमता (LC₅₀ = 0.004 μg/mL) प्रदर्शित केली, आणि जरी अद्याप पूर्णपणे ऑप्टिमाइझ केलेले नसले तरी, त्याची क्षमता सर्व अंतिम डेरिव्हेटिव्ह्जपेक्षा जास्त होती. यांत्रिक जैविक अभ्यासातून मजबूत न्यूरोटॉक्सिसिटी लक्षणे दिसून आली, जी बिघडलेल्या कोलिनर्जिक कार्याचे संकेत देतात. आण्विक डॉकिंग आणि आण्विक गतिशीलता सिम्युलेशनने या निरीक्षणाची पुष्टी केली, एसिटाइलकोलिनेस्टेरेस (AChE) आणि निकोटिनिक एसिटाइलकोलिन रिसेप्टर (nAChR) सह मजबूत विशिष्ट परस्परसंवाद उघड केले, ज्यामुळे संभाव्य दुहेरी-क्रिया यंत्रणा सूचित झाली. घनता कार्यात्मक सिद्धांत (DFT) गणनेने सक्रिय संयुगांच्या अनुकूल इलेक्ट्रॉनिक गुणधर्म आणि प्रतिक्रियाशीलतेची पुष्टी केली. संयुगांच्या या मालिकेतील संरचनात्मक विविधता आणि सातत्याने उच्च क्षमता क्रॉस-रेझिस्टन्सचा धोका कमी करू शकते आणि संयुग रोटेशन किंवा संयोजनाद्वारे प्रतिकार व्यवस्थापन धोरणे सुलभ करू शकते. एकूणच, हे निकाल सूचित करतात की थायोफेन-आयसोक्विनोलिनोन संकर हे कीटक वाहकांच्या न्यूरोफिजियोलॉजिकल मार्गांना लक्ष्य करणाऱ्या पुढील पिढीतील लार्व्हाइसाइड्सच्या विकासासाठी एक आशादायक पर्याय आहेत.
डास हे संसर्गजन्य रोगांचे सर्वात प्रभावी वाहक आहेत, जे विविध धोकादायक रोगजनकांचा प्रसार करतात आणि जागतिक सार्वजनिक आरोग्यासाठी एक महत्त्वाचा धोका निर्माण करतात. क्युलेक्स पायपियन्स, एडीस एजिप्टी आणि अ‍ॅनोफिलीस गॅम्बिया सारख्या प्रजाती विशेषतः विषाणू, जीवाणू आणि परजीवी प्रसारित करण्यासाठी ओळखल्या जातात, ज्यामुळे दरवर्षी लाखो संसर्ग होतात आणि असंख्य मृत्यू होतात. उदाहरणार्थ, क्युलेक्स पायपियन्स हे वेस्ट नाईल विषाणू आणि सेंट लुईस एन्सेफलायटीस विषाणू सारख्या आर्बोव्हायरस तसेच एव्हियन मलेरिया सारख्या परजीवी रोगांचे प्रमुख वाहक आहे. अलिकडच्या संशोधनातून असेही दिसून आले आहे की बॅसिलस सेरियस आणि स्टॅफिलोकोकस वॉरविकी सारख्या हानिकारक जीवाणूंच्या वाहक आणि प्रसारात क्युलेक्स पायपियन्स महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावतात, जे अन्न दूषित करतात आणि सार्वजनिक आरोग्य समस्या वाढवतात. नियंत्रण पद्धतींसाठी डासांची उच्च अनुकूलता, जगण्याची क्षमता आणि प्रतिकार यामुळे त्यांना नियंत्रित करणे कठीण होते आणि ते सतत धोका निर्माण करतात.
डासांच्या नियंत्रणासाठी, विशेषतः डासांमुळे होणाऱ्या रोगांच्या प्रादुर्भावादरम्यान, रासायनिक कीटकनाशके हे एक महत्त्वाचे साधन आहे. पायरेथ्रॉइड्स, ऑर्गेनोफॉस्फेट्स आणि कार्बामेट्ससह विविध वर्गातील कीटकनाशके डासांची संख्या आणि रोगाचा प्रसार कमी करण्यासाठी मोठ्या प्रमाणावर वापरली जातात. तथापि, या रसायनांच्या व्यापक आणि दीर्घकालीन वापरामुळे पर्यावरणीय आणि सार्वजनिक आरोग्याच्या गंभीर समस्या निर्माण झाल्या आहेत, ज्यामध्ये परिसंस्थेतील व्यत्यय, लक्ष्य नसलेल्या प्रजातींवर हानिकारक परिणाम आणि डासांच्या लोकसंख्येमध्ये कीटकनाशकांच्या प्रतिकारशक्तीचा जलद विकास यांचा समावेश आहे.^{११,१२,१३,१४}या प्रतिकारामुळे अनेक पारंपारिक कीटकनाशकांची प्रभावीता लक्षणीयरीत्या कमी होते, ज्यामुळे या विकसित होणाऱ्या धोक्यांना प्रभावीपणे तोंड देण्यासाठी नवीन कृती यंत्रणेसह नाविन्यपूर्ण रासायनिक उपायांची तातडीची गरज अधोरेखित होते.^{११,१२,१३,१४}या गंभीर आव्हानांना तोंड देण्यासाठी, संशोधक बायोकंट्रोल, अनुवांशिक अभियांत्रिकी आणि एकात्मिक वेक्टर व्यवस्थापन (IVM) सारख्या पर्यायी धोरणांकडे वळत आहेत. हे दृष्टिकोन शाश्वत, दीर्घकालीन डास नियंत्रणासाठी आश्वासन दर्शवितात. तथापि, साथीच्या रोग आणि आपत्कालीन परिस्थितीत, जलद प्रतिसादासाठी रासायनिक पद्धती महत्त्वाच्या राहतात.
आयसोक्विनोलिन अल्कलॉइड्स हे महत्त्वाचे नायट्रोजन-युक्त हेटेरोसायक्लिक संयुगे आहेत जे वनस्पतींच्या जगात मोठ्या प्रमाणात वितरित केले जातात, ज्यामध्ये अमरिलिडेसी, रुबियासी, मॅग्नोलियासी, पापावेरेसी, बर्बेरिडेसी आणि मेनिस्पर्मसी सारख्या कुटुंबांचा समावेश आहे.30 मागील अभ्यासांनी पुष्टी केली आहे की आयसोक्विनोलिन अल्कलॉइड्समध्ये विविध जैविक क्रियाकलाप आणि संरचनात्मक वैशिष्ट्ये आहेत, ज्यात कीटकनाशक, मधुमेहविरोधी, ट्यूमरविरोधी, बुरशीविरोधी, दाहक-विरोधी, बॅक्टेरियाविरोधी, परजीवीविरोधी, अँटिऑक्सिडंट, अँटीव्हायरल आणि न्यूरोप्रोटेक्टिव्ह प्रभाव समाविष्ट आहेत.
या अभ्यासात, सर्व संयुगांसाठी χ² मूल्ये गंभीर थ्रेशोल्डच्या खाली होती आणि p मूल्ये 0.05 च्या वर होती. हे निकाल LC₅₀ अंदाजांच्या विश्वासार्हतेची पुष्टी करतात आणि हे दर्शवितात की संभाव्य प्रतिगमन निरीक्षण केलेल्या डोस-प्रतिसाद संबंधाचे प्रभावीपणे वर्णन करू शकते. म्हणून, सर्वात सक्रिय संयुग (1a) वर आधारित गणना केलेले LC₅₀ मूल्ये आणि विषारीता निर्देशांक (TIs) अत्यंत विश्वासार्ह आहेत आणि विषारी प्रभावांची तुलना करण्यासाठी योग्य आहेत.
१२ नवीन संश्लेषित थायोफेन-आयसोक्विनोलिनोन डेरिव्हेटिव्ह्ज आणि त्यांच्या पूर्वसूचक 1a च्या दोन प्रमुख डासांच्या न्यूरोनल लक्ष्यांसह - एसिटाइलकोलिनेस्टेरेस (AChE) आणि निकोटिनिक एसिटाइलकोलिन रिसेप्टर (nAChR) - च्या परस्परसंवादाचे मूल्यांकन करण्यासाठी आम्ही आण्विक डॉकिंग मॉडेलिंग केले. हे लक्ष्य लार्व्हा डेथ अॅसेजमध्ये आढळलेल्या न्यूरोटॉक्सिक लक्षणांवर आधारित निवडले गेले होते, जे बिघडलेले न्यूरोनल सिग्नलिंग दर्शवितात. शिवाय, ऑर्गनोफॉस्फेट्स आणि निओनिकोटिनॉइड्सशी या संयुगांची संरचनात्मक समानता या लक्ष्यांच्या पसंतीच्या निवडीला आणखी समर्थन देते, कारण ऑर्गनोफॉस्फेट्स आणि निओनिकोटिनॉइड्स अनुक्रमे AChE ला प्रतिबंधित करून आणि nAChR सक्रिय करून त्यांचे विषारी प्रभाव पाडतात.
शिवाय, अनेक संयुगे (1a, 2, 5a, 5b, 5e, 5f आणि 7 सह) SER280 शी संवाद साधतात. SER280 अवशेष क्रिस्टल स्ट्रक्चर कॉन्फॉर्मेशन आकार देण्यात गुंतलेले असतात आणि BT7 च्या रीडोपेटेड कॉन्फॉर्मेशनमध्ये संरक्षित केले जातात. परस्परसंवाद मोडची ही विविधता सक्रिय साइटमध्ये या संयुगांची अनुकूलता हायलाइट करते, ज्यामध्ये SER280 आणि GLU359 संभाव्यतः डॉकिंग परिस्थितीत अनुकूली अँकर साइट म्हणून काम करतात. मानवी एसिटाइलकोलिनेस्टेरेस (AChE) मधील ज्ञात SER-HIS-GLU उत्प्रेरक ट्रायडचे घटक असलेल्या सिंथेटिक डेरिव्हेटिव्ह्ज आणि GLU359 आणि SER280 सारख्या प्रमुख अवशेषांमधील वारंवार होणारे परस्परसंवाद, या गृहीतकाला आणखी समर्थन देतात की ही संयुगे उत्प्रेरकदृष्ट्या महत्त्वाच्या साइट्सशी बंधन घालून AChE वर शक्तिशाली प्रतिबंधात्मक प्रभाव पाडू शकतात.^{२९,६१,६४}
उल्लेखनीय म्हणजे, संयुग 6 आणि त्याच्या पूर्वसूचक 1a ने बायोअसेमध्ये अळ्यांविरुद्ध सर्वात शक्तिशाली क्रियाकलाप दर्शविला, मालिकेतील संयुगांमध्ये सर्वात कमी LC₅₀ मूल्ये प्रदर्शित केली. आण्विक स्तरावर, संयुग 6 GLU359 साइटवर क्लोरपायरीफॉससह एक गंभीर परस्परसंवाद प्रदर्शित करते, तर संयुग 1a SER280 ला हायड्रोजन बाँडद्वारे री-डोप केलेल्या BT7 सह ओव्हरलॅप होते. GLU359 आणि SER280 दोन्ही BT7 च्या मूळ क्रिस्टलोग्राफिक बंधनकारक रचनामध्ये उपस्थित आहेत आणि एसिटाइलकोलिनेस्टेरेस (SER-HIS-GLU) च्या संरक्षित उत्प्रेरक त्रिकोणाचे घटक आहेत, जे संयुगांच्या प्रतिबंधात्मक क्रियाकलाप राखण्यासाठी या परस्परसंवादांचे कार्यात्मक महत्त्व अधोरेखित करतात (आकृती 10).
BT7 डेरिव्हेटिव्ह्ज (नेटिव्ह आणि पुनर्रचित BT7 सह) आणि क्लोरपायरीफॉस यांच्यातील बंधन स्थळांमध्ये आढळलेली समानता, विशेषतः उत्प्रेरक क्रियाकलापांसाठी महत्त्वपूर्ण असलेल्या अवशेषांवर, या संयुगांमधील प्रतिबंधाची एक सामान्य यंत्रणा जोरदारपणे सूचित करते. एकंदरीत, हे परिणाम थायोफेन-आयसोक्विनोलिनोन डेरिव्हेटिव्ह्जच्या त्यांच्या संरक्षित आणि जैविकदृष्ट्या संबंधित परस्परसंवादामुळे अत्यंत शक्तिशाली एसिटाइलकोलिनेस्टेरेस इनहिबिटर म्हणून महत्त्वपूर्ण संभाव्यतेची पुष्टी करतात.
आण्विक डॉकिंग परिणाम आणि लार्व्हा बायोअसे निकालांमधील एक मजबूत सहसंबंध पुढे पुष्टी करतो की एसिटाइलकोलिनेस्टेरेस (AChE) आणि निकोटिनिक एसिटाइलकोलिन रिसेप्टर (nAChR) हे संश्लेषित थायोफेन-आयसोक्विनोलिनोन डेरिव्हेटिव्ह्जचे प्राथमिक न्यूरोटॉक्सिक लक्ष्य आहेत. जरी डॉकिंग परिणाम रिसेप्टर-लिगँड अॅफिनिटीबद्दल महत्त्वाची माहिती प्रदान करतात, तरीही हे ओळखले पाहिजे की केवळ बंधनकारक ऊर्जा विवोमध्ये कीटकनाशक प्रभावीपणा पूर्णपणे स्पष्ट करण्यासाठी अपुरी आहे. समान डॉकिंग वैशिष्ट्यांसह संयुगांमधील LC₅₀ मूल्यांमधील फरक चयापचय स्थिरता, शोषण, जैवउपलब्धता आणि कीटकांमध्ये वितरण यासारख्या घटकांमुळे असू शकतात.⁶⁰^,⁶⁴तथापि, तर्कसंगत संरचनात्मक रचना, संगणक सिम्युलेशनद्वारे सिम्युलेट केलेले उच्च रिसेप्टर आत्मीयता आणि शक्तिशाली जैविक क्रियाकलाप या दृष्टिकोनाचे जोरदार समर्थन करतात की AChE आणि nAChR हे निरीक्षण केलेल्या न्यूरोटॉक्सिसिटीचे मुख्य मध्यस्थ आहेत.
शेवटी, संश्लेषित थायोफेन-आयसोक्विनोलिनोन संकरित पदार्थांमध्ये प्रमुख संरचनात्मक आणि कार्यात्मक घटक असतात जे ज्ञात न्यूरोएक्टिव्ह कीटकनाशकांशी मोठ्या प्रमाणात सुसंगत असतात. पूरक परस्परसंवाद यंत्रणेद्वारे एसिटाइलकोलिनेस्टेरेस (AChE) आणि निकोटिनिक एसिटाइलकोलिन रिसेप्टर्स (nAChRs) ला कार्यक्षमतेने बांधण्याची त्यांची क्षमता दुहेरी-लक्ष्य कीटकनाशके म्हणून त्यांची क्षमता अधोरेखित करते. ही दुहेरी यंत्रणा केवळ कीटकनाशक कार्यक्षमता वाढवत नाही तर विद्यमान प्रतिकार यंत्रणेवर मात करण्यासाठी एक आशादायक रणनीती देखील प्रदान करते, ज्यामुळे ही संयुगे पुढील पिढीतील डास नियंत्रण एजंट्सच्या विकासासाठी आशादायक उमेदवार बनतात.
आण्विक गतिशीलता (MD) सिम्युलेशनचा वापर आण्विक डॉकिंग परिणामांचे प्रमाणीकरण आणि विस्तार करण्यासाठी केला जातो, ज्यामुळे शारीरिकदृष्ट्या वास्तववादी परिस्थितीत लिगँड-लक्ष्य परस्परसंवादाचे अधिक वास्तववादी आणि वेळेवर अवलंबून मूल्यांकन मिळते. जरी आण्विक डॉकिंग संभाव्य बंधनकारक स्थिती आणि संलग्नतेबद्दल मौल्यवान प्राथमिक माहिती प्रदान करू शकते, तरी ते एक स्थिर मॉडेल आहे आणि रिसेप्टर लवचिकता, सॉल्व्हेंट गतिशीलता किंवा आण्विक परस्परसंवादांमध्ये तात्पुरत्या चढउतारांसाठी जबाबदार नाही. म्हणूनच, कालांतराने लिगँड्स आणि प्रथिनांमध्ये जटिल स्थिरता, परस्परसंवाद मजबूती आणि रचनात्मक बदलांचे मूल्यांकन करण्यासाठी MD सिम्युलेशन ही एक महत्त्वाची पूरक पद्धत आहे.^{६०,६२,७१}
निकोटिनिक एसिटाइलकोलीन रिसेप्टर (nAChR) च्या तुलनेत एसिटाइलकोलीनेस्टेरेस (AChE) च्या त्यांच्या उत्कृष्ट बंधन गुणधर्मांवर आधारित, आम्ही आण्विक गतिशीलता (MD) सिम्युलेशनसाठी मूळ रेणू 1a (सर्वात कमी LC₅₀ मूल्यासह) आणि सर्वात सक्रिय थायोफेन-आयसोक्विनोलिन कंपाऊंड 6 निवडले. AChE सक्रिय साइटमध्ये त्यांचे बंधन रूपांतर 100 ns सिम्युलेशनपेक्षा जास्त स्थिर राहिले आहे की नाही याचे मूल्यांकन करणे आणि त्यांच्या बंधन वर्तनाची तुलना क्लोरपायरीफॉस आणि रिबाउंड कोक्रिस्टलाइज्ड AChE इनहिबिटर BT7 यांच्याशी करणे हे ध्येय होते.
आण्विक गतिशीलता सिम्युलेशनमध्ये एकूण जटिल स्थिरतेचे मूल्यांकन करण्यासाठी रूट मीन स्क्वेअर डेव्हिएशन (RMSD); अवशेष लवचिकतेचा अभ्यास करण्यासाठी रूट मीन स्क्वेअर डेव्हिएशन ऑफ फ्लुट्युलेशन (RMSF); आणि हायड्रोजन बॉन्ड्स, हायड्रोफोबिक कॉन्टॅक्ट्स आणि आयनिक इंटरॅक्शन्सची स्थिरता निश्चित करण्यासाठी लिगँड-अ‍ॅसेप्टर इंटरॅक्शन विश्लेषण (पूरक डेटा) समाविष्ट होते. जरी सर्व लिगँड्ससाठी RMSD आणि RMSF मूल्ये स्थिर श्रेणीत राहिली, जी AChE-लिगँड कॉम्प्लेक्समध्ये कोणतेही महत्त्वपूर्ण कॉन्फॉर्मेशनल बदल दर्शवत नाहीत (आकृती 12), हे पॅरामीटर्स केवळ संयुगांमधील बंधन वस्तुमानातील फरक पूर्णपणे स्पष्ट करण्यासाठी अपुरे आहेत.