पाइनच्या नेमाटोड रोगाचे प्रेरक म्हणून आयोडीन आणि अ‍ॅव्हरमेक्टिनचे मूल्यांकन

पाइन नेमाटोड हा एक क्वारंटाइन स्थलांतरित एंडोपॅरासाइट आहे जो पाइन वन परिसंस्थांमध्ये गंभीर आर्थिक नुकसान करण्यासाठी ओळखला जातो. सध्याच्या अभ्यासात पाइन नेमाटोड्स विरुद्ध हॅलोजनेटेड इंडोल्सच्या निमॅटिसाइडल क्रियाकलाप आणि त्यांच्या कृतीच्या यंत्रणेचा आढावा घेतला आहे. पाइन नेमाटोड्स विरुद्ध 5-आयोडॉइंडोल आणि एव्हरमेक्टिन (सकारात्मक नियंत्रण) च्या निमॅटिसाइडल क्रियाकलाप कमी सांद्रतेवर (10 μg/mL) समान आणि उच्च होते. 5-आयोडॉइंडोलने प्रजनन क्षमता, पुनरुत्पादक क्रियाकलाप, भ्रूण आणि लार्व्हा मृत्युदर आणि लोकोमोटर वर्तन कमी केले. अपृष्ठवंशी-विशिष्ट ग्लूटामेट-गेटेड क्लोराइड चॅनेल रिसेप्टर्ससह लिगँड्सचे आण्विक परस्परसंवाद या कल्पनेला समर्थन देतात की 5-आयोडॉइंडोल, एव्हरमेक्टिन प्रमाणे, रिसेप्टर सक्रिय साइटशी घट्ट बांधले जाते. 5-आयोडॉइंडोलने नेमॅटोड्समध्ये विविध फेनोटाइपिक विकृती देखील प्रेरित केल्या, ज्यामध्ये असामान्य अवयव कोसळणे/संकोचन आणि वाढलेले व्हॅक्यूलायझेशन समाविष्ट आहे. हे परिणाम सूचित करतात की व्हॅक्यूल्स नेमॅटोड मेथिलेशन-मध्यस्थी मृत्यूमध्ये भूमिका बजावू शकतात. महत्त्वाचे म्हणजे, 5-आयोडायंडोल हे दोन्ही वनस्पती प्रजातींसाठी (कोबी आणि मुळा) विषारी नव्हते. अशाप्रकारे, या अभ्यासातून असे दिसून आले आहे की पर्यावरणीय परिस्थितीत आयोडोइंडोलचा वापर पाइन विल्ट इजा नियंत्रित करू शकतो.
पाइन वुड नेमाटोड (बर्साफेलेन्चस झायलोफिलस) हा पाइन वुड नेमाटोड (PWN) या प्रजातींपैकी एक आहे, जो स्थलांतरित एंडोपॅरासायटिक नेमाटोड आहे जो पाइन वन परिसंस्थांना गंभीर पर्यावरणीय नुकसान करण्यासाठी ओळखला जातो. पाइन वुड नेमाटोडमुळे होणारा पाइन विल्ट रोग (PWD) आशिया आणि युरोपसह अनेक खंडांवर एक गंभीर समस्या बनत आहे आणि उत्तर अमेरिकेत, नेमाटोड ओळखल्या जाणाऱ्या पाइन प्रजाती नष्ट करतो1,2. पाइन वृक्षांची घट ही एक मोठी आर्थिक समस्या आहे आणि त्याचा जागतिक प्रसार होण्याची शक्यता चिंताजनक आहे3. खालील पाइन प्रजातींवर नेमाटोडचा सर्वाधिक हल्ला होतो: पिनस डेन्सिफ्लोरा, पिनस सिल्व्हेस्ट्रिस, पिनस थुनबर्गी, पिनस कोराइन्सिस, पिनस थुनबर्गी, पिनस थुनबर्गी आणि पिनस रेडिएटा4. पाइन नेमाटोड हा एक गंभीर रोग आहे जो संसर्गाच्या काही आठवड्यांत किंवा महिन्यांत पाइन झाडांना मारू शकतो. याव्यतिरिक्त, विविध परिसंस्थांमध्ये पाइन नेमाटोडचा प्रादुर्भाव सामान्य आहे, म्हणून सतत संसर्ग साखळी स्थापित केल्या गेल्या आहेत1.
बर्साफेलेन्चस झायलोफिलस हा एक क्वारंटाइन वनस्पती-परजीवी नेमाटोड आहे जो सुपरफॅमिली अफेलेन्कोइडिया आणि क्लेड १०२.५ मधील आहे. नेमाटोड बुरशी खातात आणि पाइन झाडांच्या लाकडाच्या ऊतींमध्ये पुनरुत्पादन करतात, चार वेगवेगळ्या अळ्या टप्प्यांमध्ये विकसित होतात: L1, L2, L3, L4 आणि प्रौढ व्यक्ती१,६. अन्नटंचाईच्या परिस्थितीत, पाइन नेमाटोड एका विशेष अळ्या टप्प्यात जातो - डौअर, जो त्याच्या वेक्टर - पाइन बार्क बीटल (मोनोचॅमस अल्टरनेटस) ला परजीवी बनवतो आणि निरोगी पाइन झाडांमध्ये हस्तांतरित केला जातो. निरोगी यजमानांमध्ये, नेमाटोड वनस्पतींच्या ऊतींमधून त्वरीत स्थलांतर करतात आणि पॅरेन्कायमॅटस पेशी खातात, ज्यामुळे संसर्गानंतर एका वर्षाच्या आत अनेक अतिसंवेदनशीलता प्रतिक्रिया, पाइन कोमेजणे आणि मृत्यू होतो१,७,८.
पाइन नेमाटोड्सचे जैविक नियंत्रण हे फार पूर्वीपासून एक आव्हान आहे, २० व्या शतकापासून क्वारंटाइन उपाय सुरू आहेत. पाइन नेमाटोड्स नियंत्रित करण्यासाठी सध्याच्या धोरणांमध्ये प्रामुख्याने रासायनिक उपचारांचा समावेश आहे, ज्यामध्ये लाकडाची धुरीकरण आणि झाडांच्या खोडांमध्ये नेमाटिकाइड्सचे रोपण यांचा समावेश आहे. सर्वात जास्त वापरले जाणारे नेमाटिकाइड्स म्हणजे एव्हरमेक्टिन आणि एव्हरमेक्टिन बेंझोएट, जे एव्हरमेक्टिन कुटुंबातील आहेत. ही महागडी रसायने अनेक नेमाटोड्स प्रजातींविरुद्ध अत्यंत प्रभावी आहेत आणि पर्यावरणास सुरक्षित मानली जातात. तथापि, या नेमाटिकाइड्सचा वारंवार वापर केल्याने निवड दबाव निर्माण होण्याची अपेक्षा आहे ज्यामुळे जवळजवळ निश्चितच प्रतिरोधक पाइन नेमाटोड्सचा उदय होईल, जसे की लेप्टिनोटार्सा डेसेमलाइनाटा, प्लुटेला झायलोस्टेला आणि नेमाटोड्स ट्रायकोस्ट्रॉन्गाइलस कोलुब्रिफॉर्मिस आणि ऑस्टरटागिया सर्कमसिंक्टा सारख्या अनेक कीटक कीटकांसाठी दाखवले गेले आहे, ज्यांनी हळूहळू एव्हरमेक्टिनला प्रतिकार विकसित केला आहे10,11,12. म्हणून, प्रतिकार नमुन्यांचा नियमितपणे अभ्यास करणे आणि पीव्हीडी नियंत्रित करण्यासाठी पर्यायी, किफायतशीर आणि पर्यावरणास अनुकूल उपाय शोधण्यासाठी निमॅटिसाइड्सची सतत तपासणी करणे आवश्यक आहे. अलिकडच्या दशकात, अनेक लेखकांनी वनस्पती अर्क, आवश्यक तेले आणि वाष्पशील पदार्थांचा निमॅटोड नियंत्रण एजंट म्हणून वापर प्रस्तावित केला आहे13,14,15,16.
आम्ही अलिकडेच कॅनोरहॅबडायटिस एलिगन्स १७ मध्ये इंडोल, एक इंटरसेल्युलर आणि इंटरकिंग्डम सिग्नलिंग रेणूची नेमॅटिसाइडल क्रिया प्रदर्शित केली. इंडोल हा मायक्रोबियल इकोलॉजीमध्ये एक व्यापक इंट्रासेल्युलर सिग्नल आहे, जो मायक्रोबियल फिजियोलॉजी, स्पोर फॉर्मेशन, प्लाझमिड स्थिरता, ड्रग रेझिस्टन्स, बायोफिल्म फॉर्मेशन आणि व्हायरलन्स १८, १९ वर परिणाम करणाऱ्या असंख्य कार्यांवर नियंत्रण ठेवतो. इतर पॅथोजेनिक नेमाटोड्स विरुद्ध इंडोल आणि त्याच्या डेरिव्हेटिव्ह्जची क्रिया अभ्यासली गेली नाही. या अभ्यासात, आम्ही पाइन नेमाटोड्स विरुद्ध ३४ इंडोल्सच्या नेमॅटिसाइडल क्रियाकलापांची तपासणी केली आणि मायक्रोस्कोपी, टाइम-लॅप्स फोटोग्राफी आणि आण्विक डॉकिंग प्रयोगांचा वापर करून सर्वात शक्तिशाली ५-आयोडायंडोलच्या कृतीची यंत्रणा स्पष्ट केली आणि बियाणे उगवण परख वापरून वनस्पतींवर त्याचे विषारी परिणाम मूल्यांकन केले.
इंडोलच्या उच्च सांद्रतेमुळे (>१.० मिमी) नेमाटोड्सवर नेमॅटिसाइडल प्रभाव असल्याचे यापूर्वी नोंदवले गेले आहे. बी. झायलोफिलस (मिश्र जीवन अवस्था) ला इंडोल किंवा ३३ वेगवेगळ्या इंडोल डेरिव्हेटिव्ह्जसह १ मिमी वर उपचार केल्यानंतर, नियंत्रण आणि उपचारित गटांमध्ये जिवंत आणि मृत नेमॅटोड्सची गणना करून बी. झायलोफिलसची मृत्युदर मोजण्यात आली. पाच इंडोल्समध्ये लक्षणीय नेमॅटिसाइडल क्रियाकलाप दिसून आला; उपचार न केलेल्या नियंत्रण गटाचे जगण्याचे प्रमाण २४ तासांनंतर ९५ ± ७% होते. चाचणी केलेल्या ३४ इंडोल्सपैकी, १ मिमी वर ५-आयोडायंडोल आणि ४-फ्लोरोइंडोलमुळे १००% मृत्युदर झाला, तर ५,६-डायफ्लुओरोइंडिगो, मिथाइलइंडोल-७-कार्बोक्झिलेट आणि ७-आयोडायंडोलमुळे अंदाजे ५०% मृत्युदर झाला (तक्ता १).
५-आयोडायंडोलचा पाइन वुड नेमाटोडच्या व्हॅक्यूओल निर्मिती आणि चयापचयवर परिणाम. (अ) प्रौढ नर नेमाटोडवर अ‍ॅव्हरमेक्टिन आणि ५-आयोडायंडोलचा प्रभाव, (ब) एल१ स्टेज नेमाटोड अंडी आणि (क) बी. झायलोफिलसचे चयापचय, (i) ० तासांनी व्हॅक्यूओल दिसून आले नाहीत, उपचारामुळे (ii) व्हॅक्यूओल, (iii) अनेक व्हॅक्यूओल जमा झाले, (iv) व्हॅक्यूओलची सूज, (v) व्हॅक्यूओलचे संलयन आणि (vi) महाकाय व्हॅक्यूओलची निर्मिती झाली. लाल बाण व्हॅक्यूओलची सूज दर्शवतात, निळे बाण व्हॅक्यूओलचे संलयन दर्शवतात आणि काळे बाण महाकाय व्हॅक्यूओल दर्शवतात. स्केल बार = ५० μm.
याव्यतिरिक्त, या अभ्यासात पाइन नेमाटोड्समध्ये मिथेन-प्रेरित मृत्यूच्या अनुक्रमिक प्रक्रियेचे देखील वर्णन केले आहे (आकृती 4C). मिथेनोजेनिक मृत्यू हा एक नॉन-अपोप्टोटिक प्रकारचा पेशी मृत्यू आहे जो प्रमुख सायटोप्लाज्मिक व्हॅक्यूल्सच्या संचयाशी संबंधित आहे27. पाइन नेमाटोड्समध्ये आढळलेले आकारशास्त्रीय दोष मिथेन-प्रेरित मृत्यूच्या यंत्रणेशी जवळून संबंधित असल्याचे दिसून येते. वेगवेगळ्या वेळी सूक्ष्म तपासणीत असे दिसून आले की 5-आयोडायंडोल (0.1 मिमी) च्या संपर्कात आल्यानंतर 20 तासांनंतर महाकाय व्हॅक्यूल्स तयार झाले. उपचाराच्या 8 तासांनंतर सूक्ष्म व्हॅक्यूल्सचे निरीक्षण केले गेले आणि 12 तासांनंतर त्यांची संख्या वाढली. 14 तासांनंतर अनेक मोठे व्हॅक्यूल्सचे निरीक्षण केले गेले. उपचाराच्या 12-16 तासांनंतर अनेक फ्यूज्ड व्हॅक्यूल्स स्पष्टपणे दृश्यमान झाले, जे दर्शविते की व्हॅक्यूल्स फ्यूजन हा मिथेनोजेनिक डेथ मेकॅनिझमचा आधार आहे. 20 तासांनंतर, संपूर्ण अळीमध्ये अनेक महाकाय व्हॅक्यूल्स आढळले. ही निरीक्षणे सी. एलिगन्समधील मेट्युओसिसचा पहिला अहवाल दर्शवतात.
५-आयोडायंडोल-उपचारित कृमींमध्ये, व्हॅक्यूओल एकत्रीकरण आणि फाटणे देखील दिसून आले (आकृती ५), जे कीटक वाकणे आणि वातावरणात व्हॅक्यूओल सोडणे यावरून दिसून येते. अंड्याच्या कवचाच्या पडद्यामध्ये व्हॅक्यूओल व्यत्यय देखील दिसून आला, जो सामान्यतः उबवणी दरम्यान L2 द्वारे अखंडपणे जतन केला जातो (पूरक आकृती S2). ही निरीक्षणे व्हॅक्यूओल निर्मिती आणि पोट भरण्याच्या प्रक्रियेत द्रव संचय आणि ऑस्मोरेग्युलेटरी अपयश, तसेच उलट करता येणारे पेशी दुखापत (RCI) यांच्या सहभागाचे समर्थन करतात (आकृती ५).
निरीक्षण केलेल्या व्हॅक्यूओल निर्मितीमध्ये आयोडीनची भूमिका गृहीत धरून, आम्ही सोडियम आयोडाइड (NaI) आणि पोटॅशियम आयोडाइड (KI) च्या नेमॅटिकाइडल क्रियाकलापांची तपासणी केली. तथापि, सांद्रतेवर (0.1, 0.5 किंवा 1 mM), त्यांचा नेमाटोड जगण्यावर किंवा व्हॅक्यूओल निर्मितीवर कोणताही परिणाम झाला नाही (पूरक आकृती S5), जरी 1 mM KI चा थोडासा नेमॅटिकाइडल प्रभाव होता. दुसरीकडे, 5-आयोडायंडोल प्रमाणे 7-आयोडायंडोल (1 किंवा 2 mM), अनेक व्हॅक्यूओल आणि संरचनात्मक विकृतींना प्रेरित करते (पूरक आकृती S6). पाइन नेमाटोड्समध्ये दोन आयोडोइंडोलने समान फेनोटाइपिक वैशिष्ट्ये दर्शविली, तर NaI आणि KI ने तसे केले नाही. मनोरंजक गोष्ट म्हणजे, चाचणी केलेल्या सांद्रतेवर (डेटा दर्शविला नाही) इंडोलने बी. झायलोफिलसमध्ये व्हॅक्यूओल निर्मितीला प्रेरित केले नाही. अशा प्रकारे, निकालांनी पुष्टी केली की इंडोल-आयोडीन कॉम्प्लेक्स बी. झायलोफिलसच्या व्हॅक्यूओलायझेशन आणि चयापचयसाठी जबाबदार आहे.
निमॅटिसाइडल अ‍ॅक्टिव्हिटीसाठी चाचणी केलेल्या इंडोल्समध्ये, 5-आयोडायंडोलचा स्लिप इंडेक्स -5.89 kcal/mol होता, त्यानंतर 7-आयोडायंडोल (-4.48 kcal/mol), 4-फ्लुओरोइंडोल (-4.33) आणि इंडोल (-4.03) (आकृती 6) होता. 5-आयोडायंडोलचे ल्युसीन 218 शी असलेले मजबूत बॅकबोन हायड्रोजन बंध त्याचे बंधन स्थिर करते, तर इतर सर्व इंडोल डेरिव्हेटिव्ह्ज साइड चेन हायड्रोजन बंधांद्वारे सेरीन 260 शी बांधले जातात. इतर मॉडेल केलेल्या आयोडोइंडोलमध्ये, 2-आयोडाइंडोलचे बंधन मूल्य -5.248 kcal/mol आहे, जे त्याच्या मुख्य हायड्रोजन बंधामुळे आहे ल्युसीन 218. इतर ज्ञात बंधनांमध्ये 3-आयोडाइंडोल (-4.3 kcal/mol), 4-आयोडाइंडोल (-4.0 kcal/mol), आणि 6-फ्लुओरोइंडोल (-2.6 kcal/mol) (पूरक आकृती S8) यांचा समावेश आहे. ५-आयोडायंडोल आणि २-आयोडायंडोल वगळता बहुतेक हॅलोजनेटेड इंडोल आणि इंडोल स्वतः सेरीन २६० सह एक बंध तयार करतात. आयव्हरमेक्टिन (पूरक आकृती S7) मध्ये पाहिल्याप्रमाणे, ल्युसीन २१८ सह हायड्रोजन बंध कार्यक्षम रिसेप्टर-लिगँड बंधन दर्शवितात हे तथ्य पुष्टी करते की आयव्हरमेक्टिन प्रमाणेच ५-आयोडायंडोल आणि २-आयोडायंडोल, ल्युसीन २१८ (आकृती 6 आणि पूरक आकृती S8) द्वारे ग्लुसीएल रिसेप्टरच्या सक्रिय जागेशी घट्ट बांधले जातात. आम्ही असे प्रस्तावित करतो की हे बंधन ग्लुसीएल कॉम्प्लेक्सची उघडी छिद्र रचना राखण्यासाठी आवश्यक आहे आणि ग्लुसीएल रिसेप्टरच्या सक्रिय जागेशी घट्ट बांधून, ५-आयोडायंडोल, २-आयोडायंडोल, एव्हरमेक्टिन आणि आयव्हरमेक्टिन अशा प्रकारे आयन चॅनेल उघडे ठेवतात आणि द्रव शोषण करण्यास परवानगी देतात.
इंडोल आणि हॅलोजनेटेड इंडोलचे ग्लूसीएलशी आण्विक डॉकिंग. (अ) इंडोल, (ब) ४-फ्लुरोइंडोल, (क) ७-आयोडायंडोल आणि (ड) ५-आयोडायंडोल लिगँड्सचे ग्लूसीएलच्या सक्रिय जागेशी बंधनकारक अभिमुखता. प्रथिने एका रिबनद्वारे दर्शविली जातात आणि पाठीचा कणा हायड्रोजन बंध पिवळ्या ठिपक्या रेषांनी दर्शविले जातात. (अ)), (ब)), (क) आणि (ड) आसपासच्या अमीनो आम्ल अवशेषांसह संबंधित लिगँड्सचे परस्परसंवाद दर्शवितात आणि बाजू-साखळी हायड्रोजन बंध गुलाबी ठिपके असलेल्या बाणांनी दर्शविले जातात.
कोबी आणि मुळा बियाण्यांच्या उगवणीवर 5-आयोडायंडोलचा विषारी परिणाम कसा होतो याचे मूल्यांकन करण्यासाठी प्रयोग करण्यात आले. 5-आयोडायंडोल (0.05 किंवा 0.1 मिमी) किंवा अ‍ॅव्हरमेक्टिन (10 μg/मिली) चा सुरुवातीच्या उगवण आणि रोपांच्या उदयावर फारसा किंवा कोणताही परिणाम झाला नाही (आकृती 7). याव्यतिरिक्त, उपचार न केलेल्या नियंत्रणांच्या उगवण दरात आणि 5-आयोडायंडोल किंवा अ‍ॅव्हरमेक्टिनने प्रक्रिया केलेल्या बियाण्यांमध्ये कोणताही महत्त्वपूर्ण फरक आढळला नाही. मुळांच्या लांबीवर आणि तयार झालेल्या बाजूच्या मुळांच्या संख्येवर परिणाम नगण्य होता, जरी 5-आयोडायंडोलच्या 1 मिमी (त्याच्या सक्रिय एकाग्रतेपेक्षा 10 पट) पार्श्व मुळांच्या विकासात थोडासा विलंब झाला. हे निकाल सूचित करतात की 5-आयोडायंडोल वनस्पती पेशींसाठी विषारी नाही आणि अभ्यासलेल्या सांद्रतेवर वनस्पती विकास प्रक्रियेत व्यत्यय आणत नाही.
५-आयोडायंडोलचा बियाण्यांच्या उगवणीवर परिणाम. मुराशिगे आणि स्कूग आगर माध्यमावर एव्हरमेक्टिन किंवा ५-आयोडायंडोलसह किंवा त्याशिवाय बी. ओलेरेसिया आणि आर. रॅफनिस्ट्रम बियाण्यांचे उगवण, अंकुर वाढणे आणि बाजूकडील मुळीकरण. २२°C तापमानावर ३ दिवसांच्या उबवणीनंतर उगवण नोंदवली गेली.
या अभ्यासात इंडोल्सद्वारे नेमाटोड मारल्याच्या अनेक प्रकरणांचा अहवाल देण्यात आला आहे. महत्त्वाचे म्हणजे, पाइन सुयांमध्ये आयोडोइंडोलमुळे मिथाइलेशन (लहान व्हॅक्यूल्स जमा झाल्यामुळे होणारी प्रक्रिया जी हळूहळू महाकाय व्हॅक्यूल्समध्ये विलीन होते, ज्यामुळे शेवटी पडदा फुटतो आणि मृत्यू होतो) प्रेरित करण्याचा हा पहिला अहवाल आहे, ज्यामध्ये आयोडोइंडोलमध्ये व्यावसायिक नेमाटाइड अ‍ॅव्हरमेक्टिनसारखेच लक्षणीय नेमाटिडायडल गुणधर्म प्रदर्शित केले जातात.
प्रोकेरियोट्स आणि युकेरियोट्समध्ये इंडोल्स अनेक सिग्नलिंग फंक्शन्स वापरतात असे पूर्वी नोंदवले गेले आहे, ज्यामध्ये बायोफिल्म इनहिबिशन/फॉर्मेशन, बॅक्टेरियाचे अस्तित्व आणि रोगजनकता यांचा समावेश आहे19,32,33,34. अलिकडेच, हॅलोजनेटेड इंडोल्स, इंडोल अल्कलॉइड्स आणि सेमीसिंथेटिक इंडोल डेरिव्हेटिव्ह्जच्या संभाव्य उपचारात्मक प्रभावांनी व्यापक संशोधनात रस घेतला आहे35,36,37. उदाहरणार्थ, हॅलोजनेटेड इंडोल्स सतत एस्चेरिचिया कोलाई आणि स्टॅफिलोकोकस ऑरियस पेशींना मारतात37 असे दिसून आले आहे. याव्यतिरिक्त, इतर प्रजाती, प्रजाती आणि राज्यांविरुद्ध हॅलोजनेटेड इंडोल्सची प्रभावीता अभ्यासणे वैज्ञानिकदृष्ट्या मनोरंजक आहे आणि हा अभ्यास हे ध्येय साध्य करण्याच्या दिशेने एक पाऊल आहे.
येथे, आम्ही उलट करता येण्याजोग्या पेशी दुखापती (RCI) आणि मिथाइलेशनवर आधारित C. एलिगन्समध्ये 5-आयोडायंडोल-प्रेरित प्राणघातकतेसाठी एक यंत्रणा प्रस्तावित करतो (आकृती 4C आणि 5). सूज आणि व्हॅक्यूलर डीजनरेशन सारखे एडिमॅटस बदल हे RCI आणि मिथाइलेशनचे सूचक आहेत, जे सायटोप्लाझममध्ये महाकाय व्हॅक्यूल्स म्हणून प्रकट होतात48,49. RCI ATP उत्पादन कमी करून ऊर्जा उत्पादनात व्यत्यय आणते, ATPase पंप बिघाड निर्माण करते किंवा पेशी पडद्यामध्ये व्यत्यय आणते आणि Na+, Ca2+ आणि पाण्याचा जलद प्रवाह निर्माण करते50,51,52. Ca2+ आणि पाण्याच्या प्रवाहामुळे सायटोप्लाझममध्ये द्रव जमा झाल्यामुळे प्राण्यांच्या पेशींमध्ये इंट्रासाइटोप्लाज्मिक व्हॅक्यूल्स उद्भवतात53. मनोरंजक गोष्ट म्हणजे, जर नुकसान तात्पुरते असेल आणि पेशी विशिष्ट कालावधीसाठी एटीपी तयार करू लागल्या तर पेशींच्या नुकसानाची ही यंत्रणा उलट करता येते, परंतु जर नुकसान कायम राहिले किंवा बिघडले तर पेशी मरतात. 54 आमच्या निरीक्षणांवरून असे दिसून आले आहे की 5-आयोडायंडोलने उपचार केलेले नेमाटोड तणावाच्या परिस्थितीत आल्यानंतर सामान्य जैवसंश्लेषण पुनर्संचयित करण्यास असमर्थ असतात.
बी. झायलोफिलसमध्ये ५-आयोडायंडोलमुळे होणारा मिथाइलेशन फेनोटाइप आयोडीनच्या उपस्थितीमुळे आणि त्याच्या आण्विक वितरणामुळे असू शकतो, कारण ७-आयोडायंडोलचा बी. झायलोफिलसवर ५-आयोडायंडोलपेक्षा कमी प्रतिबंधात्मक प्रभाव होता (तक्ता १ आणि पूरक आकृती S६). हे निकाल माल्टीज एट अल. (२०१४) च्या अभ्यासांशी अंशतः सुसंगत आहेत, ज्यांनी अहवाल दिला की इंडोलमधील पायरिडिल नायट्रोजन मोइटीचे पॅरा- पासून मेटा-पोझिशनमध्ये स्थानांतरण U251 पेशींमध्ये रद्द केलेल्या व्हॅक्यूलायझेशन, वाढ प्रतिबंध आणि सायटोटॉक्सिसिटी, असे सूचित करते की प्रथिनातील विशिष्ट सक्रिय साइटसह रेणूचा परस्परसंवाद गंभीर आहे27,44,45. या अभ्यासात आढळलेल्या इंडोल किंवा हॅलोजनेटेड इंडोल्स आणि ग्लूसीएल रिसेप्टर्समधील परस्परसंवाद देखील या कल्पनेला समर्थन देतात, कारण ५- आणि २-आयोडायंडोल हे तपासलेल्या इतर इंडोल्सपेक्षा ग्लूसीएल रिसेप्टर्सशी अधिक मजबूतपणे बांधलेले आढळले (आकृती ६ आणि पूरक आकृती S८). इंडोलच्या दुसऱ्या किंवा पाचव्या स्थानावर असलेले आयोडीन बॅकबोन हायड्रोजन बंधांद्वारे GluCL रिसेप्टरच्या ल्युसीन 218 ला बांधलेले आढळले, तर इतर हॅलोजनेटेड इंडोल आणि इंडोल स्वतः सेरीन 260 सह कमकुवत साइड-चेन हायड्रोजन बंध तयार करतात (आकृती 6). म्हणून आम्ही असा अंदाज लावतो की हॅलोजनचे स्थानिकीकरण व्हॅक्यूलर डीजनरेशनच्या प्रेरणेमध्ये महत्त्वाची भूमिका बजावते, तर 5-आयोडायंडोलचे घट्ट बंधन आयन चॅनेल उघडे ठेवते, ज्यामुळे द्रवपदार्थाचा जलद प्रवाह आणि व्हॅक्यूओल फुटणे शक्य होते. तथापि, 5-आयोडायंडोलच्या कृतीची तपशीलवार यंत्रणा निश्चित करणे बाकी आहे.
५-आयोडायंडोलचा व्यावहारिक वापर करण्यापूर्वी, वनस्पतींवर त्याचा विषारी परिणाम विश्लेषण केला पाहिजे. आमच्या बियाणे उगवण प्रयोगांवरून असे दिसून आले की अभ्यास केलेल्या सांद्रतेवर ५-आयोडायंडोलचा बियाणे उगवण किंवा त्यानंतरच्या विकास प्रक्रियेवर कोणताही नकारात्मक परिणाम झाला नाही (आकृती ७). अशाप्रकारे, हा अभ्यास पाइन झाडांना पाइन नेमाटोड्सच्या हानिकारकतेवर नियंत्रण ठेवण्यासाठी पर्यावरणीय वातावरणात ५-आयोडायंडोलच्या वापरासाठी आधार प्रदान करतो.
मागील अहवालांनी हे सिद्ध केले आहे की इंडोल-आधारित थेरपी अँटीबायोटिक प्रतिरोध आणि कर्करोगाच्या प्रगतीच्या समस्येचे निराकरण करण्यासाठी एक संभाव्य दृष्टिकोन दर्शवते55. याव्यतिरिक्त, इंडोल्समध्ये बॅक्टेरियाच्या वाढीस प्रतिबंध करणारा पदार्थ, कर्करोगविरोधी, अँटिऑक्सिडंट, दाहक-विरोधी, मधुमेहविरोधी, अँटीव्हायरल, अँटीप्रोलिफेरेटिव्ह आणि क्षयरोगविरोधी क्रियाकलाप असतात आणि ते औषध विकासासाठी एक आशादायक आधार म्हणून काम करू शकतात56,57. या अभ्यासात पहिल्यांदाच अँटीपॅरासिटिक आणि अँथेलमिंटिक एजंट म्हणून आयोडीनचा संभाव्य वापर सुचवला आहे.
एव्हरमेक्टिनचा शोध तीन दशकांपूर्वी लागला आणि २०१५ मध्ये त्याला नोबेल पारितोषिक मिळाले आणि त्याचा वापर अजूनही सक्रियपणे चालू आहे. तथापि, नेमाटोड्स आणि कीटकांमध्ये एव्हरमेक्टिनच्या प्रतिकारशक्तीच्या जलद विकासामुळे, पाइन वृक्षांमध्ये पीडब्ल्यूएन संसर्ग नियंत्रित करण्यासाठी पर्यायी, कमी किमतीची आणि पर्यावरणास अनुकूल रणनीती आवश्यक आहे. या अभ्यासात ५-आयोडॉइंडोल पाइन नेमाटोड्स कसे मारते आणि ५-आयोडॉइंडोल वनस्पती पेशींसाठी कमी विषारी आहे याची यंत्रणा देखील नोंदवली आहे, ज्यामुळे त्याच्या भविष्यातील व्यावसायिक वापरासाठी चांगल्या शक्यता उघडतात.
सर्व प्रयोगांना कोरियातील ग्योंगसान येथील येउंगनाम विद्यापीठाच्या नीतिमत्ता समितीने मान्यता दिली आणि पद्धती येउंगनाम विद्यापीठाच्या नीतिमत्ता समितीच्या मार्गदर्शक तत्त्वांनुसार पार पाडल्या गेल्या.
स्थापित प्रक्रिया वापरून अंडी उबवण्याचे प्रयोग करण्यात आले43. उबवणुकीचा दर (HR) मोजण्यासाठी, 1 दिवसाच्या प्रौढ नेमाटोड (अंदाजे 100 मादी आणि 100 नर) बुरशी असलेल्या पेट्री डिशमध्ये हलवण्यात आले आणि 24 तास वाढू देण्यात आले. त्यानंतर अंडी वेगळी करण्यात आली आणि निर्जंतुकीकरण केलेल्या डिस्टिल्ड पाण्यात 5-आयोडायंडोल (0.05 मिमी आणि 0.1 मिमी) किंवा एव्हरमेक्टिन (10 μg/ml) सह सस्पेंशन म्हणून उपचार केले गेले. हे सस्पेंशन (500 μl; अंदाजे 100 अंडी) 24-वेल टिश्यू कल्चर प्लेटच्या विहिरींमध्ये हस्तांतरित केले गेले आणि 22 °C वर उबवले गेले. उबवणुकीच्या 24 तासांनंतर L2 मोजले गेले परंतु बारीक प्लॅटिनम वायरने उत्तेजित केल्यावर पेशी हलल्या नाहीत तर त्यांना मृत मानले गेले. हा प्रयोग दोन टप्प्यात करण्यात आला, प्रत्येकी सहा पुनरावृत्तीसह. दोन्ही प्रयोगांमधील डेटा एकत्रित करून सादर करण्यात आला. HR ची टक्केवारी खालीलप्रमाणे मोजली जाते:
पूर्वी विकसित केलेल्या पद्धती वापरून अळ्या मृत्युदराचे मूल्यांकन करण्यात आले. नेमाटोडची अंडी गोळा करण्यात आली आणि L2 स्टेज अळ्या निर्माण करण्यासाठी निर्जंतुकीकरण केलेल्या डिस्टिल्ड पाण्यात उबवून गर्भ समक्रमित करण्यात आले. समक्रमित अळ्या (अंदाजे 500 नेमाटोड्स) वर 5-आयोडायंडोल (0.05 मिमी आणि 0.1 मिमी) किंवा एव्हरमेक्टिन (10 μg/ml) उपचार करण्यात आले आणि बी. सिनेरिया पेट्री प्लेट्सवर त्यांचे संगोपन करण्यात आले. 22 डिग्री सेल्सिअस तापमानात 48 तास उष्मायनानंतर, निर्जंतुकीकरण केलेल्या डिस्टिल्ड पाण्यात नेमाटोड गोळा करण्यात आले आणि L2, L3 आणि L4 स्टेजच्या उपस्थितीची तपासणी करण्यात आली. L3 आणि L4 स्टेजच्या उपस्थितीने अळ्यांचे रूपांतर दर्शविले, तर L2 स्टेजच्या उपस्थितीने कोणतेही रूपांतर दर्शविले नाही. iRiS™ डिजिटल सेल इमेजिंग सिस्टम वापरून प्रतिमा मिळवण्यात आल्या. हा प्रयोग दोन टप्प्यात करण्यात आला, प्रत्येकी सहा पुनरावृत्तीसह. दोन्ही प्रयोगांमधील डेटा एकत्रित करून सादर करण्यात आला.
मुराशिगे आणि स्कूग अगर प्लेट्सवर उगवण चाचण्या वापरून बियाण्यांना ५-आयोडायंडोल आणि अ‍ॅव्हरमेक्टिनची विषाक्तता तपासण्यात आली. ६२ बी. ओलेरेसिया आणि आर. रॅफनिस्ट्रम बियाणे प्रथम एका दिवसासाठी निर्जंतुकीकरण केलेल्या डिस्टिल्ड पाण्यात भिजवले गेले, १ मिली १००% इथेनॉलने धुतले गेले, १ मिली ५०% व्यावसायिक ब्लीच (३% सोडियम हायपोक्लोराइट) ने १५ मिनिटांसाठी निर्जंतुक केले गेले आणि १ मिली निर्जंतुकीकरण केलेल्या पाण्याने पाच वेळा धुतले गेले. नंतर निर्जंतुकीकरण केलेल्या बियाण्यांना ०.८६ ग्रॅम/लीटर (०.२X) मुराशिगे आणि स्कूग माध्यम आणि ०.७% बॅक्टेरियोलॉजिकल अगर असलेल्या उगवण अगर प्लेट्सवर दाबले गेले ज्यामध्ये ५-आयोडायंडोल किंवा अ‍ॅव्हरमेक्टिनसह किंवा त्याशिवाय होते. त्यानंतर प्लेट्स २२ डिग्री सेल्सिअस तापमानात उबवण्यात आल्या आणि ३ दिवसांच्या उबवणीनंतर प्रतिमा घेण्यात आल्या. हा प्रयोग दोन टप्प्यात करण्यात आला, ज्या प्रत्येकी सहा पुनरावृत्ती होत्या.