იოდის და ავერმექტინის, როგორც ფიჭვის ნემატოდური დაავადების გამომწვევების შეფასება

ფიჭვის ნემატოდი არის საკარანტინო მიგრირებადი ენდოპარაზიტი, რომელიც ცნობილია ფიჭვის ტყეების ეკოსისტემებში მძიმე ეკონომიკურ ზარალს. წინამდებარე კვლევა მიმოიხილავს ჰალოგენირებული ინდოლების ნემატოციდულ აქტივობას ფიჭვის ნემატოდების მიმართ და მათი მოქმედების მექანიზმი. 5-იოდოინდოლისა და ავერმექტინის (დადებითი კონტროლი) ნემატიციდური აქტივობა ფიჭვის ნემატოდების მიმართ იყო მსგავსი და მაღალი დაბალ კონცენტრაციებში (10 მკგ/მლ). 5-იოდოინდოლი ამცირებს ნაყოფიერებას, რეპროდუქციულ აქტივობას, ემბრიონული და ლარვების სიკვდილიანობას და ლოკომოტორულ ქცევას. ლიგანდების მოლეკულური ურთიერთქმედება უხერხემლოების სპეციფიკურ გლუტამატით დახურულ ქლორიდულ არხის რეცეპტორებთან მხარს უჭერს მოსაზრებას, რომ 5-იოდოინდოლი, ისევე როგორც ავერმექტინი, მჭიდროდ უკავშირდება რეცეპტორის აქტიურ ადგილს. 5-იოდოინდოლი ასევე იწვევდა სხვადასხვა ფენოტიპურ დეფორმაციას ნემატოდებში, მათ შორის ორგანოს არანორმალური კოლაფსი/შეკუმშვა და გაზრდილი ვაკუოლიზაცია. ეს შედეგები ვარაუდობს, რომ ვაკუოლებმა შეიძლება შეასრულონ როლი ნემატოდების მეთილაციის შუამავლობით სიკვდილში. მნიშვნელოვანია, რომ 5-იოდოინდოლი არატოქსიკური იყო მცენარის ორივე სახეობისთვის (კომბოსტო და ბოლოკი). ამრიგად, ეს კვლევა აჩვენებს, რომ იოდოინდოლის გამოყენება გარემო პირობებში შეიძლება გააკონტროლოს ფიჭვის დაზიანება.
ფიჭვის ხის ნემატოდი (Bursaphelenchus xylophilus) მიეკუთვნება ფიჭვის ხის ნემატოდებს (PWN), მიგრირებადი ენდოპარაზიტული ნემატოდები, რომლებიც ცნობილია ფიჭვის ტყის ეკოსისტემების მძიმე ეკოლოგიურ ზიანს აყენებს1. ფიჭვის ხის ნემატოდით გამოწვეული ფიჭვის ჭკნობის დაავადება (PWD) სერიოზულ პრობლემად იქცევა რამდენიმე კონტინენტზე, მათ შორის აზიასა და ევროპაში, ხოლო ჩრდილოეთ ამერიკაში ნემატოდი ანადგურებს ფიჭვის შემოსულ სახეობებს1,2. ფიჭვის კლება მთავარი ეკონომიკური პრობლემაა და მისი გლობალური გავრცელების პერსპექტივა შემაშფოთებელია3. ნემატოდები ყველაზე ხშირად თავს ესხმიან ფიჭვის შემდეგ სახეობებს: Pinus densiflora, Pinus sylvestris, Pinus thunbergii, Pinus koraiensis, Pinus thunbergii, Pinus thunbergii და Pinus radiata4. ფიჭვის ნემატოდი არის სერიოზული დაავადება, რომელსაც შეუძლია ფიჭვის მოკვლა ინფიცირებიდან რამდენიმე კვირაში ან თვეში. გარდა ამისა, ფიჭვის ნემატოდების გავრცელება ხშირია სხვადასხვა ეკოსისტემებში, ამიტომ მდგრადი ინფექციის ჯაჭვები შეიქმნა1.
Bursaphelenchus xylophilus არის საკარანტინო მცენარეულ-პარაზიტული ნემატოდი, რომელიც მიეკუთვნება Aphelenchoidea-ს ზეოჯახს და კლადს 102.5. ნემატოდი იკვებება სოკოებით და მრავლდება ფიჭვის ხეების ხის ქსოვილებში, ვითარდება ოთხ განსხვავებულ ლარვის სტადიად: L1, L2, L3, L4 და ზრდასრული ინდივიდი1,6. საკვების უკმარისობის პირობებში ფიჭვის ნემატოდი გადადის სპეციალიზებულ ლარვის სტადიაში - დაუერში, რომელიც პარაზიტირებს მის ვექტორს - ფიჭვის ქერქის ხოჭოს (Monochamus alternatus) და გადადის ჯანსაღ ფიჭვებზე. ჯანმრთელ მასპინძლებში ნემატოდები სწრაფად მიგრირებენ მცენარეთა ქსოვილებში და იკვებებიან პარენქიმატოზური უჯრედებით, რაც იწვევს რიგ ჰიპერმგრძნობელობის რეაქციას, ფიჭვის გაფუჭებას და სიკვდილს ინფექციის შემდეგ ერთი წლის განმავლობაში1,7,8.
ფიჭვის ნემატოდების ბიოლოგიური კონტროლი დიდი ხანია გამოწვევას წარმოადგენს, საკარანტინო ზომები მე-20 საუკუნით თარიღდება. ფიჭვის ნემატოდების კონტროლის ამჟამინდელი სტრატეგიები ძირითადად მოიცავს ქიმიურ მკურნალობას, მათ შორის ხის ფუმიგაციას და ნემატიციდების იმპლანტაციას ხის ტოტებში. ყველაზე ხშირად გამოყენებული ნემატიციდებია ავერმექტინი და ავერმექტინის ბენზოატი, რომლებიც მიეკუთვნებიან ავერმექტინების ოჯახს. ეს ძვირადღირებული ქიმიკატები ძალზე ეფექტურია მრავალი ნემატოდის სახეობის წინააღმდეგ და ითვლება ეკოლოგიურად უსაფრთხო9. თუმცა, ამ ნემატიციდების განმეორებითი გამოყენება მოსალოდნელია შერჩევის ზეწოლას, რაც თითქმის უეჭველად გამოიწვევს ფიჭვის რეზისტენტული ნემატოდების გაჩენას, როგორც ეს ნაჩვენებია მწერების რამდენიმე მავნებელზე, როგორიცაა Leptinotarsa ​​decemlineata, Plutella xylostella და ნემატოდები Trichostrongylus colubriformis და Ostertagia. ავერმექტინები10,11,12. ამიტომ, რეზისტენტობის ნიმუშების რეგულარულად შესწავლა და ნემატიციდების მუდმივი სკრინინგი საჭიროა PVD-ს კონტროლისთვის ალტერნატიული, ეკონომიური და ეკოლოგიურად სუფთა ზომების მოსაძებნად. ბოლო ათწლეულების განმავლობაში, არაერთმა ავტორმა შესთავაზა მცენარეული ექსტრაქტების, ეთერზეთებისა და აქროლადი ნივთიერებების გამოყენება, როგორც ნემატოდების კონტროლის აგენტები13,14,15,16.
ჩვენ ახლახან ვაჩვენეთ ინდოლის ნემატიციდური აქტივობა, უჯრედშორისი და სამეფოს სასიგნალო მოლეკულა, Caenorhabditis elegans-ში 17 . ინდოლი არის ფართოდ გავრცელებული უჯრედშორისი სიგნალი მიკრობულ ეკოლოგიაში, რომელიც აკონტროლებს მრავალ ფუნქციას, რომლებიც გავლენას ახდენენ მიკრობული ფიზიოლოგიაზე, სპორების ფორმირებაზე, პლაზმიდების სტაბილურობაზე, წამლების წინააღმდეგობას, ბიოფილმის ფორმირებასა და ვირულენტობაზე 18, 19. ინდოლის და მისი წარმოებულების აქტივობა სხვა პათოგენური ნემატოდების მიმართ არ არის შესწავლილი. ამ კვლევაში, ჩვენ გამოვიკვლიეთ 34 ინდოლის ნემატიციდური აქტივობა ფიჭვის ნემატოდების წინააღმდეგ და გავარკვიეთ ყველაზე ძლიერი 5-იოდოინდოლის მოქმედების მექანიზმი მიკროსკოპის, დროითი ფოტოგრაფიისა და მოლეკულური დოკის ექსპერიმენტების გამოყენებით და შევაფასეთ მისი ტოქსიკური ეფექტები მცენარეებზე თესლის გაღივების ანალიზის გამოყენებით.
ადრე მოხსენებული იყო ინდოლის მაღალი კონცენტრაციების (>1.0 მმ) ნემატოციდული ეფექტი ნემატოდებზე17. B. xylophilus-ის (შერეული სიცოცხლის სტადიები) ინდოლით ან 33 სხვადასხვა ინდოლის წარმოებულებით მკურნალობის შემდეგ 1 მმ-ზე, B. xylophilus-ის სიკვდილიანობა გაზომილი იყო ცოცხალი და მკვდარი ნემატოდების დათვლით საკონტროლო და დამუშავებულ ჯგუფებში. ხუთმა ინდოლმა გამოავლინა მნიშვნელოვანი ნემატიციდური აქტივობა; არანამკურნალევი საკონტროლო ჯგუფის გადარჩენა იყო 95 ± 7% 24 საათის შემდეგ. შემოწმებული 34 ინდოლიდან, 5-იოდოინდოლი და 4-ფტოროინდოლი 1 მმ-ზე იწვევდნენ 100% სიკვდილიანობას, ხოლო 5,6-დიფტოროინდიგო, მეთილინდოლ-7-კარბოქსილატი და 7-იოდოინდოლი იწვევდნენ დაახლოებით 50% სიკვდილიანობას (ცხრილი 1).
5-იოდოინდოლის ეფექტი ფიჭვის ხის ნემატოდის ვაკუოლების წარმოქმნასა და მეტაბოლიზმზე. (A) ავერმექტინის და 5-იოდოინდოლის ეფექტი ზრდასრულ მამრობითი ნემატოდებზე, (B) L1 სტადიის ნემატოდის კვერცხები და (C) B. xylophilus-ის მეტაბოლიზმი, (i) ვაკუოლები არ იყო დაფიქსირებული 0 სთ-ზე, მკურნალობამ გამოიწვია (ii) ვაკუოლები, (iii) ვაკუოლების დაგროვება, (ივი) ვაკუოლების ჭაბურღილები. ვაკუოლების შერწყმა და (vi) გიგანტური ვაკუოლების წარმოქმნა. წითელი ისრები მიუთითებს ვაკუოლების შეშუპებაზე, ლურჯი ისრები ვაკუოლების შერწყმაზე, ხოლო შავი ისრები გიგანტურ ვაკუოლებზე. მასშტაბის ზოლი = 50 μm.
გარდა ამისა, ამ კვლევამ ასევე აღწერა ფიჭვის ნემატოდებში მეთანით გამოწვეული სიკვდილის თანმიმდევრული პროცესი (სურათი 4C). მეთანოგენური სიკვდილი არის უჯრედის სიკვდილის არააპოპტოზური ტიპი, რომელიც დაკავშირებულია ციტოპლაზმური ვაკუოლების დაგროვებასთან27. ფიჭვის ნემატოდებში დაფიქსირებული მორფოლოგიური დეფექტები, როგორც ჩანს, მჭიდრო კავშირშია მეთანით გამოწვეული სიკვდილის მექანიზმთან. სხვადასხვა დროს მიკროსკოპულმა გამოკვლევამ აჩვენა, რომ გიგანტური ვაკუოლები წარმოიქმნა 5-იოდოინდოლის (0.1 მმ) ზემოქმედების 20 საათის შემდეგ. მიკროსკოპული ვაკუოლები დაფიქსირდა მკურნალობის 8 საათის შემდეგ და მათი რაოდენობა გაიზარდა 12 საათის შემდეგ. რამდენიმე დიდი ვაკუოლი დაფიქსირდა 14 საათის შემდეგ. რამდენიმე შერწყმული ვაკუოლი აშკარად ჩანდა მკურნალობის დაწყებიდან 12-16 საათის შემდეგ, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ ვაკუოლების შერწყმა არის მეთანოგენური სიკვდილის მექანიზმის საფუძველი. 20 საათის შემდეგ ჭიაში რამდენიმე გიგანტური ვაკუოლი აღმოაჩინეს. ეს დაკვირვებები წარმოადგენს C. elegans-ში მეტუოზის პირველ ანგარიშს.
5-იოდოინდოლით დამუშავებულ ჭიებში ასევე დაფიქსირდა ვაკუოლების აგრეგაცია და რღვევა (სურ. 5), რაც დასტურდება ჭიის მოხრითა და ვაკუოლების გარემოში გამოყოფით. ვაკუოლის რღვევა ასევე დაფიქსირდა კვერცხის ნაჭუჭის მემბრანაში, რომელიც ჩვეულებრივ უცვლელი რჩება L2-ით გამოჩეკვის დროს (დამატებითი სურ. S2). ეს დაკვირვებები მხარს უჭერს სითხის დაგროვებისა და ოსმორეგულაციის უკმარისობის, აგრეთვე უჯრედების შექცევადი დაზიანების (RCI) ჩართვას ვაკუოლების ფორმირებისა და სუპურაციის პროცესში (ნახ. 5).
ვაკუოლების ფორმირებაში იოდის როლის ჰიპოთეზა, ჩვენ გამოვიკვლიეთ ნატრიუმის იოდიდის (NaI) და კალიუმის იოდიდის (KI) ნემატიციდური აქტივობა. თუმცა, კონცენტრაციებში (0.1, 0.5 ან 1 მმ) ისინი გავლენას არ ახდენდნენ არც ნემატოდის გადარჩენაზე და არც ვაკუოლების ფორმირებაზე (დამატებითი სურ. S5), თუმცა 1 მმ KI-ს ჰქონდა მცირე ნემატიციდური ეფექტი. მეორეს მხრივ, 7-იოდოინდოლი (1 ან 2 მმ), ისევე როგორც 5-იოდოინდოლი, იწვევდა მრავლობით ვაკუოლს და სტრუქტურულ დეფორმაციას (დამატებითი ნახ. S6). ორმა იოდოიდოლმა აჩვენა მსგავსი ფენოტიპური მახასიათებლები ფიჭვის ნემატოდებში, ხოლო NaI და KI - არა. საინტერესოა, რომ ინდოლი არ იწვევდა ვაკუოლების წარმოქმნას B. xylophilus-ში შემოწმებულ კონცენტრაციებში (მონაცემები არ არის ნაჩვენები). ამრიგად, შედეგებმა დაადასტურა, რომ ინდოლ-იოდის კომპლექსი პასუხისმგებელია B. xylophilus-ის ვაკუოლიზაციასა და მეტაბოლიზმზე.
ნემატიციდურ აქტივობაზე შემოწმებულ ინდოლებს შორის 5-იოდოინდოლს ჰქონდა ყველაზე მაღალი სრიალის ინდექსი -5.89 კკალ/მოლი, რასაც მოჰყვება 7-იოდოინდოლი (-4.48 კკალ/მოლი), 4-ფტოროინდოლი (-4.33) და ინდოლი (-4.03) (სურათი 6). 5-იოდოინდოლის ძლიერი ხერხემლის წყალბადის კავშირი ლეიცინ 218-თან სტაბილიზებს მის შეკავშირებას, მაშინ როდესაც ინდოლის ყველა სხვა წარმოებული უერთდება სერინს 260-ს გვერდითი ჯაჭვის წყალბადის ბმების მეშვეობით. სხვა მოდელირებულ იოდოინდოლს შორის, 2-იოდოინდოლს აქვს -5,248 კკალ/მოლი შემაკავშირებელი მნიშვნელობა, რაც განპირობებულია მისი ძირითადი წყალბადური კავშირით ლეიცინ 218-თან. სხვა ცნობილი შეკავშირებები მოიცავს 3-იოდოინდოლს (-4,3 კკალ/მოლი), 4-იოდოინდოლს (-4,0 კკალ/მოლს), და 6.0 კკალ/მლ. კკალ/მოლი) (დამატებითი სურათი S8). ჰალოგენირებული ინდოლების უმეტესობა და თავად ინდოლი, გარდა 5-იოდოინდოლისა და 2-იოდოინდოლისა, ქმნიან კავშირს სერინ 260-თან. ის ფაქტი, რომ წყალბადის კავშირი ლეიცინ 218-თან არის რეცეპტორ-ლიგანდის ეფექტურ შეკავშირებაზე, როგორც დაფიქსირდა ივერმექტინისთვის (Supplementary s. 2-იოდოინდოლი, ისევე როგორც ივერმექტინი, მჭიდროდ უკავშირდება GluCL რეცეპტორის აქტიურ ადგილს ლეიცინის 218-ის მეშვეობით (ნახ. 6 და დამატებითი სურ. S8). ჩვენ ვთავაზობთ, რომ ეს შეკავშირება საჭიროა GluCL კომპლექსის ღია ფორების სტრუქტურის შესანარჩუნებლად და მჭიდროდ შეკვრით GluCL რეცეპტორის, 5-იოდოინდოლის, 2-იოდოინდოლის, ავერმექტინისა და ივერმექტინის აქტიურ ადგილზე, რითაც შეინარჩუნებს იონური არხი ღიად და საშუალებას იძლევა სითხის შეწოვა.
ინდოლის და ჰალოგენირებული ინდოლის მოლეკულური დამაგრება GluCL-ზე. (A) ინდოლის, (B) 4-ფტოროინდოლის, (C) 7-იოდოინდოლის და (D) 5-იოდოინდოლის ლიგანდების შეკავშირების ორიენტაციები GluCL-ის აქტიურ ადგილზე. ცილა წარმოდგენილია ლენტით, ხოლო ხერხემლის წყალბადის ბმები ნაჩვენებია ყვითელი წერტილოვანი ხაზების სახით. (A'), (B'), (C') და (D') გვიჩვენებს შესაბამისი ლიგანდების ურთიერთქმედებას მიმდებარე ამინომჟავების ნარჩენებთან, ხოლო გვერდითი ჯაჭვის წყალბადის ბმები მითითებულია ვარდისფერი წერტილოვანი ისრებით.
ჩატარდა ექსპერიმენტები 5-იოდოინდოლის ტოქსიკური ეფექტის შესაფასებლად კომბოსტოს და რადიშის თესლის აღმოცენებაზე. 5-იოდოინდოლს (0,05 ან 0,1 მმ) ან ავერმექტინს (10 მკგ/მლ) ჰქონდა მცირე ან საერთოდ არანაირი გავლენა საწყის გაღივებაზე და მცენარის აღმოცენებაზე (სურათი 7). გარდა ამისა, მნიშვნელოვანი განსხვავება არ იქნა ნაპოვნი დაუმუშავებელი კონტროლისა და 5-იოდოინდოლით ან ავერმექტინით დამუშავებული თესლების გაღივების სიჩქარეს შორის. გავლენა ფესვის გახანგრძლივებაზე და წარმოქმნილ გვერდითი ფესვების რაოდენობაზე უმნიშვნელო იყო, თუმცა 5-იოდოინდოლის 1 მმ (10-ჯერ მეტი აქტიური კონცენტრაცია) ოდნავ შეაფერხა გვერდითი ფესვების განვითარება. ეს შედეგები მიუთითებს, რომ 5-იოდოინდოლი არატოქსიკურია მცენარის უჯრედებისთვის და არ ერევა მცენარის განვითარების პროცესებში შესწავლილ კონცენტრაციებში.
5-იოდოინდოლის ეფექტი თესლის გაღივებაზე. B. oleracea და R. raphanistrum თესლების გაღივება, გაღივება და გვერდითი დაფესვიანება Murashige და Skoog agar-ის გარემოზე ავერმექტინით ან 5-იოდოინდოლით ან მის გარეშე. გაღივება დაფიქსირდა ინკუბაციიდან 3 დღის შემდეგ 22°C ტემპერატურაზე.
ეს კვლევა ასახავს ინდოლების მიერ ნემატოდების მოკვლის რამდენიმე შემთხვევას. მნიშვნელოვანია, რომ ეს არის პირველი მოხსენება იოდოინდოლის გამომწვევი მეთილაციის შესახებ (პროცესი, რომელიც გამოწვეულია მცირე ვაკუოლების დაგროვებით, რომლებიც თანდათანობით ერწყმის გიგანტურ ვაკუოლებს, რაც საბოლოოდ იწვევს მემბრანის გახეთქვას და სიკვდილს) ფიჭვის ნემსებში, იოდოინდოლი ავლენს მნიშვნელოვან ნემატიციდურ თვისებებს, როგორც კომერციული ნემატიციდი averm.
ადრე იყო მოხსენებული, რომ ინდოლები ასრულებენ მრავალ სასიგნალო ფუნქციას პროკარიოტებსა და ევკარიოტებში, მათ შორის ბიოფილმის ინჰიბირება/ფორმირება, ბაქტერიების გადარჩენა და პათოგენურობა19,32,33,34. ბოლო დროს ჰალოგენირებული ინდოლების, ინდოლის ალკალოიდების და ნახევრად სინთეზური ინდოლის წარმოებულების პოტენციურმა თერაპიულმა ეფექტებმა მიიპყრო ფართო კვლევის ინტერესი35,36,37. მაგალითად, ჰალოგენირებული ინდოლები კლავს მდგრად Escherichia coli-ს და Staphylococcus aureus-ის უჯრედებს37. გარდა ამისა, სამეცნიერო ინტერესია ჰალოგენირებული ინდოლების ეფექტურობის შესწავლა სხვა სახეობების, გვარებისა და სამეფოების მიმართ და ეს კვლევა არის ნაბიჯი ამ მიზნის მისაღწევად.
აქ, ჩვენ ვთავაზობთ მექანიზმს 5-იოდოინდოლით გამოწვეული ლეტალურობისთვის C. elegans-ში, რომელიც ეფუძნება შექცევადი უჯრედის დაზიანებას (RCI) და მეთილაციას (სურათები 4C და 5). შეშუპებული ცვლილებები, როგორიცაა შეშუპება და ვაკუოლური დეგენერაცია, არის RCI და მეთილაციის ინდიკატორი, რომელიც გამოიხატება გიგანტური ვაკუოლების სახით ციტოპლაზმაში48,49. RCI აფერხებს ენერგიის წარმოებას ATP წარმოების შემცირებით, იწვევს ATPase ტუმბოს უკმარისობას, ან უჯრედის მემბრანების მოშლას და Na+, Ca2+ და წყლის სწრაფ შემოდინებას50,51,52. ციტოპლაზმური ვაკუოლები წარმოიქმნება ცხოველთა უჯრედებში ციტოპლაზმაში სითხის დაგროვების შედეგად Ca2+ და წყლის შემოდინების გამო53. საინტერესოა, რომ უჯრედების დაზიანების ეს მექანიზმი შექცევადია, თუ დაზიანება დროებითია და უჯრედები იწყებენ ATP-ს გამომუშავებას გარკვეული პერიოდის განმავლობაში, მაგრამ თუ დაზიანება გრძელდება ან გაუარესდება, უჯრედები კვდებიან.
მეთილაციის ფენოტიპი, რომელიც გამოწვეულია 5-იოდოინდოლით B. xylophilus-ში, შეიძლება გამოწვეული იყოს იოდის არსებობით და მისი მოლეკულური განაწილებით, ვინაიდან 7-იოდოინდოლს ჰქონდა ნაკლები ინჰიბიტორული ეფექტი B. xylophilus-ზე, ვიდრე 5-იოდოინდოლი (ცხრილი 1 და დამატებითი სურათი S6). ეს შედეგები ნაწილობრივ შეესაბამება მალტის და სხვების კვლევებს. (2014), რომელმაც აღნიშნა, რომ პირიდილის აზოტის ნაწილის გადაადგილება ინდოლში პარა- პოზიციიდან მეტა-პოზიციაზე გააუქმა ვაკუოლიზაცია, ზრდის დათრგუნვა და ციტოტოქსიურობა U251 უჯრედებში, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ მოლეკულის ურთიერთქმედება ცილაში სპეციფიკურ აქტიურ ადგილს კრიტიკულია25,44,4. ამ კვლევაში დაფიქსირებული ინდოლის ან ჰალოგენირებულ ინდოლებსა და GluCL რეცეპტორებს შორის ურთიერთქმედება ასევე მხარს უჭერს ამ ცნებას, რადგან აღმოჩნდა, რომ 5- და 2-იოდოინდოლი უფრო ძლიერად უკავშირდება GluCL რეცეპტორებს, ვიდრე სხვა გამოკვლეულ ინდოლებს (სურათი 6 და დამატებითი სურათი S8). აღმოჩნდა, რომ იოდი ინდოლის მეორე ან მეხუთე პოზიციაზე აკავშირებს GluCL რეცეპტორის ლეიცინ 218-ს ხერხემლის წყალბადის ბმების მეშვეობით, ხოლო სხვა ჰალოგენირებული ინდოლები და თავად ინდოლი ქმნიან სუსტ გვერდითი ჯაჭვის წყალბადის კავშირებს სერინ 260-თან (სურათი 6). აქედან გამომდინარე, ჩვენ ვვარაუდობთ, რომ ჰალოგენის ლოკალიზაცია მნიშვნელოვან როლს ასრულებს ვაკუოლური დეგენერაციის ინდუქციაში, ხოლო 5-იოდოინდოლის მჭიდრო შეკავშირება ინარჩუნებს იონურ არხს ღიად, რითაც იძლევა სითხის სწრაფ შემოდინებას და ვაკუოლის გახეთქვას. თუმცა, 5-იოდოინდოლის მოქმედების დეტალური მექანიზმი ჯერ კიდევ გასარკვევია.
5-იოდოინდოლის პრაქტიკულ გამოყენებამდე უნდა გაანალიზდეს მისი ტოქსიკური მოქმედება მცენარეებზე. თესლის აღმოცენების ჩვენმა ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ 5-იოდოინდოლს არ ჰქონდა უარყოფითი გავლენა თესლის გაღივებაზე ან შემდგომ განვითარების პროცესებზე შესწავლილ კონცენტრაციებზე (სურათი 7). ამრიგად, ეს კვლევა იძლევა საფუძველს 5-იოდოინდოლის გამოყენების ეკოლოგიურ გარემოში ფიჭვის ნემატოდების მავნებლობის გასაკონტროლებლად ფიჭვის ხეებისთვის.
წინა მოხსენებებმა აჩვენა, რომ ინდოლზე დაფუძნებული თერაპია წარმოადგენს პოტენციურ მიდგომას ანტიბიოტიკორეზისტენტობის და კიბოს პროგრესირების პრობლემის გადასაჭრელად55. გარდა ამისა, ინდოლებს გააჩნიათ ანტიბაქტერიული, კიბოს საწინააღმდეგო, ანტიოქსიდანტური, ანთების საწინააღმდეგო, ანტიდიაბეტური, ანტივირუსული, ანტიპროლიფერაციული და ანტიტუბერკულოზური აქტივობა და შეიძლება იყოს წამლის განვითარების იმედის მომცემი საფუძველი56,57. ეს კვლევა პირველად ვარაუდობს იოდის, როგორც ანტიპარაზიტული და ანტიჰელმინთური აგენტის პოტენციურ გამოყენებას.
ავერმექტინი სამი ათეული წლის წინ აღმოაჩინეს და 2015 წელს ნობელის პრემია მოიპოვა და მისი, როგორც ანტიჰელმინთური საშუალება, კვლავაც აქტიურად მიმდინარეობს. თუმცა, ნემატოდებსა და მწერების მავნებლებში ავერმექტინებისადმი რეზისტენტობის სწრაფი განვითარების გამო, საჭიროა ალტერნატიული, იაფი და ეკოლოგიურად სუფთა სტრატეგია ფიჭვნარში PWN ინფექციის გასაკონტროლებლად. ეს კვლევა ასევე ასახავს მექანიზმს, რომლითაც 5-იოდოინდოლი კლავს ფიჭვის ნემატოდებს და რომ 5-იოდოინდოლს აქვს დაბალი ტოქსიკურობა მცენარეთა უჯრედებისთვის, რაც ხსნის კარგ პერსპექტივებს მისი სამომავლო კომერციული გამოყენებისთვის.
ყველა ექსპერიმენტი დაამტკიცა იუნგნამის უნივერსიტეტის ეთიკის კომიტეტმა, გიონგსანი, კორეა და მეთოდები შესრულდა იუნგნამის უნივერსიტეტის ეთიკის კომიტეტის სახელმძღვანელო პრინციპების შესაბამისად.
კვერცხის ინკუბაციური ექსპერიმენტები ჩატარდა დადგენილი პროცედურების გამოყენებით43. გამოჩეკვის სიხშირის (HR) შესაფასებლად, 1 დღის ზრდასრული ნემატოდები (დაახლოებით 100 მდედრი და 100 მამაკაცი) გადაიტანეს სოკოს შემცველ პეტრის ჭურჭელში და დაუშვეს 24 საათის განმავლობაში. შემდეგ კვერცხები იზოლირებული იყო და დამუშავდა 5-იოდოინდოლით (0.05 მმ და 0.1 მმ) ან ავერმექტინით (10 მკგ/მლ) სუსპენზიის სახით სტერილურ გამოხდილ წყალში. ეს სუსპენზია (500 μl; დაახლოებით 100 კვერცხი) გადატანილი იქნა 24-ჭარის ქსოვილის კულტურის ფირფიტის ჭებში და ინკუბირებული იყო 22 °C-ზე. L2 დათვლა გაკეთდა ინკუბაციიდან 24 საათის შემდეგ, მაგრამ ჩაითვალა მკვდარი, თუ უჯრედები არ მოძრაობდნენ თხელი პლატინის მავთულით სტიმულირებისას. ეს ექსპერიმენტი ჩატარდა ორ ეტაპად, თითოეული ექვსი გამეორებით. ორივე ექსპერიმენტის მონაცემები გაერთიანდა და იყო წარმოდგენილი. HR პროცენტი გამოითვლება შემდეგნაირად:
ლარვების სიკვდილიანობა შეფასდა ადრე შემუშავებული პროცედურების გამოყენებით. ნემატოდის კვერცხები შეგროვდა და ემბრიონები სინქრონიზებული იყო სტერილურ გამოხდილ წყალში გამოჩეკვის გზით L2 სტადიის ლარვების წარმოქმნით. სინქრონიზებული ლარვები (დაახლოებით 500 ნემატოდი) დამუშავდა 5-იოდოინდოლით (0.05 მმ და 0.1 მმ) ან ავერმექტინით (10 მკგ/მლ) და იზრდებოდა B. cinerea პეტრის ფირფიტებზე. 22 °C-ზე ინკუბაციიდან 48 საათის შემდეგ, ნემატოდები შეგროვდა სტერილურ გამოხდილ წყალში და გამოიკვლიეს L2, L3 და L4 სტადიების არსებობაზე. L3 და L4 სტადიების არსებობა მიუთითებს ლარვის ტრანსფორმაციაზე, ხოლო L2 სტადიის არსებობა მიუთითებს ტრანსფორმაციის არარსებობაზე. სურათები იქნა მიღებული iRiS™ ციფრული უჯრედული გამოსახულების სისტემის გამოყენებით. ეს ექსპერიმენტი ჩატარდა ორ ეტაპად, თითოეული ექვსი გამეორებით. ორივე ექსპერიმენტის მონაცემები გაერთიანდა და იყო წარმოდგენილი.
5-იოდოინდოლისა და ავერმექტინის ტოქსიკურობა თესლებზე შეფასდა გაღივების ტესტების გამოყენებით Murashige-სა და Skoog-ის აგარის ფირფიტებზე.62 B. oleracea და R. raphanistrum თესლები ჯერ გაჟღენთილი იყო სტერილურ გამოხდილ წყალში ერთი დღის განმავლობაში, გარეცხილი იყო 1 მლ 100% სტერილიზებული 50% ეთანოლით. ნატრიუმის ჰიპოქლორიტი) 15 წუთის განმავლობაში და ხუთჯერ გარეცხეთ 1 მლ სტერილური წყლით. შემდეგ სტერილიზებული თესლები დაჭერით გაღივებულ აგარის ფირფიტებზე, რომლებიც შეიცავდნენ 0.86 გ/ლ (0.2X) მურაშიგესა და სკუგ გარემოს და 0.7% ბაქტერიოლოგიურ აგარს 5-იოდოინდოლით ან ავერმექტინით ან მის გარეშე. შემდეგ ფირფიტები ინკუბირებული იყო 22 °C-ზე და სურათები გადაიღეს ინკუბაციიდან 3 დღის შემდეგ. ეს ექსპერიმენტი ჩატარდა ორ ეტაპად, რომელთაგან თითოეულს ექვსი გამეორება ჰქონდა.