სინთეტიკური პესტიციდების ფართოდ გამოყენებამ მრავალი პრობლემა გამოიწვია, მათ შორის რეზისტენტული ორგანიზმების გაჩენა, გარემოს დეგრადაცია და ადამიანის ჯანმრთელობისთვის ზიანის მიყენება. ამიტომ, ახალი მიკრობულიპესტიციდებისასწრაფოდ საჭიროა ისეთი საშუალებები, რომლებიც უსაფრთხოა ადამიანის ჯანმრთელობისა და გარემოსთვის. ამ კვლევაში, Enterobacter cloacae SJ2-ის მიერ წარმოებული რამნოლიპიდური ბიოსურფაქტანტი გამოყენებული იქნა კოღოს (Culex quinquefasciatus) და ტერმიტის (Odontotermes obesus) ლარვების მიმართ ტოქსიკურობის შესაფასებლად. შედეგებმა აჩვენა, რომ მკურნალობას შორის არსებობდა დოზადამოკიდებული სიკვდილიანობის მაჩვენებელი. ტერმიტისა და კოღოს ლარვის ბიოსურფაქტანტებისთვის LC50 (50% ლეტალური კონცენტრაცია) მნიშვნელობა 48 საათის შემდეგ განისაზღვრა არაწრფივი რეგრესიული მრუდის მორგების მეთოდით. შედეგებმა აჩვენა, რომ ბიოსურფაქტანტის ლარვიციდური და ანტიტერმიტული აქტივობის 48-საათიანი LC50 მნიშვნელობები (95%-იანი სანდოობის ინტერვალი) შესაბამისად იყო 26.49 მგ/ლ (დიაპაზონი 25.40-დან 27.57-მდე) და 33.43 მგ/ლ (დიაპაზონი 31.09-დან 35.68-მდე). ჰისტოპათოლოგიური გამოკვლევის თანახმად, ბიოსურფაქტანტებით მკურნალობამ გამოიწვია ლარვებისა და ტერმიტების ორგანელების ქსოვილების სერიოზული დაზიანება. ამ კვლევის შედეგები მიუთითებს, რომ Enterobacter cloacae SJ2-ის მიერ წარმოებული მიკრობული ბიოსურფაქტანტი წარმოადგენს შესანიშნავ და პოტენციურად ეფექტურ საშუალებას Cx quinquefasciatus-ისა და O. obesus-ის კონტროლისთვის.
ტროპიკულ ქვეყნებში კოღოებით გადამდები დაავადებების დიდი რაოდენობაა გავრცელებული1. კოღოებით გადამდები დაავადებების აქტუალობა ფართოდაა გავრცელებული. ყოველწლიურად მალარიით 400 000-ზე მეტი ადამიანი იღუპება და ზოგიერთ დიდ ქალაქში ისეთი სერიოზული დაავადებების ეპიდემიებია, როგორიცაა დენგე, ყვითელი ცხელება, ჩიკუნგუნია და ზიკა.2 ვექტორებით გადამდები დაავადებები მსოფლიოში ინფიცირების ყოველი ექვსიდან ერთთან ასოცირდება, სადაც კოღოები ყველაზე მნიშვნელოვან შემთხვევებს იწვევენ3,4. Culex, Anopheles და Aedes კოღოს სამი გვარი ყველაზე ხშირად ასოცირდება დაავადების გადაცემასთან5. დენგეს ცხელების, Aedes aegypti კოღოს მიერ გადამდები ინფექციის გავრცელება ბოლო ათწლეულის განმავლობაში გაიზარდა და მნიშვნელოვან საფრთხეს უქმნის საზოგადოებრივ ჯანმრთელობას4,7,8. ჯანდაცვის მსოფლიო ორგანიზაციის (WHO) მონაცემებით, მსოფლიოს მოსახლეობის 40%-ზე მეტი დენგეს ცხელების რისკის ქვეშაა, ყოველწლიურად 50-100 მილიონი ახალი შემთხვევა ფიქსირდება 100-ზე მეტ ქვეყანაში9,10,11. დენგეს ცხელება საზოგადოებრივი ჯანმრთელობის მნიშვნელოვან პრობლემად იქცა, რადგან მისი შემთხვევები მსოფლიო მასშტაბით გაიზარდა12,13,14. Anopheles gambiae, რომელიც ფართოდ არის ცნობილი, როგორც აფრიკული Anopheles კოღო, ტროპიკულ და სუბტროპიკულ რეგიონებში ადამიანის მალარიის ყველაზე მნიშვნელოვანი გადამტანია15. დასავლეთ ნილოსის ვირუსი, სენტ-ლუისის ენცეფალიტი, იაპონური ენცეფალიტი და ცხენებისა და ფრინველების ვირუსული ინფექციები გადადის Culex-ის კოღოებით, რომლებსაც ხშირად ჩვეულებრივ სახლის კოღოებს უწოდებენ. გარდა ამისა, ისინი ასევე ბაქტერიული და პარაზიტული დაავადებების მატარებლები არიან16. მსოფლიოში ტერმიტების 3000-ზე მეტი სახეობა არსებობს და ისინი 150 მილიონ წელზე მეტია არსებობენ17. მავნებლების უმეტესობა ნიადაგში ცხოვრობს და იკვებება ხე-ტყით და ცელულოზის შემცველი ხის პროდუქტებით. ინდური ტერმიტი Odontotermes obesus მნიშვნელოვანი მავნებელია, რომელიც სერიოზულ ზიანს აყენებს მნიშვნელოვან კულტურებსა და პლანტაციის ხეებს18. სასოფლო-სამეურნეო რაიონებში, ტერმიტების სხვადასხვა ეტაპზე შემოსევამ შეიძლება უზარმაზარი ეკონომიკური ზიანი მიაყენოს სხვადასხვა კულტურებს, ხის სახეობებსა და სამშენებლო მასალებს. ტერმიტებს ასევე შეუძლიათ ადამიანის ჯანმრთელობის პრობლემების გამოწვევა19.
დღევანდელ ფარმაცევტულ და სასოფლო-სამეურნეო სფეროებში მიკროორგანიზმებისა და მავნებლების წინააღმდეგობის საკითხი კომპლექსურია20,21. ამიტომ, ორივე კომპანიამ უნდა მოძებნოს ახალი, ეკონომიური ანტიმიკრობული საშუალებები და უსაფრთხო ბიოპესტიციდები. ამჟამად ხელმისაწვდომია სინთეზური პესტიციდები, რომლებიც დადასტურებულია, რომ ინფექციურია და ანეიტრალებს არასამიზნე სასარგებლო მწერებს22. ბოლო წლებში ბიოზედაპირულად აქტიური ნივთიერებების კვლევა გაფართოვდა მათი სხვადასხვა ინდუსტრიაში გამოყენების გამო. ბიოზედაპირულად აქტიური ნივთიერებები ძალიან სასარგებლო და სასიცოცხლოდ მნიშვნელოვანია სოფლის მეურნეობაში, ნიადაგის აღდგენაში, ნავთობის მოპოვებაში, ბაქტერიებისა და მწერების მოცილებასა და საკვების გადამუშავებაში23,24. ბიოზედაპირულად აქტიური ნივთიერებები ანუ მიკრობული ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებები არის ბიოზედაპირულად აქტიური ქიმიკატები, რომლებსაც წარმოქმნიან მიკროორგანიზმები, როგორიცაა ბაქტერიები, საფუარები და სოკოები სანაპირო ჰაბიტატებსა და ნავთობით დაბინძურებულ ტერიტორიებზე25,26. ქიმიურად მიღებული ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებები და ბიოზედაპირულად აქტიური ნივთიერებები ორი ტიპია, რომლებიც პირდაპირ ბუნებრივი გარემოდან მიიღება27. სხვადასხვა ბიოზედაპირულად აქტიური ნივთიერებები მიიღება ზღვის ჰაბიტატებიდან28,29. ამიტომ, მეცნიერები ეძებენ ახალ ტექნოლოგიებს ბუნებრივ ბაქტერიებზე დაფუძნებული ბიოზედაპირულად აქტიური ნივთიერებების წარმოებისთვის30,31. ასეთ კვლევებში მიღწეული წინსვლა აჩვენებს ამ ბიოლოგიური ნაერთების მნიშვნელობას გარემოს დაცვისთვის32. Bacillus, Pseudomonas, Rhodococcus, Alcaligenes, Corynebacterium და ბაქტერიების ეს გვარები კარგად შესწავლილი წარმომადგენლები არიან23,33.
არსებობს ბიოზედაპირულად აქტიური ნივთიერებების მრავალი სახეობა ფართო გამოყენების სპექტრით34. ამ ნაერთების მნიშვნელოვანი უპირატესობა ის არის, რომ ზოგიერთ მათგანს აქვს ანტიბაქტერიული, ლარვიციდური და ინსექტიციდური აქტივობა. ეს ნიშნავს, რომ მათი გამოყენება შესაძლებელია სოფლის მეურნეობის, ქიმიური, ფარმაცევტული და კოსმეტიკური ინდუსტრიებში35,36,37,38. რადგან ბიოზედაპირულად აქტიური ნივთიერებები ზოგადად ბიოდეგრადირებადი და ეკოლოგიურად სასარგებლოა, ისინი გამოიყენება მავნებლების ინტეგრირებულ მართვის პროგრამებში კულტურების დასაცავად39. ამრიგად, მიღებულია საბაზისო ცოდნა Enterobacter cloacae SJ2-ის მიერ წარმოებული მიკრობული ბიოზედაპირულად აქტიური ნივთიერებების ლარვიციდური და ანტიტერმიტული აქტივობის შესახებ. ჩვენ შევისწავლეთ სიკვდილიანობა და ჰისტოლოგიური ცვლილებები რამნოლიპიდური ბიოზედაპირულად აქტიური ნივთიერებების სხვადასხვა კონცენტრაციის ზემოქმედებისას. გარდა ამისა, ჩვენ შევაფასეთ ფართოდ გამოყენებული რაოდენობრივი სტრუქტურა-აქტივობის (QSAR) კომპიუტერული პროგრამა Ecological Structure-Activity (ECOSAR) მიკროწყალმცენარეების, დაფნიების და თევზების მწვავე ტოქსიკურობის დასადგენად.
ამ კვლევაში, გაწმენდილი ბიოზედაპირულად აქტიური ნივთიერებების ანტიტერმიტული აქტივობა (ტოქსიკურობა) სხვადასხვა კონცენტრაციით 30-დან 50 მგ/მლ-მდე (5 მგ/მლ ინტერვალებით) შემოწმდა ინდური ტერმიტებზე, O. obesus-სა და მეოთხე სახეობაზე. შეაფასეთ Cx-ის ინსტაგრამის ლარვები. კოღოს quinquefasciatus-ის ლარვები. ბიოზედაპირულად აქტიური ნივთიერების LC50 კონცენტრაციები 48 საათის განმავლობაში O. obesus-ისა და Cx-ის წინააღმდეგ. C. solanacearum-ის წინააღმდეგ. კოღოს ლარვები იდენტიფიცირებული იქნა არაწრფივი რეგრესიული მრუდის მორგების მეთოდის გამოყენებით. შედეგებმა აჩვენა, რომ ტერმიტების სიკვდილიანობა იზრდებოდა ბიოზედაპირულად აქტიური ნივთიერების კონცენტრაციის ზრდასთან ერთად. შედეგებმა აჩვენა, რომ ბიოსურფაქტანტს ჰქონდა ლარვიციდური აქტივობა (სურათი 1) და ტერმიტების საწინააღმდეგო აქტივობა (სურათი 2), 48-საათიანი LC50 მნიშვნელობებით (95% CI) შესაბამისად 26.49 მგ/ლ (25.40-დან 27.57-მდე) და 33.43 მგ/ლ (სურ. 31.09-დან 35.68-მდე) (ცხრილი 1). მწვავე ტოქსიკურობის (48 საათი) თვალსაზრისით, ბიოსურფაქტანტი კლასიფიცირებულია, როგორც „მავნე“ ტესტირებული ორგანიზმებისთვის. ამ კვლევაში მიღებულმა ბიოსურფაქტანტმა აჩვენა შესანიშნავი ლარვიციდური აქტივობა 100%-იანი სიკვდილიანობით 24-48 საათის განმავლობაში.
გამოთვალეთ ლარვიციდური აქტივობის LC50 მნიშვნელობა. ფარდობითი სიკვდილიანობისთვის (%) გამოიყენეთ არაწრფივი რეგრესიული მრუდი (მყარი ხაზი) და 95%-იანი სანდოობის ინტერვალი (დაჩრდილული ფართობი).
გამოთვალეთ LC50 მნიშვნელობა ტერმიტების საწინააღმდეგო აქტივობისთვის. ფარდობითი სიკვდილიანობისთვის (%) გამოიყენეთ არაწრფივი რეგრესიული მრუდი (მყარი ხაზი) და 95%-იანი სანდოობის ინტერვალი (დაჩრდილული ფართობი).
ექსპერიმენტის დასასრულს, მიკროსკოპით დაფიქსირდა მორფოლოგიური ცვლილებები და ანომალიები. მორფოლოგიური ცვლილებები დაფიქსირდა საკონტროლო და დამუშავებულ ჯგუფებში 40-ჯერ გადიდებით. როგორც ნაჩვენებია ნახაზ 3-ში, ზრდის შეფერხება აღინიშნა ბიოსურფაქტანტებით დამუშავებული ლარვების უმეტესობაში. სურათი 3ა აჩვენებს ნორმალურ Cx. quinquefasciatus-ს, სურათი 3ბ აჩვენებს ანომალიურ Cx. გამომწვევ ხუთ ნემატოდურ ლარვას.
ბიოსურფაქტანტების სუბლეტალური (LC50) დოზების გავლენა Culex quinquefasciatus-ის ლარვების განვითარებაზე. ნორმალური Cx-ის სინათლის მიკროსკოპიული გამოსახულება (ა) 40-ჯერ გადიდებით. quinquefasciatus (ბ) პათოლოგიური Cx. იწვევს ხუთ ნემატოდის ლარვას.
ამ კვლევაში, დამუშავებული ლარვების (სურ. 4) და ტერმიტების (სურ. 5) ჰისტოლოგიურმა გამოკვლევამ გამოავლინა რამდენიმე დარღვევა, მათ შორის მუცლის ფართობის შემცირება და კუნთების, ეპითელური შრეების და კანის დაზიანება. შუა ნაწლავი. ჰისტოლოგიამ გამოავლინა კვლევაში გამოყენებული ბიოსურფაქტანტის დამთრგუნველი აქტივობის მექანიზმი.
ნორმალური, დაუმუშავებელი, მე-4 სტადიის Cx ლარვების ჰისტოპათოლოგია. quinquefasciatus-ის ლარვები (კონტროლი: (a,b)) და დამუშავებული ბიოსურფაქტანტით (დამუშავება: (c,d)). ისრებით აღინიშნება დამუშავებული ნაწლავის ეპითელიუმი (epi), ბირთვები (n) და კუნთი (mu). Bar = 50 µm.
ნორმალური, დაუმუშავებელი O. obesus-ის (კონტროლი: (a, b)) და ბიოსურფაქტანტით დამუშავებული (მკურნალობა: (c, d)) ჰისტოპათოლოგია. ისრებით აღინიშნება, შესაბამისად, ნაწლავის ეპითელიუმი (epi) და კუნთი (mu). ზოლი = 50 µm.
ამ კვლევაში ECOSAR გამოყენებული იქნა რომნოლიპიდური ბიოზედაპირულად აქტიური ნივთიერებების მწვავე ტოქსიკურობის პროგნოზირებისთვის პირველადი მწარმოებლებისთვის (მწვანე წყალმცენარეები), პირველადი მომხმარებლებისთვის (წყლის რწყილები) და მეორადი მომხმარებლებისთვის (თევზები). ეს პროგრამა იყენებს დახვეწილ რაოდენობრივ სტრუქტურა-აქტივობის ნაერთების მოდელებს მოლეკულური სტრუქტურის საფუძველზე ტოქსიკურობის შესაფასებლად. მოდელი იყენებს სტრუქტურა-აქტივობის (SAR) პროგრამულ უზრუნველყოფას წყლის სახეობებისთვის ნივთიერებების მწვავე და გრძელვადიანი ტოქსიკურობის გამოსათვლელად. კერძოდ, ცხრილი 2 აჯამებს რამდენიმე სახეობისთვის შეფასებულ საშუალო ლეტალურ კონცენტრაციებს (LC50) და საშუალო ეფექტურ კონცენტრაციებს (EC50). სავარაუდო ტოქსიკურობა დაყოფილი იყო ოთხ დონედ ქიმიკატების კლასიფიკაციისა და ეტიკეტირების გლობალურად ჰარმონიზებული სისტემის გამოყენებით (ცხრილი 3).
ვექტორებით გადამდები დაავადებების, განსაკუთრებით კოღოების და Aedes-ის შტამების კონტროლი. ეგვიპტელები, ახლა რთულ სამუშაოს ასრულებენ 40,41,42,43,44,45,46. მიუხედავად იმისა, რომ ზოგიერთი ქიმიურად ხელმისაწვდომი პესტიციდი, როგორიცაა პირეტროიდები და ორგანოფოსფატები, გარკვეულწილად სასარგებლოა, ისინი მნიშვნელოვან რისკებს უქმნიან ადამიანის ჯანმრთელობას, მათ შორის დიაბეტს, რეპროდუქციულ დარღვევებს, ნევროლოგიურ დარღვევებს, კიბოს და სასუნთქი გზების დაავადებებს. უფრო მეტიც, დროთა განმავლობაში, ეს მწერები შეიძლება მათ მიმართ რეზისტენტულები გახდნენ13,43,48. ამრიგად, ეფექტური და ეკოლოგიურად სუფთა ბიოლოგიური კონტროლის ზომები კოღოების კონტროლის უფრო პოპულარულ მეთოდად იქცევა49,50. ბენელიმ51 ივარაუდა, რომ კოღოების ვექტორების ადრეული კონტროლი უფრო ეფექტური იქნებოდა ურბანულ რაიონებში, მაგრამ ისინი არ გირჩევენ ლარვიციდების გამოყენებას სოფლად52. ტომმა და სხვებმა53 ასევე ივარაუდეს, რომ კოღოების კონტროლი მათ მოუმწიფებელ სტადიებზე უსაფრთხო და მარტივი სტრატეგია იქნებოდა, რადგან ისინი უფრო მგრძნობიარენი არიან კონტროლის აგენტების მიმართ54.
ბიოზედაპირულად აქტიური ნივთიერების წარმოებამ ძლიერი შტამის (Enterobacter cloacae SJ2) მიერ აჩვენა თანმიმდევრული და პერსპექტიული ეფექტურობა. ჩვენი წინა კვლევის თანახმად, Enterobacter cloacae SJ2 ოპტიმიზაციას უკეთებს ბიოზედაპირულად აქტიური ნივთიერების წარმოებას ფიზიკურ-ქიმიური პარამეტრების გამოყენებით26. მათი კვლევის თანახმად, პოტენციური E. cloacae იზოლატის მიერ ბიოზედაპირულად აქტიური ნივთიერების წარმოების ოპტიმალური პირობები იყო 36 საათის განმავლობაში ინკუბაცია, 150 ბრ/წთ-ზე მორევა, pH 7.5, 37 °C, მარილიანობა 1 ppt, 2% გლუკოზა ნახშირბადის წყაროდ, 1% საფუარი. ექსტრაქტი გამოყენებული იქნა აზოტის წყაროდ 2.61 გ/ლ ბიოზედაპირულად აქტიური ნივთიერების მისაღებად. გარდა ამისა, ბიოზედაპირულად აქტიური ნივთიერებები დახასიათდა TLC, FTIR და MALDI-TOF-MS გამოყენებით. ამან დაადასტურა, რომ რამნოლიპიდი არის ბიოზედაპირულად აქტიური ნივთიერება. გლიკოლიპიდური ბიოზედაპირულად აქტიური ნივთიერებები ბიოზედაპირულად აქტიური ნივთიერებების სხვა ტიპებს შორის ყველაზე ინტენსიურად შესწავლილი კლასია55. ისინი შედგება ნახშირწყლებისა და ლიპიდური ნაწილებისგან, ძირითადად ცხიმოვანი მჟავების ჯაჭვებისგან. გლიკოლიპიდებს შორის ძირითადი წარმომადგენლები არიან რამნოლიპიდი და სოფოროლიპიდი56. რამნოლიპიდები შეიცავს ორ რამნოზის ნაწილს, რომლებიც დაკავშირებულია მონო- ან დი-β-ჰიდროქსიდეკანოინის მჟავასთან57. რამნოლიპიდების გამოყენება სამედიცინო და ფარმაცევტულ ინდუსტრიებში კარგად არის დამკვიდრებული58, გარდა მათი ბოლოდროინდელი გამოყენებისა, როგორც პესტიციდების59.
ბიოსურფაქტანტის ურთიერთქმედება სასუნთქი სიფონის ჰიდროფობულ რეგიონთან წყალს საშუალებას აძლევს გაიაროს მისი ბაგის ღრუში, რითაც იზრდება ლარვების კონტაქტი წყლის გარემოსთან. ბიოსურფაქტანტების არსებობა ასევე მოქმედებს ტრაქეაზე, რომლის სიგრძე ზედაპირთან ახლოსაა, რაც ლარვებს აადვილებს ზედაპირზე ამოსვლას და სუნთქვას. შედეგად, წყლის ზედაპირული დაჭიმულობა მცირდება. რადგან ლარვები ვერ ეკვრიან წყლის ზედაპირს, ისინი ცვივა ავზის ფსკერზე, არღვევენ ჰიდროსტატიკულ წნევას, რაც იწვევს ენერგიის ჭარბ ხარჯვას და დახრჩობით სიკვდილს38,60. მსგავსი შედეგები მიიღო Ghribi61-მა, სადაც Bacillus subtilis-ის მიერ წარმოებულმა ბიოსურფაქტანტმა გამოავლინა ლარვიციდური აქტივობა Ephestia kuehniella-ს წინააღმდეგ. ანალოგიურად, Cx. Das-ის და Mukherjee-ს23 ლარვიციდური აქტივობა ასევე შეაფასეს ციკლური ლიპოპეპტიდების გავლენა quinquefasciatus-ის ლარვებზე.
კვლევის შედეგები ეხება რამნოლიპიდური ბიოსურფაქტანტების ლარვიციდურ აქტივობას Cx-ის წინააღმდეგ. quinquefasciatus კოღოების განადგურება შეესაბამება ადრე გამოქვეყნებულ შედეგებს. მაგალითად, გამოიყენება Bacillus-ის გვარის სხვადასხვა ბაქტერიის მიერ წარმოებული ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებები. და Pseudomonas spp. ზოგიერთ ადრეულ ანგარიშში64,65,66 აღნიშნულია Bacillus subtilis-ის23 ლიპოპეპტიდური ბიოსურფაქტანტების ლარვების განადგურების აქტივობა. დიპალიმ და სხვებმა63 აღმოაჩინეს, რომ Stenotropomonas maltophilia-სგან იზოლირებულ რამნოლიპიდურ ბიოსურფაქტანტს 10 მგ/ლ კონცენტრაციისას ჰქონდა ძლიერი ლარვიციდური აქტივობა. სილვამ და სხვებმა67 აღწერეს რამნოლიპიდური ბიოსურფაქტანტის ლარვიციდური აქტივობა Ae-ს წინააღმდეგ 1 გ/ლ კონცენტრაციისას. Aedes aegypti. Kanakdande და სხვ. 68-ში აღნიშნულია, რომ Bacillus subtilis-ის მიერ წარმოებული ლიპოპეპტიდური ბიოსურფაქტანტები იწვევენ საერთო სიკვდილიანობას Culex-ის ლარვებსა და ტერმიტებში ევკალიპტის ლიპოფილური ფრაქციის გამოყენებით. ანალოგიურად, მასენდრა და სხვ. 69-ში აღნიშნულია მუშა ჭიანჭველას (Cryptotermes cynocephalus Light.) 61.7%-იანი სიკვდილიანობა E. crude ექსტრაქტის ლიპოფილურ n-ჰექსანსა და EtOAc ფრაქციებში.
პარტიპანმა და სხვებმა 70-მა აღწერეს Bacillus subtilis A1-ისა და Pseudomonas stutzeri NA3-ის მიერ წარმოებული ლიპოპეპტიდური ბიოსურფაქტანტების ინსექტიციდური გამოყენება მალარიის პარაზიტის, პლაზმოდიუმის გადამტანის, Anopheles Stephensi-ს წინააღმდეგ. მათ დააკვირდნენ, რომ ლარვები და ჭუპრები უფრო დიდხანს ცოცხლობდნენ, უფრო მოკლე კვერცხმდებლობის პერიოდები ჰქონდათ, სტერილური იყო და უფრო მოკლე სიცოცხლის ხანგრძლივობა ჰქონდათ ბიოსურფაქტანტების სხვადასხვა კონცენტრაციით დამუშავებისას. B. subtilis ბიოსურფაქტანტ A1-ის დაკვირვებული LC50 მნიშვნელობები სხვადასხვა ლარვის მდგომარეობისთვის (ანუ ლარვები I, II, III, IV და სტადიის ჭუპრები) შესაბამისად იყო 3.58, 4.92, 5.37, 7.10 და 7.99 მგ/ლ. შედარებისთვის, Pseudomonas stutzeri NA3-ის ლარვის I-IV სტადიისა და ჭუპრის სტადიის ბიოსურფაქტანტები შესაბამისად იყო 2.61, 3.68, 4.48, 5.55 და 6.99 მგ/ლ. გადარჩენილი ლარვებისა და ჭუპრების ფენოლოგიის დაგვიანება, სავარაუდოდ, ინსექტიციდებით დამუშავებით გამოწვეული მნიშვნელოვანი ფიზიოლოგიური და მეტაბოლური დარღვევების შედეგია71.
Wickerhamomyces anomalus-ის შტამი CCMA 0358 წარმოქმნის ბიოზედაპირულად აქტიურ ნივთიერებას, რომელსაც აქვს 100%-იანი ლარვიციდური აქტივობა Aedes-ის კოღოების წინააღმდეგ. aegypti-ს 24-საათიანი ინტერვალი 38 უფრო მაღალი იყო, ვიდრე Silva და სხვების მიერ იყო მოხსენებული. ნახშირბადის წყაროდ მზესუმზირის ზეთის გამოყენებით Pseudomonas aeruginosa-სგან წარმოებული ბიოზედაპირულად აქტიური ნივთიერება 48 საათის განმავლობაში კლავს ლარვების 100%-ს 67. Abinaya და სხვები72 და Pradhan და სხვები73 ასევე აჩვენეს Bacillus-ის გვარის რამდენიმე იზოლატის მიერ წარმოებული ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებების ლარვიციდური ან ინსექტიციდური ეფექტები. Senthil-Nathan და სხვების მიერ ადრე გამოქვეყნებულმა კვლევამ აჩვენა, რომ მცენარეთა ლაგუნებში მოხვედრილი კოღოს ლარვების 100% სავარაუდოდ დაიღუპებოდა. 74.
ინსექტიციდების მწერების ბიოლოგიაზე სუბლეტალური ეფექტების შეფასება კრიტიკულად მნიშვნელოვანია მავნებლების ინტეგრირებული მართვის პროგრამებისთვის, რადგან სუბლეტალური დოზები/კონცენტრაციები არ კლავს მწერებს, მაგრამ შეიძლება შეამციროს მწერების პოპულაციები მომავალ თაობებში ბიოლოგიური მახასიათებლების დარღვევით10. სიკეირამ და სხვებმა75 დააკვირდნენ რამნოლიპიდური ბიოსურფაქტანტის (300 მგ/მლ) სრულ ლარვიციდურ აქტივობას (100%-იანი სიკვდილიანობა), როდესაც ტესტირება განხორციელდა სხვადასხვა კონცენტრაციით 50-დან 300 მგ/მლ-მდე. Aedes aegypti შტამების ლარვის სტადია. მათ გააანალიზეს სიკვდილამდე დროისა და სუბლეტალური კონცენტრაციების გავლენა ლარვების გადარჩენასა და ცურვის აქტივობაზე. გარდა ამისა, მათ დააკვირდნენ ცურვის სიჩქარის შემცირებას ბიოსურფაქტანტის სუბლეტალური კონცენტრაციების (მაგ., 50 მგ/მლ და 100 მგ/მლ) ზემოქმედების შემდეგ 24-48 საათის შემდეგ. ითვლება, რომ შხამები, რომლებსაც აქვთ პერსპექტიული სუბლეტალური როლი, უფრო ეფექტურია დაუცველი მავნებლებისთვის მრავალჯერადი დაზიანების მიყენებაში76.
ჩვენი შედეგების ჰისტოლოგიური დაკვირვებები მიუთითებს, რომ Enterobacter cloacae SJ2-ის მიერ წარმოებული ბიოსურფაქტანტები მნიშვნელოვნად ცვლის კოღოს (Cx. quinquefasciatus) და ტერმიტის (O. obesus) ლარვების ქსოვილებს. მსგავსი ანომალიები გამოწვეული იყო რეჰანის ზეთის პრეპარატებით An. gambiaes.s-სა და An. arabica-ში, აღწერილია ოჩოლას77 მიერ. კამარაჯი და სხვ.78 ასევე აღწერენ იგივე მორფოლოგიური ანომალიებს An-ში. სტეფანის ლარვები ოქროს ნანონაწილაკების ზემოქმედების ქვეშ იმყოფებოდნენ. ვასანტა-სრინივასანმა და სხვ.79 ასევე განაცხადეს, რომ მწყემსის ქისის ეთერზეთმა მნიშვნელოვნად დააზიანა Aedes albopictus-ის კამერა და ეპითელური შრეები. რაგავენდრანმა და სხვ. განაცხადეს, რომ კოღოს ლარვები დამუშავდა ადგილობრივი Penicillium სოკოს 500 მგ/მლ მიცელიუმის ექსტრაქტით. Aeges ავლენენ მძიმე ჰისტოლოგიურ დაზიანებას. სიკვდილიანობის მაჩვენებელი 80. ადრე, შესწავლილი იყო აბინაია და სხვ. An-ის მეოთხე სტადიის ლარვები. სტეფენსიმ და Ae. aegypti-მ B. licheniformis ეგზოპოლისაქარიდებით დამუშავებულ Aedes aegypti-ში აღმოაჩინეს მრავალი ჰისტოლოგიური ცვლილება, მათ შორის კუჭის ბრმა ნაწლავი, კუნთების ატროფია, ნერვული ტვინის განგლიების დაზიანება და დეზორგანიზაცია72. რაგავენდრანის და სხვების თანახმად, P. daleae მიცელიუმის ექსტრაქტით დამუშავების შემდეგ, გამოცდილი კოღოების (მე-4 სტადიის ლარვები) შუა ნაწლავის უჯრედებში აღინიშნა ნაწლავის სანათურის შეშუპება, უჯრედშორისი შიგთავსის შემცირება და ბირთვის დეგენერაცია81. იგივე ჰისტოლოგიური ცვლილებები დაფიქსირდა ექინაცეას ფოთლის ექსტრაქტით დამუშავებულ კოღოს ლარვებში, რაც მიუთითებს დამუშავებული ნაერთების ინსექტიციდურ პოტენციალზე50.
ECOSAR პროგრამული უზრუნველყოფის გამოყენებამ საერთაშორისო აღიარება მოიპოვა82. მიმდინარე კვლევები მიუთითებს, რომ ECOSAR ბიოზედაპირულად აქტიური ნივთიერებების მწვავე ტოქსიკურობა მიკროწყალმცენარეების (C. vulgaris), თევზებისა და წყლის რწყილების (D. magna) მიმართ გაერთიანებული ერების ორგანიზაციის მიერ განსაზღვრულ „ტოქსიკურობის“ კატეგორიაში ხვდება83. ECOSAR-ის ეკოტოქსიკურობის მოდელი იყენებს SAR-სა და QSAR-ს ნივთიერებების მწვავე და გრძელვადიანი ტოქსიკურობის პროგნოზირებისთვის და ხშირად გამოიყენება ორგანული დამაბინძურებლების ტოქსიკურობის პროგნოზირებისთვის82,84.
პარაფორმალდეჰიდი, ნატრიუმის ფოსფატის ბუფერი (pH 7.4) და ამ კვლევაში გამოყენებული ყველა სხვა ქიმიკატი შეძენილი იქნა HiMedia Laboratories-ისგან, ინდოეთი.
ბიოზედაპირულად აქტიური ნივთიერების წარმოება განხორციელდა 500 მლ ერლენმეიერის კოლბებში, რომლებიც შეიცავდნენ 200 მლ სტერილურ ბუშნელ ჰაასის გარემოს, რომელსაც ნახშირბადის ერთადერთი წყაროდ 1%-იანი ნედლი ნავთობი ემატებოდა. Enterobacter cloacae SJ2-ის (1.4 × 104 CFU/მლ) წინასწარი კულტურა დაითესა და კულტივირებული იქნა ორბიტალურ შენჯღრევზე 37°C ტემპერატურაზე, 200 ბრ/წთ სიჩქარით 7 დღის განმავლობაში. ინკუბაციის პერიოდის შემდეგ, ბიოზედაპირულად აქტიური ნივთიერება ექსტრაგირებული იქნა კულტურული გარემოს ცენტრიფუგირებით 3400×g სიმძლავრით 20 წუთის განმავლობაში 4°C ტემპერატურაზე და მიღებული ზედაპირული სითხე გამოყენებული იქნა სკრინინგის მიზნებისთვის. ბიოზედაპირულად აქტიური ნივთიერებების ოპტიმიზაციის პროცედურები და დახასიათება აღებული იქნა ჩვენი ადრინდელი კვლევიდან26.
Culex quinquefasciatus-ის ლარვები მიღებული იქნა საზღვაო ბიოლოგიის მოწინავე კვლევების ცენტრიდან (CAS), პალანჩიპეტაი, ტამილნადუ (ინდოეთი). ლარვები გამოყვანილი იქნა პლასტმასის კონტეინერებში, რომლებიც სავსე იყო დეიონიზებული წყლით 27 ± 2°C ტემპერატურაზე და 12:12 ფოტოპერიოდზე (ღია: მუქი). კოღოს ლარვებს კვებავდნენ 10%-იანი გლუკოზის ხსნარით.
Culex quinquefasciatus-ის ლარვები აღმოჩენილია ღია და დაუცველ სეპტიკურ ავზებში. ლაბორატორიაში ლარვების იდენტიფიცირებისა და კულტივირებისთვის გამოიყენეთ სტანდარტული კლასიფიკაციის სახელმძღვანელო მითითებები85. ლარვიციდური კვლევები ჩატარდა ჯანდაცვის მსოფლიო ორგანიზაციის რეკომენდაციების შესაბამისად86. SH. quinquefasciatus-ის მეოთხე სტადიის ლარვები შეგროვდა დახურულ მილებში 25 მლ და 50 მლ ჯგუფებად, მათი ტევადობის ორი მესამედის ჰაერის უფსკრულით. თითოეულ მილს ინდივიდუალურად დაემატა ბიოსურფაქტანტი (0–50 მგ/მლ) და შეინახეს 25°C ტემპერატურაზე. საკონტროლო მილში გამოყენებული იყო მხოლოდ გამოხდილი წყალი (50 მლ). მკვდარი ლარვები ითვლებოდა იმ ლარვებად, რომლებსაც ინკუბაციის პერიოდში (12–48 საათი) ცურვის ნიშნები არ აღენიშნებოდათ87. გამოთვალეთ ლარვების სიკვდილიანობის პროცენტული მაჩვენებელი განტოლების გამოყენებით. (1)88.
Odontotermitidae-ს ოჯახში შედის ინდური ტერმიტი Odontotermes obesus, რომელიც გვხვდება დამპალი მორების ნაგავში სასოფლო-სამეურნეო კამპუსში (ანამალაის უნივერსიტეტი, ინდოეთი). მავნებლობის დასადგენად, ეს ბიოზედაპირულად აქტიური ნივთიერება (0–50 მგ/მლ) გამოსცადეთ ჩვეულებრივი პროცედურების გამოყენებით. ლამინარული ჰაერის ნაკადში 30 წუთის განმავლობაში გაშრობის შემდეგ, Whatman-ის ქაღალდის თითოეული ზოლი დაფარული იყო ბიოზედაპირულად აქტიური ნივთიერებით 30, 40 ან 50 მგ/მლ კონცენტრაციით. წინასწარ დაფარული და დაუფარავი ქაღალდის ზოლები გამოსცადეს და შეადარეს პეტრის ჯამის ცენტრში. თითოეული პეტრის ჯამი შეიცავს დაახლოებით ოცდაათ აქტიურ ტერმიტს O. obesus. საკონტროლო და სატესტო ტერმიტებს საკვების წყაროდ სველი ქაღალდი მიეცათ. ყველა ფირფიტა ინკუბაციის პერიოდის განმავლობაში ოთახის ტემპერატურაზე ინახებოდა. ტერმიტები იღუპებოდნენ 12, 24, 36 და 48 საათის შემდეგ89,90. განტოლება 1 შემდეგ გამოყენებული იქნა ტერმიტების სიკვდილიანობის პროცენტული მაჩვენებლის შესაფასებლად ბიოზედაპირულად აქტიური ნივთიერების სხვადასხვა კონცენტრაციის დროს. (2).
ნიმუშები შეინახეს ყინულზე და შეფუთეს მიკროტუბებში, რომლებიც შეიცავდა 100 მლ 0.1 M ნატრიუმის ფოსფატის ბუფერს (pH 7.4) და გაიგზავნა რაჯივ განდის აკვაკულტურის ცენტრის (RGCA) ცენტრალურ აკვაკულტურის პათოლოგიის ლაბორატორიაში (CAPL). ჰისტოლოგიის ლაბორატორია, სირკალი, მაილადუთურაის რაიონი, ტამილნადუ, ინდოეთი. ნიმუშები დაუყოვნებლივ ფიქსირდა 4%-იან პარაფორმალდეჰიდში 37°C ტემპერატურაზე 48 საათის განმავლობაში.
ფიქსაციის ფაზის შემდეგ, მასალა სამჯერ გაირეცხა 0.1 M ნატრიუმის ფოსფატის ბუფერით (pH 7.4), ეტაპობრივად გაუწყლოდა ეთანოლში და 7 დღის განმავლობაში დალბობა LEICA-ს ფისში. შემდეგ ნივთიერება თავსდება ფისითა და პოლიმერიზატორით სავსე პლასტმასის ფორმაში და შემდეგ 37°C-მდე გახურებულ ღუმელში, სანამ ნივთიერების შემცველი ბლოკი სრულად არ პოლიმერიზდება.
პოლიმერიზაციის შემდეგ, ბლოკები დაიჭრა LEICA RM2235 მიკროტომის (Rankin Biomedical Corporation 10,399 Enterprise Dr. Davisburg, MI 48,350, USA) გამოყენებით 3 მმ სისქემდე. სექციები დაჯგუფებულია სლაიდებზე, თითოეულ სლაიდზე ექვსი სექციაა. სლაიდები გაშრეს ოთახის ტემპერატურაზე, შემდეგ შეიღებეს ჰემატოქსილინით 7 წუთის განმავლობაში და გაირეცხეს გამდინარე წყლით 4 წუთის განმავლობაში. გარდა ამისა, ეოზინის ხსნარი წაისვით კანზე 5 წუთის განმავლობაში და ჩამოიბანეთ გამდინარე წყლით 5 წუთის განმავლობაში.
მწვავე ტოქსიკურობის პროგნოზირება განხორციელდა სხვადასხვა ტროპიკული დონის წყლის ორგანიზმების გამოყენებით: 96-საათიანი თევზი LC50, 48-საათიანი D. magna LC50 და 96-საათიანი მწვანე წყალმცენარეები EC50. თევზებისა და მწვანე წყალმცენარეებისთვის რამნოლიპიდური ბიოსურფაქტანტების ტოქსიკურობა შეფასდა აშშ-ის გარემოს დაცვის სააგენტოს მიერ შემუშავებული Windows-ისთვის განკუთვნილი ECOSAR პროგრამული უზრუნველყოფის 2.2 ვერსიის გამოყენებით. (ხელმისაწვდომია ონლაინ https://www.epa.gov/tsca-screening-tools/ecological-struct-activity-relationships-ecosar-predictive-model).
ლარვიციდური და ანტიტერმიტული აქტივობის ყველა ტესტი სამჯერ ჩატარდა. ლარვებისა და ტერმიტების სიკვდილიანობის მონაცემების არაწრფივი რეგრესია (დოზა-რეაქციის ცვლადების ლოგარითმული სისტემით) ჩატარდა საშუალო ლეტალური კონცენტრაციის (LC50) 95%-იანი სანდოობის ინტერვალით გამოსათვლელად და კონცენტრაციაზე რეაქციის მრუდები გენერირებული იქნა Prism®-ის (ვერსია 8.0, GraphPad Software) Inc., აშშ)84, 91 გამოყენებით.
ამჟამინდელი კვლევა ავლენს Enterobacter cloacae SJ2-ის მიერ წარმოებული მიკრობული ბიოზედაპირულად აქტიური ნივთიერებების პოტენციალს, როგორც კოღოს ლარვიციდურ და ანტიტერმიტულ აგენტებს, და ეს ნაშრომი ხელს შეუწყობს ლარვიციდული და ანტიტერმიტული მოქმედების მექანიზმების უკეთ გაგებას. ბიოზედაპირულად აქტიური ნივთიერებებით დამუშავებული ლარვების ჰისტოლოგიურმა კვლევებმა აჩვენა საჭმლის მომნელებელი ტრაქტის, შუა ნაწლავის, თავის ტვინის ქერქის დაზიანება და ნაწლავის ეპითელური უჯრედების ჰიპერპლაზია. შედეგები: Enterobacter cloacae SJ2-ის მიერ წარმოებული რამნოლიპიდური ბიოზედაპირულად აქტიური ნივთიერების ანტიტერმიტული და ლარვიციდური აქტივობის ტოქსიკოლოგიურმა შეფასებამ აჩვენა, რომ ეს იზოლატი წარმოადგენს პოტენციურ ბიოპესტიციდს კოღოების (Cx quinquefasciatus) და ტერმიტების (O. obesus) ვექტორებით გადამდები დაავადებების კონტროლისთვის. საჭიროა ბიოზედაპირულად აქტიური ნივთიერებების გარემოზე ტოქსიკურობისა და მათი პოტენციური გარემოზე ზემოქმედების გაგება. ეს კვლევა უზრუნველყოფს ბიოზედაპირულად აქტიური ნივთიერებების გარემოზე ზემოქმედების რისკის შეფასების სამეცნიერო საფუძველს.
გამოქვეყნების დრო: 2024 წლის 9 აპრილი