Σύνθεση παραγώγων ακυλοφλωρογλυκινολών και διερεύνηση της τοξικότητάς τους σε προνύμφες του είδους Culex pipiens L. (Diptera: Culicidae)

Abstract

Τα κουνούπια (Diptera: Culicidae) αποτελούν την πολυπληθέστερη ομάδα αιμομυζητικών εντόμων. Περιλαμβάνουν είδη με παγκόσμια εξάπλωση, που πέρα από την όχληση που προκαλούν στον άνθρωπο και τα ζώα, αποτελούν και διαβιβαστές σημαντικών παθογόνων μικροοργανισμών. Μεταξύ αυτών των ειδών συγκαταλέγεται και το είδος Culex pipiens, που αποτελεί τον κύριο διαβιβαστή του ιού του Δυτικού Νείλου. Άλλοι σημαντικοί ιοί που μπορεί να μεταδώσει είναι οι ιοί Sindbis, Usutu, Rift Valley και Tahyna που προσβάλλουν τον άνθρωπο και τα κατοικίδια ζώα, καθώς και το παράσιτο Dirofilaria immitis που προκαλεί τη φιλαρίαση του σκύλου και τυχαία μπορεί να προσβάλλει και τον άνθρωπο. Η καταπολέμηση των κουνουπιών πρέπει να στηρίζεται κατά κύριο λόγο στην προνυμφοκτονία, η οποία υλοποιείται πιο εύκολα μιας και τα ενδιαιτήματα είναι πιο προσβάσιμα. Έχει ως στόχο τη διατήρηση του κινδύνου μετάδοσης των ασθενειών χαμηλό, καταπολεμώντας ένα σημαντικό τμήμα του πληθυσμού των κουνουπιών-φορέων πριν την ενηλικίωση και τη διασπορά τους. Η χρήση των συμβατικών συνθετικών, οργανικών εντομοκτόνων, αν και αποτέλεσε αποτελεσματικό μέσο καταπολέμησης των προνυμφών, συνοδεύτηκε από μειονεκτήματα, όπως μη αναστρέψιμες επιπτώσεις στο περιβάλλον, ανάπτυξη ανθεκτικότητας των εντόμων σε αυτά και τοξικότητα στους ανθρώπους και σε ωφέλιμους οργανισμούς. Σήμερα μόνο μία συνθετική δραστική ουσία, το diflubenzuron που είναι ένας ρυθμιστής της ανάπτυξης των εντόμων έχει έγκριση για την καταπολέμηση προνυμφών των κουνουπιών. Η ανάγκη για ανάπτυξη νέων μεθόδων και νέων εντομοκτόνων, φιλικότερων στο περιβάλλον και στη ζωή, στρέφει την επιστημονική κοινότητα προς αυτή την κατεύθυνση. Τα εντομοκτόνα βοτανικής προέλευσης χρησιμοποιήθηκαν παραδοσιακά για χρόνια και η ανάπτυξη νέων βιοεντομοκτόνων που προέρχονται από φυτά αποτελεί και πάλι βασικό μέλημα της έρευνας. Τα φυσικά προϊόντα είναι ενώσεις που παράγονται από ζωντανούς οργανισμούς, κυρίως για την προστασία τους από παθογόνα, αρπακτικά ή ανταγωνιστές. Σε αντίθεση με τα συμβατικά συνθετικά χημικά, τα φυσικά προϊόντα έχουν μικρότερο χρόνο ημιζωής στο περιβάλλον, βιοαποικοδομούνται και είναι συνήθως πιο ασφαλή, με μικρότερο περιβαλλοντικό αντίκτυπο. Σκοπός της μελέτης αυτής ήταν η σύνθεση οργανικών μορίων με βελτιωμένη βιοδραστικότητα σε σχέση με το φυσικό προϊόν δεοξυκοχομουλόνη, μια μονοκυκλική διπρενυλιωμένη ισοβουτυρυλο-φλωρογλυκινόλη, η οποία συντέθηκε και διερευνήθηκε η τοξικότητά της έναντι προνυμφών του είδους Culex pipiens το 2014 (LC50 51.03 mg/L) (Mitsopoulou et al., 2014). Τα μόρια που σχεδιάστηκαν σχετίζονταν με την παραγοντοποίηση της δεοξυκοχουμουλόνης με πρενυλικές, γερανυλικές ή άλλες αλυσίδες, τη σύνθεση άλλων ακυλοφλωρογλυκινολών μέσω της αντίδρασης Friedel Crafts καθώς και την C-αλκυλίωσή τους με πρενυλ-/γερανυλομάδες για τον έλεγχο της προνυμφοκτόνου δράσης τους έναντι των προνυμφών του είδους Culex pipiens. Πραγματοποιήθηκε για πρώτη φορά η σύνθεση τριών διγερανυλιωμένων ακυλοφλωρογλυκινολών, των οποίων διερευνήθηκε η τοξικότητα. Κατά την C-αλκυλίωση της 2-ισοβουτυρυλο-φλωρογλυκινόλης, ανάλογα με τις συνθήκες pH, τα αλκυλιωτικά μέσα και τα ισοδύναμά τους, ο βαθμός της υποκατάστασης αλλάζει. Όσον αφορά τις βιοδοκιμές, μελετήθηκε η μεταβολή της θνησιμότητας σε συνάρτηση με τη μεταβολή της δόσης κάθε ένωσης. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η φλωρογλυκινόλη και οι ακυλιωμένες φλωρογλυκινόλες δεν έχουν τοξική δράση έναντι των προνυμφών (LC50>150 mg/L). Αντιθέτως, τα διγερανυλιωμένα παράγωγά τους και η κολουπουλόνη, φυσικό προϊόν, συστατικό του λυκίσκου (Humulus lupulus) θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν ως εναλλακτικά μέσα αντιμετώπισης των προνυμφών με βελτιωμένη δράση σε σχέση με την δεοξυκοχουμουλόνη, με LC50 που κυμαίνεται από 17.1 έως 28.4 mg/L.

Mosquitoes (Diptera: Culicidae) are characterized as the largest group of blood-sucking insects. Mosquito species are distributed widely throughout the world. Apart from being annoying, they are important vectors of pathogenic microorganisms. Culex pipiens mosquitoes have been identified as the major vector species for West Nile virus. Other Culex pipiens-transmitted pathogens are the viruses Sindbis, Usutu, Rift Valley and Tahyna that affect both human and animal health and the parasite Dirofilaria immitis which causes filariasis in dogs but it can also infect humans. Mosquito control needs to be focused on the larval stage. Larviciding is easier, as the accessibility of larvae’s habitat is more feasible. This aims at the reduction of the transmission of diseases at low levels, by managing a significant part of the vectors’ population before adulthood and dispersal. The conventional, synthetic, organic insecticides provide immediate results for the control of mosquitoes; however they are accompanied by numerous drawbacks, such as irreversible environmental damage, development of resistance and toxicity against humans and beneficial organisms. Nowadays, the only synthetic active compound, which has been approved for larvicidal control is diflubenzuron, an Insect Growth Regulator. Due to the great need for new, greener and safer approaches and insecticides, research is moving towards this direction. Ιnsectisides of botanical origin have been traditionally used for a long period of time. Thus, the development of new bioinsectisides, which are naturally occurring substances, are again a crucial issue of research community. Some organisms produce compounds in order to defend themselves from other organisms, such as pathogens, predators or antagonists. These compounds are called natural products. Contrary to conventional synthetic insecticides, natural products have a shorter environmental half life, they are biodegradable and they usually have a lower environmental impact. The purpose of this study was the synthesis of organic molecules with improved bioactivity, compared to the natural product deoxycomomulone, a monocyclic diprenylated isobutyryl phloroglucinol, which was synthesized and evaluated for its larvicidal activity against Culex pipiens in 2014 (LC50 51.03 mg/L) (Mitsopoulou et al., 2014). The designed molecules were related to the derivatization of isobutyryl phloroglucinol with prenyl, geranyl, or other chains, the synthesis of other acylphloglucinols via a Friedel Crafts reaction and their further prenylation and geranylation in order to assess the toxicity against larvae of Culex pipiens. Three digeranylated acylphloroglucinols were synthesized and tested for their larvicidal activity for the first time. The degree of substitution changes during C-alkylation of isobutyrylphloroglucinol, depending on pH conditions, alkylating agents and their equivalents. Concerning the bioassays, the variation in mortality, with respect to the variation in dose of each compound, was studied. Study results indicate that phloroglucinol and acylphloroglucinols have no larvicidal activity (LC50>150 mg/L). However, the digeranylated derivatives and colupulone, a natural product from Humulus lupulus, could be used as alternative ways of larviciding, with an improved bioactivity compared to deoxycohumulone, with LC50 values ranging from 17.1 to 28.4 mg/L.