Innovativ kemisk strategi retter sig mod tarmen af ​​myggelarver for at bekæmpe spredning af dødelige sygdomme

Myggebårne sygdomme er fortsat en formidabel udfordring, der hvert år truer millioner af mennesker med sygdomme som malaria, dengue, zika og chikungunya.

For at udvikle en myggebekæmpelsesstrategi med et minimalt økologisk fodaftryk har biokemikere og entomologer fra University of Arizona været banebrydende for en ny tilgang ved at udnytte det unikke alkaliske miljø af larvemyggetarme. Ved at bruge specialdesignede kemiske forbindelser har holdet selektivt modificeret tarmproteiner fra myggelarver, hvilket markerer et betydeligt fremskridt i kampen mod myggebårne sygdomme.

Undersøgelsen blev offentliggjort torsdag den 14. marts i Journal of American Chemical Society .

Fra et folkesundhedsperspektiv har traditionelle myggebekæmpelsesmetoder mødt forhindringer. Myg udvikler resistens over for almindeligt anvendte insekticider, sagde Michael Riehle, professor ved UArizona Department of Entomology og seniorforfatter på papiret.

"At finde på unikke mål mod myggelarver er et stærkt værktøj, da resistens fortsætter med at udvikle sig mod de nuværende tilgange," sagde Riehle.

"Vi stødte på nogle kemiske forbindelser, der havde en enestående reaktivitet ved høj (basis) pH, og vi vidste, at myggelarver tilfældigvis havde dette unikke miljø med høj pH," sagde John Jewett, lektor ved Institut for Kemi og Biokemi.

To tidligere kandidatstuderende ved Institut for Kemi og Biokemi, Lindsay Guzmán og Anjalee Wijetunge, ledede undersøgelsen.

Holdet designede kemiske forbindelser kendt som beskyttede triazabutadiener, der er inaktive under normale forhold. Men i miljøer med høje pH-værdier, såsom myggelarvens tarm, frigiver forbindelserne meget reaktive molekyler kaldet aryldiazoniumioner, som derefter binder sig til larvernes tarmproteiner og modificerer dem.

"Du kan sammenligne disse molekyler med at være dyr med mundkurv. Når næsepartierne først er fjernet ved høj pH, kan de låse sig fast på proteiner i deres nærhed," sagde Jewett.

De modificerede proteiner er mærket med fluorescerende markører gennem en yderst effektiv kemisk bindingsproces. De fluorescerende markører tjente til at bekræfte, at disse designerprober kom ind i larven og udførte modifikationen.

Jewett sagde, at denne to-trins mærkning kan opfattes som at tilføje en tracker til et dyr i naturen, der er relativt lille og ikke-forstyrrende. Det andet trin:Det fluorescerende molekyle ville være en person, der følger trackeren og maler den lyserød, så alle nemt kan finde den.

Denne tagging muliggør påvisning af modificerede proteiner ved hjælp af en række biokemiske teknikker til isolering og adskillelse af proteiner.

Forbindelserne rapporteret i deres arbejde er ikke akut toksiske for myggelarver, men de modificerer proteinerne, der findes i larvetarmen. Forskergrupperne undersøger i øjeblikket, om forbindelserne har langsigtede virkninger på larverne, der fordøjer mad, vokser og bliver voksne, sagde Jewett.

Da målet er myggelarver, som er akvatiske, kan den kemiske forbindelse sættes direkte i vand som adskillige andre larvicider, der i øjeblikket anvendes, sagde Jewett. Fordelen ved denne teknologi er, at den specifikt retter sig mod myggelarver og ikke skader andre vanddyr. Meget få organismer i vandmiljøet har en meget høj pH som myggelarver, nævnte Jewett.

Selvom holdet udførte undersøgelsen med kun én myggeart, Aedes aegypti, er tarmmiljøet med høj pH udbredt på tværs af andre myggearter såsom Anopheles og Culex, sagde Riehle. Bortset fra myg er den nye sonde også rettet mod larverne fra sorte fluer, takket være deres høje pH-tarm. Sorte fluer er vigtige vektorer for flodblindhed, sagde Riehle.

I fremtiden planlægger forskergruppen at knytte forskellige potentielt giftige forbindelser til denne kemiske forbindelse og derefter teste, hvor effektive de er til at dræbe myggelarver.

"Oprindeligt troede vi, at kravet om en høj pH-værdi for at frigive den reaktive forbindelse var en forpligtelse, men så indså vi, at det var et nyttigt miljø for myggebiologi," sagde Jewett. "Og så endte det med at fungere ganske fint."

Flere oplysninger: Lindsay E. Guzmán et al., Chemical Probes to Interrogate the Extreme Environment of Mosquito Larval Guts, Journal of the American Chemical Society (2024). DOI:10.1021/jacs.3c14598

Journaloplysninger: Tidsskrift for American Chemical Society

Leveret af University of Arizona