Cảm ơn bạn đã ghé thăm Nature.com. Phiên bản trình duyệt bạn đang sử dụng có hỗ trợ CSS hạn chế. Để có kết quả tốt nhất, chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng phiên bản trình duyệt mới hơn (hoặc tắt Chế độ tương thích trong Internet Explorer). Trong thời gian chờ đợi, để đảm bảo hỗ trợ liên tục, chúng tôi đang hiển thị trang web mà không có kiểu dáng hoặc JavaScript.
Sự kết hợp của các hợp chất diệt côn trùng có nguồn gốc từ thực vật có thể thể hiện tương tác hiệp đồng hoặc đối kháng với sâu hại. Trước sự lây lan nhanh chóng của các bệnh do muỗi Aedes truyền và sự gia tăng khả năng kháng thuốc trừ sâu truyền thống của quần thể muỗi Aedes, 28 sự kết hợp của các hợp chất terpene dựa trên tinh dầu thực vật đã được điều chế và thử nghiệm trên ấu trùng và muỗi trưởng thành Aedes aegypti. Năm loại tinh dầu thực vật (EO) ban đầu được đánh giá về hiệu quả diệt ấu trùng và diệt muỗi trưởng thành, và hai hợp chất chính được xác định trong mỗi loại EO dựa trên kết quả GC-MS. Các hợp chất chính được xác định đã được mua, cụ thể là diallyl disulfide, diallyl trisulfide, carvone, limonene, eugenol, methyl eugenol, eucalyptol, eudesmol và alpha-pinene của muỗi. Sau đó, các kết hợp nhị phân của các hợp chất này được điều chế bằng cách sử dụng liều dưới ngưỡng gây chết và tác dụng hiệp đồng và đối kháng của chúng đã được thử nghiệm và xác định. Các chế phẩm diệt ấu trùng tốt nhất thu được bằng cách trộn limonene với diallyl disulfide, và các chế phẩm diệt muỗi trưởng thành tốt nhất thu được bằng cách trộn carvone với limonene. Thuốc diệt ấu trùng tổng hợp Tempophos được sử dụng rộng rãi trên thị trường và thuốc diệt muỗi trưởng thành Malathion đã được thử nghiệm riêng lẻ và kết hợp với các terpenoid. Kết quả cho thấy sự kết hợp giữa temephos và diallyl disulfide, cùng với malathion và eudesmol là sự kết hợp hiệu quả nhất. Những sự kết hợp mạnh mẽ này có tiềm năng sử dụng để chống lại muỗi Aedes aegypti.
Tinh dầu thực vật (EOs) là các chất chuyển hóa thứ cấp chứa nhiều hợp chất hoạt tính sinh học khác nhau và ngày càng trở nên quan trọng như một giải pháp thay thế cho thuốc trừ sâu tổng hợp. Chúng không chỉ thân thiện với môi trường và người sử dụng mà còn là hỗn hợp của nhiều hợp chất hoạt tính sinh học khác nhau, giúp giảm khả năng phát triển kháng thuốc1. Sử dụng công nghệ GC-MS, các nhà nghiên cứu đã kiểm tra thành phần của nhiều loại tinh dầu thực vật và xác định được hơn 3.000 hợp chất từ 17.500 loại cây thơm2, hầu hết trong số đó đã được thử nghiệm về tính chất diệt côn trùng và được báo cáo là có tác dụng diệt côn trùng3,4. Một số nghiên cứu nhấn mạnh rằng độc tính của thành phần chính của hợp chất tương đương hoặc lớn hơn so với ethylene oxide thô của nó. Tuy nhiên, việc sử dụng các hợp chất riêng lẻ có thể lại tạo điều kiện cho sự phát triển kháng thuốc, như trường hợp với thuốc trừ sâu hóa học5,6. Do đó, trọng tâm hiện nay là điều chế hỗn hợp các hợp chất dựa trên ethylene oxide để cải thiện hiệu quả diệt côn trùng và giảm khả năng kháng thuốc ở quần thể sâu hại mục tiêu. Các hợp chất hoạt tính riêng lẻ có trong tinh dầu có thể thể hiện tác dụng hiệp đồng hoặc đối kháng khi kết hợp, phản ánh hoạt tính tổng thể của tinh dầu, một thực tế đã được nhấn mạnh trong các nghiên cứu của các nhà nghiên cứu trước đây7,8. Chương trình kiểm soát vật trung gian truyền bệnh cũng bao gồm tinh dầu và các thành phần của nó. Hoạt tính diệt muỗi của tinh dầu đã được nghiên cứu rộng rãi trên muỗi Culex và Anopheles. Một số nghiên cứu đã cố gắng phát triển thuốc trừ sâu hiệu quả bằng cách kết hợp nhiều loại thực vật với thuốc trừ sâu tổng hợp được sử dụng thương mại để tăng độc tính tổng thể và giảm thiểu tác dụng phụ9. Tuy nhiên, các nghiên cứu về các hợp chất như vậy chống lại muỗi Aedes aegypti vẫn còn hiếm. Những tiến bộ trong khoa học y tế và sự phát triển của thuốc và vắc-xin đã giúp chống lại một số bệnh truyền nhiễm do vật trung gian truyền bệnh. Nhưng sự hiện diện của các serotype khác nhau của virus, được truyền bởi muỗi Aedes aegypti, đã dẫn đến sự thất bại của các chương trình tiêm chủng. Do đó, khi những bệnh như vậy xảy ra, các chương trình kiểm soát vật trung gian truyền bệnh là lựa chọn duy nhất để ngăn chặn sự lây lan của bệnh. Trong bối cảnh hiện nay, việc kiểm soát muỗi Aedes aegypti rất quan trọng vì chúng là vật trung gian truyền bệnh chính của nhiều loại virus và các chủng virus gây ra sốt xuất huyết, Zika, sốt xuất huyết Dengue, sốt vàng da, v.v. Điều đáng chú ý nhất là số ca mắc hầu hết các bệnh do muỗi Aedes truyền đang gia tăng hàng năm ở Ai Cập và trên toàn thế giới. Do đó, trong bối cảnh này, cần thiết phải phát triển các biện pháp kiểm soát quần thể muỗi Aedes aegypti hiệu quả và thân thiện với môi trường. Các ứng cử viên tiềm năng trong vấn đề này là tinh dầu thực vật (EO), các hợp chất cấu thành của chúng và sự kết hợp của chúng. Vì vậy, nghiên cứu này đã cố gắng xác định các sự kết hợp hiệp đồng hiệu quả của các hợp chất tinh dầu thực vật chính từ năm loại cây có đặc tính diệt côn trùng (tức là bạc hà, húng quế, bạch đàn đốm, hành tây và tràm trà) chống lại muỗi Aedes aegypti.
Tất cả các loại tinh dầu được chọn đều thể hiện hoạt tính diệt ấu trùng tiềm năng đối với muỗi Aedes aegypti với giá trị LC50 24 giờ dao động từ 0,42 đến 163,65 ppm. Hoạt tính diệt ấu trùng cao nhất được ghi nhận ở tinh dầu bạc hà (Mp) với giá trị LC50 là 0,42 ppm sau 24 giờ, tiếp theo là tinh dầu tỏi (As) với giá trị LC50 là 16,19 ppm sau 24 giờ (Bảng 1).
Ngoại trừ tinh dầu Ocimum Sainttum (Os EO), bốn loại tinh dầu khác được sàng lọc đều cho thấy tác dụng diệt dị ứng rõ rệt, với giá trị LC50 dao động từ 23,37 đến 120,16 ppm trong suốt 24 giờ tiếp xúc. Tinh dầu Thymophilus striata (Cl) có hiệu quả nhất trong việc tiêu diệt côn trùng trưởng thành với giá trị LC50 là 23,37 ppm trong vòng 24 giờ tiếp xúc, tiếp theo là tinh dầu Eucalyptus maculata (Em) với giá trị LC50 là 101,91 ppm (Bảng 1). Mặt khác, giá trị LC50 của Os vẫn chưa được xác định vì tỷ lệ tử vong cao nhất là 53% được ghi nhận ở liều cao nhất (Hình bổ sung 3).
Hai hợp chất cấu thành chính trong mỗi loại tinh dầu được xác định và lựa chọn dựa trên kết quả cơ sở dữ liệu thư viện NIST, phần trăm diện tích sắc ký đồ GC và kết quả phổ MS (Bảng 2). Đối với tinh dầu As, các hợp chất chính được xác định là diallyl disulfide và diallyl trisulfide; đối với tinh dầu Mp, các hợp chất chính được xác định là carvone và limonene; đối với tinh dầu Em, các hợp chất chính được xác định là eudesmol và eucalyptol; đối với tinh dầu Os, các hợp chất chính được xác định là eugenol và methyl eugenol; và đối với tinh dầu Cl, các hợp chất chính được xác định là eugenol và α-pinene (Hình 1, Hình bổ sung 5–8, Bảng bổ sung 1–5).
Kết quả phân tích khối phổ của các terpenoid chính trong các loại tinh dầu được chọn (A-diallyl disulfide; B-diallyl trisulfide; C-eugenol; D-methyl eugenol; E-limonene; F-aromatic ceperone; G-α-pinene; H-cineole; R-eudamol).
Tổng cộng chín hợp chất (diallyl disulfide, diallyl trisulfide, eugenol, methyl eugenol, carvone, limonene, eucalyptol, eudesmol, α-pinene) được xác định là các hợp chất hiệu quả, là thành phần chính của tinh dầu và được thử nghiệm sinh học riêng lẻ chống lại muỗi Aedes aegypti ở giai đoạn ấu trùng. Hợp chất eudesmol có hoạt tính diệt ấu trùng cao nhất với giá trị LC50 là 2,25 ppm sau 24 giờ tiếp xúc. Các hợp chất diallyl disulfide và diallyl trisulfide cũng được phát hiện có tác dụng diệt ấu trùng tiềm năng, với liều gây chết trung bình trong khoảng 10–20 ppm. Hoạt tính diệt ấu trùng vừa phải lại được quan sát thấy ở các hợp chất eugenol, limonene và eucalyptol với giá trị LC50 lần lượt là 63,35 ppm và 139,29 ppm. và 181,33 ppm sau 24 giờ, tương ứng (Bảng 3). Tuy nhiên, không tìm thấy tiềm năng diệt ấu trùng đáng kể nào của methyl eugenol và carvone ngay cả ở liều cao nhất, do đó giá trị LC50 không được tính toán (Bảng 3). Thuốc diệt ấu trùng tổng hợp Temephos có nồng độ gây chết trung bình là 0,43 ppm đối với muỗi Aedes aegypti trong 24 giờ tiếp xúc (Bảng 3, Bảng bổ sung 6).
Bảy hợp chất (diallyl disulfide, diallyl trisulfide, eucalyptol, α-pinene, eudesmol, limonene và carvone) được xác định là các hợp chất chính của tinh dầu có hiệu quả và được thử nghiệm riêng lẻ đối với muỗi Aedes trưởng thành ở Ai Cập. Theo phân tích hồi quy Probit, Eudesmol được phát hiện có tiềm năng cao nhất với giá trị LC50 là 1,82 ppm, tiếp theo là Eucalyptol với giá trị LC50 là 17,60 ppm sau 24 giờ tiếp xúc. Năm hợp chất còn lại được thử nghiệm có mức độ gây hại vừa phải đối với muỗi trưởng thành với LC50 dao động từ 140,79 đến 737,01 ppm (Bảng 3). Hợp chất organophosphorus tổng hợp malathion có hiệu lực thấp hơn eudesmol và cao hơn sáu hợp chất còn lại, với giá trị LC50 là 5,44 ppm trong suốt 24 giờ tiếp xúc (Bảng 3, Bảng bổ sung 6).
Bảy hợp chất dẫn đầu mạnh và hợp chất organophosphorus tamephosate đã được lựa chọn để tạo thành các hỗn hợp nhị phân với liều LC50 theo tỷ lệ 1:1. Tổng cộng 28 hỗn hợp nhị phân đã được chuẩn bị và thử nghiệm hiệu quả diệt ấu trùng đối với muỗi Aedes aegypti. Chín hỗn hợp cho thấy tác dụng hiệp đồng, 14 hỗn hợp có tác dụng đối kháng và năm hỗn hợp không có tác dụng diệt ấu trùng. Trong số các hỗn hợp có tác dụng hiệp đồng, hỗn hợp diallyl disulfide và temofol là hiệu quả nhất, với tỷ lệ tử vong 100% được quan sát sau 24 giờ (Bảng 4). Tương tự, hỗn hợp limonene với diallyl disulfide và eugenol với thymetphos cũng cho thấy tiềm năng tốt với tỷ lệ tử vong của ấu trùng được quan sát là 98,3% (Bảng 5). Bốn tổ hợp còn lại, cụ thể là eudesmol cộng với eucalyptol, eudesmol cộng với limonene, eucalyptol cộng với alpha-pinene, alpha-pinene cộng với temephos, cũng cho thấy hiệu quả diệt ấu trùng đáng kể, với tỷ lệ tử vong quan sát được vượt quá 90%. Tỷ lệ tử vong dự kiến gần 60-75% (Bảng 4). Tuy nhiên, sự kết hợp của limonene với α-pinene hoặc eucalyptus cho thấy phản ứng đối kháng. Tương tự, hỗn hợp Temephos với eugenol hoặc eucalyptus hoặc eudesmol hoặc diallyl trisulfide đã được phát hiện có tác dụng đối kháng. Tương tự, sự kết hợp của diallyl disulfide và diallyl trisulfide và sự kết hợp của bất kỳ hợp chất nào trong số này với eudesmol hoặc eugenol đều có tác dụng đối kháng trong việc diệt ấu trùng. Hiện tượng đối kháng cũng đã được báo cáo với sự kết hợp của eudesmol với eugenol hoặc α-pinene.
Trong số 28 hỗn hợp nhị phân được thử nghiệm về hoạt tính axit ở người trưởng thành, 7 sự kết hợp có tác dụng hiệp đồng, 6 sự kết hợp không có tác dụng và 15 sự kết hợp có tác dụng đối kháng. Hỗn hợp eudesmol với bạch đàn và limonene với carvone được phát hiện hiệu quả hơn các sự kết hợp hiệp đồng khác, với tỷ lệ tử vong sau 24 giờ lần lượt là 76% và 100% (Bảng 5). Malathion được quan sát thấy có tác dụng hiệp đồng với tất cả các sự kết hợp của các hợp chất ngoại trừ limonene và diallyl trisulfide. Mặt khác, tác dụng đối kháng đã được tìm thấy giữa diallyl disulfide và diallyl trisulfide với sự kết hợp của một trong hai chất này với bạch đàn, hoặc eucalyptol, hoặc carvone, hoặc limonene. Tương tự, sự kết hợp giữa α-pinene với eudesmol hoặc limonene, eucalyptol với carvone hoặc limonene, và limonene với eudesmol hoặc malathion cho thấy tác dụng diệt ấu trùng đối kháng. Đối với sáu sự kết hợp còn lại, không có sự khác biệt đáng kể giữa tỷ lệ tử vong dự kiến và tỷ lệ tử vong quan sát được (Bảng 5).
Dựa trên tác dụng hiệp đồng và liều dưới ngưỡng gây chết, độc tính diệt ấu trùng của chúng đối với một lượng lớn muỗi Aedes aegypti cuối cùng đã được lựa chọn và thử nghiệm thêm. Kết quả cho thấy tỷ lệ tử vong của ấu trùng quan sát được khi sử dụng các tổ hợp nhị phân eugenol-limonene, diallyl disulfide-limonene và diallyl disulfide-timephos là 100%, trong khi tỷ lệ tử vong dự kiến của ấu trùng lần lượt là 76,48%, 72,16% và 63,4% (Bảng 6). Tổ hợp limonene và eudesmol tương đối kém hiệu quả hơn, với tỷ lệ tử vong của ấu trùng là 88% được quan sát trong suốt thời gian tiếp xúc 24 giờ (Bảng 6). Tóm lại, bốn tổ hợp nhị phân được lựa chọn cũng cho thấy tác dụng diệt ấu trùng hiệp đồng đối với muỗi Aedes aegypti khi được áp dụng trên quy mô lớn (Bảng 6).
Ba tổ hợp hiệp đồng đã được lựa chọn cho thử nghiệm sinh học diệt muỗi trưởng thành để kiểm soát quần thể lớn muỗi Aedes aegypti. Để lựa chọn các tổ hợp để thử nghiệm trên các quần thể côn trùng lớn, trước tiên chúng tôi tập trung vào hai tổ hợp terpene hiệp đồng tốt nhất, cụ thể là carvone cộng với limonene và eucalyptol cộng với eudesmol. Thứ hai, tổ hợp hiệp đồng tốt nhất được lựa chọn từ sự kết hợp của organophosphate tổng hợp malathion và terpenoid. Chúng tôi tin rằng sự kết hợp của malathion và eudesmol là sự kết hợp tốt nhất để thử nghiệm trên các quần thể côn trùng lớn do tỷ lệ tử vong quan sát được cao nhất và giá trị LC50 rất thấp của các thành phần ứng cử viên. Malathion thể hiện tính hiệp đồng khi kết hợp với α-pinene, diallyl disulfide, eucalyptus, carvone và eudesmol. Nhưng nếu nhìn vào giá trị LC50, Eudesmol có giá trị thấp nhất (2,25 ppm). Giá trị LC50 được tính toán của malathion, α-pinene, diallyl disulfide, eucalyptol và carvone lần lượt là 5,4, 716,55, 166,02, 17,6 và 140,79 ppm. Những giá trị này cho thấy sự kết hợp giữa malathion và eudesmol là sự kết hợp tối ưu về liều lượng. Kết quả cho thấy sự kết hợp giữa carvone cộng với limonene và eudesmol cộng với malathion có tỷ lệ tử vong quan sát được là 100% so với tỷ lệ tử vong dự kiến từ 61% đến 65%. Một sự kết hợp khác, eudesmol cộng với eucalyptol, cho thấy tỷ lệ tử vong là 78,66% sau 24 giờ tiếp xúc, so với tỷ lệ tử vong dự kiến là 60%. Cả ba sự kết hợp được chọn đều thể hiện tác dụng hiệp đồng ngay cả khi được áp dụng trên quy mô lớn chống lại muỗi Aedes aegypti trưởng thành (Bảng 6).
Trong nghiên cứu này, các loại tinh dầu thực vật được chọn lọc như Mp, As, Os, Em và Cl cho thấy tác dụng diệt trừ đầy hứa hẹn đối với cả giai đoạn ấu trùng và trưởng thành của muỗi Aedes aegypti. Tinh dầu Mp có hoạt tính diệt ấu trùng cao nhất với giá trị LC50 là 0,42 ppm, tiếp theo là các tinh dầu As, Os và Em với giá trị LC50 nhỏ hơn 50 ppm sau 24 giờ. Những kết quả này phù hợp với các nghiên cứu trước đây về muỗi và các loài ruồi hai cánh khác10,11,12,13,14. Mặc dù khả năng diệt ấu trùng của Cl thấp hơn các loại tinh dầu khác, với giá trị LC50 là 163,65 ppm sau 24 giờ, nhưng khả năng diệt muỗi trưởng thành của nó lại cao nhất với giá trị LC50 là 23,37 ppm sau 24 giờ. Tinh dầu Mp, As và Em cũng cho thấy tiềm năng diệt dị ứng tốt với giá trị LC50 trong khoảng 100–120 ppm sau 24 giờ tiếp xúc, nhưng tương đối thấp hơn so với hiệu quả diệt ấu trùng của chúng. Mặt khác, tinh dầu Os cho thấy tác dụng diệt dị ứng không đáng kể ngay cả ở liều điều trị cao nhất. Do đó, kết quả cho thấy độc tính của ethylene oxide đối với thực vật có thể thay đổi tùy thuộc vào giai đoạn phát triển của muỗi15. Nó cũng phụ thuộc vào tốc độ thâm nhập của tinh dầu vào cơ thể côn trùng, sự tương tác của chúng với các enzyme mục tiêu cụ thể và khả năng giải độc của muỗi ở mỗi giai đoạn phát triển16. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng hợp chất thành phần chính là một yếu tố quan trọng trong hoạt tính sinh học của ethylene oxide, vì nó chiếm phần lớn tổng số hợp chất3,12,17,18. Vì vậy, chúng tôi đã xem xét hai hợp chất chính trong mỗi loại tinh dầu. Dựa trên kết quả GC-MS, diallyl disulfide và diallyl trisulfide được xác định là các hợp chất chính của EO As, phù hợp với các báo cáo trước đó19,20,21. Mặc dù các báo cáo trước đây chỉ ra rằng menthol là một trong những hợp chất chính của nó, carvone và limonene lại được xác định là các hợp chất chính của Mp EO22,23. Hồ sơ thành phần của Os EO cho thấy eugenol và methyl eugenol là các hợp chất chính, tương tự như kết quả nghiên cứu của các nhà nghiên cứu trước đó16,24. Eucalyptol và eucalyptol được báo cáo là các hợp chất chính có trong dầu lá Em, phù hợp với kết quả nghiên cứu của một số nhà nghiên cứu25,26 nhưng trái ngược với kết quả nghiên cứu của Olalade et al.27. Sự chiếm ưu thế của cineole và α-pinene được quan sát thấy trong tinh dầu tràm trà, tương tự như các nghiên cứu trước đó28,29. Sự khác biệt nội loài về thành phần và nồng độ tinh dầu chiết xuất từ cùng một loài thực vật ở các địa điểm khác nhau đã được báo cáo và cũng được quan sát thấy trong nghiên cứu này, chịu ảnh hưởng bởi điều kiện sinh trưởng của cây trồng theo địa lý, thời gian thu hoạch, giai đoạn phát triển hoặc tuổi cây, sự xuất hiện của các kiểu hóa học, v.v.22,30,31,32. Các hợp chất chính được xác định sau đó đã được mua và thử nghiệm về tác dụng diệt ấu trùng và tác dụng đối với muỗi Aedes aegypti trưởng thành. Kết quả cho thấy hoạt tính diệt ấu trùng của diallyl disulfide tương đương với hoạt tính của tinh dầu thô As. Nhưng hoạt tính của diallyl trisulfide cao hơn tinh dầu As. Những kết quả này tương tự như những kết quả thu được bởi Kimbaris et al. 33 trên Culex philippines. Tuy nhiên, hai hợp chất này không cho thấy hoạt tính tự diệt tốt đối với muỗi mục tiêu, điều này phù hợp với kết quả của Plata-Rueda et al 34 trên Tenebrio molitor. Tinh dầu Os có hiệu quả chống lại giai đoạn ấu trùng của Aedes aegypti, nhưng không hiệu quả đối với giai đoạn trưởng thành. Người ta đã xác định rằng hoạt tính diệt ấu trùng của các hợp chất riêng lẻ chính thấp hơn so với Os EO thô. Điều này ngụ ý vai trò của các hợp chất khác và sự tương tác của chúng trong ethylene oxide thô. Methyl eugenol đơn độc có hoạt tính không đáng kể, trong khi eugenol đơn độc có hoạt tính diệt ấu trùng vừa phải. Kết luận này, một mặt,35,36 và mặt khác, mâu thuẫn với kết luận của các nhà nghiên cứu trước đó37,38. Sự khác biệt trong các nhóm chức của eugenol và methyleugenol có thể dẫn đến độc tính khác nhau đối với cùng một loại côn trùng mục tiêu39. Limonene được phát hiện có hoạt tính diệt ấu trùng vừa phải, trong khi tác dụng của carvone là không đáng kể. Tương tự, độc tính tương đối thấp của limonene đối với côn trùng trưởng thành và độc tính cao của carvone ủng hộ kết quả của một số nghiên cứu trước đó40 nhưng lại mâu thuẫn với những nghiên cứu khác41. Sự hiện diện của các liên kết đôi ở cả vị trí nội vòng và ngoại vòng có thể làm tăng lợi ích của các hợp chất này như thuốc diệt ấu trùng3,41, trong khi carvone, một loại ketone có các nguyên tử carbon alpha và beta không bão hòa, có thể thể hiện tiềm năng gây độc cao hơn ở muỗi trưởng thành42. Tuy nhiên, các đặc tính riêng lẻ của limonene và carvone thấp hơn nhiều so với tổng EO Mp (Bảng 1, Bảng 3). Trong số các terpenoid được thử nghiệm, eudesmol được phát hiện có hoạt tính diệt ấu trùng và muỗi trưởng thành cao nhất với giá trị LC50 dưới 2,5 ppm, khiến nó trở thành một hợp chất đầy hứa hẹn để kiểm soát muỗi Aedes. Hiệu quả của nó tốt hơn so với toàn bộ EO Em, mặc dù điều này không nhất quán với các phát hiện của Cheng et al.40. Eudesmol là một sesquiterpene với hai đơn vị isoprene ít bay hơi hơn so với các monoterpene chứa oxy như bạch đàn và do đó có tiềm năng lớn hơn như một loại thuốc trừ sâu. Bản thân Eucalyptol có hoạt tính diệt muỗi trưởng thành mạnh hơn diệt ấu trùng, và kết quả từ các nghiên cứu trước đây vừa ủng hộ vừa bác bỏ điều này37,43,44. Hoạt tính của riêng nó gần như tương đương với hoạt tính của toàn bộ EO Cl. Một monoterpen hai vòng khác, α-pinene, có tác dụng diệt muỗi trưởng thành trên Aedes aegypti yếu hơn tác dụng diệt ấu trùng, điều này ngược lại với tác dụng của toàn bộ EO Cl. Hoạt tính diệt côn trùng tổng thể của terpenoid bị ảnh hưởng bởi tính ưa lipid, độ bay hơi, sự phân nhánh carbon, diện tích chiếu, diện tích bề mặt, các nhóm chức và vị trí của chúng45,46. Các hợp chất này có thể hoạt động bằng cách phá hủy sự tích tụ tế bào, ngăn chặn hoạt động hô hấp, làm gián đoạn sự truyền dẫn xung thần kinh, v.v. 47 Hợp chất organophosphate tổng hợp Temephos được phát hiện có hoạt tính diệt ấu trùng cao nhất với giá trị LC50 là 0,43 ppm, phù hợp với dữ liệu của Lek -Utala48. Hoạt tính của hợp chất organophosphorus tổng hợp malathion đối với muỗi trưởng thành được báo cáo ở mức 5,44 ppm. Mặc dù hai hợp chất organophosphate này đã cho thấy phản ứng tích cực đối với các chủng muỗi Aedes aegypti trong phòng thí nghiệm, nhưng tình trạng kháng thuốc của muỗi đối với các hợp chất này đã được báo cáo ở nhiều nơi trên thế giới49. Tuy nhiên, không có báo cáo tương tự nào về sự phát triển khả năng kháng thuốc đối với các loại thuốc thảo dược được tìm thấy50. Do đó, các loại thuốc có nguồn gốc thực vật được coi là những lựa chọn thay thế tiềm năng cho thuốc trừ sâu hóa học trong các chương trình kiểm soát vector truyền bệnh.
Tác dụng diệt ấu trùng đã được thử nghiệm trên 28 tổ hợp nhị phân (1:1) được điều chế từ các terpenoid mạnh và terpenoid với thymetphos, và 9 tổ hợp được phát hiện là có tác dụng hiệp đồng, 14 tổ hợp có tác dụng đối kháng và 5 tổ hợp không có tác dụng. Mặt khác, trong thử nghiệm sinh học về hiệu lực đối với ấu trùng trưởng thành, 7 tổ hợp được phát hiện là có tác dụng hiệp đồng, 15 tổ hợp có tác dụng đối kháng và 6 tổ hợp được báo cáo là không có tác dụng. Lý do tại sao một số tổ hợp tạo ra tác dụng hiệp đồng có thể là do các hợp chất ứng cử viên tương tác đồng thời trong các con đường quan trọng khác nhau, hoặc do sự ức chế tuần tự của các enzyme chính khác nhau của một con đường sinh học cụ thể51. Sự kết hợp của limonene với diallyl disulfide, bạch đàn hoặc eugenol được phát hiện là có tác dụng hiệp đồng trong cả ứng dụng quy mô nhỏ và lớn (Bảng 6), trong khi sự kết hợp của nó với bạch đàn hoặc α-pinene được phát hiện là có tác dụng đối kháng đối với ấu trùng. Trung bình, limonene dường như là một chất hiệp đồng tốt, có thể là do sự hiện diện của các nhóm metyl, khả năng thẩm thấu tốt vào lớp sừng và cơ chế hoạt động khác biệt52,53. Trước đây, người ta đã báo cáo rằng limonene có thể gây ra tác dụng độc hại bằng cách xuyên qua lớp biểu bì của côn trùng (độc tính tiếp xúc), ảnh hưởng đến hệ tiêu hóa (chất chống ăn mồi) hoặc ảnh hưởng đến hệ hô hấp (hoạt động xông hơi),54 trong khi các phenylpropanoid như eugenol có thể ảnh hưởng đến các enzyme chuyển hóa55. Do đó, sự kết hợp của các hợp chất có cơ chế hoạt động khác nhau có thể làm tăng hiệu quả gây chết tổng thể của hỗn hợp. Eucalyptol được phát hiện có tác dụng hiệp đồng với diallyl disulfide, bạch đàn hoặc α-pinene, nhưng các sự kết hợp khác với các hợp chất khác lại không có tác dụng diệt ấu trùng hoặc có tác dụng đối kháng. Các nghiên cứu ban đầu cho thấy eucalyptol có hoạt tính ức chế acetylcholinesterase (AChE), cũng như các thụ thể octaamine và GABA56. Vì các monoterpen vòng, eucalyptol, eugenol, v.v. có thể có cùng cơ chế hoạt động như hoạt động gây độc thần kinh của chúng, 57 do đó giảm thiểu tác dụng kết hợp của chúng thông qua ức chế lẫn nhau. Tương tự, sự kết hợp của Temephos với diallyl disulfide, α-pinene và limonene được phát hiện là có tác dụng hiệp đồng, hỗ trợ các báo cáo trước đây về tác dụng hiệp đồng giữa các sản phẩm thảo dược và các hợp chất organophosphate tổng hợp58.
Sự kết hợp giữa eudesmol và eucalyptol được phát hiện có tác dụng hiệp đồng trên cả giai đoạn ấu trùng và trưởng thành của muỗi Aedes aegypti, có thể là do cơ chế hoạt động khác nhau của chúng do cấu trúc hóa học khác nhau. Eudesmol (một sesquiterpene) có thể ảnh hưởng đến hệ hô hấp 59 và eucalyptol (một monoterpene) có thể ảnh hưởng đến acetylcholinesterase 60. Việc tiếp xúc đồng thời các thành phần với hai hoặc nhiều vị trí mục tiêu có thể tăng cường hiệu quả gây chết tổng thể của sự kết hợp. Trong các thử nghiệm sinh học chất trưởng thành, malathion được phát hiện có tác dụng hiệp đồng với carvone hoặc eucalyptol hoặc eucalyptol hoặc diallyl disulfide hoặc α-pinene, cho thấy nó có tác dụng hiệp đồng khi thêm limonene và di. Các ứng viên thuốc chống dị ứng hiệp đồng tốt cho toàn bộ danh mục các hợp chất terpene, ngoại trừ allyl trisulfide. Thangam và Kathiresan61 cũng báo cáo kết quả tương tự về tác dụng hiệp đồng của malathion với chiết xuất thảo dược. Phản ứng hiệp đồng này có thể là do tác dụng độc hại kết hợp của malathion và các hợp chất thực vật lên các enzyme giải độc của côn trùng. Các hợp chất organophosphate như malathion thường hoạt động bằng cách ức chế cytochrome P450 esterase và monooxygenase62,63,64. Do đó, việc kết hợp malathion với các cơ chế hoạt động này và terpen với các cơ chế hoạt động khác nhau có thể tăng cường hiệu quả gây chết tổng thể đối với muỗi.
Mặt khác, hiện tượng đối kháng cho thấy các hợp chất được chọn có hoạt tính kém hơn khi kết hợp so với từng hợp chất riêng lẻ. Lý do của hiện tượng đối kháng trong một số sự kết hợp có thể là do một hợp chất làm thay đổi hoạt động của hợp chất khác bằng cách thay đổi tốc độ hấp thụ, phân bố, chuyển hóa hoặc bài tiết. Các nhà nghiên cứu trước đây cho rằng đây là nguyên nhân gây ra hiện tượng đối kháng trong các sự kết hợp thuốc. Cơ chế có thể xảy ra 65. Tương tự, các nguyên nhân có thể gây ra hiện tượng đối kháng có thể liên quan đến các cơ chế tác dụng tương tự, sự cạnh tranh của các hợp chất cấu thành đối với cùng một thụ thể hoặc vị trí đích. Trong một số trường hợp, sự ức chế không cạnh tranh của protein đích cũng có thể xảy ra. Trong nghiên cứu này, hai hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh, diallyl disulfide và diallyl trisulfide, cho thấy tác dụng đối kháng, có thể do cạnh tranh cùng một vị trí đích. Tương tự, hai hợp chất lưu huỳnh này cho thấy tác dụng đối kháng và không có tác dụng khi kết hợp với eudesmol và α-pinene. Eudesmol và alpha-pinene có bản chất vòng, trong khi diallyl disulfide và diallyl trisulfide có bản chất mạch thẳng. Dựa trên cấu trúc hóa học, sự kết hợp của các hợp chất này sẽ làm tăng hoạt tính gây chết tổng thể vì các vị trí tác động của chúng thường khác nhau34,47, nhưng trong thí nghiệm, chúng tôi đã tìm thấy sự đối kháng, điều này có thể là do vai trò của các hợp chất này trong một số sinh vật chưa được biết đến trong hệ thống in vivo do tương tác. Tương tự, sự kết hợp của cineole và α-pinene tạo ra các phản ứng đối kháng, mặc dù các nhà nghiên cứu trước đây đã báo cáo rằng hai hợp chất này có các mục tiêu tác động khác nhau47,60. Vì cả hai hợp chất đều là monoterpen vòng, nên có thể có một số vị trí tác động chung có thể cạnh tranh để liên kết và ảnh hưởng đến độc tính tổng thể của các cặp kết hợp được nghiên cứu.
Dựa trên giá trị LC50 và tỷ lệ tử vong quan sát được, hai tổ hợp terpen có tác dụng hiệp đồng tốt nhất đã được lựa chọn, đó là các cặp carvone + limonene và eucalyptol + eudesmol, cũng như hợp chất organophosphorus tổng hợp malathion với terpen. Tổ hợp hiệp đồng tối ưu của các hợp chất malathion + Eudesmol đã được thử nghiệm trong thí nghiệm sinh học diệt côn trùng trưởng thành. Mục tiêu là nhắm vào các quần thể côn trùng lớn để xác nhận liệu các tổ hợp hiệu quả này có thể hoạt động chống lại số lượng lớn cá thể trên không gian tiếp xúc tương đối lớn hay không. Tất cả các tổ hợp này đều thể hiện hiệu quả hiệp đồng chống lại các đàn côn trùng lớn. Kết quả tương tự cũng thu được đối với tổ hợp diệt ấu trùng hiệp đồng tối ưu được thử nghiệm chống lại quần thể lớn ấu trùng muỗi Aedes aegypti. Do đó, có thể nói rằng tổ hợp diệt ấu trùng và diệt muỗi trưởng thành hiệp đồng hiệu quả của các hợp chất tinh dầu thực vật là một ứng cử viên mạnh mẽ chống lại các hóa chất tổng hợp hiện có và có thể được sử dụng tiếp để kiểm soát quần thể muỗi Aedes aegypti. Tương tự, sự kết hợp hiệu quả giữa thuốc diệt ấu trùng hoặc thuốc diệt muỗi trưởng thành tổng hợp với terpen cũng có thể được sử dụng để giảm liều lượng thymetphos hoặc malathion dùng cho muỗi. Những sự kết hợp hiệp đồng mạnh mẽ này có thể cung cấp giải pháp cho các nghiên cứu trong tương lai về sự tiến hóa của tình trạng kháng thuốc ở muỗi Aedes.
Trứng muỗi Aedes aegypti được thu thập từ Trung tâm Nghiên cứu Y khoa Khu vực, Dibrugarh, Hội đồng Nghiên cứu Y khoa Ấn Độ và được giữ trong điều kiện nhiệt độ (28 ± 1 °C) và độ ẩm (85 ± 5%) được kiểm soát tại Khoa Động vật học, Đại học Gauhati theo các điều kiện sau: Arivoli đã được mô tả et al. Sau khi nở, ấu trùng được cho ăn thức ăn dành cho ấu trùng (bột bánh quy cho chó và men theo tỷ lệ 3:1) và muỗi trưởng thành được cho ăn dung dịch glucose 10%. Bắt đầu từ ngày thứ 3 sau khi nở, muỗi cái trưởng thành được cho hút máu chuột bạch tạng. Ngâm giấy lọc trong nước trong cốc và đặt vào lồng đẻ trứng.
Các mẫu thực vật được chọn bao gồm lá bạch đàn (Myrtaceae), húng quế (Lamiaceae), bạc hà (Lamiaceae), tràm trà (Myrtaceae) và củ hành (Amaryllidaceae). Các mẫu này được thu thập từ Guwahati và được xác định bởi Khoa Thực vật học, Đại học Gauhati. Các mẫu thực vật thu thập được (500 g) được chưng cất bằng phương pháp thủy phân sử dụng thiết bị Clevenger trong 6 giờ. Tinh dầu chiết xuất được thu thập trong các lọ thủy tinh sạch và bảo quản ở 4°C để nghiên cứu tiếp.
Độc tính diệt ấu trùng được nghiên cứu bằng cách sử dụng các quy trình tiêu chuẩn của Tổ chức Y tế Thế giới được sửa đổi một chút 67. Sử dụng DMSO làm chất nhũ hóa. Mỗi nồng độ EO ban đầu được thử nghiệm ở mức 100 và 1000 ppm, cho 20 ấu trùng tiếp xúc trong mỗi lần lặp lại. Dựa trên kết quả, một phạm vi nồng độ được áp dụng và tỷ lệ tử vong được ghi nhận từ 1 giờ đến 6 giờ (cách nhau 1 giờ), và sau 24 giờ, 48 giờ và 72 giờ sau khi xử lý. Nồng độ dưới ngưỡng gây chết (LC50) được xác định sau 24, 48 và 72 giờ tiếp xúc. Mỗi nồng độ được thử nghiệm ba lần cùng với một đối chứng âm (chỉ nước) và một đối chứng dương (nước được xử lý bằng DMSO). Nếu quá trình nhộng xảy ra và hơn 10% ấu trùng của nhóm đối chứng chết, thí nghiệm được lặp lại. Nếu tỷ lệ tử vong trong nhóm đối chứng nằm trong khoảng 5-10%, hãy sử dụng công thức hiệu chỉnh Abbott 68.
Phương pháp được mô tả bởi Ramar et al. 69 đã được sử dụng cho thử nghiệm sinh học trên muỗi trưởng thành Aedes aegypti bằng cách sử dụng acetone làm dung môi. Mỗi loại tinh dầu ban đầu được thử nghiệm trên muỗi Aedes aegypti trưởng thành ở nồng độ 100 và 1000 ppm. Nhỏ 2 ml mỗi dung dịch đã chuẩn bị lên một mảnh giấy lọc Whatman số 1 (kích thước 12 x 15 cm2) và để acetone bay hơi trong 10 phút. Giấy lọc chỉ được xử lý với 2 ml acetone được sử dụng làm đối chứng. Sau khi acetone bay hơi, giấy lọc đã xử lý và giấy lọc đối chứng được đặt trong một ống hình trụ (sâu 10 cm). Mười con muỗi 3-4 ngày tuổi chưa hút máu được chuyển vào ba mẫu lặp lại cho mỗi nồng độ. Dựa trên kết quả của các thử nghiệm sơ bộ, các nồng độ khác nhau của các loại tinh dầu được chọn đã được thử nghiệm. Tỷ lệ tử vong được ghi nhận sau 1 giờ, 2 giờ, 3 giờ, 4 giờ, 5 giờ, 6 giờ, 24 giờ, 48 giờ và 72 giờ sau khi thả muỗi. Tính giá trị LC50 cho thời gian phơi nhiễm 24 giờ, 48 giờ và 72 giờ. Nếu tỷ lệ tử vong của nhóm đối chứng vượt quá 20%, hãy lặp lại toàn bộ thử nghiệm. Tương tự, nếu tỷ lệ tử vong trong nhóm đối chứng lớn hơn 5%, hãy điều chỉnh kết quả cho các mẫu được xử lý bằng công thức của Abbott68.
Phương pháp sắc ký khí (Agilent 7890A) và phổ khối lượng (Accu TOF GCv, Jeol) được sử dụng để phân tích các hợp chất cấu thành của các loại tinh dầu đã chọn. Máy sắc ký khí được trang bị đầu dò FID và cột mao dẫn (HP5-MS). Khí mang là heli, tốc độ dòng chảy là 1 ml/phút. Chương trình GC thiết lập Allium sativum thành 10:80-1M-8-220-5M-8-270-9M và Ocimum Sainttum thành 10:80-3M-8-200-3M-10-275-1M-5 – 280, cho bạc hà 10:80-1M-8-200-5M-8-275-1M-5-280, cho bạch đàn 20.60-1M-10-200-3M-30-280, và cho bạch đàn đỏ. Đối với hàng nghìn lớp, chúng là 10: 60-1M-8-220-5M-8-270-3M.
Các hợp chất chính của mỗi loại tinh dầu được xác định dựa trên tỷ lệ phần trăm diện tích được tính toán từ sắc ký đồ GC và kết quả phổ khối lượng (tham chiếu đến cơ sở dữ liệu tiêu chuẩn NIST 70).
Hai hợp chất chính trong mỗi loại tinh dầu được lựa chọn dựa trên kết quả GC-MS và được mua từ Sigma-Aldrich với độ tinh khiết 98–99% để tiến hành các thử nghiệm sinh học tiếp theo. Các hợp chất này được thử nghiệm hiệu quả diệt ấu trùng và muỗi trưởng thành đối với muỗi Aedes aegypti như đã mô tả ở trên. Thuốc diệt ấu trùng tổng hợp thường dùng nhất là tamephosate (Sigma Aldrich) và thuốc diệt muỗi trưởng thành malathion (Sigma Aldrich) cũng được phân tích để so sánh hiệu quả của chúng với các hợp chất tinh dầu được lựa chọn, theo cùng một quy trình.
Các hỗn hợp nhị phân của các hợp chất tecpen được chọn lọc và các hợp chất tecpen cộng với các hợp chất organophosphat thương mại (tilephos và malathion) được chuẩn bị bằng cách trộn liều LC50 của mỗi hợp chất ứng cử viên theo tỷ lệ 1:1. Các hỗn hợp đã chuẩn bị được thử nghiệm trên giai đoạn ấu trùng và trưởng thành của muỗi Aedes aegypti như đã mô tả ở trên. Mỗi thử nghiệm sinh học được thực hiện ba lần cho mỗi hỗn hợp và ba lần cho từng hợp chất riêng lẻ có trong mỗi hỗn hợp. Tỷ lệ tử vong của côn trùng mục tiêu được ghi nhận sau 24 giờ. Tính toán tỷ lệ tử vong dự kiến cho một hỗn hợp nhị phân bằng công thức sau.
trong đó E = tỷ lệ tử vong dự kiến của muỗi Aedes aegypti khi phản ứng với một tổ hợp nhị phân, tức là kết nối (A + B).
Tác dụng của mỗi hỗn hợp nhị phân được dán nhãn là hiệp đồng, đối kháng hoặc không có tác dụng dựa trên giá trị χ2 được tính toán bằng phương pháp do Pavla52 mô tả. Tính giá trị χ2 cho mỗi sự kết hợp bằng công thức sau.
Hiệu quả của một sự kết hợp được định nghĩa là hiệp đồng khi giá trị χ2 tính toán được lớn hơn giá trị trong bảng cho bậc tự do tương ứng (khoảng tin cậy 95%) và nếu tỷ lệ tử vong quan sát được cao hơn tỷ lệ tử vong dự kiến. Tương tự, nếu giá trị χ2 tính toán được cho bất kỳ sự kết hợp nào vượt quá giá trị trong bảng với một số bậc tự do nhất định, nhưng tỷ lệ tử vong quan sát được thấp hơn tỷ lệ tử vong dự kiến, thì phương pháp điều trị được coi là đối kháng. Và nếu trong bất kỳ sự kết hợp nào, giá trị χ2 tính toán được nhỏ hơn giá trị trong bảng ở các bậc tự do tương ứng, thì sự kết hợp đó được coi là không có hiệu quả.
Ba đến bốn tổ hợp có khả năng hiệp đồng tác dụng (100 ấu trùng và 50 hoạt tính diệt ấu trùng và côn trùng trưởng thành) đã được chọn để thử nghiệm trên một số lượng lớn côn trùng. Thử nghiệm trên côn trùng trưởng thành được tiến hành như trên. Cùng với các hỗn hợp, các hợp chất riêng lẻ có trong các hỗn hợp đã chọn cũng được thử nghiệm trên số lượng ấu trùng và côn trùng trưởng thành Aedes aegypti tương đương. Tỷ lệ kết hợp là một phần liều LC50 của một hợp chất ứng cử viên và một phần liều LC50 của hợp chất cấu thành khác. Trong thử nghiệm sinh học hoạt tính trên côn trùng trưởng thành, các hợp chất đã chọn được hòa tan trong dung môi acetone và được bôi lên giấy lọc được bọc trong một hộp nhựa hình trụ 1300 cm3. Acetone được làm bay hơi trong 10 phút và côn trùng trưởng thành được thả ra. Tương tự, trong thử nghiệm sinh học diệt ấu trùng, liều LC50 của các hợp chất ứng cử viên trước tiên được hòa tan trong thể tích DMSO bằng nhau và sau đó được trộn với 1 lít nước được đựng trong các hộp nhựa 1300 cc, và ấu trùng được thả ra.
Phân tích xác suất của 71 dữ liệu tử vong được ghi nhận đã được thực hiện bằng phần mềm SPSS (phiên bản 16) và Minitab để tính toán giá trị LC50.
Thời gian đăng bài: 01/07/2024