Введение к работе
Актуальность темы. Инсектицидная активность химических средств контроля численности насекомых определяется способностью соединений или продуктов их активации взаимодействовать с мишенями - жизненно важными биологическими структурами. Однако, необходимая для этого взаимодействия эффективная концентрация соединения в организме зависит от скоростей окислительных, гидролитических и глутатион-Э-трансферазных реакций, варьирующих в своей относительной значимости в зависимости от вида насекомого и используемого инсектицида. Ингибирование детоксицирующих ферментов ведет к существенному ослаблению защитных систем членистоногих. Особенно важным оно представляется в применении к резистентным насекомым, у которых усиленная метаболическая детоксикация является одним из основных механизмов устойчивости к инсектицидам (Feyereisen, 1995). Использование ингибиторов систем ферментативной детоксикации - синергистов - позволяет значительно повысить инсектицидное действие и, следовательно, экономическую эффективность применяемых пестицидов. В настоящее время инсектициды из группы пиретроидов являются наиболее широко используемыми на практике препаратами (Грапов, 1999). В организме насекомых основные пути детоксикации пиретроидов связаны с гидролизом эфирных связей в их молекулах и монооксигеназными реакциями (Ishaaya, 1993). Следовательно, ингибирование систем эстеразного и монооксигеназного метаболизма может пролонгировать инсектицидное действие пиретроидов. Несмотря на очевидные преимущества синергистов в борьбе с резистентными популяциями насекомых до сих пор в практических целях: используются лишь некоторые ингибиторы ферментативной, главным образом монооксигеназной, активности (пиперонилбутоксид, МГК-264 и др.), поэтому исследование механизмов действия новых потенциальных синергистов, особенно среди фосфорорганических соединений, остается одним из актуальных путей преодоления резистентности .
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является исследование механизмов, определяющих биологическую активность производных 1,3,2-дигетерафосфоринана и тио- и дитиофосфатов, содержащих фрагменты N-ацилированнных аминокислот в смесях с перметрином в отношении насекомых. Для достижения этой цели были поставлены следующие основные задачи:
Исследовать особенности антиэстеразной активности обеих групп соединений на двух «стандартных» (модельных) холинэстеразах теплокровных - аце-тилхолинэстеразе эритроцитов человека (АХЭ) и бутирилхолинэстеразе сыворотки крови лошади (БуХЭ), а также холинэстеразах и карбоксилэстеразах экстрактов тканей насекомых: нервной цепочки американского таракана (ХЭт и КЭт) и головного отдела комнатных мух (ХЭм и КЭМ).
Определить степень энтомотоксичности соединений и установить характер их совместного действия в смесях с перметрином для комнатных мух и рыжих тараканов.
Исходя из полученных данных, дать заключение о возможных механизмах, определяющих способность исследованных соединений синергизировать перметрин в отношении тестируемых насекомых, что позволит в дальнейшем вести направленный поиск новых синергистов.
Научная новизна работы. Впервые изучена чувствительность АХЭ, БуХЭ, ХЭ и множественных форм КЭ головного отдела комнатных мух и нервной ткани американского таракана к ингибирующему воздействию синергиста 2-бутилтио-2-тио-1,3,2-оксазафосфоринана (АО-6), его 2-оксо-производного, аналогичных ему 1,3,2-дигетерафосфоринанов и соответствующих ацикличиских модельных соеди-
нений, а также монотиоаналога синергиста 0,0-диэтил-8-[(М-метилоксикарбонил-г>|-метоксикарбонилметил)аминометил]дитиофосфата (Ш-294) и родственных соединений с варьируемыми фрагментами аминокислоты (глицин, (3-аланин) и N-ацильными заместителями.
Проведение сравнительного анализа характера антихолинзстеразного действия ряда'тионовых производных 1,3,2-дигетерафосфоринана позволило установить, что строение циклической части молекулы соединения влияет на тип проявляемого им ингибирования ферментативной активности. Обнаружено, что тионо-вые производные 1,3,2-оксазафосфоринана способны фосфорилировать in vitro активный центр эстераз, причем у них эта способность может быть выражена сильнее, чем у аналогичного оксо-производного. Для объяснения этого явления впервые предложен механизм фосфорилирования, связанный не с отщеплением уходящей группы, а с раскрытием цикла по Р-О-связи. Предполагается возможность реализации этого механизма in vivo и его вклад в общую синергистическую активность соединений.
Исследование ингибирующей активности монотиофосфатов, содержащих фрагменты N-ацилированных аминокислот, выявило ее зависимость как от структуры аминокислотного фрагмента и N-ацильной группы, так и от природы фермента. Установлено, что ХЭ насекомых менее чувствительны к природе аминокислотного фрагмента (глицин, (3-аланин) ингибитора в сравнении с ХЭ млекопитающих. Определяющее влияние структуры соединений показано и в отношении способности дитио- и соответствующих им монотиопроизводных синергизировать перметрин, которая, в целом, снижается с утяжелением молекул за счет введения более гидрофобных групп, причем последнее более выражено для тараканов.
Практическое значение работы. Получены дополнительные данные об особенностях чуствительности АХЭ, БуХЭ, ХЭм и ХЭт. Сопоставление специфики взаимодействия ХЭ с циклическими и ациклическими соединениями свидетельствует о практической значимости обратимых ингибиторов в выявлении индивидуальных особенностей активной поверхности ферментов.
Показано, что механизм синергистического действия 2-бутилтио-2тио-1,3,2-оксазафосфоринана (АО-6) к перметрину подобен установленному ранее для аналогичных производных 2-арилокси-2-тио-1,3,2-оксазафосфоринана.
Установлено, что О.О-диэтил-Б-^-метилоксикарбонил-Ы-метоксикарбо-нилметил)аминометил]дитиофосфат (Ш-294) имеет оптимальную, среди аналогичных производных, химическую структуру для проявления максимальной синер-гистической активности в смеси с перметрином в отношении обоих видов насекомых и является перспективным для дальнейших исследований соединением.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на III международной конференции по городским вредителям (Прага, 1999), XXVII межвузовской научно-практической конференции по проблемам биологии и медицинской паразитологии, посвященной памяти академика Е.Н.Павловского (Санкт-Петербург, 2000), фосфорорганическом коллоквиуме в ИНЭОС РАН (Москва, 2000), 13-м европейском заседании SOVE (Анкара, 2000), на заседаниях Методической комиссии НИИ дезинфектологии МЗ РФ (Москва 1999,2000).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 работ.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, обзора литературы, отражающего современные представления об основных ферментных системах дєтоксикации ксенобиотиков у насекомых и возможностях подавления их активности при помощи синергистов инсектицидов, описания материалов и методов исследования, результатов эксперимента и их обсуждения, заключения и вы-
