لا تزال الأمراض التي ينقلها البعوض تشكل مشكلة صحية عامة عالمية خطيرةتُفاقم مقاومة نواقل الأمراض، مثل بعوضة Culex pipiens pallens، المتزايدة للمبيدات الحشرية التقليدية، هذه المشكلة. في هذه الدراسة، تم تصميم وتصنيع وتقييم سلسلة من مركبات الثيوفين-أيزوكينولينون الهجينة الجديدة كمبيدات يرقات محتملة. من بين المركبات المصنعة، أظهرت المشتقات 5f و6 و7 فعاليةً ملحوظةً في قتل يرقات Culex pipiens pallens بقيم LC₅₀ بلغت 0.3 و0.1 و1.85 ميكروغرام/مل على التوالي. والجدير بالذكر أن جميع مشتقات الثيوفين-أيزوكينولينون الاثني عشر أظهرت سميةً أعلى بكثير من مبيد الكلوربيريفوس المرجعي من الفوسفات العضوي (LC₅₀ = 293.8 ميكروغرام/مل)، مما يؤكد السمية الفائقة لهذه المركبات. ومن المثير للاهتمام أن المركب الوسيط الاصطناعي 1a (نصف إستر الثيوفين) أظهر أعلى فعالية (LC₅₀ = 0.004 ميكروغرام/مل)، وعلى الرغم من أنه لم يُحسَّن بالكامل بعد، إلا أن فعاليته تجاوزت فعالية جميع المشتقات النهائية. وكشفت الدراسات البيولوجية الآلية عن أعراض سمية عصبية قوية، مما يشير إلى خلل في وظيفة الكولين. وأكدت عمليات الالتحام الجزيئي ومحاكاة الديناميكا الجزيئية هذه الملاحظة، وكشفت عن تفاعلات نوعية قوية مع أستيل كولين إستراز (AChE) ومستقبلات أستيل كولين النيكوتينية (nAChR)، مما يشير إلى آلية عمل مزدوجة محتملة. كما أكدت حسابات نظرية الكثافة الوظيفية (DFT) الخصائص الإلكترونية المواتية وتفاعلية المركبات النشطة. وقد يقلل التنوع الهيكلي والفعالية العالية المتسقة لهذه السلسلة من المركبات من خطر المقاومة المتبادلة ويسهل استراتيجيات إدارة المقاومة من خلال تناوب المركبات أو دمجها. بشكل عام، تشير هذه النتائج إلى أن مركبات الثيوفين-أيزوكينولينون الهجينة هي خيار واعد لتطوير مبيدات اليرقات من الجيل التالي التي تستهدف المسارات العصبية الفيزيولوجية للحشرات الناقلة.
تُعدّ البعوضة من أكثر نواقل الأمراض المعدية فعالية، إذ تنشر طيفًا واسعًا من مسببات الأمراض الخطيرة، ما يُشكّل تهديدًا كبيرًا للصحة العامة العالمية. وتُعرف أنواعٌ مثل البعوضة المنزلية (Culex pipiens) والزاعجة المصرية (Aedes aegypti) والأنوفيلة الغامبية (Anopheles gambiae) تحديدًا بنقلها للفيروسات والبكتيريا والطفيليات، مُسبّبةً ملايين الإصابات والعديد من الوفيات سنويًا. فعلى سبيل المثال، تُعدّ البعوضة المنزلية ناقلًا رئيسيًا للفيروسات المنقولة بالمفصليات، مثل فيروس غرب النيل وفيروس التهاب الدماغ سانت لويس، فضلًا عن الأمراض الطفيلية مثل ملاريا الطيور. كما أظهرت الأبحاث الحديثة أن البعوضة المنزلية تلعب دورًا هامًا في نقل البكتيريا الضارة، مثل بكتيريا العصوية الشمعية (Bacillus cereus) والمكورات العنقودية الوارويكية (Staphylococcus warwickii)، التي تُلوّث الغذاء وتُفاقم مشاكل الصحة العامة. إنّ قدرة البعوض العالية على التكيّف والبقاء ومقاومة أساليب المكافحة تجعل السيطرة عليه أمرًا صعبًا، ما يُشكّل تهديدًا مستمرًا.
تُعدّ المبيدات الحشرية الكيميائية أداةً أساسيةً في مكافحة البعوض، لا سيما أثناء تفشي الأمراض التي ينقلها. وتُستخدم فئاتٌ مختلفةٌ من المبيدات الحشرية، بما في ذلك البيرثرويدات والفوسفات العضوية والكربامات، على نطاقٍ واسعٍ للحدّ من أعداد البعوض وانتقال الأمراض. ومع ذلك، فقد أدّى الاستخدام الواسع النطاق وطويل الأمد لهذه المواد الكيميائية إلى مخاوف بيئية وصحية عامة خطيرة، بما في ذلك اضطراب النظام البيئي، والآثار الضارة على الأنواع غير المستهدفة، والتطور السريع لمقاومة المبيدات الحشرية لدى البعوض.11، 12، 13، 14تؤدي هذه المقاومة إلى تقليل فعالية العديد من المبيدات الحشرية التقليدية بشكل كبير، مما يسلط الضوء على الحاجة الملحة إلى حلول كيميائية مبتكرة ذات آليات عمل جديدة لمواجهة هذه التهديدات المتطورة بشكل فعال.11، 12، 13، 14للتصدي لهذه التحديات الخطيرة، يتجه الباحثون إلى استراتيجيات بديلة مثل المكافحة البيولوجية، والهندسة الوراثية، والإدارة المتكاملة للنواقل. تُظهر هذه الأساليب نتائج واعدة في مكافحة البعوض بشكل مستدام وطويل الأمد. مع ذلك، تظل الطرق الكيميائية ضرورية للاستجابة السريعة خلال الأوبئة وحالات الطوارئ.
تُعد قلويدات الإيزوكينولين مركبات حلقية غير متجانسة مهمة تحتوي على النيتروجين وتنتشر على نطاق واسع في المملكة النباتية، بما في ذلك عائلات مثل النرجسية، والفوة، والماغنولية، والخشخاشية، والبرباريسية، والمنيسبرماسية.30 وقد أكدت الدراسات السابقة أن قلويدات الإيزوكينولين تمتلك أنشطة بيولوجية متنوعة وخصائص هيكلية، بما في ذلك التأثيرات المبيدة للحشرات، والمضادة لمرض السكري، والمضادة للأورام، والمضادة للفطريات، والمضادة للالتهابات، والمضادة للبكتيريا، والمضادة للطفيليات، والمضادة للأكسدة، والمضادة للفيروسات، والواقية للأعصاب.
في هذه الدراسة، كانت قيم χ² لجميع المركبات أقل من العتبة الحرجة، بينما كانت قيم p أعلى من 0.05. تؤكد هذه النتائج موثوقية تقديرات LC₅₀ وتُظهر أن الانحدار الاحتمالي يُمكنه وصف علاقة الجرعة بالاستجابة المرصودة بفعالية. لذلك، فإن قيم LC₅₀ ومؤشرات السمية (TIs) المحسوبة بناءً على المركب الأكثر فعالية (1a) تتمتع بموثوقية عالية وتُناسب مقارنة التأثيرات السمية.
لتقييم تفاعلات 12 مشتقًا جديدًا من الثيوفين-أيزوكينولينون، بالإضافة إلى المركب الأولي 1a، مع هدفين عصبيين رئيسيين في البعوض - وهما أستيل كولين إستراز (AChE) ومستقبلات أستيل كولين النيكوتينية (nAChR) - أجرينا نمذجة الإرساء الجزيئي. تم اختيار هذين الهدفين بناءً على الأعراض العصبية السامة التي لوحظت في اختبارات موت اليرقات، مما يشير إلى خلل في الإشارات العصبية. علاوة على ذلك، فإن التشابه البنيوي لهذه المركبات مع مركبات الفوسفات العضوية والنيونيكوتينويدات يدعم اختيار هذين الهدفين، حيث تُمارس مركبات الفوسفات العضوية والنيونيكوتينويدات تأثيراتها السامة عن طريق تثبيط أستيل كولين إستراز وتنشيط مستقبلات أستيل كولين النيكوتينية، على التوالي.
علاوة على ذلك، تتفاعل عدة مركبات (بما في ذلك 1a و2 و5a و5b و5e و5f و7) مع SER280. تُشارك بقايا SER280 في تشكيل هيئات البنية البلورية، وهي محفوظة في الهيئة المُعاد تركيبها لـ BT7. يُبرز هذا التنوع في أنماط التفاعل قدرة هذه المركبات على التكيف في الموقع النشط، حيث يُحتمل أن يعمل كل من SER280 وGLU359 كمواقع تثبيت تكيفية في ظروف الالتحام. كما تدعم التفاعلات المتكررة المُلاحظة بين المشتقات الاصطناعية وبقايا رئيسية مثل GLU359 وSER280، وهي مكونات الثالوث التحفيزي المعروف SER-HIS-GLU في أستيل كولين إستراز البشري (AChE)، الفرضية القائلة بأن هذه المركبات قد تُمارس تأثيرات تثبيطية قوية على AChE من خلال الارتباط بمواقع ذات أهمية تحفيزية.29،61،64
تجدر الإشارة إلى أن المركب 6 وسلفه 1a أظهرا أقوى فعالية ضد اليرقات في الاختبار البيولوجي، حيث سجلا أدنى قيم LC₅₀ بين مركبات هذه السلسلة. على المستوى الجزيئي، يُظهر المركب 6 تفاعلاً حاسماً مع الكلوربيريفوس في الموقع GLU359، بينما يتداخل المركب 1a مع BT7 المُعاد تطعيمه عبر رابطة هيدروجينية مع SER280. يتواجد كل من GLU359 وSER280 في التكوين البلوري الأصلي لربط BT7، وهما مكونان من الثلاثية التحفيزية المحفوظة لإنزيم أستيل كولين إستراز (SER–HIS–GLU)، مما يُبرز الأهمية الوظيفية لهذه التفاعلات في الحفاظ على النشاط التثبيطي للمركبات (الشكل 10).
يشير التشابه الملحوظ في مواقع الارتباط بين مشتقات BT7 (بما في ذلك BT7 الأصلي والمُعاد تكوينه) والكلوربيريفوس، لا سيما عند البقايا الأساسية للنشاط التحفيزي، بقوة إلى وجود آلية تثبيط مشتركة بين هذه المركبات. وبشكل عام، تؤكد هذه النتائج الإمكانات الكبيرة لمشتقات الثيوفين-أيزوكينولينون كمثبطات فعالة للغاية لإنزيم أستيل كولين إستراز، وذلك بفضل تفاعلاتها المحفوظة وذات الأهمية البيولوجية.
يؤكد الارتباط القوي بين نتائج المحاكاة الجزيئية ونتائج الاختبارات الحيوية على اليرقات أن إنزيم أستيل كولين إستراز (AChE) ومستقبلات أستيل كولين النيكوتينية (nAChR) هما الهدفان العصبيان الرئيسيان لمشتقات الثيوفين-أيزوكينولينون المُصنّعة. ورغم أن نتائج المحاكاة تُقدّم معلومات مهمة حول ألفة المستقبلات للروابط، إلا أنه ينبغي إدراك أن طاقة الارتباط وحدها غير كافية لتفسير فعالية المبيدات الحشرية في الجسم الحي بشكل كامل. وقد تُعزى الاختلافات في قيم LC₅₀ بين المركبات ذات خصائص المحاكاة المتشابهة إلى عوامل مثل الاستقرار الأيضي، والامتصاص، والتوافر الحيوي، والتوزيع في الحشرات.⁶⁰64ومع ذلك، فإن التصميم الهيكلي العقلاني، والتقارب العالي للمستقبلات الذي تمت محاكاته بواسطة المحاكاة الحاسوبية، والنشاط البيولوجي القوي يدعم بقوة وجهة النظر القائلة بأن AChE و nAChRs هما الوسيطان الرئيسيان للسمية العصبية الملاحظة.
في الختام، تمتلك مركبات الثيوفين-أيزوكينولينون الهجينة المُصنّعة عناصر هيكلية ووظيفية أساسية تتوافق إلى حد كبير مع المبيدات الحشرية العصبية المعروفة. وتُبرز قدرتها على الارتباط بكفاءة بإنزيم أستيل كولين إستراز (AChE) ومستقبلات أستيل كولين النيكوتينية (nAChRs) عبر آليات تفاعل مُتكاملة، إمكاناتها كمبيدات حشرية ثنائية الهدف. ولا تُعزز هذه الآلية المزدوجة فعالية المبيدات الحشرية فحسب، بل تُوفر أيضًا استراتيجية واعدة للتغلب على آليات المقاومة الحالية، مما يجعل هذه المركبات مرشحة بقوة لتطوير جيل جديد من عوامل مكافحة البعوض.
تُستخدم محاكاة الديناميكا الجزيئية للتحقق من صحة نتائج الالتحام الجزيئي وتوسيع نطاقها، مما يوفر تقييمًا أكثر واقعية وزمنيًا لتفاعلات الربيطة مع الهدف في ظل ظروف فسيولوجية واقعية. على الرغم من أن الالتحام الجزيئي يُمكن أن يُوفر معلومات أولية قيّمة حول مواقع الارتباط المحتملة وقوة الارتباط، إلا أنه نموذج ثابت ولا يُمكنه مراعاة مرونة المستقبل، أو ديناميكيات المذيب، أو التقلبات الزمنية في التفاعلات الجزيئية. لذلك، تُعد محاكاة الديناميكا الجزيئية طريقة تكميلية مهمة لتقييم استقرار المركب، وقوة التفاعل، والتغيرات التركيبية في الربائط والبروتينات مع مرور الوقت.60، 62، 71
استنادًا إلى خصائص ارتباطهما الفائقة بإنزيم أستيل كولين إستراز (AChE) مقارنةً بمستقبلات أستيل كولين النيكوتينية (nAChR)، اخترنا الجزيء الأصلي 1a (ذي أقل قيمة LC₅₀) ومركب الثيوفين-أيزوكينولين الأكثر فعالية 6 لإجراء محاكاة الديناميكا الجزيئية (MD). كان الهدف هو تقييم ما إذا كان شكل ارتباطهما في الموقع النشط لإنزيم AChE يظل مستقرًا على مدار 100 نانوثانية من المحاكاة، ومقارنة سلوك ارتباطهما بسلوك الكلوربيريفوس ومثبط إنزيم AChE المُتبلور المُعاد تكوينه BT7.
تضمنت محاكاة الديناميكا الجزيئية حساب الانحراف التربيعي المتوسط (RMSD) لتقييم استقرار المركب بشكل عام، وحساب الانحراف التربيعي المتوسط للتقلبات (RMSF) لدراسة مرونة الأحماض الأمينية، وتحليل تفاعل الليجاند مع المستقبل لتحديد استقرار الروابط الهيدروجينية، والتفاعلات الكارهة للماء، والتفاعلات الأيونية (البيانات التكميلية). على الرغم من أن قيم RMSD وRMSF لجميع الليجاندات ظلت ضمن نطاق مستقر، مما يشير إلى عدم وجود تغييرات بنيوية ملحوظة في مركب أستيل كولين إستراز-ليجاند (الشكل 12)، إلا أن هذه المعايير وحدها غير كافية لتفسير الاختلافات في كتلة الارتباط بين المركبات بشكل كامل.
تاريخ النشر: 15 ديسمبر 2025