नए थियोफीन-आइसोक्विनोलिन कीटोन संकरों के संश्लेषण और क्यूलेक्स पिपिएन्स पैलेंस लार्वा के नियंत्रण के लिए उनके संभावित कीटनाशकों का कंप्यूटर मॉडलिंग।

       मच्छर जनित रोग वैश्विक स्तर पर एक गंभीर सार्वजनिक स्वास्थ्य समस्या बने हुए हैं।क्यूलेक्स पिपिएन्स पैलेंस जैसे रोग वाहकों में पारंपरिक कीटनाशकों के प्रति बढ़ती प्रतिरोधक क्षमता इस समस्या को और भी गंभीर बना देती है। इस अध्ययन में, कई नए थियोफीन-आइसोक्विनोलिनोन संकरों को संभावित लार्वानाशक के रूप में तैयार, संश्लेषित और मूल्यांकित किया गया। संश्लेषित यौगिकों में से, व्युत्पन्न 5f, 6 और 7 ने क्यूलेक्स पिपिएन्स पैलेंस लार्वा के विरुद्ध महत्वपूर्ण लार्वानाशक गतिविधि प्रदर्शित की, जिनकी LC₅₀ क्रमशः 0.3, 0.1 और 1.85 μg/mL थी। विशेष रूप से, सभी बारह थियोफीन-आइसोक्विनोलिनोन व्युत्पन्नों ने संदर्भ ऑर्गेनोफॉस्फेट कीटनाशक क्लोरपाइरिफोस (LC₅₀ = 293.8 μg/mL) की तुलना में काफी अधिक विषाक्तता प्रदर्शित की, जो इन यौगिकों की श्रेष्ठ विषाक्तता की पुष्टि करता है। दिलचस्प बात यह है कि सिंथेटिक मध्यवर्ती 1a (एक थियोफीन सेमीएस्टर) ने उच्चतम क्षमता (LC₅₀ = 0.004 μg/mL) प्रदर्शित की, और यद्यपि यह अभी पूरी तरह से अनुकूलित नहीं है, फिर भी इसकी क्षमता सभी अंतिम व्युत्पन्नों से अधिक है। क्रियाविधि संबंधी जैविक अध्ययनों से तंत्रिका विषाक्तता के मजबूत लक्षण सामने आए, जो कोलिनर्जिक क्रिया में कमी का संकेत देते हैं। आणविक डॉकिंग और आणविक गतिशीलता सिमुलेशन ने इस अवलोकन की पुष्टि की, जिससे एसिटाइलकोलिनेस्टेरेज (AChE) और निकोटिनिक एसिटाइलकोलीन रिसेप्टर (nAChR) के साथ मजबूत विशिष्ट अंतःक्रियाओं का पता चला, जो एक संभावित दोहरी क्रियाविधि का सुझाव देता है। घनत्व कार्यात्मक सिद्धांत (DFT) गणनाओं ने सक्रिय यौगिकों के अनुकूल इलेक्ट्रॉनिक गुणों और प्रतिक्रियाशीलता की पुष्टि की। यौगिकों की इस श्रृंखला की संरचनात्मक विविधता और लगातार उच्च क्षमता क्रॉस-प्रतिरोध के जोखिम को कम कर सकती है और यौगिक रोटेशन या संयोजन के माध्यम से प्रतिरोध प्रबंधन रणनीतियों को सुविधाजनक बना सकती है। कुल मिलाकर, ये परिणाम संकेत देते हैं कि थियोफीन-आइसोक्विनोलिनोन संकर कीट वाहकों के तंत्रिकाशारीरिक मार्गों को लक्षित करने वाले अगली पीढ़ी के लार्वानाशकों के विकास के लिए एक आशाजनक विकल्प हैं।
मच्छर संक्रामक रोगों के सबसे प्रभावी वाहकों में से हैं, जो कई खतरनाक रोगाणुओं को फैलाते हैं और वैश्विक जन स्वास्थ्य के लिए एक गंभीर खतरा पैदा करते हैं। क्यूलेक्स पिपिएन्स, एडीज एजिप्टी और एनोफेलेस गैम्बिया जैसी प्रजातियाँ विशेष रूप से वायरस, बैक्टीरिया और परजीवियों के संचरण के लिए जानी जाती हैं, जो प्रतिवर्ष लाखों संक्रमणों और असंख्य मौतों का कारण बनती हैं। उदाहरण के लिए, क्यूलेक्स पिपिएन्स वेस्ट नाइल वायरस और सेंट लुइस एन्सेफलाइटिस वायरस जैसे आर्बोवायरस के साथ-साथ एवियन मलेरिया जैसे परजीवी रोगों का एक प्रमुख वाहक है। हाल के शोध से यह भी पता चला है कि क्यूलेक्स पिपिएन्स बैसिलस सेरेस और स्टैफिलोकोकस वार्विकी जैसे हानिकारक बैक्टीरिया के संचरण और प्रसार में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, जो भोजन को दूषित करते हैं और जन स्वास्थ्य समस्याओं को बढ़ाते हैं। मच्छरों की उच्च अनुकूलन क्षमता, जीवित रहने की क्षमता और नियंत्रण विधियों के प्रति प्रतिरोधक क्षमता उन्हें नियंत्रित करना कठिन बनाती है और एक निरंतर खतरा बनी रहती है।
मच्छरों को नियंत्रित करने में रासायनिक कीटनाशक एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं, खासकर मच्छर जनित बीमारियों के प्रकोप के दौरान। पाइरेथ्रोइड्स, ऑर्गेनोफॉस्फेट्स और कार्बामाइट्स सहित विभिन्न प्रकार के कीटनाशकों का व्यापक रूप से मच्छरों की संख्या और बीमारियों के प्रसार को कम करने के लिए उपयोग किया जाता है। हालांकि, इन रसायनों के व्यापक और दीर्घकालिक उपयोग से पर्यावरण और सार्वजनिक स्वास्थ्य संबंधी गंभीर चिंताएं उत्पन्न हो गई हैं, जिनमें पारिस्थितिकी तंत्र का विघटन, गैर-लक्षित प्रजातियों पर हानिकारक प्रभाव और मच्छरों में कीटनाशक प्रतिरोध का तेजी से विकास शामिल है।^11,12,13,14यह प्रतिरोध कई पारंपरिक कीटनाशकों की प्रभावशीलता को काफी कम कर देता है, जो इन उभरते खतरों का प्रभावी ढंग से मुकाबला करने के लिए कार्रवाई के नए तंत्र के साथ नवीन रासायनिक समाधानों की तत्काल आवश्यकता को उजागर करता है।^11,12,13,14इन गंभीर चुनौतियों से निपटने के लिए शोधकर्ता जैविक नियंत्रण, आनुवंशिक अभियांत्रिकी और एकीकृत वेक्टर प्रबंधन (आईवीएम) जैसी वैकल्पिक रणनीतियों की ओर रुख कर रहे हैं। ये तरीके टिकाऊ और दीर्घकालिक मच्छर नियंत्रण के लिए आशाजनक प्रतीत होते हैं। हालांकि, महामारियों और आपात स्थितियों के दौरान, त्वरित प्रतिक्रिया के लिए रासायनिक विधियां महत्वपूर्ण बनी रहती हैं।
आइसोक्विनोलिन एल्कलॉइड महत्वपूर्ण नाइट्रोजन युक्त हेटरोसाइक्लिक यौगिक हैं जो पादप जगत में व्यापक रूप से वितरित हैं, जिनमें एमरिलिडेसी, रूबिएसी, मैग्नोलिएसी, पापावेरेसी, बर्बेरिडेसी और मेनिस्पर्मेसी जैसे परिवार शामिल हैं।30 पिछले अध्ययनों ने पुष्टि की है कि आइसोक्विनोलिन एल्कलॉइड में विविध जैविक गतिविधियाँ और संरचनात्मक विशेषताएं होती हैं, जिनमें कीटनाशक, मधुमेह-रोधी, ट्यूमर-रोधी, कवक-रोधी, सूजन-रोधी, जीवाणुरोधी, परजीवी-रोधी, एंटीऑक्सीडेंट, विषाणु-रोधी और तंत्रिका-सुरक्षात्मक प्रभाव शामिल हैं।
इस अध्ययन में, सभी यौगिकों के लिए χ² मान महत्वपूर्ण सीमा से नीचे थे, और p मान 0.05 से ऊपर थे। ये परिणाम LC₅₀ अनुमानों की विश्वसनीयता की पुष्टि करते हैं और दर्शाते हैं कि संभाव्य प्रतिगमन प्रेक्षित खुराक-प्रतिक्रिया संबंध का प्रभावी ढंग से वर्णन कर सकता है। इसलिए, सबसे सक्रिय यौगिक (1a) के आधार पर गणना किए गए LC₅₀ मान और विषाक्तता सूचकांक (TI) अत्यधिक विश्वसनीय हैं और विषैले प्रभावों की तुलना के लिए उपयुक्त हैं।
बारह नव-संश्लेषित थियोफीन-आइसोक्विनोलिनोन व्युत्पन्नों और उनके पूर्ववर्ती 1a की दो प्रमुख मच्छर तंत्रिका लक्ष्यों—एसिटाइलकोलिनेस्टेरेज (AChE) और निकोटिनिक एसिटाइलकोलीन रिसेप्टर (nAChR)—के साथ अंतःक्रियाओं का मूल्यांकन करने के लिए, हमने आणविक डॉकिंग मॉडलिंग का संचालन किया। इन लक्ष्यों का चयन लार्वा मृत्यु परीक्षणों में देखे गए न्यूरोटॉक्सिक लक्षणों के आधार पर किया गया था, जो तंत्रिका संकेतन में कमी को दर्शाते हैं। इसके अलावा, इन यौगिकों की ऑर्गेनोफॉस्फेट्स और नियोनिकोटिनॉइड्स से संरचनात्मक समानता इन लक्ष्यों के चयन को और अधिक पुष्ट करती है, क्योंकि ऑर्गेनोफॉस्फेट्स और नियोनिकोटिनॉइड्स क्रमशः AChE को अवरुद्ध करके और nAChR को सक्रिय करके अपने विषाक्त प्रभाव डालते हैं।
इसके अलावा, कई यौगिक (जिनमें 1a, 2, 5a, 5b, 5e, 5f और 7 शामिल हैं) SER280 के साथ परस्पर क्रिया करते हैं। SER280 अवशेष क्रिस्टल संरचना के विन्यास को आकार देने में शामिल होते हैं और BT7 के पुनर्परिवर्तित विन्यास में संरक्षित होते हैं। परस्पर क्रिया के तरीकों की यह विविधता सक्रिय स्थल में इन यौगिकों की अनुकूलन क्षमता को उजागर करती है, जिसमें SER280 और GLU359 डॉकिंग स्थितियों के तहत अनुकूली एंकर साइट के रूप में कार्य कर सकते हैं। सिंथेटिक व्युत्पन्नों और GLU359 और SER280 जैसे प्रमुख अवशेषों के बीच देखी गई बार-बार होने वाली परस्पर क्रियाएं, जो मानव एसिटाइलकोलिनेस्टेरेज (AChE) में ज्ञात SER-HIS-GLU उत्प्रेरक त्रय के घटक हैं, इस परिकल्पना का और समर्थन करती हैं कि ये यौगिक उत्प्रेरक रूप से महत्वपूर्ण स्थलों से जुड़कर AChE पर शक्तिशाली निरोधात्मक प्रभाव डाल सकते हैं।^29,61,64
विशेष रूप से, यौगिक 6 और इसके पूर्ववर्ती 1a ने जैव परीक्षण में लार्वा के विरुद्ध सबसे अधिक प्रबल गतिविधि प्रदर्शित की, और श्रृंखला के सभी यौगिकों में सबसे कम LC₅₀ मान दर्शाए। आणविक स्तर पर, यौगिक 6, GLU359 स्थल पर क्लोरपाइरिफोस के साथ एक महत्वपूर्ण अंतःक्रिया प्रदर्शित करता है, जबकि यौगिक 1a, SER280 के साथ हाइड्रोजन बंध के माध्यम से पुनः डोप किए गए BT7 के साथ आच्छादित होता है। GLU359 और SER280 दोनों ही BT7 के मूल क्रिस्टलोग्राफिक बंधन संरचना में मौजूद हैं और एसिटाइलकोलिनेस्टेरेज (SER–HIS–GLU) के संरक्षित उत्प्रेरक त्रिक के घटक हैं, जो यौगिकों की निरोधात्मक गतिविधि को बनाए रखने में इन अंतःक्रियाओं के कार्यात्मक महत्व को उजागर करते हैं (चित्र 10)।
BT7 व्युत्पन्नों (मूल और पुनर्गठित BT7 सहित) और क्लोरपाइरिफ़ोस के बीच बंधन स्थलों में देखी गई समानता, विशेष रूप से उत्प्रेरक गतिविधि के लिए महत्वपूर्ण अवशेषों पर, इन यौगिकों के बीच अवरोधन की एक समान क्रियाविधि का दृढ़ता से संकेत देती है। कुल मिलाकर, ये परिणाम थियोफीन-आइसोक्विनोलिनोन व्युत्पन्नों की संरक्षित और जैविक रूप से प्रासंगिक अंतःक्रियाओं के कारण अत्यधिक शक्तिशाली एसिटाइलकोलिनेस्टेरेज अवरोधक के रूप में महत्वपूर्ण क्षमता की पुष्टि करते हैं।
मॉलिक्यूलर डॉकिंग परिणामों और लार्वा बायोएसे परिणामों के बीच मजबूत सहसंबंध इस बात की पुष्टि करता है कि एसिटाइलकोलिनेस्टेरेज (AChE) और निकोटिनिक एसिटाइलकोलीन रिसेप्टर (nAChR) संश्लेषित थियोफीन-आइसोक्विनोलिनोन डेरिवेटिव के प्राथमिक न्यूरोटॉक्सिक लक्ष्य हैं। हालांकि डॉकिंग परिणाम रिसेप्टर-लिगैंड एफिनिटी के बारे में महत्वपूर्ण जानकारी प्रदान करते हैं, यह ध्यान रखना चाहिए कि केवल बंधन ऊर्जा ही जीवित प्राणियों में कीटनाशक प्रभावकारिता को पूरी तरह से समझाने के लिए अपर्याप्त है। समान डॉकिंग विशेषताओं वाले यौगिकों के बीच LC₅₀ मानों में अंतर चयापचय स्थिरता, अवशोषण, जैव उपलब्धता और कीटों में वितरण जैसे कारकों के कारण हो सकता है।⁶⁰^,⁶⁴हालांकि, तर्कसंगत संरचनात्मक डिजाइन, कंप्यूटर सिमुलेशन द्वारा अनुकरण की गई उच्च रिसेप्टर आत्मीयता और शक्तिशाली जैविक गतिविधि इस दृष्टिकोण का दृढ़ता से समर्थन करती है कि AChE और nAChRs देखी गई न्यूरोटॉक्सिसिटी के मुख्य मध्यस्थ हैं।
निष्कर्षतः, संश्लेषित थियोफीन-आइसोक्विनोलिनोन संकरों में प्रमुख संरचनात्मक और कार्यात्मक तत्व मौजूद हैं जो ज्ञात न्यूरोएक्टिव कीटनाशकों के साथ काफी हद तक संगत हैं। पूरक अंतःक्रिया तंत्रों के माध्यम से एसिटाइलकोलिनेस्टेरेज (AChE) और निकोटिनिक एसिटाइलकोलीन रिसेप्टर्स (nAChRs) से कुशलतापूर्वक जुड़ने की उनकी क्षमता दोहरे लक्ष्य वाले कीटनाशकों के रूप में उनकी क्षमता को उजागर करती है। यह दोहरा तंत्र न केवल कीटनाशक प्रभावकारिता को बढ़ाता है बल्कि मौजूदा प्रतिरोध तंत्रों पर काबू पाने के लिए एक आशाजनक रणनीति भी प्रदान करता है, जिससे ये यौगिक अगली पीढ़ी के मच्छर नियंत्रण एजेंटों के विकास के लिए आशाजनक उम्मीदवार बन जाते हैं।
आणविक गतिकी (एमडी) सिमुलेशन का उपयोग आणविक डॉकिंग परिणामों को मान्य करने और विस्तारित करने के लिए किया जाता है, जिससे शारीरिक रूप से यथार्थवादी परिस्थितियों में लिगैंड-लक्ष्य अंतःक्रियाओं का अधिक यथार्थवादी और समय-निर्भर मूल्यांकन प्राप्त होता है। यद्यपि आणविक डॉकिंग संभावित बंधन स्थितियों और आत्मीयताओं के बारे में मूल्यवान प्रारंभिक जानकारी प्रदान कर सकता है, यह एक स्थिर मॉडल है और रिसेप्टर लचीलेपन, विलायक गतिकी या आणविक अंतःक्रियाओं में अस्थायी उतार-चढ़ाव को ध्यान में नहीं रख सकता है। इसलिए, एमडी सिमुलेशन जटिल स्थिरता, अंतःक्रिया की मजबूती और समय के साथ लिगैंड और प्रोटीन में संरचनात्मक परिवर्तनों का आकलन करने के लिए एक महत्वपूर्ण पूरक विधि है।^60,62,71
निकोटिनिक एसिटाइलकोलीन रिसेप्टर (एनएसीएचआर) की तुलना में एसिटाइलकोलिनेस्टेरेज (एसीएचई) के प्रति उनकी बेहतर बंधन क्षमता के आधार पर, हमने आणविक गतिशीलता (एमडी) सिमुलेशन के लिए मूल अणु 1ए (सबसे कम एलसी₅₀ मान वाला) और सबसे सक्रिय थायोफीन-आइसोक्विनोलिन यौगिक 6 का चयन किया। इसका उद्देश्य यह मूल्यांकन करना था कि क्या एसीएचई सक्रिय स्थल में उनकी बंधन संरचना 100 एनएस के सिमुलेशन के दौरान स्थिर रहती है और क्लोरपाइरिफोस और रिबाउंड कोक्रिस्टलाइज्ड एसीएचई अवरोधक बीटी7 के साथ उनके बंधन व्यवहार की तुलना करना था।
आणविक गतिशीलता सिमुलेशन में समग्र जटिल स्थिरता का आकलन करने के लिए रूट मीन स्क्वायर डेविएशन (आरएमएसडी), अवशेष लचीलेपन का अध्ययन करने के लिए रूट मीन स्क्वायर डेविएशन ऑफ फ्लक्चुएशन्स (आरएमएसएफ), और हाइड्रोजन बॉन्ड, हाइड्रोफोबिक संपर्कों और आयनिक अंतःक्रियाओं की स्थिरता निर्धारित करने के लिए लिगैंड-एक्सेप्टर अंतःक्रिया विश्लेषण शामिल थे (पूरक डेटा)। यद्यपि सभी लिगैंड्स के लिए आरएमएसडी और आरएमएसएफ मान एक स्थिर सीमा के भीतर रहे, जो एसीएचई-लिगैंड कॉम्प्लेक्स में कोई महत्वपूर्ण संरचनात्मक परिवर्तन नहीं दर्शाता है (चित्र 12), ये पैरामीटर अकेले यौगिकों के बीच बंधन द्रव्यमान में अंतर को पूरी तरह से समझाने के लिए अपर्याप्त हैं।