Wetenschap
Innovatieve chemische strategie richt zich op de darmen van muggenlarven om de verspreiding van dodelijke ziekten tegen te gaan
Door muggen overgebrachte ziekten blijven een enorme uitdaging en bedreigen jaarlijks miljoenen mensen met ziekten als malaria, dengue, zika en chikungunya.
Om een muggenbestrijdingsstrategie te ontwikkelen met een minimale ecologische voetafdruk, hebben biochemici en entomologen van de Universiteit van Arizona pionierswerk verricht met een nieuwe aanpak door gebruik te maken van de unieke alkalische omgeving van de ingewanden van muggenlarven. Met behulp van speciaal ontworpen chemische verbindingen heeft het team selectief darmeiwitten van muggenlarven gemodificeerd, wat een aanzienlijke vooruitgang betekent in de strijd tegen door muggen overgedragen ziekten.
Het onderzoek werd donderdag 14 maart gepubliceerd in het Journal of American Chemical Society .
Vanuit het perspectief van de volksgezondheid zijn de traditionele methoden voor muggenbestrijding met obstakels geconfronteerd. Muggen ontwikkelen resistentie tegen veelgebruikte insecticiden, zegt Michael Riehle, professor aan de afdeling Entomologie van de UArizona en senior auteur van het artikel.
"Het bedenken van unieke doelwitten tegen muggenlarven is een krachtig instrument nu de resistentie zich blijft ontwikkelen tegen de huidige aanpak", aldus Riehle.
"We kwamen een aantal chemische verbindingen tegen die een unieke reactiviteit hadden bij hoge (basische) pH en we wisten dat muggenlarven toevallig deze unieke omgeving met hoge pH hebben", zegt John Jewett, universitair hoofddocent bij de afdeling Scheikunde en Biochemie. P>
Twee voormalige studenten van de afdeling Scheikunde en Biochemie, Lindsay Guzmán en Anjalee Wijetunge, leidden het onderzoek.
Het team ontwierp chemische verbindingen die bekend staan als beschermde triazabutadienen en die onder normale omstandigheden inactief zijn. Maar in omgevingen met een hoge pH, zoals de darmen van een muggenlarve, geven de verbindingen zeer reactieve moleculen vrij, aryldiazoniumionen genaamd, die zich vervolgens binden aan de darmeiwitten van de larve en deze modificeren.
"Je zou deze moleculen kunnen vergelijken met dieren met muilkorven. Zodra de muilkorven bij een hoge pH zijn verwijderd, kunnen ze zich vastklampen aan eiwitten in hun omgeving", aldus Jewett.
De gemodificeerde eiwitten worden gelabeld met fluorescerende markers via een zeer efficiënt chemisch koppelingsproces. De fluorescerende markers dienden om te bevestigen dat deze designersondes de larve binnendrongen en de modificatie uitvoerden.
Jewett zei dat deze tweestapslabeling kan worden gezien als het toevoegen van een tracker aan een dier in het wild dat relatief klein en niet-storend is. De tweede stap:het fluorescerende molecuul zou iemand zijn die de tracker volgt en deze felroze schildert, zodat iedereen hem gemakkelijk kan vinden.
Deze tagging maakt de detectie van gemodificeerde eiwitten mogelijk met behulp van een verscheidenheid aan biochemische technieken voor het isoleren en scheiden van eiwitten.
De in hun werk gerapporteerde verbindingen zijn niet acuut giftig voor muggenlarven, maar ze modificeren wel de eiwitten die in de darmen van de larven worden aangetroffen. De onderzoeksgroepen bestuderen momenteel of de verbindingen langetermijneffecten hebben op de larven die voedsel verteren, groeien en volwassen worden, zei Jewett.
Omdat het doelwit muggenlarven zijn, die in het water leven, kan de chemische verbinding direct in water worden gebracht, net als verschillende andere momenteel gebruikte larviciden, zei Jewett. Het voordeel van deze technologie is dat deze zich specifiek richt op muggenlarven en geen schade toebrengt aan andere waterdieren. Zeer weinig organismen in het aquatisch milieu hebben een zeer hoge pH-waarde zoals muggenlarven, zei Jewett.
Hoewel het team het onderzoek uitvoerde met slechts één muggensoort, Aedes aegypti, is de darmomgeving met een hoge pH wijdverspreid onder andere muggensoorten zoals Anopheles en Culex, zei Riehle. Behalve muggen richt de nieuwe sonde zich ook op de larven van zwarte vliegen, dankzij hun hoge pH-waarde. Zwarte vliegen zijn belangrijke vectoren van rivierblindheid, zei Riehle.
In de toekomst is de onderzoeksgroep van plan verschillende potentieel giftige verbindingen aan deze chemische verbinding te koppelen en vervolgens te testen hoe effectief ze zijn in het doden van muggenlarven.
"Aanvankelijk dachten we dat de vereiste van een hoge pH om de reactieve verbinding vrij te geven een probleem was, maar toen beseften we dat dit een nuttige omgeving was voor de biologie van muggen," zei Jewett. "En uiteindelijk pakte het heel goed uit."