Myggburna sjukdomar är fortfarande en formidabel utmaning som hotar miljontals människor varje år med sjukdomar som malaria, dengue, zika och chikungunya.
För att utveckla en myggkontrollstrategi med ett minimalt ekologiskt fotavtryck har biokemister och entomologer från University of Arizona banat väg för ett nytt tillvägagångssätt genom att utnyttja den unika alkaliska miljön hos larvermyggtarmarna. Med hjälp av specialdesignade kemiska föreningar har teamet selektivt modifierat tarmproteiner från mygglarver, vilket markerar ett betydande framsteg i kampen mot myggburna sjukdomar.
Studien publicerades torsdagen den 14 mars i Journal of American Chemical Society .
Ur ett folkhälsoperspektiv har traditionella myggbekämpningsmetoder mött hinder. Myggor utvecklar resistens mot vanliga insekticider, säger Michael Riehle, professor vid UArizona Department of Entomology och en senior författare på tidningen.
"Att komma på unika mål mot mygglarver är ett kraftfullt verktyg eftersom resistens fortsätter att utvecklas mot de nuvarande metoderna," sa Riehle.
"Vi stötte på några kemiska föreningar som hade en unik reaktivitet vid högt (bas) pH och vi visste att mygglarver råkade ha denna unika miljö med högt pH", säger John Jewett, docent vid institutionen för kemi och biokemi.
Två tidigare doktorander vid institutionen för kemi och biokemi, Lindsay Guzmán och Anjalee Wijetunge, ledde studien.
Teamet designade kemiska föreningar kända som skyddade triazabutadiener som är inaktiva under normala förhållanden. Men i miljöer med högt pH, såsom en mygglarvs tarm, frigör föreningarna mycket reaktiva molekyler som kallas aryldiazoniumjoner, som sedan binder till larvtarmsproteinerna och modifierar dem.
"Du kan likna dessa molekyler vid att vara djur med nosparti. När munkorgarna väl har tagits bort vid högt pH kan de haka fast på proteiner i deras närhet", sa Jewett.
De modifierade proteinerna är taggade med fluorescerande markörer genom en mycket effektiv kemisk länkningsprocess. De fluorescerande markörerna tjänade till att bekräfta att dessa designersonder gick in i larven och utförde modifieringen.
Jewett sa att denna tvåstegsmärkning kan ses som att lägga till en spårare till ett djur i det vilda som är relativt litet och icke-störande. Det andra steget:Den fluorescerande molekylen skulle vara någon som följer spåraren och målar den ljust rosa så att alla kan hitta den lätt.
Denna märkning möjliggör detektering av modifierade proteiner med hjälp av en mängd olika biokemiska tekniker för att isolera och separera proteiner.
De föreningar som rapporterats i deras arbete är inte akut giftiga för mygglarver, men de modifierar proteinerna som finns i larvtarmen. Forskargrupperna studerar för närvarande om föreningarna har långtidseffekter på larverna som smälter mat, växer och blir vuxna, sa Jewett.
Eftersom målet är mygglarver, som är vattenlevande, kan den kemiska föreningen sättas direkt i vatten som flera andra för närvarande använda larvicider, sa Jewett. Fördelen med denna teknik är att den riktar sig specifikt mot mygglarver och inte skadar andra vattenlevande djur. Väldigt få organismer i vattenmiljön har ett mycket högt pH som mygglarver, nämnde Jewett.
Även om laget utförde studien med endast en myggart, Aedes aegypti, är tarmmiljön med högt pH utbredd över andra myggarter som Anopheles och Culex, sa Riehle. Förutom myggor riktar den nya sonden sig även mot larverna hos svarta flugor, tack vare deras höga pH-tarm. Svarta flugor är viktiga vektorer för flodblindhet, sa Riehle.
I framtiden planerar forskargruppen att fästa olika potentiellt giftiga föreningar till denna kemiska förening och sedan testa hur effektiva de är på att döda mygglarver.
"Inledningsvis trodde vi att kravet på ett högt pH för att frigöra den reaktiva föreningen var en skuld, men sedan insåg vi att det var en användbar miljö för myggbiologi," sa Jewett. "Och sedan slutade det med att det fungerade ganska bra."
Mer information: Lindsay E. Guzmán et al, Chemical Probes to Interrogate the Extreme Environment of Mosquito Larval Guts, Journal of the American Chemical Society (2024). DOI:10.1021/jacs.3c14598
Journalinformation: Tidskrift för American Chemical Society
Tillhandahålls av University of Arizona
