Penyakit yang ditularkan nyamuk tetap menjadi masalah kesehatan masyarakat global yang serius.Meningkatnya resistensi vektor penyakit, seperti Culex pipiens pallens, terhadap insektisida tradisional semakin memperburuk masalah ini. Dalam penelitian ini, serangkaian hibrida tiofena-isoquinolinon baru dirancang, disintesis, dan dievaluasi sebagai larvasida potensial. Di antara senyawa yang disintesis, turunan 5f, 6, dan 7 menunjukkan aktivitas larvasida yang signifikan terhadap larva Culex pipiens pallens dengan nilai LC₅₀ masing-masing sebesar 0,3, 0,1, dan 1,85 μg/mL. Perlu dicatat, kedua belas turunan tiofena-isoquinolinon tersebut menunjukkan toksisitas yang jauh lebih tinggi daripada insektisida organofosfat referensi klorpirifos (LC₅₀ = 293,8 μg/mL), yang menegaskan toksisitas superior dari senyawa-senyawa ini. Menariknya, senyawa perantara sintetik 1a (semiester tiofena) menunjukkan potensi tertinggi (LC₅₀ = 0,004 μg/mL), dan meskipun belum sepenuhnya dioptimalkan, potensinya masih melebihi potensi semua turunan akhir. Studi biologi mekanistik mengungkapkan gejala neurotoksisitas yang kuat, menunjukkan gangguan fungsi kolinergik. Simulasi penambatan molekuler dan dinamika molekuler mengkonfirmasi pengamatan ini, mengungkapkan interaksi spesifik yang kuat dengan asetilkolinesterase (AChE) dan reseptor asetilkolin nikotinik (nAChR), menunjukkan kemungkinan mekanisme aksi ganda. Perhitungan teori fungsional densitas (DFT) lebih lanjut mengkonfirmasi sifat elektronik dan reaktivitas yang menguntungkan dari senyawa aktif. Keragaman struktural dan potensi tinggi yang konsisten dari rangkaian senyawa ini dapat mengurangi risiko resistensi silang dan memfasilitasi strategi manajemen resistensi melalui rotasi atau kombinasi senyawa. Secara keseluruhan, hasil ini menunjukkan bahwa hibrida tiofena-isoquinolinon merupakan pilihan yang menjanjikan untuk pengembangan larvasida generasi berikutnya yang menargetkan jalur neurofisiologis vektor serangga.
Nyamuk termasuk vektor penyakit menular yang paling efektif, menyebarkan berbagai macam patogen berbahaya dan menimbulkan ancaman signifikan bagi kesehatan masyarakat global. Spesies seperti Culex pipiens, Aedes aegypti, dan Anopheles gambiae khususnya dikenal karena menularkan virus, bakteri, dan parasit, menyebabkan jutaan infeksi dan banyak kematian setiap tahunnya. Misalnya, Culex pipiens adalah vektor utama arbovirus seperti virus West Nile dan virus ensefalitis St. Louis, serta penyakit parasit seperti malaria burung. Penelitian terbaru juga menunjukkan bahwa Culex pipiens memainkan peran penting dalam vektor dan penularan bakteri berbahaya seperti Bacillus cereus dan Staphylococcus warwickii, yang mencemari makanan dan memperburuk masalah kesehatan masyarakat. Kemampuan adaptasi, daya tahan hidup, dan resistensi nyamuk yang tinggi terhadap metode pengendalian membuat mereka sulit dikendalikan dan menimbulkan ancaman yang terus-menerus.
Insektisida kimia merupakan alat utama dalam pengendalian nyamuk, terutama selama wabah penyakit yang ditularkan nyamuk. Berbagai kelas insektisida, termasuk piretroid, organofosfat, dan karbamat, banyak digunakan untuk mengurangi populasi nyamuk dan penularan penyakit. Namun, penggunaan bahan kimia ini secara luas dan jangka panjang telah menimbulkan kekhawatiran serius terhadap lingkungan dan kesehatan masyarakat, termasuk gangguan ekosistem, efek berbahaya pada spesies non-target, dan perkembangan resistensi insektisida yang cepat pada populasi nyamuk.11, 12, 13, 14Resistensi ini secara signifikan mengurangi efektivitas banyak insektisida tradisional, menyoroti kebutuhan mendesak akan solusi kimia inovatif dengan mekanisme kerja baru untuk secara efektif melawan ancaman yang terus berkembang ini.11, 12, 13, 14Untuk mengatasi tantangan serius ini, para peneliti beralih ke strategi alternatif seperti pengendalian hayati, rekayasa genetika, dan pengelolaan vektor terpadu (IVM). Pendekatan-pendekatan ini menunjukkan potensi untuk pengendalian nyamuk yang berkelanjutan dan jangka panjang. Namun, selama epidemi dan keadaan darurat, metode kimia tetap penting untuk respons yang cepat.
Alkaloid isoquinoline merupakan senyawa heterosiklik yang mengandung nitrogen dan tersebar luas di kerajaan tumbuhan, termasuk famili seperti Amaryllidaceae, Rubiaceae, Magnoliaceae, Papaveraceae, Berberidaceae, dan Menispermaceae.30 Studi sebelumnya telah mengkonfirmasi bahwa alkaloid isoquinoline memiliki beragam aktivitas biologis dan fitur struktural, termasuk efek insektisida, antidiabetes, antitumor, antijamur, antiinflamasi, antibakteri, antiparasit, antioksidan, antivirus, dan neuroprotektif.
Dalam penelitian ini, nilai χ² untuk semua senyawa berada di bawah ambang batas kritis, dan nilai p berada di atas 0,05. Hasil ini menegaskan keandalan estimasi LC₅₀ dan menunjukkan bahwa regresi probabilistik dapat secara efektif menggambarkan hubungan dosis-respons yang diamati. Oleh karena itu, nilai LC₅₀ dan indeks toksisitas (TI) yang dihitung berdasarkan senyawa paling aktif (1a) sangat andal dan cocok untuk membandingkan efek toksikologi.
Untuk mengevaluasi interaksi 12 turunan tiofena-isoquinolinon yang baru disintesis dan prekursornya 1a dengan dua target neuron utama nyamuk—asetilkolinesterase (AChE) dan reseptor asetilkolin nikotinik (nAChR)—kami melakukan pemodelan docking molekuler. Target-target ini dipilih berdasarkan gejala neurotoksik yang diamati dalam uji kematian larva, yang menunjukkan gangguan sinyal neuron. Lebih lanjut, kemiripan struktural senyawa-senyawa ini dengan organofosfat dan neonikotinoid semakin mendukung pilihan target ini, karena organofosfat dan neonikotinoid memberikan efek toksiknya dengan menghambat AChE dan mengaktifkan nAChR, masing-masing.
Selain itu, beberapa senyawa (termasuk 1a, 2, 5a, 5b, 5e, 5f, dan 7) berinteraksi dengan SER280. Residu SER280 terlibat dalam membentuk konformasi struktur kristal dan terkonservasi dalam konformasi redopasi BT7. Keragaman mode interaksi ini menyoroti kemampuan adaptasi senyawa-senyawa ini di situs aktif, dengan SER280 dan GLU359 berpotensi berfungsi sebagai situs jangkar adaptif dalam kondisi docking. Interaksi yang sering diamati antara turunan sintetik dan residu kunci seperti GLU359 dan SER280, yang merupakan komponen dari triad katalitik SER-HIS-GLU yang dikenal dalam asetilkolinesterase (AChE) manusia, semakin mendukung hipotesis bahwa senyawa-senyawa ini dapat memberikan efek penghambatan yang kuat pada AChE dengan berikatan dengan situs-situs yang penting secara katalitik.29,61,64
Secara khusus, senyawa 6 dan prekursornya 1a menunjukkan aktivitas paling ampuh terhadap larva dalam bioassay, menampilkan nilai LC₅₀ terendah di antara senyawa-senyawa dalam seri tersebut. Pada tingkat molekuler, senyawa 6 menunjukkan interaksi kritis dengan klorpirifos pada situs GLU359, sementara senyawa 1a tumpang tindih dengan BT7 yang telah didoping ulang melalui ikatan hidrogen ke SER280. Baik GLU359 dan SER280 hadir dalam konformasi pengikatan kristalografi asli BT7 dan merupakan komponen dari triplet katalitik asetilkolinesterase yang terkonservasi (SER–HIS–GLU), menyoroti signifikansi fungsional interaksi ini dalam mempertahankan aktivitas penghambatan senyawa (Gambar 10).
Kesamaan yang diamati pada situs pengikatan antara turunan BT7 (termasuk BT7 asli dan yang direkonstitusi) dan klorpirifos, khususnya pada residu yang penting untuk aktivitas katalitik, sangat menunjukkan mekanisme penghambatan umum antara senyawa-senyawa ini. Secara keseluruhan, hasil ini menegaskan potensi signifikan turunan tiofen-isoquinolinon sebagai penghambat asetilkolinesterase yang sangat ampuh karena interaksi yang terkonservasi dan relevan secara biologis.
Korelasi yang kuat antara hasil penambatan molekuler dan hasil bioassay larva lebih lanjut menegaskan bahwa asetilkolinesterase (AChE) dan reseptor asetilkolin nikotinik (nAChR) adalah target neurotoksik utama dari turunan tiofen-isoquinolinon yang disintesis. Meskipun hasil penambatan memberikan informasi penting tentang afinitas reseptor-ligan, perlu diakui bahwa energi pengikatan saja tidak cukup untuk sepenuhnya menjelaskan kemanjuran insektisida in vivo. Perbedaan nilai LC₅₀ antara senyawa dengan karakteristik penambatan yang serupa mungkin disebabkan oleh faktor-faktor seperti stabilitas metabolik, penyerapan, bioavailabilitas, dan distribusi pada serangga.⁶⁰,⁶⁴Namun, desain struktural yang rasional, afinitas reseptor yang tinggi yang disimulasikan oleh simulasi komputer, dan aktivitas biologis yang kuat sangat mendukung pandangan bahwa AChE dan nAChR adalah mediator utama neurotoksisitas yang diamati.
Kesimpulannya, hibrida tiofena-isoquinolinon yang disintesis memiliki elemen struktural dan fungsional utama yang sebagian besar kompatibel dengan insektisida neuroaktif yang dikenal. Kemampuan mereka untuk mengikat secara efisien asetilkolinesterase (AChE) dan reseptor asetilkolin nikotinik (nAChRs) melalui mekanisme interaksi komplementer menyoroti potensi mereka sebagai insektisida target ganda. Mekanisme ganda ini tidak hanya meningkatkan efikasi insektisida tetapi juga memberikan strategi yang menjanjikan untuk mengatasi mekanisme resistensi yang ada, menjadikan senyawa ini kandidat yang menjanjikan untuk pengembangan agen pengendali nyamuk generasi berikutnya.
Simulasi dinamika molekuler (MD) digunakan untuk memvalidasi dan memperluas hasil penambatan molekuler, memberikan penilaian yang lebih realistis dan bergantung waktu terhadap interaksi ligan-target dalam kondisi fisiologis yang realistis. Meskipun penambatan molekuler dapat memberikan informasi awal yang berharga tentang posisi dan afinitas pengikatan potensial, ini adalah model statis dan tidak dapat memperhitungkan fleksibilitas reseptor, dinamika pelarut, atau fluktuasi temporal dalam interaksi molekuler. Oleh karena itu, simulasi MD merupakan metode pelengkap penting untuk menilai stabilitas kompleks, ketahanan interaksi, dan perubahan konformasi pada ligan dan protein dari waktu ke waktu.60, 62, 71
Berdasarkan sifat pengikatan superiornya terhadap asetilkolinesterase (AChE) dibandingkan dengan reseptor asetilkolin nikotinik (nAChR), kami memilih molekul induk 1a (dengan nilai LC₅₀ terendah) dan senyawa tiofen-isoquinolina 6 yang paling aktif untuk simulasi dinamika molekuler (MD). Tujuannya adalah untuk mengevaluasi apakah konformasi pengikatan mereka di situs aktif AChE tetap stabil selama 100 ns simulasi dan untuk membandingkan perilaku pengikatan mereka dengan klorpirifos dan inhibitor AChE BT7 yang dikristalisasi ulang.
Simulasi dinamika molekuler mencakup deviasi akar kuadrat rata-rata (RMSD) untuk menilai stabilitas kompleks secara keseluruhan; deviasi akar kuadrat rata-rata fluktuasi (RMSF) untuk mempelajari fleksibilitas residu; dan analisis interaksi ligan-akseptor untuk menentukan stabilitas ikatan hidrogen, kontak hidrofobik, dan interaksi ionik (Data Tambahan). Meskipun nilai RMSD dan RMSF untuk semua ligan tetap berada dalam kisaran yang stabil, menunjukkan tidak ada perubahan konformasi yang signifikan dalam kompleks AChE-ligan (Gambar 12), parameter ini saja tidak cukup untuk sepenuhnya menjelaskan perbedaan massa pengikatan antar senyawa.
Waktu posting: 15 Desember 2025