An in silico approach for estimating the activity of vector control chemicals targeting Aedes aegypti and their aquatic toxicity

Abstract

Sivrisinek Aedes aegypti Zika, dengue ateşi, sarı humma, chikungunya artritine neden olanvirüsleri ileten ana vektör olarak bilinmektedir. Vektörün kontrolü bu tür salgınların yayılmasınıönlemek için önemli bir stratejidir. Bununla birlikte, vektör kontrolü, sivrisineklerin böceköldürücülere karşı artan direnci nedeniyle tehdit altındadır. Öte yandan, bu böcek öldürücülerin yoğunkullanımının çevresel etkileri endişe vericidir. Bu çalışmada, bitki kaynaklı bileşiklerin larvisidalaktivitesi, kantitatif bir yapı-aktivite ilişkisi (QSAR) analizine tabi tutulmuştur. Ekonomik İşbirliğive Kalkınma Örgütü (OECD) tarafından belirlenen kriterlerine uygun geçerli bir QSAR modeli,QSARINS 2.2.2 yazılımı kullanılarak üretilmiş, üretilen model hem dahili hem de harici olarakdoğrulanmıştır. Modelin harici tahmin özelliği deneysel veri içermeyen kimyasallarla test edilmiş,yapısal kapsamının %95.3 olduğu görülmüştür. En toksik ve en az toksik bitki bazlı larvisidlerbelirlenmiştir. Piperidin türevleri Aedes aegypti larvası üzerinde oldukça etkili bulunmuştur. Ayrıca,Piper nigrum bitkisi bitki bazlı larvisid kaynağı olarak dikkat çekici bulunmuştur. İlave olarak,güvenli bir larvisid önermek için larvisidlerin sucul sistemlerde yaşayan hedef olmayanorganizmalara toksisitesi, daha önce Çevre Bilimleri Enstitüsü, Ekotoksikoloji ve KemometriLaboratuvarı grubu tarafından geliştirilen üç temsili sucul türe (alg, balık ve planaryan) yönelik akuttoksisite ve sitotoksisite modelleri kullanılarak değerlendirilmiş ve üç organizma çeşidi için en toksiklarvisidler belirlenmiştir

The mosquito Aedes aegypti is known as the main vector that transmits the viruses cause dengue,yellow fever, chikungunya epidemic arthritis, and Zika. Control of the vector is an important strategyto avoid disease propagation. However, vector control is threatened by the increasing resistance ofmosquitoes to insecticides. On the other hand, environmental impacts of the intense use of theseinsecticides is of great concern. In the present study, the larvicidal activity of plant-derivedcompounds was subjected to a quantitative structure-activity relationship (QSAR) analysis. A validQSAR model which fulfill the criteria set by the Organization for Economic Co-operation andDevelopment (OECD) was generated using QSARINS 2.2.2 software. The generated QSAR modelwas validated both internally and externally. The external predictivity of model was tested withchemicals with no experimental larvicidal data and it has 95.3% structural coverage. The most toxicand the least toxic plant-based larvicides were determined. Piperidine derivatives were found highlyeffective on Aedes aegypti larvae. Also, the fruit Piper nigrum was highlighted as a plant-basedlarvicide source. Additionally, in order to propose a safe larvicide the toxicity of larvicides to nontarget organism living in aquatic systems was evaluated by using previously generated acute toxicityand cytotoxicity models towards three representative aquatic species (algae, fish, and planarian) byInstitute of Environmental Sciences, Ecotoxicology and Chemometrics Lab group and the most toxiclarvicides are detected for these aquatic species.