Новые инсектицидные соединения эффективны против вредителей, но менее токсичны для пчёл
Исследователи из Южно-Китайского сельскохозяйственного университета разработали новые инсектицидные соединения, которые демонстрируют значительно сниженную токсичность для пчёл, сохраняя эффективность против целевых вредителей — капустной моли и красного огненного муравья.
Арилпиразоловые инсектициды, такие как фипронил, обладают широким спектром действия, но их высокая токсичность для медоносных пчёл ограничивает сельскохозяйственное применение. В исследовании, опубликованном 7 февраля в журнале Pest Management Science, учёные разработали и синтезировали серию новых производных спиро-пиразоло хиназолина, чтобы снизить токсичность аналогов арилпиразола для пчёл.
Спиро-мотивы и их потенциал
Спиро-мотивы — это соединения, имеющие как минимум два молекулярных кольца с одним общим атомом. Они широко распространены в природных продуктах и биоактивных молекулах, но, несмотря на применение в других областях, с 2010 по 2021 год было менее 140 отчётов об их пестицидной активности.
Как пояснили профессор Ханьхун Сюй, профессор Чжэнь Чжао и доктор Гуанкай Яо: «Благодаря высокой специфичности и структурному разнообразию спиро-мотивы широко используются в фармацевтике, асимметричном катализе, оптических материалах и т.д. Однако в настоящее время лишь несколько соединений, содержащих спиро-фрагмент, стали представительными пестицидами на рынке, например, спиродихлофен и спиротетрамат от Bayer.
Причины включают сложность синтеза и относительно ограниченный спектр вредителей, против которых они эффективны, что приводит к высокой стоимости производства и применения. Кроме того, многие спиро-соединения обладают хиральной изомерией. Поэтому при оценке их эффективности и безопасности необходимо полностью учитывать различную биоактивность, токсичность и поведение в окружающей среде изомеров, что приводит к длительным циклам НИОКР».
Методология и выбор мишеней
Команда использовала метод «скаффолд-хоппинга» — стратегию открытия агрохимикатов для поиска новых кандидатов с улучшенной активностью и/или сниженной токсичностью. Эта техника успешно применялась, например, в исследованиях гербицидов, приведя к открытию ингибитора биосинтеза целлюлозы индазифлама.
Отвечая на вопрос о выборе капустной моли (P. xylostella) и красного огненного муравья (S. invicta) в качестве целевых вредителей, исследователи отметили: «Капустная моль входит в десятку самых опасных вредителей мира, наносящих серьёзный ущерб крестоцветным овощам. Красный огненный муравей — один из худших инвазивных видов в мире, угрожающий здоровью человека и экосистеме.
Будучи представителями отрядов чешуекрылых и перепончатокрылых, инсектицидная активность против этих видов обычно указывает на аналогичные результаты для других близких вредителей. Дальнейшие исследования в нашей лаборатории уже выявили отличную инсектицидную активность наших соединений против совки и азиатской цитрусовой листоблошки».
Результаты и перспективы
Результаты показали, что большинство соединений обладают хорошей инсектицидной активностью против целевых вредителей, сравнимой с фипронилом, что делает их перспективными кандидатами. Примечательно, что исследование токсичности для пчёл подтвердило, что новое соединение 5f демонстрирует гораздо более низкую острую пероральную токсичность со значением LD50 (1.15 мкг на пчелу−1), которое на 3–4 порядка величины выше (то есть токсичность ниже), чем у фипронила (0.0012 мкг на пчелу−1).
Профессор Чжэнь Чжао пояснил: «Фипронил — знаковый продукт в области инсектицидов, но его применение запрещено из-за высокой токсичности для нецелевых организмов, особенно пчёл. В течение последних двадцати лет наша группа проводила серию исследований по структурной модификации фипронила, направленных на повышение биодоступности и снижение токсичности. Комбинация со спиро-мотивом, как описано в этой работе, — одна из наших новых попыток, и значительное снижение токсичности для пчёл соответствует ожиданиям. Будут последующие результаты по изучению механизма».
Для соответствия требованиям промышленного производства необходимо дальнейшее повышение выхода и масштабируемости синтеза молекул. Команда работает над оптимизацией процесса синтеза и отбором изомеров с повышенной биоактивностью для снижения себестоимости.
Исследователи заявили: «Мы продолжим работу по структурной оптимизации наших молекул, а также по разработке простых и эффективных стратегий конструирования спиро-мотивов. Мы надеемся, что в будущем будет открыто больше соединений с отличной пестицидной активностью, и подобные спиро-структуры займут большую долю на рынке пестицидов».