Preparazione di estratti vegetali
Un primo esemplare di Piper amalago var. amalago è stato raccolto nel febbraio 2018 e lasciato asciugare all'aria per un periodo di 72 ore. L'esemplare è stato identificato dal botanico e dal curatore dell'erbario. L'esemplare è stato montato, con i numeri di voucher 36616 e 36617, e depositato nell'erbario dell'Università delle Indie Occidentali, Mona, Giamaica. Successivamente sono stati raccolti campioni di piante per preparare estratti di etanolo o esano. Le estrazioni sono state condotte come segue: le foglie, gli steli, le foglie e gli steli essiccati sono stati polverizzati e poi immersi in 350 mL di etanolo o esano di grado analitico per 72 ore. Dopo il periodo di 72 ore, ogni estratto è stato filtrato per aspirazione utilizzando un imbuto Büchner rivestito con carta da filtro da 90 mm, con una pompa a vuoto collegata, per separare le particelle vegetali dall'estratto. L'estratto è stato quindi concentrato mediante evaporazione rotante, decantato e posto sotto una cappa aspirante per rimuovere il solvente in eccesso23. Di ogni estratto si è ottenuta la massa finale. Per prevenire la possibile ossidazione degli estratti, il materiale vegetale è stato raccolto ed estratto di routine.
Allevamento di zanzare
Le larve e le pupe di Ae. aegypti sono state raccolte dai siti di riproduzione delle zanzare nelle comunità delle parrocchie di Kingston e St. Andrew (KSA), Jamaica51, inizialmente, nel settembre 2019, e sono state allevate le generazioni successive (F1- F 12). Le zanzare sono state mantenute a una temperatura costante di 27 ± 2 °C e al 70% ± 10% di umidità in un'incubatrice. I ceppi di New Orleans (NO) Ae. aegypti sono stati utilizzati come ceppo di controllo per tutti gli esperimenti. Di routine, le larve venivano mantenute in vassoi e nutrite con pellet di koi fino alla pupa. Le pupe sono state rimosse e trasferite in tazze in gabbie per l'allevamento di insetti per ceppo. Alle zanzare adulte è stato fornito il 10% di saccarosio ad libitum. Successive raccolte di zanzare sono state condotte per mantenere le loro popolazioni vicine a quelle delle zanzare catturate sul campo.
Test di resistenza agli insetticidi (IR)
La suscettibilità del ceppo KSA alla deltametrina è stata valutata utilizzando il test in bottiglia dei Centers for Disease Control and Prevention (CDC) 52,53,54. I biotest in bottiglia sono stati effettuati su femmine adulte di età compresa tra 3 e 5 giorni. Gli adulti non alimentati con sangue (n = 20-25) sono stati trasferiti dalla loro gabbia con un aspiratore alimentato da aspirazione per inalazione in flaconi da 250 mL, prerivestiti con deltametrina alla dose diagnostica CDC di 10 μg/flacone. I flaconi di controllo sono stati pre-rivestiti con acetone. La mortalità è stata registrata ogni 15 minuti fino a 2 h53,54. Le zanzare erano considerate morte se non erano in grado di stare in piedi53,54. L'esperimento è stato ripetuto tre volte. Le zanzare di prova sono state classificate come suscettibili o resistenti utilizzando la linea guida CDC53,54.
Dosaggio insetticida - Applicazione topica
Ogni estratto vegetale preparato è stato risospeso in etanolo per ottenere una soluzione madre iniziale (1 mg/μL) e ulteriormente diluito in serie (0-0,25 mg/μL) utilizzando etanolo. L'estratto risospeso è stato applicato localmente al torace di zanzare femmine adulte di 3-5 giorni non alimentate con sangue (n = 10) seguendo i metodi precedentemente pubblicati 23,24,55. In breve, le zanzare femmine sono state trasferite dalla loro gabbia utilizzando un aspiratore per inalazione a tazze e anestetizzate/abbattute sul ghiaccio. L'estratto risospeso, 0,2 μL, è stato applicato al torace dorsale utilizzando una siringa da 10 μL della serie 700 montata su un dosatore ripetuto. Per il gruppo di controllo, l'etanolo, 0,2 μL, è stato applicato localmente. Dopo ogni esposizione al trattamento, le zanzare sono state trasferite in bicchieri di carta e alimentate con una soluzione di saccarosio al 10%. Eventuali cambiamenti nel volo o nell'andatura delle zanzare sono stati osservati per le prime 5 ore successive all'esposizione iniziale. La mortalità è stata registrata a 24 ore in condizioni standard per gli insetti. Ogni concentrazione del saggio è stata condotta in triplicato. L'esperimento è stato condotto due volte.
Saggi sinergici
Per determinare il potenziale dell'estratto come sinergizzante, è stato utilizzato un saggio biologico in bottiglia modificato con un sinergizzante23. Le zanzare femmine non nutrite con sangue, di 3-5 giorni (n = 20-25), sono state esposte localmente all'estratto vegetale alla concentrazione di dose letale del 25% (LD25) mentre erano anestetizzate/abbattute, come descritto sopra. Le zanzare sono state trasferite in una tazza a rete e osservate per 1 ora. Dopo 1 ora di volo attivo, le zanzare sono state delicatamente rimosse dalle tazze con un aspiratore alimentato da aspirazione da inalazione55 e poi trasferite in flaconi prerivestiti con 10 μg di deltametrina (totale flaconi rivestiti = 4). L'etanolo è stato utilizzato come agente di controllo per applicazioni topiche. I flaconi di controllo sono stati rivestiti con acetone. Il tasso di mortalità è stato osservato ogni 15 minuti fino a 2 ore o fino al raggiungimento del 100% di mortalità. L'efficacia dell'estratto come sinergizzante è stata confrontata con quella di un sinergizzante noto, il piperonil butossido (PBO), come suggerito in precedenza53,54. Inizialmente, le zanzare sono state esposte a bottiglie trattate con 400 μg di PBO per 1 ora. Dopo l'esposizione di 1 ora, le zanzare sono state trasferite in tazze a rete e alimentate con una soluzione di zucchero al 10%. Dopo 1 ora, le zanzare sono state trasferite delicatamente con l'aiuto dell'aspiratore in flaconi rivestiti con 10 μg di deltametrina (totale flaconi rivestiti = 4)53,54. Le zanzare sono state osservate ogni 15 minuti fino a 2 ore o fino al raggiungimento del 100% di mortalità. L'esperimento è stato condotto tre volte.
Caratterizzazione di estratti vegetali mediante gascromatografia - spettrometria di massa (GC - MS) e cromatografia liquida ad alta prestazione (HPLC)
L'estratto di P. amalago var. amalago è stato analizzato mediante sistema GC-MS accoppiato ad un rivelatore selettivo di massa con colonna DB-5 ms (60 m × 0.25 mm; spessore del film 0.25 μm). L'elio puro è stato utilizzato come gas di trasporto a una velocità di flusso di 1 mL/min. Il programma di temperatura è stato avviato a 45 °C e aumentato a una velocità di 1 °C/min fino a 280 °C, dove la velocità è stata poi aumentata a 2 °C/min. Le temperature dell'iniettore e del rivelatore sono state mantenute rispettivamente a 210 °C e 220 °C. Il volume di iniezione dell'estratto era di 1 μL. Gli indici di ritenzione sono stati calcolati utilizzando la procedura di Kovats. I composti all'interno dell'estratto sono stati identificati attraverso un confronto dei dati spettrali di massa con quelli della libreria del National Institute of Standards and Technology Mass Spectral Database (NIST) 17, come descritto in precedenza56.
L'identificazione del composto presente è stata ottenuta mediante confronto dell'estratto con uno standard di riferimento mediante HPLC. La separazione dell'estratto è stata effettuata mediante HPLC in fase stazionaria. La colonna utilizzata era C-18, con il 75% di acetonitrile e il 25% di acqua come solventi. L'estratto è stato standardizzato rispetto al fitochimico chiave identificato con un'affidabilità del 99% dall'analisi GC-MS.
Saggi CYP in vitro per zanzare
La cinetica di Michaelis-Menten è stata inizialmente calcolata per CYP9J32 (90 pmol/mL; Km 19,52 μM), la concentrazione utilizzata nel test inibitorio. I saggi CYP sono stati condotti utilizzando l'estratto di piperina purificato disciolto in una concentrazione finale di acetonitrile dello 0,1%. Il substrato fluorogenico, DEF, è stato disciolto in DMSO. La concentrazione finale di DMSO è stata dello 0,5%. È stato testato un solvente di controllo preparato con DMSO allo 0,5% e acetonitrile finale allo 0,1% per correggere eventuali effetti dei solventi nell'intervallo di diluizione. Come riferimento per confrontare le proprietà inibitorie della piperina, la deltametrina e il PBO sono stati utilizzati come controlli standard. La procedura ha seguito metodi simili a quelli descritti in precedenza23. Le reazioni enzimatiche sono state condotte in piastre a 96 pozzetti, in una soluzione tampone di fosfato di potassio 50 mM con 5 mM di MgCl2, regolata a pH 7,4, variando la concentrazione del composto in esame. Tutte le reazioni sono state preincubate a 37 °C per 5 minuti, mantenendo i 420 giri/min su un agitatore. Per avviare la reazione è stato aggiunto un sistema generatore di NADPH, costituito da NADP+ (0,001 mM), glucosio-6-fosfato (0,025 mM) e glucosio-6-fosfato deidrogenasi (5 unità/mL). Il volume finale in ciascun pozzetto era di 200 μL. Le reazioni sono state monitorate a 485 nm/530 nm (eccitazione/emissione) utilizzando uno spettrofotometro a fluorescenza con incubatore e agitatore. I dati inibitori sono presentati come media ± errore standard della media (SEM). I saggi sono stati eseguiti in triplice copia.
Modellazione dell'omologia
I modelli strutturali preliminari per CYP9J32 (Ae. aegypti) sono stati costruiti utilizzando AlphaFold57. Il gruppo eme è stato posizionato seguendo un allineamento strutturale con Homo sapiens CYP3A4 (PDB ID: 6DAA)58. È stata condotta una simulazione di dinamica molecolare delle coordinate strutturali per CYP9J32 in acqua utilizzando i parametri precedentemente descritti23.
Docking molecolare
Le coordinate finali della simulazione di dinamica molecolare sopra descritta sono state utilizzate per condurre analisi di docking molecolare con piperina utilizzando un protocollo23 precedentemente descritto.
Analisi dei dati
I dati di tossicità con l'uso di insetticidi sono presentati come % di mortalità ± deviazione standard (SD). I saggi di tossicità degli estratti vegetali sono stati condotti in triplicato. I dati dei test di tossicità dell'estratto vegetale sono presentati come dosi letali (concentrazione dell'estratto vegetale per peso corporeo di Ae femmina. Aegypti) al 50% e al 95% di mortalità ± intervallo di confidenza fiduciale del 95% (IC 95%) per popolazione (versione R 3.6.2). La mortalità nel gruppo di controllo per tutti i test di tossicità è stata inferiore al 20%. La formula di Abbott è stata utilizzata per correggere il tasso di mortalità in ciascun gruppo trattato quando necessario,72. Le analisi statistiche sono state completate utilizzando SPSS per Windows (versione 17.0). L'analisi unidirezionale della varianza (ANOVA) è stata utilizzata per determinare le differenze significative (p < 0,05) tra le medie, ove possibile.