Actividad larvicida de metabolitos de plantas que afectan la bioenergética mitocondrial de mosquitos Aedes aegypti

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dc.contributor.advisorStelia Carolina, Méndez Sánchez
dc.contributor.advisorLuis Carlos Vesga Gamboa
dc.contributor.authorPérez Rojas, Maria Fernanda
dc.contributor.evaluatorHerminsul De jesus, Cano Calle
dc.contributor.evaluatorWilliam Fernando, Hidalgo Bucheli
dc.date.accessioned2022-09-19T22:46:10Z
dc.date.available2022-09-19T22:46:10Z
dc.date.created2022-09-15
dc.date.issued2022-09-15
dc.description.abstractLa incidencia de las enfermedades del Dengue, Zika y chikungunya, transmitidas por Aedes aegypti, se ha incrementado en las últimas décadas. La Organización Panamericana de la Salud notificó 1.881.352 casos de DENV, 170.175 casos de CHIKV y 170.175 casos de ZIKV, en las Américas y el Caribe para la semana epidemiológica 25 del 2022 (OPS, 2022), de ahí que resulta necesario su prevención y control. Los métodos de control tradicionales usan insecticidas que generan problemas ambientales y resistencia a los principios activos en los mosquitos, debido a mecanismos etológicos, metabólicos y evolutivos (Melo et al., 2010; Rodríguez et al; 2005). El uso de productos naturales es una alternativa menos agresiva con el ambiente para controlar el vector, razón por la cual, este trabajo tuvo como objetivo identificar metabolitos secundarios de plantas con posible actividad insecticida mediante un cribado in silico y validación in vitro e in vivo sobre los complejos I y III de la cadena de transportadora de electrones en Ae. aegypti. La selección de los metabolitos de plantas se relizó por medio de docking molecular de precisión estándar y extra-precisión. Los metabolitos candidatos se evaluaron mediante técnicas experimentales, como la actividad larvicida en larvas Ae. aegypti y el efecto de estos sobre enzimas mitocondriales. Para la fase in silico, se elaboró un modelo de homología para cada proteína, luego se construyó una base de datos con metabolitos de plantas y se evaluó la posible interacción de estos metabolitos con los modelos de cada complejo usando el paquete “small molecule drug Discovery” de Schrödinger. En la etapa in vivo, se evaluó el efecto tóxico de los metabolitos previamente seleccionados sobre las larvas en estadios 3 y 4 luego de 24 y 48 horas de exposición, determinando así las concentraciones letales (CL50). En la fase in vitro, los metabolitos con mayor letalidad sobre las larvas, farnesol y carvacrol, se les evaluó su efecto sobre el complejo I y el complejo III de la cadena respiratoria, con el fin de relacionar el efecto tóxico de estos metabolitos sobre la actividad mitocondrial. Los resultados obtenidos por el docking molecular sugieren que el carvacrol presenta un docking score de -4,435 y -7,772, para el complejo I y III, respectivamente, así como una energía de afinidad -36,47 y -36,21 Kcal/mol, para cada complejo. Por otro lado, el farnesol presenta una puntuación de -3,234 para el primer complejo y -7,549 para el tercer complejo, así como una energía de afinidad de -42,13 y -55,29 Kcal/mol, para cada complejo.Los resultados anteriores se deben a interacciones presentadas por cada metabolito con la subunidad del complejo evaluado. En el caso del complejo I, se observaron interacciones con residuos como Ile 235, Tyr 295, Tyr 173 y Phe 172, mientras que para el caso del complejo III, se presentaron interacciones relevantes con los aminoácidos Phe 122, Phe 275, Leu 295 y Ile 147. En cuanto a la fase in vivo, el carvacrol, presentó un CL50 de 37,4 ppm y 34,5 ppm para las 24 y 48 horas respectivamente, y farnesol obtuvo un CL50 de 9,78 ppm y 8,73 ppm, a las 24 y 48 de horas, respectivamente. Por su parte, la actividad enzimática evaluada en la fase in vitro mostró para carvacrol una inhibición, con activadades enzimáticas de 66,4%, 39,11% y 5,6% para NADH oxidasa, NADH deshidrogenasa y NADH citocromo c reductasa, respectivamente. Por su parte, farnesol obtuvo una inhibición, con actividades de 5,9% y 19,98% para NADH oxidasa y NADH deshidrogenasa, mientras que para NADH citocromo c reductasa aumentó su actividad con 342,08%, respecto al control. De esta forma, los metabolitos evaluados en este estudio se presentan como alternativas naturales promisorias para el control del vector, por la alteración de la actividad de las enzimas de la cadena respiratoria del individuo. Además, se demuestra la efectividad de estudios in silico para evaluación preliminar de futuros compuestos.
dc.description.abstractenglishThe incidence of Dengue, Zika and chikungunya diseases, transmitted by Aedes aegypti, has increased in recent decades. The Pan American Health Organization reported 1,881,352 cases of DENV, 170,175 cases of CHIKV and 170,175 cases of ZIKV, in the Americas and the Caribbean for epidemiological week 25 of 2022 (PAHO, 2022), hence its prevention is necessary and control. Traditional control methods use insecticides that generate environmental problems and resistance to active principles in mosquitoes, due to ethological, metabolic, and evolutionary mechanisms (Melo et al., 2010; Rodríguez et al; 2005). The use of natural products is a less aggressive alternative to the environment to control the vector, which is why this work aimed to identify secondary plant metabolites with possible insecticidal activity through in silico screening and in vitro and in vivo validation on complexes I and III of the electron transport chain in Ae. aegypti. The selection of plant metabolites was performed by standard and extra precision molecular docking. Candidate metabolites were evaluated using experimental techniques, such as larvicidal activity in Ae. aegypti and their effect on mitochondrial enzymes. In the in vivo stage, the toxic effect of the previously selected metabolites on the larvae in stages 3 and 4 after 24 and 48 hours of exposure was evaluated, thus determining the lethal concentrations (LC50). In the in vitro phase, the metabolites with the highest lethality on larvae, farnesol and carvacrol, were evaluated for their effect on complex I and complex III of the respiratory chain, to relate the letal effect of these metabolites on the mitochondrial activity. The results obtained by molecular docking suggest that carvacrol has a docking score of -4,435 and -7,772, for complex I and III, respectively, as well as an affinity energy of -36,47 and -36,21 Kcal/mol, for each complex. On the other hand, farnesol has a score of -3,234 for the first complex and -7,549 for the third complex, as well as an affinity energy of -42,13 and -55,29 Kcal/mol for each complex. The previous results are due to interactions presented by each metabolite with the subunit of the evaluated complex. In the case of complex I, interactions with residues such as Ile 235, Tyr 295 and Tyr 173 were observed, while in the case of complex III, relevant interactions with Phe 275, Leu 295 and Ile 147. Regarding the in vivo phase, carvacrol presented an LC50 of 37,4 ppm and 34,5 ppm for 24 and 48 hours, respectively, and farnesol obtained an LC50 of 9,78 ppm and 8,73 ppm, at 24 and 48 hours, respectively. The enzymatic activity evaluated in the in vitro phase showed an inhibition for carvacrol, with enzymatic activities of 66,4%, 39,11% and 5,6% for NADH oxidase, NADH dehydrogenase and NADH cytochrome c reductase, respectively. For its part, farnesol obtained an inhibition, with activities of 5,9% and 19,98% for NADH oxidase and NADH dehydrogenase, while for NADH cytochrome c reductase its activity increased with 342,08%, compared to the control. In this way, the metabolites evaluated in this study are presented as promising natural alternatives for the control of the vector, due to the alteration of the activity of the enzymes of the respiratory chain of the individual. In addition, the effectiveness of in silico studies for preliminary evaluation of future compounds is demonstrated.
dc.description.degreelevelPregrado
dc.description.degreenameQuímico
dc.description.orcidhttps://orcid.org/0000-0002-0623-4639
dc.format.mimetypeapplication/pdf
dc.identifier.instnameUniversidad Industrial de Santander
dc.identifier.reponameUniversidad Industrial de Santander
dc.identifier.repourlhttps://noesis.uis.edu.co
dc.identifier.urihttps://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/11561
dc.language.isospa
dc.publisherUniversidad Industrial de Santander
dc.publisher.facultyFacultad de Ciencias
dc.publisher.programQuímica
dc.publisher.schoolEscuela de Química
dc.rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.accessrightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.coarhttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rights.creativecommonsAtribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
dc.rights.licenseAttribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0)
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subjectAedes aegypti
dc.subjectmetabolitos secundarios de plantas
dc.subjectbioinsecticidas
dc.subjectdocking molecular
dc.subjectactividad larvicida
dc.subject.keywordAedes aegypti
dc.subject.keywordplant secondary metabolites
dc.subject.keywordbioinsecticides
dc.subject.keywordmolecular docking
dc.subject.keywordlarvicidal activity
dc.titleActividad larvicida de metabolitos de plantas que afectan la bioenergética mitocondrial de mosquitos Aedes aegypti
dc.title.englishLarvicidal activity of plant metabolites that affect the mitochondrial bioenergetics of Aedes aegypti mosquitoes
dc.type.coarhttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1f
dc.type.hasversionhttp://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bcce
dc.type.localTesis/Trabajo de grado - Monografía - Pregrado
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