Estudio in silico e in vivo de metabolitos secundarios de plantas con posible acción inhibitoria sobre proteínas de la cadena respiratoria mitocondrial y la acetilcolinesterasa de Rhipicephalus microplus

Alfonso Núñez, Bethsy Natalia

Estudio in silico e in vivo de metabolitos secundarios de plantas con posible acción inhibitoria sobre proteínas de la cadena respiratoria mitocondrial y la acetilcolinesterasa de Rhipicephalus microplus

dc.contributor.advisor	Méndez Sánchez, Stelia Carolina
dc.contributor.author	Alfonso Núñez, Bethsy Natalia
dc.contributor.evaluator	Oliver Doerr, Markus Hans
dc.contributor.evaluator	Perez Torres, Jhon Fredy
dc.date.accessioned	2024-11-19T13:54:34Z
dc.date.available	2024-11-19T13:54:34Z
dc.date.created	2024-11-13
dc.date.issued	2024-11-13
dc.description.abstract	La especie de garrapata Rhipicephalus microplus es responsable de pérdidas económicas en la ganadería colombiana por aproximadamente 146 millones de dólares por año; además, es vector de enfermedades como la babesiosis y anaplasmosis que generan en el ganado anemia, pérdida de peso y pueden llegar a causar finalmente la muerte. El método de control más común entre los ganaderos es el control químico, con acaricidas del grupo de los organofosforados, piretroides y lactonas macrocíclicas. Sin embargo, las garrapatas desarrollan resistencia rápidamente a estos productos sintéticos, en consecuencia, los ganaderos elevan la concentración del producto, combinan varios compuestos y aumentan la frecuencia en los baños, incrementando a su vez el problema de resistencia. Es necesario estudiar una alternativa eficaz y asequible económicamente para el control de esta garrapata, es por eso que este proyecto tiene como objetivo identificar metabolitos de plantas con posible actividad acaricida contra R. microplus con eficacia comparada o mejorada a las moléculas sintéticas y especificidad en este organismo. Por lo que se realizó un estudio de acoplamiento molecular con 300 metabolitos secundarios, usando como dianas farmacológicas, subunidades de los primeros cuatro complejos de la cadena respiratoria mitocondrial y la acetilcolinesterasa. Para el análisis in silico se obtuvieron modelos de homología con el software Alphafold de las proteínas de interés, se prepararon proteínas y ligandos usando Protein Preparation Wizard, Ligprep y un campo de fuerza OPLS3e en Maestro de Schrödinger. Se predijo el sitio drogable con Site Map y Receptor Grid generation. El Docking molecular se realizó con el módulo Glide bajo los criterios de precisión estándar (SP) y extra precisión (XP). Finalmente, se examinaron las propiedades ADME (absorción, distribución, metabolismo y excreción) y se seleccionaron aquellos metabolitos con interacciones, docking score y energía de afinidad más favorable para su validación mediante ensayos in vivo. La actividad acaricida se realizó usando dos métodos comunes en este campo, el paquete larval e inmersión larval. Los metabolitos mejor ranqueados y que se evaluaron en estos ensayos fueron: carvacrol, quercetina, naringenina, ácido gálico, linalool, eugenol y citral. Para el método de paquete larval se obtuvieron diferencias estadísticamente significativas con p≤ 0,05 para el carvacrol en las concentraciones diagnósticas, y por medio de un análisis Probit usando concentraciones múltiples se obtuvo una CL50 de 683 ppm a 72h. En el método de inmersión larval se encontraron diferencias estadísticamente significativas con p≤ 0,05 para el carvacrol, eugenol y citral en las concentraciones diagnósticas. Debido a que el carvacrol presentó resultados prometedores en ambos métodos, fue este el candidato para determinar la CL50 en inmersión, cuyo valor obtenido fue de 570 ppm a 72h. El eugenol y el citral se catalogaron como moléculas promisorias con actividad ixodicida, próximas a evaluar en el grupo de investigación. De este trabajo de investigación se concluye que un sistema de análisis in silico validado in vivo permitió identificar metabolitos secundarios con actividad acaricida, cuyo posible mecanismo de acción podría estar direccionado a dianas farmacológicas como proteínas específicas de la cadena respiratoria mitocondrial y la acetilcolinesterasa de la especie R. microplus.
dc.description.abstractenglish	The tick species Rhipicephalus microplus causes significant economic losses in Colombian livestock, estimated at approximately US$146 million annually. Additionally, this tick also acts as a vector for diseases such as babesiosis and anaplasmosis, which can lead to anemia, weight loss, and potentially fatal outcomes in cattle. The predominant control method employed by livestock farmers is the use of chemical agents, including organophosphate acaricides, pyrethroids, and macrocyclic lactones. However, the rapid development of resistance to these synthetic chemicals by ticks has prompted farmers to increase the concentration of these products, combine multiple compounds, and enhance the frequency of treatments, thereby exacerbating the resistance issue. There is a pressing need to explore effective and economically viable alternatives for tick control. This work aims to identify plant metabolites that exhibit potential acaricidal activity against R. microplus, with efficacy comparable to or exceeding that of synthetic compounds, while also demonstrating specificity for this organism. To achieve this, a molecular docking study was conducted involving 300 secondary metabolites, targeting subunits of the first four complexes of the mitochondrial respiratory chain and acetylcholinesterase. For the in silico analysis, homology models of the proteins of interest were generated using Alphafold software, and the proteins and ligands were prepared utilizing Protein Preparation Wizard, Ligprep, and the OPLS3e force field within Schrödinger's Master. The druggable sites were predicted using Site Map, followed by receptor grid generation. Molecular docking was executed with the Glide module, adhering to both standard precision (SP) and extra precision (XP) criteria. The acaricidal activity was assessed through two widely recognized methodologies in this domain: the larval packet method and the larval immersion method. The metabolites that exhibited the highest efficacy in these evaluations included carvacrol, quercetin, naringenin, gallic acid, linalool, eugenol, and citral. In the larval packet method, carvacrol demonstrated statistically significant differences at diagnostic concentrations, with a p-value of ≤ 0.05. A Probit analysis conducted with various concentrations yielded an LC50 value of 683 ppm after 72 hours. Similarly, in the larval immersion method, significant differences were observed for carvacrol, eugenol, and citral at diagnostic concentrations, with a p-value of ≤ 0.05. Given its favorable outcomes in both methodologies, carvacrol was selected for further LC50 determination in the immersion method, resulting in a value of 570 ppm at 72 hours. Additionally, eugenol and citral were identified as promising candidates with ixodicidal properties, warranting further investigation by the research team. This study concludes that an in silico analysis system, validated through in vivo experiments, facilitated the identification of secondary metabolites with acaricidal potential, likely targeting pharmacological mechanisms associated with specific proteins in the mitochondrial respiratory chain and acetylcholinesterase of the R. microplus species.
dc.description.cvlac	https://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0002221864
dc.description.degreelevel	Pregrado
dc.description.degreename	Químico
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dc.identifier.instname	Universidad Industrial de Santander
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dc.identifier.repourl	https://noesis.uis.edu.co
dc.identifier.uri	https://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/44793
dc.language.iso	spa
dc.publisher	Universidad Industrial de Santander
dc.publisher.faculty	Facultad de Ciencias
dc.publisher.program	Química
dc.publisher.school	Escuela de Química
dc.rights	info:eu-repo/semantics/openAccess
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dc.rights.coar	http://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rights.creativecommons	Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
dc.rights.license	Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombia (CC BY-NC-ND 2.5 CO)
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0/
dc.subject	Metabolitos secundarios
dc.subject	cadena respiratoria
dc.subject	acetilcolinesterasa
dc.subject	Rhipicephalus microplus
dc.subject	acoplamiento molecular
dc.subject	acaricida
dc.subject.keyword	Secondary metabolites
dc.subject.keyword	respiratory chain
dc.subject.keyword	acetylcholinesterase
dc.subject.keyword	Rhipicephalus microplus
dc.subject.keyword	molecular docking
dc.subject.keyword	acaricide
dc.title	Estudio in silico e in vivo de metabolitos secundarios de plantas con posible acción inhibitoria sobre proteínas de la cadena respiratoria mitocondrial y la acetilcolinesterasa de Rhipicephalus microplus
dc.title.english	In silico and in vivo study of plant secondary metabolites with possible inhibitory action on proteins of the mitochondrial respiratory chain and acetylcholinesterase of Rhipicephalus microplus.
dc.type.coar	http://purl.org/coar/resource_type/c_7a1f
dc.type.hasversion	http://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bcce
dc.type.local	Tesis/Trabajo de grado - Monografía - Pregrado