Actividad insecticida de metabolitos de plantas medicinales que influyen en la bioenergética mitocondrial y la acetilcolinesterasa en larvas de mosquitos Aedes aegypti

Angarita Vergara, Daniela Zulay

Actividad insecticida de metabolitos de plantas medicinales que influyen en la bioenergética mitocondrial y la acetilcolinesterasa en larvas de mosquitos Aedes aegypti

dc.contributor.advisor	Mendez Sanchez, Stelia Carolina
dc.contributor.advisor	Vesga Gamboa, Luis Carlos
dc.contributor.advisor	Duque Luna, Jonny Edward
dc.contributor.author	Angarita Vergara, Daniela Zulay
dc.contributor.evaluator	Cano Calle, Herminsul de Jesús
dc.contributor.evaluator	Daza Espinosa, Martha Cecilia
dc.date.accessioned	2023-05-29T13:17:03Z
dc.date.available	2023-05-29T13:17:03Z
dc.date.created	2023-05-23
dc.date.issued	2023-05-23
dc.description.abstract	Durante los últimos años, las epidemias de los virus del Zika, dengue y chikunguña han tenido un impacto significativo en la mayoría de las regiones tropicales y otros territorios donde está presente el vector Aedes aegypti; por ello, su efecto se ha convertido en una problemática de salud pública. La Organización Mundial de la Salud (OMS) notificó 3.110.442 casos de arbovirosis en el año 2022. Del total de casos, 2.803.096 (90.1%) fueron casos de dengue, 271.006 (8,7%) casos de chikunguña y 36.340 (1,2%) casos de zika, en las Américas y el Caribe, y se encuentran entre las primeras enfermedades con mayor incidencia en zonas tropicales (Organización Panamericana de la Salud, 2022). En la actualidad, una solución efectiva y rápida para evitar el brote masivo del vector son los insecticidas sintético, causantes de problemas ambientales, de salud y resistencia en la especie (Devine, 2008). Por otro lado, la alternativa de insecticidas naturales es menos agresiva con el ambiente, razón por la cual, este trabajo tuvo como objetivo la identificación mediante técnicas In silico de metabolitos naturales que sirvan para el control del vector Aedes aegypti, teniendo como diana farmacológica la mitocondria, específicamente en los complejos II, IV y la acetilcolinesterasa, y su posterior evaluación, In vitro e In vivo, de los compuestos promisorios. Este libro se encuentra dividido en tres capítulos, en el primero se muestra la identificación y selección de los metabolitos promisorios por acoplamiento molecular. El segundo capítulo muestra las técnicas experimentales aplicadas en las enzimas mitocondriales y la acetilcolinesterasa, y, por último, en el tercer capítulo se relacionan los resultados obtenidos en los anteriores capítulos. Para la fase In silico, se elaboró un modelo de homología para cada proteína y se eligió la estructura cristalina de la especie Drosophila melanogaster para la enzima acetilcolinesterasa. Luego, se construyó una base de datos con metabolitos de plantas y se evaluó la posible interacción de estos metabolitos secundarios con los modelos de cada enzima 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). Como resultados de la fase In vitro e In vivo, se seleccionaron los compuestos carvacrol, timol y xantona, debido a su mayor letalidad sobre larvas de Ae. aegypti, y, se les evaluó su efecto sobre el trasporte de electrones a través de las proteínas de los complejos II, IV, así como el efecto en la actividad de la acetilcolinesterasa, con el fin de relacionar el efecto tóxico de estos metabolitos sobre los organismos vivos, con la actividad de las proteínas relevantes como la AChE y la mitocondria. Los resultados obtenidos en el docking molecular sugieren que el carvacrol, el timol y la xantona pueden interactuar con las subunidad A del complejo II y la subunidad IV del complejo IV, así como también pueden interaccionar con la acetilcolinesterasa. Para soportar estos resultados, la evaluación de la fase In Vivo, indican que, el carvacrol, presentó un CL50 de 37,4 ppm y 34,5 ppm para las 24 y 48 horas respectivamente. El timol mostró un CL50 de 63,3 ppm y 56,7 ppm para las 24 y 48 horas respectivamente, y, la xantona presentó un CL50 de 3,5 ppm para las 24 horas y de 2,7 ppm para las 48 horas. Dicha mortalidad puede estar relacionada con la inhibición de la cadena transportadora de electrones a través de la inhibición producida por el carvacrol en el complejo IV y la xantona y el timol en el complejo II. Además, el compuesto carvacrol, logró inhibir efectivamente la enzima acetilcolinesterasa. De esta forma, los metabolitos evaluados en este estudio se presentan como alternativas naturales prometedoras y de gran impacto para el control del vector, por la excelente alteración de la actividad de las enzimas de la cadena respiratoria y la acetilcolinesterasa del individuo; además, se demuestra la efectividad de los estudios In silico para evaluación preliminar de futuros compuestos.
dc.description.abstractenglish	In recent years, the Zika, dengue, and chikungunya virus epidemics have had a significant impact in most tropical regions and other territories where the Aedes aegypti vector is present; therefore, its effect has become a public health problem. The World Health Organization (WHO) reported 3,110,442 cases of arboviruses in the year 2022. Of the total cases, 2,803,096 (90.1%) were dengue cases, 271,006 (8.7%) chikungunya cases, and 36,340 (1.2%) cases of Zika, in the Americas and the Caribbean, and are among the first diseases with the highest incidence in tropical areas (Pan American Health Organization, 2022). Currently, an effective and quick solution to avoid the massive outbreak of the vector are synthetic insecticides, which cause environmental, health and resistance problems in the species (Devine, 2008). On the other hand, the alternative of natural insecticides is less aggressive with the environment, which is why this work aimed to identify, through In silico techniques, natural metabolites that serve to control the Aedes aegypti vector, having as a pharmacological target the mitochondria, specifically in complexes II, IV and acetylcholinesterase, and their subsequent evaluation, In vitro and In vivo, of the promising compounds. This book is divided into three chapters. The first shows the identification and selection of promising metabolites by molecular coupling. The second chapter shows the experimental techniques applied to mitochondrial enzymes and acetylcholinesterase, and finally, the third chapter lists the results obtained in the previous chapters. For the In silico phase, a homology model was developed for each protein and the crystalline structure of the Drosophila melanogaster species was chosen for the acetylcholinesterase enzyme. Then, a database with plant metabolites was built and the possible interaction of these secondary metabolites with the models of each enzyme was evaluated using Schrödinger's ‘Small Molecule Drug Discovery’ package. In the In vivo stage, the toxic effect of the previously selected metabolites on larvae in stages 3 and 4 after 24 and 48 hours of exposure was evaluated, thus determining the lethal concentrations (LC50). As results of the In vitro and In vivo phase, the compounds carvacrol, thymol and xanthone were selected, due to their higher lethality on Ae. aegypti, and their effect on the transport of electrons through the proteins of complexes II, IV, as well as the effect on the activity of acetylcholinesterase, was evaluated in order to relate the toxic effect of these metabolites on the living organisms, with the activity of relevant proteins such as AChE and mitochondria. The results obtained in molecular docking suggest that carvacrol, thymol and xanthone can interact with subunit A of complex II and subunit IV of complex IV, as well as interact with acetylcholinesterase. To support these results, the evaluation of the In Vivo phase indicates that carvacrol presented an LC50 of 37.4 ppm and 34.5 ppm for 24 and 48 hours, respectively. Thymol showed an LC50 of 63.3 ppm and 56.7 ppm for 24 and 48 hours, respectively, and xanthone had an LC50 of 3.5 ppm for 24 hours and 2.7 ppm for 48 hours. Said mortality may be related to the inhibition of the electron transport chain through the inhibition produced by carvacrol in complex IV and xanthone and thymol in complex II. In addition, the compound carvacrol managed to effectively inhibit the enzyme acetylcholinesterase. In this way, the metabolites evaluated in this study are presented as promising natural alternatives with great impact for vector control, due to the excellent alteration of the activity of the enzymes of the respiratory chain and the individual's acetylcholinesterase; In addition, the effectiveness of in silico studies for preliminary evaluation of future compounds is demonstrated.
dc.description.cvlac	https://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/EnRecursoHumano/query.do
dc.description.degreelevel	Pregrado
dc.description.degreename	Químico
dc.format.mimetype	application/pdf
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/20.500.14071/14413
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	Attribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0)
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subject	Aedes Aegypti
dc.subject	Insecticida
dc.subject	Cadena respiratoria mitocondrial
dc.subject	Enzimas
dc.subject	Vector
dc.subject.keyword	Aedes Aegypti
dc.subject.keyword	Insecticide
dc.subject.keyword	Mitochondrial respiratory chain
dc.subject.keyword	enzymes
dc.subject.keyword	Vector
dc.title	Actividad insecticida de metabolitos de plantas medicinales que influyen en la bioenergética mitocondrial y la acetilcolinesterasa en larvas de mosquitos Aedes aegypti
dc.title.english	Insecticidal activity of medicinal plant metabolites influencing mitochondrial bioenergetics and acetylcholinesterase in Aedes aegypti mosquito larvae
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
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