પાઈનના નેમાટોડ રોગના પ્રેરક તરીકે આયોડિન અને એવરમેક્ટીનનું મૂલ્યાંકન

પાઈન નેમાટોડ એક ક્વોરેન્ટાઇન સ્થળાંતર કરનાર એન્ડોપેરાસાઇટ છે જે પાઈન ફોરેસ્ટ ઇકોસિસ્ટમમાં ગંભીર આર્થિક નુકસાન પહોંચાડવા માટે જાણીતું છે. આ અભ્યાસ પાઈન નેમાટોડ્સ સામે હેલોજેનેટેડ ઇન્ડોલ્સની નેમાટીસાઇડલ પ્રવૃત્તિ અને તેમની ક્રિયા પદ્ધતિની સમીક્ષા કરે છે. પાઈન નેમાટોડ્સ સામે 5-આયોડોઇન્ડોલ અને એવરમેક્ટીન (સકારાત્મક નિયંત્રણ) ની નેમાટીસાઇડલ પ્રવૃત્તિઓ ઓછી સાંદ્રતા (10 μg/mL) પર સમાન અને ઊંચી હતી. 5-આયોડોઇન્ડોલ ફળદ્રુપતા, પ્રજનન પ્રવૃત્તિ, ગર્ભ અને લાર્વા મૃત્યુદર અને ગતિશીલ વર્તન ઘટાડે છે. અપૃષ્ઠવંશી-વિશિષ્ટ ગ્લુટામેટ-ગેટેડ ક્લોરાઇડ ચેનલ રીસેપ્ટર્સ સાથે લિગાન્ડ્સની પરમાણુ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ એ ખ્યાલને સમર્થન આપે છે કે 5-આયોડોઇન્ડોલ, એવરમેક્ટીનની જેમ, રીસેપ્ટર સક્રિય સ્થળ સાથે ચુસ્તપણે જોડાય છે. 5-આયોડોઇન્ડોલ પણ નેમાટોડ્સમાં વિવિધ ફેનોટાઇપિક વિકૃતિઓને પ્રેરિત કરે છે, જેમાં અસામાન્ય અંગ પતન/સંકોચન અને વધેલા વેક્યુલાઇઝેશનનો સમાવેશ થાય છે. આ પરિણામો સૂચવે છે કે વેક્યુલ્સ નેમાટોડ મેથિલેશન-મધ્યસ્થી મૃત્યુમાં ભૂમિકા ભજવી શકે છે. મહત્વપૂર્ણ રીતે, 5-આયોડોઇન્ડોલ બંને છોડની પ્રજાતિઓ (કોબી અને મૂળા) માટે બિન-ઝેરી હતું. આમ, આ અભ્યાસ દર્શાવે છે કે પર્યાવરણીય પરિસ્થિતિઓમાં આયોડોઇન્ડોલનો ઉપયોગ પાઈન વિલ્ટ ઇજાને નિયંત્રિત કરી શકે છે.
પાઈન વુડ નેમાટોડ (બર્સાફેલેન્ચસ ઝાયલોફિલસ) એ પાઈન વુડ નેમાટોડ્સ (PWN) માંથી આવે છે, જે સ્થળાંતર કરનારા એન્ડોપેરાસાઇટિક નેમાટોડ્સ છે જે પાઈન ફોરેસ્ટ ઇકોસિસ્ટમને ગંભીર ઇકોલોજીકલ નુકસાન પહોંચાડવા માટે જાણીતા છે. પાઈન વુડ નેમાટોડને કારણે થતો પાઈન વિલ્ટ રોગ (PWD) એશિયા અને યુરોપ સહિત અનેક ખંડોમાં એક ગંભીર સમસ્યા બની રહ્યો છે, અને ઉત્તર અમેરિકામાં, નેમાટોડ રજૂ કરાયેલી પાઈન પ્રજાતિઓનો નાશ કરે છે1,2. પાઈન વૃક્ષનો ઘટાડો એક મોટી આર્થિક સમસ્યા છે, અને તેના વૈશ્વિક ફેલાવાની સંભાવના ચિંતાજનક છે3. નીચેની પાઈન પ્રજાતિઓ પર નેમાટોડ દ્વારા સૌથી વધુ હુમલો કરવામાં આવે છે: પિનસ ડેન્સિફ્લોરા, પિનસ સિલ્વેસ્ટ્રીસ, પિનસ થનબર્ગી, પિનસ કોરેઇન્સિસ, પિનસ થનબર્ગી, પિનસ થનબર્ગી અને પિનસ રેડિએટા4. પાઈન નેમાટોડ એક ગંભીર રોગ છે જે ચેપના અઠવાડિયા કે મહિનાઓમાં પાઈન વૃક્ષોને મારી શકે છે. વધુમાં, વિવિધ ઇકોસિસ્ટમમાં પાઈન નેમાટોડ ફાટી નીકળવો સામાન્ય છે, તેથી સતત ચેપ સાંકળો સ્થાપિત કરવામાં આવી છે1.
બુર્સાફેલેન્ચસ ઝાયલોફિલસ એ એક ક્વોરેન્ટાઇન પ્લાન્ટ-પરોપજીવી નેમાટોડ છે જે સુપરફેમિલી એફેલેન્કોઇડિયા અને ક્લેડ 102.5 માંથી આવે છે. નેમાટોડ ફૂગ ખાય છે અને પાઈન વૃક્ષોના લાકડાના પેશીઓમાં પ્રજનન કરે છે, ચાર અલગ અલગ લાર્વા તબક્કામાં વિકાસ પામે છે: L1, L2, L3, L4 અને એક પુખ્ત વ્યક્તિ1,6. ખોરાકની અછતની સ્થિતિમાં, પાઈન નેમાટોડ એક વિશિષ્ટ લાર્વા તબક્કામાં જાય છે - ડાઉર, જે તેના વેક્ટર - પાઈન બાર્ક બીટલ (મોનોકેમસ અલ્ટરનેટસ) ને પરોપજીવી બનાવે છે અને સ્વસ્થ પાઈન વૃક્ષોમાં સ્થાનાંતરિત થાય છે. સ્વસ્થ યજમાનોમાં, નેમાટોડ્સ ઝડપથી છોડના પેશીઓમાંથી સ્થળાંતર કરે છે અને પેરેનકાઇમસ કોષો પર ખોરાક લે છે, જે ચેપ પછી એક વર્ષની અંદર અનેક અતિસંવેદનશીલતા પ્રતિક્રિયાઓ, પાઈન સુકાઈ જવા અને મૃત્યુ તરફ દોરી જાય છે1,7,8.
પાઈન નેમાટોડ્સનું જૈવિક નિયંત્રણ લાંબા સમયથી એક પડકાર રહ્યું છે, જેમાં 20મી સદીથી ક્વોરેન્ટાઇન પગલાં લેવામાં આવી રહ્યા છે. પાઈન નેમાટોડ્સને નિયંત્રિત કરવા માટેની વર્તમાન વ્યૂહરચનાઓમાં મુખ્યત્વે રાસાયણિક સારવારનો સમાવેશ થાય છે, જેમાં લાકડાના ધૂમ્રપાન અને ઝાડના થડમાં નેમાટીસાઈડ્સનું પ્રત્યારોપણનો સમાવેશ થાય છે. સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતા નેમાટીસાઈડ્સ એવરમેક્ટીન અને એવરમેક્ટીન બેન્ઝોએટ છે, જે એવરમેક્ટીન પરિવારના છે. આ મોંઘા રસાયણો ઘણી નેમાટોડ પ્રજાતિઓ સામે ખૂબ અસરકારક છે અને પર્યાવરણીય રીતે સલામત માનવામાં આવે છે9. જો કે, આ નેમાટીસાઈડ્સનો વારંવાર ઉપયોગ પસંદગી દબાણ બનાવવાની અપેક્ષા રાખે છે જે લગભગ ચોક્કસપણે પ્રતિરોધક પાઈન નેમાટોડ્સના ઉદભવ તરફ દોરી જશે, જેમ કે લેપ્ટીનોટાર્સા ડેસેમલાઇનેટા, પ્લુટેલા ઝાયલોસ્ટેલા અને નેમાટોડ્સ ટ્રાઇકોસ્ટ્રોંગાયલસ કોલુબ્રીફોર્મિસ અને ઓસ્ટરટેગિયા સરકમસિંક્ટા જેવા ઘણા જંતુઓ માટે દર્શાવવામાં આવ્યું છે, જેમણે ધીમે ધીમે એવરમેક્ટીન 10,11,12 સામે પ્રતિકાર વિકસાવ્યો છે. તેથી, પીવીડીને નિયંત્રિત કરવા માટે વૈકલ્પિક, ખર્ચ-અસરકારક અને પર્યાવરણને અનુકૂળ પગલાં શોધવા માટે પ્રતિકાર પેટર્નનો નિયમિતપણે અભ્યાસ અને નેમાટીસાઇડ્સનું સતત પરીક્ષણ કરવાની જરૂર છે. તાજેતરના દાયકાઓમાં, ઘણા લેખકોએ નેમાટોડ નિયંત્રણ એજન્ટો તરીકે છોડના અર્ક, આવશ્યક તેલ અને અસ્થિર પદાર્થોનો ઉપયોગ પ્રસ્તાવિત કર્યો છે13,14,15,16.
અમે તાજેતરમાં Caenorhabditis elegans 17 માં ઇન્ડોલ, એક આંતરકોષીય અને આંતરરાજ્ય સિગ્નલિંગ પરમાણુ, ની નેમેટિસાઇડલ પ્રવૃત્તિ દર્શાવી. ઇન્ડોલ એ માઇક્રોબાયલ ઇકોલોજીમાં એક વ્યાપક અંતઃકોશિક સિગ્નલ છે, જે માઇક્રોબાયલ ફિઝિયોલોજી, બીજકણ રચના, પ્લાઝમિડ સ્થિરતા, દવા પ્રતિકાર, બાયોફિલ્મ રચના અને વાઇરુલન્સ 18, 19 ને અસર કરતા અસંખ્ય કાર્યોને નિયંત્રિત કરે છે. અન્ય રોગકારક નેમાટોડ્સ સામે ઇન્ડોલ અને તેના ડેરિવેટિવ્ઝની પ્રવૃત્તિનો અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો નથી. આ અભ્યાસમાં, અમે પાઈન નેમાટોડ્સ સામે 34 ઇન્ડોલની નેમેટિસાઇડલ પ્રવૃત્તિની તપાસ કરી અને માઇક્રોસ્કોપી, ટાઇમ-લેપ્સ ફોટોગ્રાફી અને મોલેક્યુલર ડોકીંગ પ્રયોગોનો ઉપયોગ કરીને સૌથી શક્તિશાળી 5-આયોડોઇન્ડોલની ક્રિયાની પદ્ધતિ સ્પષ્ટ કરી, અને બીજ અંકુરણ પરીક્ષણનો ઉપયોગ કરીને છોડ પર તેની ઝેરી અસરોનું મૂલ્યાંકન કર્યું.
ઇન્ડોલની ઉચ્ચ સાંદ્રતા (>1.0 mM) અગાઉ નેમાટોડ્સ પર નેમાટીસાઇડલ અસર કરતી હોવાનું નોંધાયું છે. 1 mM પર ઇન્ડોલ અથવા 33 વિવિધ ઇન્ડોલ ડેરિવેટિવ્ઝ સાથે B. ઝાયલોફિલસ (મિશ્ર જીવન તબક્કાઓ) ની સારવાર કર્યા પછી, નિયંત્રણ અને સારવાર કરાયેલા જૂથોમાં જીવંત અને મૃત નેમાટોડ્સની ગણતરી કરીને B. ઝાયલોફિલસની મૃત્યુદર માપવામાં આવી હતી. પાંચ ઇન્ડોલ નોંધપાત્ર નેમાટીસાઇડલ પ્રવૃત્તિ દર્શાવે છે; સારવાર ન કરાયેલ નિયંત્રણ જૂથનું અસ્તિત્વ 24 કલાક પછી 95 ± 7% હતું. પરીક્ષણ કરાયેલા 34 ઇન્ડોલમાંથી, 1 mM પર 5-આયોડોઇન્ડોલ અને 4-ફ્લોરોઇન્ડોલ 100% મૃત્યુદરનું કારણ બને છે, જ્યારે 5,6-ડાયફ્લુરોઇન્ડિગો, મેથિલિન્ડોલ-7-કાર્બોક્સિલેટ અને 7-આયોડોઇન્ડોલ લગભગ 50% મૃત્યુદરનું કારણ બને છે (કોષ્ટક 1).
પાઈન વુડ નેમાટોડના વેક્યુલ રચના અને ચયાપચય પર 5-આયોડોઇન્ડોલની અસર. (A) પુખ્ત નર નેમાટોડ્સ પર એવરમેક્ટીન અને 5-આયોડોઇન્ડોલની અસર, (B) L1 સ્ટેજ નેમાટોડ ઇંડા અને (C) B. ઝાયલોફિલસનું ચયાપચય, (i) 0 કલાકે વેક્યુલ્સ જોવા મળ્યા ન હતા, સારવારના પરિણામે (ii) વેક્યુલ્સ, (iii) બહુવિધ વેક્યુલ્સનું સંચય, (iv) વેક્યુલ્સનો સોજો, (v) વેક્યુલ્સનું મિશ્રણ અને (vi) વિશાળ વેક્યુલ્સનું નિર્માણ થયું. લાલ તીર વેક્યુલ્સનો સોજો દર્શાવે છે, વાદળી તીર વેક્યુલ્સનું મિશ્રણ દર્શાવે છે અને કાળા તીર વિશાળ વેક્યુલ્સ સૂચવે છે. સ્કેલ બાર = 50 μm.
વધુમાં, આ અભ્યાસમાં પાઈન નેમાટોડ્સમાં મિથેન-પ્રેરિત મૃત્યુની ક્રમિક પ્રક્રિયાનું પણ વર્ણન કરવામાં આવ્યું છે (આકૃતિ 4C). મેથેનોજેનિક મૃત્યુ એ એક બિન-એપોપ્ટોટિક પ્રકારનો કોષ મૃત્યુ છે જે અગ્રણી સાયટોપ્લાઝમિક વેક્યુલ્સના સંચય સાથે સંકળાયેલ છે27. પાઈન નેમાટોડ્સમાં જોવા મળતા મોર્ફોલોજિકલ ખામીઓ મિથેન-પ્રેરિત મૃત્યુની પદ્ધતિ સાથે ગાઢ રીતે સંબંધિત હોય તેવું લાગે છે. જુદા જુદા સમયે માઇક્રોસ્કોપિક તપાસ દર્શાવે છે કે 5-આયોડોઇન્ડોલ (0.1 mM) ના સંપર્કમાં આવ્યાના 20 કલાક પછી વિશાળ વેક્યુલ્સ રચાયા હતા. સારવારના 8 કલાક પછી માઇક્રોસ્કોપિક વેક્યુલ્સ જોવા મળ્યા હતા, અને 12 કલાક પછી તેમની સંખ્યામાં વધારો થયો હતો. 14 કલાક પછી ઘણા મોટા વેક્યુલ્સ જોવા મળ્યા હતા. સારવારના 12-16 કલાક પછી ઘણા ફ્યુઝ્ડ વેક્યુલ્સ સ્પષ્ટપણે દેખાતા હતા, જે દર્શાવે છે કે વેક્યુલ ફ્યુઝન મેથેનોજેનિક મૃત્યુ પદ્ધતિનો આધાર છે. 20 કલાક પછી, સમગ્ર કૃમિમાં ઘણા વિશાળ વેક્યુલ્સ મળી આવ્યા હતા. આ અવલોકનો સી. એલિગન્સમાં મેટ્યુઓસિસના પ્રથમ અહેવાલનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે.
5-આયોડોઇન્ડોલ-સારવાર કરાયેલા કૃમિઓમાં, વેક્યુલ એકત્રીકરણ અને ભંગાણ પણ જોવા મળ્યું (આકૃતિ 5), જે કૃમિના વળાંક અને પર્યાવરણમાં વેક્યુલ મુક્તિ દ્વારા પુરાવા મળે છે. ઇંડાના શેલ પટલમાં વેક્યુલ વિક્ષેપ પણ જોવા મળ્યો હતો, જે સામાન્ય રીતે ઇંડામાંથી બહાર નીકળતી વખતે L2 દ્વારા અકબંધ રહે છે (પૂરક આકૃતિ S2). આ અવલોકનો વેક્યુલ રચના અને સપ્યુરેશન (આકૃતિ 5) ની પ્રક્રિયામાં પ્રવાહી સંચય અને ઓસ્મોરેગ્યુલેટરી નિષ્ફળતા, તેમજ ઉલટાવી શકાય તેવા કોષ ઈજા (RCI) ની સંડોવણીને સમર્થન આપે છે.
અવલોકન કરાયેલ શૂન્યાવકાશ રચનામાં આયોડિનની ભૂમિકાની પૂર્વધારણા કરીને, અમે સોડિયમ આયોડાઇડ (NaI) અને પોટેશિયમ આયોડાઇડ (KI) ની નેમેટિસાઇડલ પ્રવૃત્તિની તપાસ કરી. જો કે, સાંદ્રતા (0.1, 0.5 અથવા 1 mM) પર, તેઓ નેમાટોડના અસ્તિત્વ અથવા શૂન્યાવકાશ રચનાને અસર કરતા નહોતા (પૂરક આકૃતિ S5), જોકે 1 mM KI ની થોડી નેમેટિસાઇડલ અસર હતી. બીજી બાજુ, 7-આયોડોઇન્ડોલ (1 અથવા 2 mM), 5-આયોડોઇન્ડોલની જેમ, બહુવિધ શૂન્યાવકાશ અને માળખાકીય વિકૃતિઓને પ્રેરિત કરે છે (પૂરક આકૃતિ S6). બે આયોડોઇન્ડોલ પાઈન નેમાટોડ્સમાં સમાન ફેનોટાઇપિક લાક્ષણિકતાઓ દર્શાવે છે, જ્યારે NaI અને KI એ નથી દર્શાવી. રસપ્રદ વાત એ છે કે, પરીક્ષણ કરાયેલ સાંદ્રતા પર ઇન્ડોલ B. ઝાયલોફિલસમાં શૂન્યાવકાશ રચનાને પ્રેરિત કરતું નથી (ડેટા બતાવેલ નથી). આમ, પરિણામોએ પુષ્ટિ આપી કે ઇન્ડોલ-આયોડિન સંકુલ B. ઝાયલોફિલસના શૂન્યાવકાશીકરણ અને ચયાપચય માટે જવાબદાર છે.
નેમેટિસાઇડલ પ્રવૃત્તિ માટે પરીક્ષણ કરાયેલા ઇન્ડોલ્સમાં, 5-આયોડોઇન્ડોલનો સૌથી વધુ સ્લિપ ઇન્ડેક્સ -5.89 kcal/mol હતો, ત્યારબાદ 7-આયોડોઇન્ડોલ (-4.48 kcal/mol), 4-ફ્લોરોઇન્ડોલ (-4.33), અને ઇન્ડોલ (-4.03) (આકૃતિ 6) આવે છે. 5-આયોડોઇન્ડોલનું લ્યુસીન 218 સાથે મજબૂત બેકબોન હાઇડ્રોજન બંધન તેના બંધનને સ્થિર કરે છે, જ્યારે અન્ય તમામ ઇન્ડોલ ડેરિવેટિવ્ઝ સાઇડ ચેઇન હાઇડ્રોજન બોન્ડ દ્વારા સેરીન 260 સાથે જોડાય છે. અન્ય મોડેલ કરેલા આયોડોઇન્ડોલમાં, 2-આયોડોઇન્ડોલનું બંધન મૂલ્ય -5.248 kcal/mol છે, જે લ્યુસીન 218 સાથેના તેના મુખ્ય હાઇડ્રોજન બંધનને કારણે છે. અન્ય જાણીતા બંધનોમાં 3-આયોડોઇન્ડોલ (-4.3 kcal/mol), 4-આયોડોઇન્ડોલ (-4.0 kcal/mol), અને 6-ફ્લોરોઇન્ડોલ (-2.6 kcal/mol) (પૂરક આકૃતિ S8)નો સમાવેશ થાય છે. મોટાભાગના હેલોજેનેટેડ ઇન્ડોલ અને ઇન્ડોલ પોતે, 5-આયોડોઇન્ડોલ અને 2-આયોડોઇન્ડોલ સિવાય, સેરીન 260 સાથે બંધન બનાવે છે. લ્યુસીન 218 સાથે હાઇડ્રોજન બંધન કાર્યક્ષમ રીસેપ્ટર-લિગાન્ડ બંધનનું સૂચક છે, જેમ કે આઇવરમેક્ટીન (પૂરક આકૃતિ S7) માટે અવલોકન કરવામાં આવ્યું છે, તે પુષ્ટિ કરે છે કે 5-આયોડોઇન્ડોલ અને 2-આયોડોઇન્ડોલ, આઇવરમેક્ટીનની જેમ, લ્યુસીન 218 (આકૃતિ 6 અને પૂરક આકૃતિ S8) દ્વારા GluCL રીસેપ્ટરની સક્રિય સાઇટ સાથે ચુસ્તપણે જોડાય છે. અમે પ્રસ્તાવ મૂકીએ છીએ કે આ બંધન GluCL સંકુલના ખુલ્લા છિદ્ર માળખાને જાળવવા માટે જરૂરી છે અને GluCL રીસેપ્ટરની સક્રિય સાઇટ સાથે ચુસ્તપણે જોડાઈને, 5-આયોડોઇન્ડોલ, 2-આયોડોઇન્ડોલ, એવરમેક્ટીન અને આઇવરમેક્ટીન આમ આયન ચેનલને ખુલ્લી રાખે છે અને પ્રવાહી શોષણને મંજૂરી આપે છે.
ઇન્ડોલ અને હેલોજેનેટેડ ઇન્ડોલનું GluCL સાથે મોલેક્યુલર ડોકીંગ. (A) ઇન્ડોલ, (B) 4-ફ્લોરોઇન્ડોલ, (C) 7-આયોડોઇન્ડોલ, અને (D) 5-આયોડોઇન્ડોલ લિગાન્ડ્સને GluCL ના સક્રિય સ્થળ સાથે જોડવાનું ઓરિએન્ટેશન. પ્રોટીનને રિબન દ્વારા દર્શાવવામાં આવે છે, અને બેકબોન હાઇડ્રોજન બોન્ડ પીળા ડોટેડ લાઇન તરીકે દર્શાવવામાં આવે છે. (A′), (B′), (C′), અને (D′) આસપાસના એમિનો એસિડ અવશેષો સાથે સંબંધિત લિગાન્ડ્સની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ દર્શાવે છે, અને સાઇડ-ચેઇન હાઇડ્રોજન બોન્ડ ગુલાબી ડોટેડ તીર દ્વારા દર્શાવવામાં આવે છે.
કોબી અને મૂળાના બીજના અંકુરણ પર 5-આયોડોઇન્ડોલની ઝેરી અસરનું મૂલ્યાંકન કરવા માટે પ્રયોગો હાથ ધરવામાં આવ્યા હતા. 5-આયોડોઇન્ડોલ (0.05 અથવા 0.1 mM) અથવા એવરમેક્ટીન (10 μg/mL) ની શરૂઆતના અંકુરણ અને છોડના ઉદભવ પર બહુ ઓછી અથવા કોઈ અસર થઈ ન હતી (આકૃતિ 7). વધુમાં, સારવાર ન કરાયેલ નિયંત્રણો અને 5-આયોડોઇન્ડોલ અથવા એવરમેક્ટીનથી સારવાર કરાયેલા બીજના અંકુરણ દર વચ્ચે કોઈ નોંધપાત્ર તફાવત જોવા મળ્યો ન હતો. મૂળના વિસ્તરણ અને રચાયેલા બાજુના મૂળની સંખ્યા પર અસર નજીવી હતી, જોકે 5-આયોડોઇન્ડોલના 1 mM (તેની સક્રિય સાંદ્રતા 10 ગણી) બાજુના મૂળના વિકાસમાં થોડો વિલંબ કરે છે. આ પરિણામો સૂચવે છે કે 5-આયોડોઇન્ડોલ છોડના કોષો માટે બિન-ઝેરી છે અને અભ્યાસ કરાયેલ સાંદ્રતા પર છોડના વિકાસ પ્રક્રિયાઓમાં દખલ કરતું નથી.
બીજ અંકુરણ પર 5-આયોડોઇન્ડોલની અસર. મુરાશિગે અને સ્કૂગ અગર માધ્યમ પર એવરમેક્ટીન અથવા 5-આયોડોઇન્ડોલ સાથે અથવા વગર બી. ઓલેરેસીઆ અને આર. રેફેનિસ્ટ્રમ બીજનું અંકુરણ, અંકુર ફૂટવું અને બાજુનું મૂળ ઉગવું. 22°C તાપમાને 3 દિવસના સેવન પછી અંકુરણ નોંધાયું.
આ અભ્યાસમાં ઇન્ડોલ દ્વારા નેમાટોડના ઘણા કિસ્સાઓ નોંધાયા છે. મહત્વપૂર્ણ વાત એ છે કે, પાઈન સોયમાં આયોડોઇન્ડોલ દ્વારા મેથિલેશન (નાના વેક્યુલોના સંચયને કારણે થતી પ્રક્રિયા જે ધીમે ધીમે વિશાળ વેક્યુલોમાં ભળી જાય છે, જે આખરે પટલ ફાટી જાય છે અને મૃત્યુ તરફ દોરી જાય છે) નો આ પહેલો અહેવાલ છે, જેમાં આયોડોઇન્ડોલ વ્યાપારી નેમાટીસાઇડ એવરમેક્ટીન જેવા જ નોંધપાત્ર નેમાટીસાઇડલ ગુણધર્મો દર્શાવે છે.
પ્રોકેરીયોટ્સ અને યુકેરીયોટ્સમાં ઇન્ડોલ્સના બહુવિધ સિગ્નલિંગ કાર્યો હોવાનું અગાઉ નોંધાયું છે, જેમાં બાયોફિલ્મ અવરોધ/રચના, બેક્ટેરિયલ અસ્તિત્વ અને રોગકારકતાનો સમાવેશ થાય છે19,32,33,34. તાજેતરમાં, હેલોજેનેટેડ ઇન્ડોલ, ઇન્ડોલ આલ્કલોઇડ્સ અને અર્ધ-કૃત્રિમ ઇન્ડોલ ડેરિવેટિવ્ઝની સંભવિત ઉપચારાત્મક અસરોએ વ્યાપક સંશોધન રસ આકર્ષ્યો છે35,36,37. ઉદાહરણ તરીકે, હેલોજેનેટેડ ઇન્ડોલ સતત એસ્ચેરીચિયા કોલી અને સ્ટેફાયલોકોકસ ઓરિયસ કોષોને મારી નાખે છે37. વધુમાં, અન્ય પ્રજાતિઓ, જાતિઓ અને રાજ્યો સામે હેલોજેનેટેડ ઇન્ડોલ્સની અસરકારકતાનો અભ્યાસ કરવો વૈજ્ઞાનિક રસ ધરાવે છે, અને આ અભ્યાસ આ લક્ષ્યને પ્રાપ્ત કરવા તરફ એક પગલું છે.
અહીં, અમે C. એલિગન્સમાં 5-આયોડોઇન્ડોલ-પ્રેરિત ઘાતકતા માટે એક પદ્ધતિ પ્રસ્તાવિત કરીએ છીએ જે ઉલટાવી શકાય તેવા કોષ ઇજા (RCI) અને મિથાઈલેશન (આકૃતિઓ 4C અને 5) પર આધારિત છે. સોજો અને વેક્યુલર ડિજનરેશન જેવા એડિમેટસ ફેરફારો RCI અને મેથાઈલેશનના સૂચક છે, જે સાયટોપ્લાઝમમાં વિશાળ શૂન્યાવકાશ તરીકે પ્રગટ થાય છે48,49. RCI ATP ઉત્પાદન ઘટાડીને ઊર્જા ઉત્પાદનમાં દખલ કરે છે, ATPase પંપની નિષ્ફળતાનું કારણ બને છે, અથવા કોષ પટલને વિક્ષેપિત કરે છે અને Na+, Ca2+ અને પાણી50,51,52 ના ઝડપી પ્રવાહનું કારણ બને છે. Ca2+ અને પાણી53 ના પ્રવાહને કારણે સાયટોપ્લાઝમમાં પ્રવાહી સંચયના પરિણામે પ્રાણી કોષોમાં ઇન્ટ્રાસાયટોપ્લાઝમિક વેક્યુલ્સ ઉદ્ભવે છે. રસપ્રદ વાત એ છે કે, જો નુકસાન કામચલાઉ હોય અને કોષો ચોક્કસ સમયગાળા માટે ATP ઉત્પન્ન કરવાનું શરૂ કરે તો કોષોના નુકસાનની આ પદ્ધતિ ઉલટાવી શકાય તેવી છે, પરંતુ જો નુકસાન ચાલુ રહે અથવા વધુ ખરાબ થાય, તો કોષો મૃત્યુ પામે છે.54 અમારા અવલોકનો દર્શાવે છે કે 5-આયોડોઇન્ડોલ સાથે સારવાર કરાયેલા નેમાટોડ્સ તણાવપૂર્ણ પરિસ્થિતિઓના સંપર્કમાં આવ્યા પછી સામાન્ય બાયોસિન્થેસિસને પુનઃસ્થાપિત કરવામાં અસમર્થ છે.
B. ઝાયલોફિલસમાં 5-આયોડોઇન્ડોલ દ્વારા પ્રેરિત મિથાઇલેશન ફેનોટાઇપ આયોડિનની હાજરી અને તેના પરમાણુ વિતરણને કારણે હોઈ શકે છે, કારણ કે 7-આયોડોઇન્ડોલનો B. ઝાયલોફિલસ પર 5-આયોડોઇન્ડોલ કરતાં ઓછો અવરોધક પ્રભાવ હતો (કોષ્ટક 1 અને પૂરક આકૃતિ S6). આ પરિણામો માલ્ટિઝ એટ અલ. (2014) ના અભ્યાસો સાથે આંશિક રીતે સુસંગત છે, જેમણે અહેવાલ આપ્યો હતો કે ઇન્ડોલમાં પાયરિડિલ નાઇટ્રોજન મોઇટીનું પેરા-થી મેટા-પોઝિશનમાં સ્થાનાંતરણ, U251 કોષોમાં નાબૂદ કરાયેલ વેક્યુલાઇઝેશન, વૃદ્ધિ અવરોધ અને સાયટોટોક્સિસિટી, સૂચવે છે કે પ્રોટીનમાં ચોક્કસ સક્રિય સ્થળ સાથે પરમાણુની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા મહત્વપૂર્ણ છે27,44,45. આ અભ્યાસમાં જોવા મળેલી ઇન્ડોલ અથવા હેલોજેનેટેડ ઇન્ડોલ અને GluCL રીસેપ્ટર્સ વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ પણ આ ખ્યાલને સમર્થન આપે છે, કારણ કે 5- અને 2-આયોડોઇન્ડોલ તપાસવામાં આવેલા અન્ય ઇન્ડોલ કરતાં GluCL રીસેપ્ટર્સ સાથે વધુ મજબૂત રીતે બંધાયેલા જોવા મળ્યા હતા (આકૃતિ 6 અને પૂરક આકૃતિ S8). ઇન્ડોલના બીજા કે પાંચમા સ્થાને આયોડિન બેકબોન હાઇડ્રોજન બોન્ડ દ્વારા GluCL રીસેપ્ટરના લ્યુસીન 218 સાથે જોડાય છે, જ્યારે અન્ય હેલોજેનેટેડ ઇન્ડોલ અને ઇન્ડોલ પોતે સેરીન 260 સાથે નબળા સાઇડ-ચેઇન હાઇડ્રોજન બોન્ડ બનાવે છે (આકૃતિ 6). તેથી, અમે અનુમાન કરીએ છીએ કે હેલોજનનું સ્થાનિકીકરણ વેક્યુલર ડિજનરેશનના ઇન્ડક્શનમાં મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે, જ્યારે 5-આયોડોઇન્ડોલનું ચુસ્ત બંધન આયન ચેનલને ખુલ્લું રાખે છે, જેનાથી ઝડપી પ્રવાહી પ્રવાહ અને વેક્યુલ ભંગાણ થાય છે. જો કે, 5-આયોડોઇન્ડોલની ક્રિયાની વિગતવાર પદ્ધતિ નક્કી કરવાની બાકી છે.
5-આયોડોઇન્ડોલનો વ્યવહારિક ઉપયોગ કરતા પહેલા, છોડ પર તેની ઝેરી અસરનું વિશ્લેષણ કરવું જોઈએ. અમારા બીજ અંકુરણ પ્રયોગોએ દર્શાવ્યું છે કે અભ્યાસ કરાયેલ સાંદ્રતા પર 5-આયોડોઇન્ડોલનો બીજ અંકુરણ અથવા ત્યારબાદના વિકાસ પ્રક્રિયાઓ પર કોઈ નકારાત્મક અસર પડી નથી (આકૃતિ 7). આમ, આ અભ્યાસ પાઈન વૃક્ષો માટે પાઈન નેમાટોડ્સની હાનિકારકતાને નિયંત્રિત કરવા માટે ઇકોલોજીકલ વાતાવરણમાં 5-આયોડોઇન્ડોલના ઉપયોગ માટેનો આધાર પૂરો પાડે છે.
અગાઉના અહેવાલોએ દર્શાવ્યું છે કે ઇન્ડોલ-આધારિત ઉપચાર એન્ટિબાયોટિક પ્રતિકાર અને કેન્સર પ્રગતિની સમસ્યાને સંબોધવા માટે એક સંભવિત અભિગમ રજૂ કરે છે55. વધુમાં, ઇન્ડોલ્સમાં એન્ટિબેક્ટેરિયલ, કેન્સર વિરોધી, એન્ટીઑકિસડન્ટ, બળતરા વિરોધી, ડાયાબિટીસ વિરોધી, એન્ટિવાયરલ, એન્ટિપ્રોલિફેરેટિવ અને એન્ટિટ્યુબરક્યુલોસિસ પ્રવૃત્તિઓ હોય છે અને તે દવાના વિકાસ માટે આશાસ્પદ આધાર તરીકે સેવા આપી શકે છે56,57. આ અભ્યાસ પ્રથમ વખત એન્ટિપેરાસાઇટિક અને એન્થેલ્મિન્ટિક એજન્ટ તરીકે આયોડિનના સંભવિત ઉપયોગનું સૂચન કરે છે.
એવરમેક્ટીન ત્રણ દાયકા પહેલા શોધાયું હતું અને તેને 2015 માં નોબેલ પુરસ્કાર મળ્યો હતો, અને તેનો ઉપયોગ હજુ પણ એન્થેલ્મિન્ટિક તરીકે સક્રિય રીતે ચાલુ છે. જો કે, નેમાટોડ્સ અને જંતુનાશકોમાં એવરમેક્ટીન સામે પ્રતિકારના ઝડપી વિકાસને કારણે, પાઈન વૃક્ષોમાં PWN ચેપને નિયંત્રિત કરવા માટે વૈકલ્પિક, ઓછી કિંમતવાળી અને પર્યાવરણને અનુકૂળ વ્યૂહરચના જરૂરી છે. આ અભ્યાસ એ પદ્ધતિનો પણ અહેવાલ આપે છે જેના દ્વારા 5-આયોડોઇન્ડોલ પાઈન નેમાટોડ્સને મારી નાખે છે અને 5-આયોડોઇન્ડોલ છોડના કોષો માટે ઓછી ઝેરી છે, જે તેના ભવિષ્યના વ્યાપારી ઉપયોગ માટે સારી સંભાવનાઓ ખોલે છે.
બધા પ્રયોગો કોરિયાના ગ્યોંગસન સ્થિત યેંગનમ યુનિવર્સિટીની નૈતિકતા સમિતિ દ્વારા મંજૂર કરવામાં આવ્યા હતા અને પદ્ધતિઓ યેંગનમ યુનિવર્સિટીની નૈતિકતા સમિતિના માર્ગદર્શિકા અનુસાર કરવામાં આવી હતી.
સ્થાપિત પ્રક્રિયાઓનો ઉપયોગ કરીને ઇંડા સેવનના પ્રયોગો કરવામાં આવ્યા હતા43. ઇંડામાંથી બહાર નીકળવાના દર (HR) નું મૂલ્યાંકન કરવા માટે, 1-દિવસના પુખ્ત નેમાટોડ્સ (આશરે 100 માદા અને 100 નર) ને ફૂગ ધરાવતી પેટ્રી ડીશમાં સ્થાનાંતરિત કરવામાં આવ્યા હતા અને 24 કલાક માટે વધવા દેવામાં આવ્યા હતા. ત્યારબાદ ઇંડાને અલગ કરવામાં આવ્યા હતા અને જંતુરહિત નિસ્યંદિત પાણીમાં સસ્પેન્શન તરીકે 5-આયોડોઇન્ડોલ (0.05 mM અને 0.1 mM) અથવા એવરમેક્ટીન (10 μg/ml) સાથે સારવાર આપવામાં આવી હતી. આ સસ્પેન્શન (500 μl; આશરે 100 ઇંડા) 24-કુવા ટીશ્યુ કલ્ચર પ્લેટના કુવામાં સ્થાનાંતરિત કરવામાં આવ્યા હતા અને 22 °C પર ઉકાળવામાં આવ્યા હતા. 24 કલાકના સેવન પછી L2 ગણતરીઓ કરવામાં આવી હતી પરંતુ જો પાતળા પ્લેટિનમ વાયરથી ઉત્તેજીત કરવામાં આવે ત્યારે કોષો ખસેડતા ન હોય તો તેને મૃત માનવામાં આવતું હતું. આ પ્રયોગ બે તબક્કામાં હાથ ધરવામાં આવ્યો હતો, દરેક છ પુનરાવર્તનો સાથે. બંને પ્રયોગોમાંથી ડેટા ભેગા કરીને રજૂ કરવામાં આવ્યો હતો. HR ની ટકાવારી નીચે મુજબ ગણવામાં આવે છે:
લાર્વાના મૃત્યુદરનું મૂલ્યાંકન અગાઉ વિકસિત પ્રક્રિયાઓનો ઉપયોગ કરીને કરવામાં આવ્યું હતું. નેમાટોડના ઇંડા એકત્રિત કરવામાં આવ્યા હતા અને L2 સ્ટેજ લાર્વા ઉત્પન્ન કરવા માટે જંતુરહિત નિસ્યંદિત પાણીમાં ઇંડામાંથી બહાર નીકળીને ગર્ભને સમન્વયિત કરવામાં આવ્યા હતા. સિંક્રનાઇઝ્ડ લાર્વા (આશરે 500 નેમાટોડ્સ) ને 5-આયોડોઇન્ડોલ (0.05 mM અને 0.1 mM) અથવા એવરમેક્ટીન (10 μg/ml) સાથે સારવાર આપવામાં આવી હતી અને B. સિનેરિયા પેટ્રી પ્લેટો પર ઉછેરવામાં આવ્યા હતા. 22 °C પર 48 કલાકના ઇન્ક્યુબેશન પછી, નેમાટોડ્સને જંતુરહિત નિસ્યંદિત પાણીમાં એકત્રિત કરવામાં આવ્યા હતા અને L2, L3 અને L4 સ્ટેજની હાજરી માટે તપાસવામાં આવી હતી. L3 અને L4 સ્ટેજની હાજરી લાર્વાના રૂપાંતરને સૂચવે છે, જ્યારે L2 સ્ટેજની હાજરી કોઈ પરિવર્તનને સૂચવતી નથી. iRiS™ ડિજિટલ સેલ ઇમેજિંગ સિસ્ટમનો ઉપયોગ કરીને છબીઓ મેળવવામાં આવી હતી. આ પ્રયોગ બે તબક્કામાં હાથ ધરવામાં આવ્યો હતો, દરેકમાં છ પુનરાવર્તનો હતા. બંને પ્રયોગોમાંથી ડેટા ભેગા કરીને રજૂ કરવામાં આવ્યો હતો.
મુરાશિગે અને સ્કૂગ અગર પ્લેટો પર અંકુરણ પરીક્ષણોનો ઉપયોગ કરીને બીજ પર 5-આયોડોઇન્ડોલ અને એવરમેક્ટીનની ઝેરી અસરનું મૂલ્યાંકન કરવામાં આવ્યું. 62 બી. ઓલેરેસીઆ અને આર. રેફેનિસ્ટ્રમ બીજને પહેલા એક દિવસ માટે જંતુરહિત નિસ્યંદિત પાણીમાં પલાળીને, 1 મિલી 100% ઇથેનોલથી ધોવામાં આવ્યા, 1 મિલી 50% કોમર્શિયલ બ્લીચ (3% સોડિયમ હાઇપોક્લોરાઇટ) થી 15 મિનિટ માટે જંતુરહિત કરવામાં આવ્યા, અને 1 મિલી જંતુરહિત પાણીથી પાંચ વખત ધોવામાં આવ્યા. ત્યારબાદ જંતુરહિત બીજને 0.86 ગ્રામ/લિટર (0.2X) મુરાશિગે અને સ્કૂગ માધ્યમ અને 0.7% બેક્ટેરિયોલોજિકલ અગર ધરાવતી અંકુરણ અગર પ્લેટો પર દબાવવામાં આવ્યા જેમાં 5-આયોડોઇન્ડોલ અથવા એવરમેક્ટીન સાથે અથવા વગર. ત્યારબાદ પ્લેટોને 22 °C પર ઉકાળવામાં આવ્યા, અને 3 દિવસના ઉષ્માનિયંત્રણ પછી છબીઓ લેવામાં આવી. આ પ્રયોગ બે તબક્કામાં હાથ ધરવામાં આવ્યો, જેમાંના દરેકમાં છ પુનરાવર્તનો હતા.