Bokán Kata

Molekuláris biológia aktuális kérdései

2007

Fitoekdiszteroidok, mint lehetséges botanikai inszekticidek

Az ekdiszteroidok első felfedezése és izolálása óta (Butenandt és Karlson, 1954) az eme vegyületek kutatása hatalmas fejlődésen ment keresztül. Különösen az utóbbi években sokszorozódott meg a jelentősége ezeknek a vegyületeknek a tudományos kutatások alapján, hiszen felismerték mind gazdasági, mind terápiás hasznosságukat.

Az ekdiszteroid kutatás fellendülésében a legnagyobb szerepet a vegyületek növényekben való véletlen felfedezése játszotta (Nakanashi, 1966). Kiderült, hogy a növények sok esetben több nagyságrenddel nagyobb mennyiségben szintetizálják ezeket az eredetileg csak állati eredetűnek ismert vegyületeket. A termékeny kutatómunkának köszönhetően ma már több mint 100 különböző növénycsalád fajaiból sikerült mintegy 300 féle fitoekdiszteroidot izolálni.

A zooekdiszteroidok állatok által termelt ekdiszteroid típusú vegyületek. A növények által termelt, ekdizonhoz hasonló szerkezetű vegyületeket fitoekdiszteroidoknak nevezzük, ámbár bizonyos szteroidokat a növények és állatok egyaránt képesek előállítani.(pl. 20-OH ekdizon, makiszteron A, posztszteron, stb.)

A szteránvázat tartalmazó vegyületek igen jelentős szerepet játszanak az élő szervezetekben: részt vesznek a sejtmembránok és a sejtszervek felépítésében. Ma már tudjuk, hogy a teljes élővilágra jellemző ez a vegyületcsoport, gombákban mikoszterolok, növényekben fitoszterolok, állatokban pedig a koleszterol tölti be ezt a funkciót.

A rovarok posztembrionális vedlése és átalakulása jól feltérképezett, hormonálisan szabályozott folyamat, melyben szerepet játszanak az agy neuroszekrétumai, az ecdyson és a juvenilis hormon.

Az ekdiszteroidokat kezdetben vedlési hormonként definiálták, de napjainkban már tudjuk, hogy szerepük ennél sokkal összetettebb: kimutathatók a frissen rakott petékben, az embrionális és posztembrionális fejlődés, valamint a felnőtt élet során egyaránt. Olyan csak gerinctelenekben előforduló szteránvázas hormonok, melyek irányítják a vedlést, a pete-és spermiumérést, valamint a diapauzát.

A rovarok de novo nem képesek a szteránváz szintézisére, ezért csakis a táplálékukból tudják ezt magukhoz venni. Ez növényevő rovarok esetében a táplálék fitoszterol-tartalmának hasznosítását jelenti.

A fitoszteroidokat a növényevő rovarok nem egyformán hasznosítják, így különösen fontossá vált a növényi szövetek szteroid-tartalmának kvalitatív és kvantitatív vizsgálata. További lényeges kérdés, hogy a növények szteroid-tartalma mennyiben befolyásolja a rovarok tápnövény választását. Mivel a növényeket igen eltérő fitoszteroid-tartalom jellemzi, és a szteroidok kémiai felépítése sokkal nagyobb változatosságot mutat, mint azt korábban gondoltuk, még fontosabbá vált tanulmányozni, hogy a rovarok számára melyek azok a szignifikáns különbségek, amik alapján választanak.

1. táblázat

Néhány növényevő rovarfaj eltérő szteroid igénye

(E. A. Bernays nyomán)

	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Orthoptera
L. migratoria	++					+++	-
S. gregaria	++					+++	-
M. differentialis	-					+++	-
T. eques	+++					+	-
C. parviceps	++					+++	+
Hemiptera
O. fasciatus		++				+	+	-	-	-
D. fasciatus		++				++
Hymenoptera
N. pratti
A. mellifera	++	+	+++			+++
A. cephalotes						+	+
Lepidoptera									++	+
M. sexta	++	++	++	++	++	++	++	++
H. zea	++	++			+	++	++	-	+	+
B. mori	+					+++
C. trisectus	-					+++
H. coffarea	-					-			+++
P. gossypiella	+					+	++
Coleoptera
H. pales	-					+++
H.postica								++	++	++
E. varivestis	+	++				++	++	++
X. ferrugineus	-					-			+++
C. chinensis	+					++
T. granarium	+++					+	+
Diptera
D. melanogaster	++					-	+++		+++
D. pachea	Kizárólag lophenol és schottenol

1=koleszterol, 2=kampeszterol, 3=24-metilén koleszterol, 4=dihidro-brasszinoszteroid, 5=brasszinoszteroid, 6= szitoszterol, 7=sztigmaszterol, 8=szpinaszterol, 9=ergoszterol, 10=lathoszterol

Míg az ekdiszteroidok hormonális funkciója gerinctelenekben ismert, a növényekkel kapcsolatban nem rendelkezünk ilyen jellegű, kellően bizonyított ismeretekkel. Sokan a növények védekező szerepű másodlagos anyagcseretermékeinek tartják őket. Bizonyított, hogy azonos növényfajon belül is, a növények különböző fejlődési stádiumaira igen eltérő ekdiszteroid-koncentráció jellemző. Hasonlóan, adott növény szerveiben igen eltérő koncentrációkat mérhetünk. A fitoszteroidok megtalálhatóak a növények levelében (Taxus cuspidata), hajtásában (Diplocisia glaucescens), kérgében (Stachyurus praecox), virágjában és magjában (Serratula inermis), vagy az egész növényben (Ajuga fajok).

Szerkezetüket tekintve az ekdiszteroidok a szteránvázas vegyületek egyik csoportját alkotják. A szteránvázon a C-17-es helyzetben általában C_8-C₁₀ alkil vagy alkenil oldalláncot viselnek. Az oldallánc hasadásával jönnek létre a C₁₉, C₂₁ és C₂₄-es vázú ekdiszteroidok.

Térbeli struktúrájuk eltér a magasabbrendű szervezetekben megtalálható szteroid hormonoktól. Az A és a B gyűrű síkja egymásra merőleges.

Nagyszámú poláros szubsztituens (hidroxil-csoportok) található bennük, ez okozza jó vízoldékonyságukat Nagy biológiai aktivitással a C-20 hidroxil származékok (pl.: 20-OH ekdizon, makiszteron A, ponaszteron A) rendelkeznek, míg az oldalláncon nem hidroxilált származékok inaktívak (posztszteron). A vedlési hormon aktivitásához tehát elengedhetetlen a hidroxilált oldallánc.

Néhány fitoekdiszteroid felépítése

ekdizon 20-OH ekdizon makiszteron A

Az ekdiszteroidok szintje meglepő módon növényekben sokkal magasabb lehet, mint rovarokban. A sáskaembrió pl. az egyik ekdiszteroidokban legmagasabb állati minta, mintegy 250ppm-et tartalmaz (szárazanyagra vonatkoztatva), míg a növényeknél az 1000 ppm ekdiszteroidtartalom egyáltalán nem ritkaság, de előfordulhat akár a 32000 ppm is, pl. a Diploclisisa glaucescens fajaiban!

Napjainkban az allélokémikus interakciók a növények és állatok közt az egyik legjobban kutatott téma, többek közt mivel érdekes perspektívát nyújt a növényi eredetű peszticidek fejlesztésében.(Báthory, 2006) Számos olyan másodlagos növényi anyagcsereterméket fedeztek fel, melyek befolyással lehetnek a rovarok fejlődésére, növekedésére vagy viselkedésére.

A botanikai inszekticidek olyan növényi eredetű anyagok, melyek káros hatást gyakorolnak a rovarokra. Egyik ismert képviseljük a neem fa (Azadirachta indica Juss.) kivonata, mely komoly nemzetközi karriert futott be. Magbelének olaja közvetlenül használható növényvédelmi célra, de gyárilag metanolos levél- és magkivonatokat is készítenek. A készítmények közös jellemzője, hogy melegvérűeken akut módon gyakorlatilag hatástalanok. (Fekete, 2005)

A fent említett neem fa hatóanyagainak részletes vizsgálata során számtalan triterpenoid és szteroid hatóanyagot sikerült izolálni (Saxena, 1989), melyek bizonyítottan inszekticid hatásúak Coleoptera, Diptera, Heteroptera, Homoptera, Hymenoptera, Orthoptera és Lepidoptera fajokra, emellett akaricid és nematicid hatásuk is kimutatható. Alkalmazásuk után leggyakrabban vedlési és egyéb fejlődési rendellenességek tapasztalhatóak. (Schmutterer, 1987)

A fitoekdiszteroid eredetű inszekticidek kapcsán lényeges kérdés, hogyan adagolhatjuk azt a rovaroknak. Mivel poláros vegyületekről van szó, a kutikulán való átjuttatás nem igazán jöhet szóba, a praktikus megoldás jelen esetben a tápcsatornába juttatás (Darvas, 1991).

Az eddigiekben rovarokon végzett, tápban való adagolással elért hatásfokkal kapcsolatos ismeretek és tapasztalatok a következők:

-A rovarok per os ekdiszteroid érzékenysége fajfüggő és fejlettségi állapot függő.

-A lárvákra fejlődési és vedlési zavarok, az imágókra többek közt petefészek struktúrálódási zavarok jellemzőek. A vedlési zavarok egyik tipikus tünete az ún. prenaturált vedlés. (Fourche, 1967)

- Az érzékenységben igen jelentős eltérések tapasztalhatóak a konkrét fitoekdiszteroidokra és a fejlettségi állapotokra jellemzően.

- Az ekdiszteroidok subletális mennyiségének alkalmázásánál dózisfüggően lehetnek serkentő és gátló hatásúak egyaránt. Pl. 5 ppm OH-ekdizon gyorsította a selyemlepke fejlődését, ennek kétszerese már erőteljesen lassította azt. (Shigematsu, 1974)

Egy lehetséges fitoekdiszteroid eredetű botanikai inszekticid létrehozásakor a következőket kell figyelembe venni (Darvas, 1991):

* A nemzetségen belül mely növényfaj mely része termeli legnagyobb koncentrációban az aktív származékot, illetve mely időben érdemes begyűjteni a növényt. (Virágzás előtt, virágzás után, stb.)

* Változik-e a hatóanyag előfordulása a termesztési módtól függően? (Szabadon ill. üvegházban termesztve)

* Rovarokra hatékony, fény-és hőstabil hatóanyagra van szükség.

* Hatékony és olcsó extrahálási eljárásokat kell kidolgozni. (BÁTHORY és mtsai, 1986)

* Célszerű lehet a termelés fokozására növényi szövettenyészetet létrehozni, illetve genetikailag manipulált mikroorganizmusokkal vagy transzgénikus tápnövényekkel fitoekdiszteroidokat termeltetni.

* Vizsgálni kell, hogy csak a kívánt célszervezetekre hat-e. Az eddigi kutatások azt mutatják, hogy a fitoekdiszteroidok gerincesekre gyakorolt hatása kifejezetten kedvező. Egyrészt a vizelettel könnyen ürülnek erőteljes vízoldékonyságuk miatt, tehát könnyen kiválaszthatók, másrészt számos jelentős élettani hatásuk ismeretes. Ilyen pl. az enyhe anabolítikus hatás (Williams 1986), a népi gyógyászatban pedig a Polipodium vulgare mint purgáló és féregűző ismert.

Felhasznált irodalom:

E. A. Bernays: Plant Sterols and Host-Plant Affiliations of Herbivores

Dr. Báthori Mária: Fitoekdiszteroidok izolálása, analízise és szerkezeti vizsgálata, Akadémiai doktori értekezés, 2006

Darvas Béla: Ajuga fajok fitoekdiszteroidjai, mint rovarfejlődés szabályozó botanikai inszekticidek, Növényvédelem, 1991, 11-12. szám

Fekete Gábor: Növényi kivonatok hatása rovarok metamorfózisára, 2005

J. B. Haborne, F. A. Tomas-Barberan: Ecological Chemistry and Biochemistry of Plant Terpenoids, 1991