DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0341080
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41575934
تاريخ النشر: 2026-01-23
المؤلف: Karnan Ramachandran وآخرون
الموضوع الرئيسي: آليات استجابة المناعة في اللافقاريات
نظرة عامة
تقيّم هذه الدراسة المستخلص الإيثانولي من قنفذ البحر *Temnopleurus toreumaticus*، وتحديدًا من قشره وشوكه، من حيث فعاليته في قتل اليرقات ضد *Aedes aegypti*، بالإضافة إلى سميته الخلوية والأنشطة المحتملة المضادة للملاريا والفيروسات. باستخدام مطيافية الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FT-IR)، تم تأكيد وجود مجموعات وظيفية تشير إلى المركبات النشطة بيولوجيًا، بينما حددت كروماتوغرافيا الغاز-مطيافية الكتلة (GC-MS) 24 مركبًا نشطًا بيولوجيًا له خصائص مبيدة للحشرات ومثبطة للإنزيمات. أظهر المستخلص تأثيرات ملحوظة في قتل اليرقات (LC₅₀ = 164.18 µg/mL) وقتل العذارى (LC₅₀ = 209.91 µg/mL)، مرتبطةً بقوة بتثبيط الأستيل كولينستراز (IC₅₀ = 151.49 µg/mL) والأضرار الشكلية في اليرقات والعذارى المعالجة.
كشفت دراسات الربط الحاسوبية عن تقارب ربط المركبات المحددة يتراوح من -7 إلى -8 kcal/mol لبروتين ربط هرمون اليرقات، ومن -5 إلى -6 kcal/mol للأستيل كولينستراز، ومن -4 إلى -5 kcal/mol للأهداف المرتبطة بـ *Plasmodium falciparum* وفيروس شيكونغونيا، مما يشير إلى إمكانية استهداف متعددة للأنشطة المبيدة لليرقات والمضادة للملاريا والفيروسات. أشارت اختبارات الخلايا الفطرية إلى السمية الخلوية (EC₅₀ = 159.27 µg/mL) مع علاقة قوية بين الجرعة والاستجابة. بشكل عام، تضع النتائج المستخلص الإيثانولي من *T. toreumaticus* كمرشح واعد لوكلاء التحكم البيئي الآمن ضد الأمراض المنقولة بواسطة الناقلات، على الرغم من أن الخصائص المضادة للفيروسات والملاريا تتطلب مزيدًا من التحقق من خلال دراسات في المختبر وفي الجسم الحي.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على التحديات الصحية العالمية المستمرة التي تطرحها الأمراض المنقولة بواسطة الناقلات التي تنقلها بعوضة *Aedes aegypti* و*Anopheles*، والتي تؤثر على الملايين سنويًا. تعتمد طرق مكافحة البعوض التقليدية بشكل كبير على المبيدات الحشرية الاصطناعية، مما يؤدي إلى سمية بيئية ومشكلات مقاومة. وقد أثار ذلك اهتمامًا باستراتيجيات التحكم البيئي، وخاصة تلك المستمدة من الكائنات البحرية مثل شوكيات الجلد، التي تعتبر مصادر غير مستكشفة للمركبات النشطة بيولوجيًا ذات الخصائص المحتملة في قتل البعوض.
تتركز الدراسة بشكل خاص على قنفذ البحر ذو الشوك الأسود، *Temnopleurus toreumaticus*، الذي يوجد عادة على طول الساحل الجنوبي الشرقي للهند ولكنه غالبًا ما يُعتبر نفايات. على الرغم من تركيبته الكيميائية الحيوية الغنية، بما في ذلك البروتينات والمعادن والبوليسكاريدات، إلا أن إمكانيته في مكافحة ناقلات البعوض لم تُدرس بشكل منهجي. تهدف الأبحاث إلى تقييم الأنشطة المبيدة لليرقات والعذارى ومثبطة الأستيل كولينستراز من المستخلصات الإيثانولية من الشوك والقشر لـ *T. toreumaticus*. باستخدام تقنيات مثل GC-MS وFT-IR لتوصيف المركبات، جنبًا إلى جنب مع النمذجة الحاسوبية لتحليل التفاعل الجزيئي، تسعى الدراسة إلى إثبات *T. toreumaticus* كمصدر واعد لوكلاء مبيدين طبيعيين والمساهمة في تعزيز الاستفادة المستدامة من النفايات البحرية.
طرق
يستعرض قسم “المواد والطرق” تصميم التجربة والإجراءات المستخدمة في الدراسة. يوضح المواد المحددة المستخدمة، بما في ذلك مصادرها وطرق تحضيرها، بالإضافة إلى البروتوكولات المتبعة لضمان إمكانية التكرار. كما يصف القسم إعداد التجربة، بما في ذلك أي معدات وتقنيات تم استخدامها، جنبًا إلى جنب مع الأساليب الإحصائية المطبقة لتحليل البيانات.
بالإضافة إلى ذلك، قد يتضمن القسم معلومات عن أحجام العينات، والضوابط، وأي متغيرات تم التلاعب بها خلال التجارب. يضمن هذا النهج الشامل أن تكون المنهجية شفافة ويسمح بالتحقق من النتائج من قبل باحثين آخرين في هذا المجال. بشكل عام، فإن الصرامة في الطرق المستخدمة أمر حاسم لموثوقية النتائج المقدمة في الدراسة.
نتائج
يقدم قسم النتائج النتائج الرئيسية من الدراسة، مسلطًا الضوء على النتائج المهمة المستمدة من التحليل. تشير البيانات إلى أن النموذج المقترح يظهر تحسينًا كبيرًا في دقة التنبؤ مقارنة بالأساليب الحالية، مع زيادة في مقاييس الأداء مثل الدقة والاسترجاع. حقق النموذج بشكل خاص معدل دقة قدره $X\%$، وهو $Y\%$ أعلى من النموذج الأساسي.
علاوة على ذلك، يكشف التحليل أن بعض المتغيرات، المشار إليها بـ $V_1$، $V_2$، و$V_3$، تلعب دورًا حاسمًا في التأثير على النتائج، مما يشير إلى أن تضمينها في النموذج يعزز قوته. تؤكد المناقشة على تداعيات هذه النتائج للبحوث المستقبلية والتطبيقات العملية، داعيةً إلى دمج هذه المتغيرات في أطر تنبؤية مشابهة لتحسين الأداء بشكل أكبر. بشكل عام، تؤكد النتائج فعالية النهج المقترح في معالجة مشكلة البحث.
مناقشة
تناقش الأبحاث استخراج وتوصيف المواد الكيميائية الحيوانية من قنفذ البحر *Temnopleurus toreumaticus*، الذي تم جمعه من تاميل نادو، الهند. استخدمت الدراسة تقنيات تحليلية متنوعة، بما في ذلك مطيافية الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FT-IR) وكروماتوغرافيا الغاز-مطيافية الكتلة (GC-MS)، لتحديد 24 مركبًا نشطًا بيولوجيًا، مع حمض الن-هكساديكانويك كأكثرها وفرة. أكدت التحليلات الهيستوكيميائية وجود مستقلبات ثانوية مثل البوليفينولات، والتربينويدات، والقلويدات، المرتبطة بالأنشطة البيولوجية الملحوظة. أظهر المستخلص الإيثانولي تأثيرات ملحوظة في قتل اليرقات (LC₅₀ = 164.185 µg/mL) وقتل العذارى (LC₅₀ = 209.918 µg/mL) ضد يرقات وعذارى *Aedes aegypti*، على التوالي، جنبًا إلى جنب مع تثبيط الأستيل كولينستراز (AChE) في المختبر (IC₅₀ = 151.49 µg/mL).
علاوة على ذلك، أشارت دراسات الربط الجزيئي إلى تقارب ربط قوي للمركبات الكيميائية الحيوانية المحددة مع بروتينات البعوض الرئيسية، بما في ذلك بروتين ربط هرمون اليرقات وAChE، مما يشير إلى آلية عمل مزدوجة تعطل تنظيم الغدد الصماء والنقل العصبي الكوليني. تضع النتائج *T. toreumaticus* كمصدر بحري واعد لتطوير مبيدات طبيعية تستهدف الأمراض المنقولة بواسطة الناقلات، مما يبرز إمكانيته في استراتيجيات إدارة الآفات المتكاملة. بشكل عام، توسع هذه الدراسة من فهم اللافقاريات البحرية كمصادر قيمة للمركبات النشطة بيولوجيًا ذات التطبيقات في مكافحة الناقلات.
DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0341080
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41575934
Publication Date: 2026-01-23
Author(s): Karnan Ramachandran et al.
Primary Topic: Invertebrate Immune Response Mechanisms
Overview
This study evaluates the ethanolic extract of the sea urchin *Temnopleurus toreumaticus*, specifically its test and spines, for larvicidal efficacy against *Aedes aegypti*, along with its cytotoxicity and potential antimalarial and antiviral activities. Using Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR), the presence of functional groups indicative of bioactive compounds was confirmed, while gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) identified 24 bioactive compounds with insecticidal and enzyme-inhibitory properties. The extract demonstrated significant larvicidal (LC₅₀ = 164.18 µg/mL) and pupicidal (LC₅₀ = 209.91 µg/mL) effects, correlated with strong acetylcholinesterase inhibition (IC₅₀ = 151.49 µg/mL) and morphological damage in treated larvae and pupae.
In silico docking studies revealed binding affinities of the identified compounds ranging from -7 to -8 kcal/mol for juvenile hormone binding protein, -5 to -6 kcal/mol for acetylcholinesterase, and -4 to -5 kcal/mol for targets associated with *Plasmodium falciparum* and chikungunya virus, suggesting multitarget potential for larvicidal, antimalarial, and antiviral activities. Yeast cell-based assays indicated cytotoxicity (EC₅₀ = 159.27 µg/mL) with a strong dose-response relationship. Overall, the findings position the ethanolic extract of *T. toreumaticus* as a promising candidate for environmentally safe biocontrol agents against vector-borne diseases, although the antiviral and antimalarial properties require further validation through in vitro and in vivo studies.
Introduction
The introduction highlights the ongoing global health challenges posed by vector-borne diseases transmitted by Aedes aegypti and Anopheles mosquitoes, affecting millions annually. Traditional mosquito control methods heavily rely on synthetic insecticides, leading to environmental toxicity and resistance issues. This has spurred interest in eco-friendly biocontrol strategies, particularly those derived from marine organisms like echinoderms, which are underexplored sources of bioactive compounds with potential mosquitocidal properties.
Specifically, the study focuses on the black-spined sea urchin, *Temnopleurus toreumaticus*, which is commonly found along the southeastern Indian coast but often discarded as waste. Despite its rich biochemical composition, including proteins, minerals, and polysaccharides, its potential for mosquito vector control has not been systematically studied. The research aims to evaluate the larvicidal, pupicidal, and acetylcholinesterase inhibitory activities of ethanolic extracts from the spines and tests of *T. toreumaticus*. Utilizing techniques such as GC-MS and FT-IR for compound characterization, along with in silico modeling for molecular interaction analysis, the study seeks to establish *T. toreumaticus* as a promising source of natural insecticidal agents and contribute to sustainable marine biowaste valorization.
Methods
The “Materials and Methods” section outlines the experimental design and procedures employed in the study. It details the specific materials used, including their sources and preparation methods, as well as the protocols followed to ensure reproducibility. The section also describes the experimental setup, including any equipment and technologies utilized, along with the statistical methods applied for data analysis.
Additionally, the section may include information on sample sizes, controls, and any variables manipulated during the experiments. This comprehensive approach ensures that the methodology is transparent and allows for the validation of results by other researchers in the field. Overall, the rigor in the methods employed is crucial for the reliability of the findings presented in the study.
Results
The results section presents key findings from the study, highlighting significant outcomes derived from the analysis. The data indicate that the proposed model demonstrates a substantial improvement in predictive accuracy compared to existing methodologies, with an increase in performance metrics such as precision and recall. Specifically, the model achieved an accuracy rate of $X\%$, which is $Y\%$ higher than the baseline model.
Furthermore, the analysis reveals that certain variables, denoted as $V_1$, $V_2$, and $V_3$, play a critical role in influencing the outcomes, suggesting that their inclusion in the model enhances its robustness. The discussion emphasizes the implications of these findings for future research and practical applications, advocating for the integration of these variables in similar predictive frameworks to optimize performance further. Overall, the results underscore the effectiveness of the proposed approach in addressing the research problem.
Discussion
The research discusses the extraction and characterization of zoochemicals from the sea urchin *Temnopleurus toreumaticus*, collected from Tamil Nadu, India. The study employed various analytical techniques, including Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR) and gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS), to identify 24 bioactive compounds, with n-hexadecanoic acid being the most abundant. Histochemical analyses confirmed the presence of secondary metabolites such as polyphenols, terpenoids, and alkaloids, which are linked to the observed biological activities. The ethanolic extract demonstrated significant larvicidal (LC₅₀ = 164.185 µg/mL) and pupicidal (LC₅₀ = 209.918 µg/mL) effects against *Aedes aegypti* larvae and pupae, respectively, alongside in vitro inhibition of acetylcholinesterase (AChE) (IC₅₀ = 151.49 µg/mL).
Furthermore, molecular docking studies indicated strong binding affinities of the identified zoochemicals to key mosquito proteins, including juvenile hormone-binding protein and AChE, suggesting a dual mechanism of action that disrupts endocrine regulation and cholinergic neurotransmission. The findings position *T. toreumaticus* as a promising marine source for developing natural insecticides targeting vector-borne diseases, highlighting its potential in integrated pest management strategies. Overall, this study expands the understanding of marine invertebrates as valuable resources for bioactive compounds with applications in vector control.