İNSEKTİSİT DİRENÇ YÖNETİMİ: ADANA ÖRNEĞİ Prof.Dr. Davut Alptekin Çukurova Üniversitesi, Tıp Fakültesi, Tıbbi Biyoloji Anabilim Dalı, Balcalı, 01790, Sarıçam-ADANA. Çukurova Üniversitesi, Tropikal Hastalıklar Araştırma ve Uygulama Merkezi, Balcalı, 01790, Sarıçam-ADANA. & 1
Tarımsal üretimi ve halk sağlığı alanında zararlılara karşı kullanılan kimyasal maddelere pestisit denir. Pestisitler içerisinde yer alan ve Insecta sınıfını oluşturan böceklerin herhangi bir biyolojik evresinde (larva, pupa, ergin) öldürmek için kullanılan kimyasal madde ve madde grubuna ise insektisit denir. Prof.Dr. Davut Alptekin 2
İnsektisitler; etkili olduğu böceğin biyolojik evrelerine, böceğin vücuduna giriş biçimine ve kimyasal yapılarına göre sınıflandırılabilir. Etkili olduğu böceğin biyolojik evrelerine göre de adultisit ve larvisit olarak da isimlendirilir. İnsektisitler; böceğin vücuduna giriş biçimine göre mide zehirleri, solunum zehirleri ve temas zehirleri olarak sınıflandırılır. Kullanılan insektisitlerden mide zehirleri inorganik, diğerleri ise organik bileşiklerdendir. Prof.Dr. Davut Alptekin 3
Mide zehirleri; genel protoplazma zehridir ve böceğin orta barsağında etkilidir. Arsenikli bileşikler ve Paris yeşili bu gruptandır. Solunum zehirleri; kolayca buharlaşabilen eriticiler içerisinde hazırlanan organoklorlu ve organofosfatlı bileşikler buharlaşarak solunum zehiri olarak kullanılır. Ör. Diclorvos bu gruptandır. Temas zehirleri; temas yoluyla doğrudan doğruya böceğin kütikülasından vücudun içerisine giren zehirli maddelerdir. Prof.Dr. Davut Alptekin 4
Pratikte insektisitler doğal ve sentetik bileşikler olarak ikiye grupta toplanmıştır. I-Doğal Organik Bileşikler Bu gruptaki insektisitleri bitkisel kökenli bileşikler ve petrol bileşikleri olarak ikiye ayırabiliriz. Prof.Dr. Davut Alptekin 5
Bitkisel Kökenli Bileşikler Temas yolu ile vücuda girerek sinir-kas sistemi üzerine zehir etkisi yapar. Pyrethrum (Pyrethrine) ve Rotenone bu gruba örnek olarak verilebilir. Pyrethrum çeşitli Chrysanthemum türlerinin (Chrysanthemum cinerafolis) çiçeklerinden elde edilir. Ancak bu madde hava ile temas edince okside olur. Su ile temas edince de hidrolize olur. Ayrıca fotolabildir. Kalıcılık süresinin kısa ve pahalı olması nedeniyle diğer insektisitlere karşı direnç geliştiğinde kullanılır. Bazı baklagillerin kökünden elde edilen Rotenone ise hem temas hem de mide zehri olarak etkilidir. Prof.Dr. Davut Alptekin 6
Petrol Bileşikleri Durgun su yüzüne dökülerek bir tabaka oluştururlar. Suda yaşayan ve havanın serbest oksijeni ile solunum yapan böceklerin boğularak ölmelerine neden olurlar. Ayrıca kütiküladan geçerek zehirlenmelerine de neden olurlar. Petrol bileşikleri diğer insektisitlerin eriticileri olarak ta kullanılır. Prof.Dr. Davut Alptekin 7
II-Sentetik Organik Bileşikler Vektör böceklerin kontrolünde organoklorlu, organofosfatlı, karbamatlı ve pyrethroid insektisitler olmak üzere 4 esas gruba ayrılır. Prof.Dr. Davut Alptekin 8
A-Organoklorlu İnsektisitler Asiklik ve siklik çeşitli hidrokarbonların klorlanmasıyla elde edilir. Yağda erime özelliği vardır. Bu nedenle sinir-kas sistemi üzerine etkilidir. Çoğunluğu temas yolu ile etkilidir. Ancak mide zehiri ve solunum yolu zehiri olarak ta etki gösterirler. Etki süresi uzundur. Bu nedenle besin piramidinin değişik basamaklarında artan konsantrasyonlarda devam eder. Ör. DDT (Dikloro Difenil Trikloroethan), DLN (Dieldrin), BHC (Benzen hekzaklorid). Prof.Dr. Davut Alptekin 9
B-Organofosfatlı İnsektisitler Çok zehirlidir. Bu nedenle tarımda kullanılır. Halojenli ya da halojensiz fosfat, tiyofosfat, ditiyofosfat, vb bileşikleridir. Etkisi Asetilkolin Esteraz (AchE) aktivitesisini inhibe eder. Organofosfatlı bileşikler AchE enzimini geriye dönüşümsüz olarak inhibe ederek bütün kolinerjik kavşaklarda ve sinapslarda asetil kolin birikmesine neden olur. Bu da impuls iletiminin sürekli olmasına ve paralize neden olur. Suda hidrolize olduklarından doğada kalıcılık süresi organoklorlulara göre daha kısadır. Ör. Malathion, Fenitrothion, Parathion, Dichlorvos, Fenithion, Primiphos methyl, Temephos bu gruptandır. Prof.Dr. Davut Alptekin 10
C-Karbamatlı İnsektisitler Bitkilerde mantar hastalıklarının önlenmesi amacıyla fungusit ve herbisit olarak kullanılan karbamad türevi bileşiklerdir. Etki mekanizması sinir-kas sistemi üzerine organofosfatlı insektisitler gibi AchE aktivitesini bloke ederek olur. Ancak AchE enzimini dönüşümlü inhibe ettiklerinden organofosforlu insektisitlere nazaran toksik etkileri daha azdır. Ancak Alfa-ketoglutaroksidaz, Purivat dehidrogenaz, Süksin dehidrogenaz, Trozinaz gibi enzimleri inhibe ettiğinden diğer insektisitlere nazaran memelilere daha toksiktir. Temas zehridir. Sadece adultisit olarak kullanılır. Ör. Bendiocarb, Karbaryl, Propoxur. Prof.Dr. Davut Alptekin 11
D-Pyretroid İnsektisitler Sentetik olarak elde edilmiş olan Pyrethrin lerdir. Etki mekanizması doğal Pyrethrin ler gibi sinir-kas sistemi üzerine etkilidir. Etkisi temas edip düşürme (knockdown) şeklindedir. Ör. Allethrin, Permethrin, Deltamethrin, Cyfluthrin, Cypermethrin, vb. Prof.Dr. Davut Alptekin 12
Vektör ve zararlı böceklerin kontrolünde kullanılan insektisitler birtakım problemleri de beraberinde getirmiştir. Bu problemlerin başında insektisitlere karşı gelişen dirençlilik, çevre kirliliği, diğer canlılar üzerindeki toksik etkileri gelmektedir. Vektörler birçok insektisite karşı günümüzde direnç geliştirdiği için yeni insektisitler geliştirilirken, dirençli türlerinde de negatif yönde hızla artışı söz konusudur. Prof.Dr. Davut Alptekin 13
İnsektisitlere Karşı Direnç Gelişim Mekanizması Bir insektisit veya insektisit grubunun hassas olan bir böcek populasyonunun bazı bireylerinin insektisitten etkilenmemesi durumunda Tolerans veya Dirençlilikten bahsedilir. Yani daha önceden tamamen öldürücü olan o insektisitin dozunun (%99-100) bazı bireylerini öldüremez hale gelmesidir. Prof.Dr. Davut Alptekin 14
Tolerans; Direnç genlerine bağlı olmaksızın bazı biyolojik ve çevre faktörleri nedeniyle de oluşabilir. Bu faktörler tarafından böceğin insektisit alımı azaltılarak kısmi bir dirençlilik olan tolerans gelişir. Prof.Dr. Davut Alptekin 15
Bu faktörler; böceğin insektisit alımını azaltır. Böcekler kışlamaya girerken yağlanırlar ve hareketsiz kalırlar (Hibernasyon). Böcekler yaz aylarında, çok sıcaklarda Estivasyon a girer. Böceğin fizyolojik durumu; beslenmesi özellikle aç ve kan emmiş olması, yaşı, daha önce yumurta geliştirmiş olması önemlidir. İnsektisit ile canlının temas süresi ve insektisitin ULV deki partikül büyüklüğü önemlidir. Hedef canlının kütikül yapısı da önemlidir. Prof.Dr. Davut Alptekin 16
Pestisitlerin yaygın ve bilinçsiz kullanımı sonucunda zararlı böceklerde; Bireysel, Davranışsal, Yapısal, Fizyolojik Çapraz direnç gelişebilir. Prof.Dr. Davut Alptekin 17
Bireysel Direnç Böceğin bireysel özelliği nedeniyle ortaya çıkan dirençtir. Örneğin aynı aile içerisinde yer alan iki böcekten birisi dirençli olurken diğeri duyarlı durumdadır. Böceğin uygulanan insektisite temasını sağlayan mekanizmadan kaçınmasıdır. Prof.Dr. Davut Alptekin 18
Davranışsal Direnç İlaçlama yapılan alanlardan kaçınarak insektisit ile temas etmezler. Ör. Sivrisinekler ve karasineklerin insektisit uygulanan alanlarda dinlenmeme ve mümkün olduğunca başka yerlerde dinlenme ve beslenmelerini seçmeleri gibi. Prof.Dr. Davut Alptekin 19
Yapısal Direnç Böceğin vücudunun insektisitle temasının az olması veya insektisitle temasının kesilmesi, özellikle insektisitin etki göstereceği vücut parçalarına temasın engellenmesi şeklinde adaptasyon geliştirmeleridir (Ör. Vücudun tüy veya pullarla kapatılması, bazı böceklerde ikinci çift kanadın vücudu koruyacak şekilde gelişmesi, vücudu kapatan kitin tabakasının kalınlaşması vb). Prof.Dr. Davut Alptekin 20
Fizyolojik Direnç; Böceklerin insektisitlere karşı bağışıklık kazanması ile oluşan direnç olup tamamen genetik temele dayalıdır. Farklı gruplardan insektisitlere karşı yapılan hassasiyet test sonuçlarında %90 dan az ölüm olması durumunda fizyolojik direnç olduğu düşünülmelidir. Fizyolojik dirençte birden fazla genin etkili olduğu ve poligenik kalıtım gösterdiği bildirilmiştir. Fizyolojik direnç; (1) insektisit alımının azaltılmasıyla meydana gelen dirençlilik, (2) hedef bölge direnci ve (3) metabolik kapasite değişiminden meydana gelen direnç olarak incelenebilir. Prof.Dr. Davut Alptekin 21
İnsektisit alımının azaltılmasına yönelik gelişen dirence örnek olarak kitin yapısında yer alan lipitlerin değişimi ile insektisitin kitin tabakasını aşamayıp vücuda girememesini verebiliriz. Karasinekler/Ev sinekleri ile (Musca domestica) yapılan bir çalışmada insektisit alımını etkileyen genlerin 3. kromozom üzerinde yer alan bir genle ilişkili olduğu bildirilmiştir. Prof.Dr. Davut Alptekin 22
Asetilkolin Esteraz Direnci Hedef bölge direnci; insektisit metabolizmasında rol alan enzimin yapısında rol alan ve kalıtsal olan değişikliklerle ortaya çıkan dirençtir. Organofosfat ve karbamatlı insektisitlerin kullanımında sivrisineklerde Asetilkolin Esterazın farklı bir formu oluşmaktadır. Enzimin bu formunu üreten genoma sahip bireylerde enzimin substrat ile yapacağı bağı organofosfatlı ve karbamatlı bileşiklerin bozamadığı ve enzimin normal işlevini yaptığı saptanmıştır. Dolayısıyla bu bireyler bu kimyasallara karşı dirençli hale gelmişlerdir. Prof.Dr. Davut Alptekin 23
DDT ve Pyrethroid Direnci Bu direnç ilk kez Musca domestica da saptanmış ve üç farklı gen tarafından kontrol edildiği bildirilmiştir. Birinci gen DDTaz aktivitesini kontrol etmektedir. İkinci gen sinir dokusunun DDT ve Pyrethroidlere karşı insektisit alımının azaltılmasında etkilidir. Üçüncü gen ise DDT nin DDE ye dönüştürülmesinden ve diğer insektisitlerin degradasyonunda rol oynayan kdr (knockdown resistance) genidir. Prof.Dr. Davut Alptekin 24
Knock-Down Resistance Direnci Son yıllarda ülkemizde Pyrethroid grubu insektisitler çok fazla kullanılmaktadır. Oysa DDT için gelişen direnç bazı Pyrethroid lere karşı çapraz direnç olarak karşımıza çıkmaktadır. Ülkemizde özellikle yaz aylarında sivrisineğin, tatarcıkların, karasineklerin yoğun olduğu bölgelerimizde, Akdeniz bölgesindeki sahil şeridimizdeki yazlık sitelerde çok fazla sentetik pyrethroidler mücadele de kullanılmaktadır. Bu nedenle kdr direnci bizim için oldukça önemlidir. Prof.Dr. Davut Alptekin 25
Hücre zarında voltaj bağımlı sodyum kanalları mevcuttur. Bu kanalları oluşturan proteinler birbirine bağlı 4 domain ve her domain de 6 transmembran segment içerir. Proteinin amino terminali ve karboksi terminali hücre içerisindedir. Prof.Dr. Davut Alptekin 26
Voltaj bağımlı sodyum kanalları hücre zarına bir uyarı geldiğinde zarın elektriksel yükünü değiştirerek uyarının iletilmesini sağlar. Normalde hücre zarının dış yüzeyi pozitif iç yüzeyi negatif elektrik yüküne sahiptir. Ancak uyarı geldiğinde sodyum kanalları açılarak birkaç milisaniye içerisinde sodyum iyonları hücre içerisine geçerek hücre zarı polarize durumdan depolarize duruma geçer. Bu nedenle hücre zarındaki voltaj bağımlı sodyum kanalları bir protein yapısında olup tetratoksinler ve akrep toksinleri gibi nörotoksinlerin, Chrysanthemum dan elde edilen böcek öldürücü pyrethrinlerin hedef noktası olan kanallardır. Prof.Dr. Davut Alptekin 27
DDT ve modern sentetik pyretroidlerin de hedef noktası sodyum kanallarıdır. Yine yeni sınıf Oxadiazine gibi Pyrazoline benzeri insektisitlerin de hedefi sodyum kanallarıdır. Bu nedenle böcek kontrolünde insektisitlere karşı gelişen direncin başında kdr direnci gelmektedir. Bu dirence sahip olan böceklerde sodyum kanallarını oluşturan proteinlerin geninde oluşan bir yada daha fazla nokta mutasyonları kanal proteininin normal yapısını bozar ve DDT ve Pyrethroid grubu insektisitlerin hücre içine alımını azaltır, yada alınan insektisitin parçalanmasını sağlar. Bu durumda böcek atılan insektisit ile temas ettiğinde ölmesi gerekir ancak dirençli (kdr) olması nedeniyle ölmez. Prof.Dr. Davut Alptekin 28
Voltaj bağımlı sodyum kanalı 1957 aa ten oluşan bir protein kodlamaktadır. Bu kanalın α ve β alt üniteleri bulunmakta, asıl iyon geçişini α alt ünitesi sağlamaktadır. β alt üniteleri bu kanalın hücre zarındaki pozisyonunu, hücre zarı ile dış ortam arasındaki ilişkisini ve hücre iskeleti ile bağlantısını düzenlemektedir. Prof.Dr. Davut Alptekin 29
Prof.Dr. Davut Alptekin 30
α-alt ünite üzerindeki her domainde yer alan yeşil 5-6 transmembran segmentler kanalın iç kısmını oluşturup iyon geçişini sağlar. Sarı transmembran segmentler voltaj sensörüdürler ve kanalın elektriksel yükünü pozitif yapar. Portakal sarısı olan yerler proteinin fosforlandığı yerlerdir. Oluşan kanalın çöküntülü kısmındaki EEDD kanalın dış kısmını, DEKA ise kanalın iç kısmını göstermektedir. ScTx iyon bağlama noktasıdır. Buraya bağlanan iyonun hücre içine geçip geçmeyeceğine karar verilir. Bu kısma aynı zamanda akrep toksinleri, aneztezik ilaçlar, insektisitler bağlanır ve hücre içerisine alınır. Ancak 790. amino asitte Adenin yerine Guanin gelir ve Threonin Alanin e dönüşür. Bu durum hücre içerisine insektisit girmesini engeller ve direnç gelişir. Prof.Dr. Davut Alptekin 31
2388 GCCCTGGGCAACCTGA/GCCTTCATCCTGGCCATC 785 -A--L--G--N--L T/A--F--I--L--A--I- Prof.Dr. Davut Alptekin 32
tgaaacagatggcagacaagcctcactaatgtgaggccctggatctgccagttggt ggagtacatttcaatttagcgaccactggaaggtgatcagagctctgagtgagatg taaaaagaaaagtctccacaaacagccccaccccaaactcatgagatgtcttggtg cttgtcccacaagcttggcttccagtgaagacttcagttatgagatggtgagaaga gacctgagacagtgtctctttccacagcttcgggtcttcaagctggccaagtcctg gcccaccctgaacatgctcatcaagatcatcgggaactctgtgggggccctgggca acctga/gccttcatcctggccatcatcgtctttatcttcgccctggtgggaaagca gctcctctcagagaactatgggtgccgcagggatggcatctccgtgtggaatggtg agaggctgcgctggcacatgtgtgacttcttccattccttcctcgtcgtcttccgg atcctctgcggggagtggatcgagaacatgtgggtctgcatggaggtcagccagga ctacatctgcctcaccctcttcttgacagtgatggtgctaggc Prof.Dr. Davut Alptekin 33
Soderlund ve Knipple (2003), piretroid insektisitlere karşı gelişen knock down direncinin moleküler biyolojisini çalışmışlardır. Böceklerdeki kdr direnci, difeniletan (ör. DDT) ve piretroid insektisitlerin eklembacaklılarda ve böceklerde sinir sistemine karşı duyarlılığını azaltması sonucu tanımlanmıştır. kdr direnci ilk kez 1950 yılında Musca domestica da saptanmıştır. Prof.Dr. Davut Alptekin 34
Ancak günümüz koşullarında hala Pyrethroid lerin kullanımı devam etmekte olup birçok zararlı türlerin populasyonunun hızla artacağından şüphe duyulmaktadır. Bu nedenle araştırıcılar bu şüphe üzerine son yapılan çalışmalardaki bilgileri toparlayarak Voltaj bağımlı sodyum kanalı genindeki mutasyonları belirleyerek bu mutasyonların genetik linkage analizi ile kdr direnci ile ilişkilendirmişlerdir. Prof.Dr. Davut Alptekin 35
Çalışmalarında sodyum kanalını oluşturan 4 farklı domaindeki mutasyonların her birinin kdr direnci ile ilişkisini ve etkisini belirlemeye çalışmışlardır. Belirlenen mutasyonlardan; Leu1014 mutasyonu (L1014F) nun Musca domestica da Vssc1 kanalının düzenlenmesinde ve Drosophyla melanogaster de aynı kanalın oositlerde Tip E proteinini dizayn ettiğini ve bu nedenle bu kanala Vssc1/tipE kanalı adı verildiğini bu kanalında Cismethrin grubu insektisit alınımını azalttığını bildirmişlerdir. Prof.Dr. Davut Alptekin 36
Bir diğer mutasyon Met918 (M918T) mutasyonudur. Bu mutasyon süper-kdr direncine neden olmaktadır ve Tip I ve Tip II pretroidlere karşı direnci oluşturur. Yine Valin410 (V410M) mutasyonu tütün tomurcuk kurdu (Heliothis virescens) nda para/tipe, Vssc1/tipE kanallarında permethrin duyarlılığını azalttığını belirtmişlerdir. Bunların dışında T929I ve F1538I gibi önemli mutasyonlarla, E435K, C785R gibi biraz daha az etkili ve etkisi fenotipde çok fazla görülmeyen başka mutasyonlarla fenotipde hiç etkisi görülmeyen mutasyonlar vardır. Prof.Dr. Davut Alptekin 37
Soderlund ve Knipple (2003), Prof.Dr. Davut Alptekin 38
Teşekkürler Prof.Dr. Davut Alptekin alptekin@cu.edu.tr davut.alptekin@gmail.com Çukurova Üniversitesi Tıp Fakültesi, Tıbbi Biyoloji Anabilim Dalı, Balcalı, 01790, SARIÇAM-ADANA 39