Insects are a key element of any context, both natural and artificial. Humans, during his evolution, had to manage their interaction with insects that is not always positive. Historically, the use of insecticides has been the only system capable of guaranteeing their management and has aroused the illusion that it was the definitive solution, without considering the ethical-environmental repercussions. However, the high selective pressure that has been created has favored the lack of effectiveness of some active ingredients. The phenomenon has been defined as “resistance to insecticides”. On the other hand, insects have evolved over millions of years and despite having gone through different mass extinctions have come to this day. This report aims to analyze the main mechanisms of resistance at the molecular level. In this regard, introductory elements related to the historical and current landscape of insecticides, their methods of action and the negative effects they can create on the health and environmental sector will be discussed. These arguments are not exhaustive but aim to build an adequate context for the understanding of next topics. In addition, regulatory references will also be made. Leaving these aspects aside, room is left to the real heart of the relationship about the main mechanisms of resistance contemplated from the molecular point of view. The main distinction that is made concerns the resistance of physiological and biochemical type. References will be made about the anatomy and physiology of the nervous system. Of high interest is the involvement of transmembrane proteins such as the voltage-dependent sodium channel (Nav), the gabanergic receptor (GABAR), the enzyme acetylcholinesterase, the cholinergic nicotine receptor (nAChR) and ABC transporters. To complete, about physiological resistance, reference will be made to the intervention of the external cuticle and endosymbiotic microorganisms. Then biochemical resistance is deepened. In this regard, mention is made of the involvement of different families of enzymes such as cytochrome P450, glutathione S-transferase and carboxylesterase. Such enzymes can protect the target sites of the insect because of contact with insecticides. Given the complexity in the treatment it will be necessary to take advantage of bioinformatics models useful for a correct interpretation. Cross-type resistance, being highly specific, is treated exclusively in the two case studies concerning the heterometabolic Myzus persicae Sulzer and the holometabolic Spodoptera littoralis Boisduval. These two species are of considerable importance in the scientific and agri-environmental context and will be described from a bio-ethologic point of view and considering the damage they cause to crops. Subsequently, an analysis is conducted against the characteristic resistance mechanisms. At the end, the report of the current knowledge potentially able to reduce the phenomenon is made.
Gli insetti sono un elemento cardine di qualunque contesto sia naturale sia artificiale. L'uomo, nel corso della sua evoluzione, ha dovuto gestire la sua interazione con gli insetti che non sempre è positiva. Storicamente, il ricorso agli insetticidi è stato l’unico sistema in grado di garantirne la gestione e ha suscitato l’illusione di una risoluzione definitiva, senza considerare le ripercussioni etico-ambientali. Tuttavia, l’elevata pressione selettiva che si è andata a creare ha favorito la mancata efficacia di alcuni principi attivi. Il fenomeno è stato definito come “resistenza agli insetticidi”. D’altra parte, gli insetti si sono evoluti nell’arco di milioni di anni e nonostante abbiano attraversato almeno tre estinzioni di massa sono arrivati fino a oggi. Questa relazione vuole andare ad analizzarne i principali meccanismi di resistenza a livello molecolare. A questo proposito, verranno trattati elementi di natura introduttiva legati al panorama storico e attuale degli insetticidi, alle loro modalità di azione e agli effetti negativi che possono creare nei confronti dell’ambito sanitario ed ambientale. Tali argomentazioni non sono esaustive ma mirano a costruire un adeguato contesto per la comprensione dei successivi argomenti. Inoltre, verranno analizzati anche dei riferimenti di tipo normativo. Una volta trattati questi aspetti si lascia spazio al cuore vero e proprio della relazione a riguardo dei principali meccanismi di resistenza contemplati dal punto di vista molecolare. La principale distinzione che viene effettuata riguarda la resistenza di tipo fisiologico e biochimico. A tal fine, verrà brevemente descritta l’anatomia e fisiologia del sistema nervoso. Di elevato interesse risulta essere il coinvolgimento delle proteine transmembrana quali del canale del sodio dipendente dalla tensione (Nav), del recettore gabanergico (GABAR), dell’enzima acetil colinesterasi (AChE), del recettore nicotin colinergico (nAChR) e dei trasportatori ABC. A completamento, per quanto riguarda la resistenza fisiologica, si farà riferimento all’intervento della cuticola esterna e dei microrganismi endosimbionti. Successivamente, viene approfondita la resistenza di tipo biochimico. A tal proposito, si accenna al coinvolgimento di differenti famiglie di enzimi come il citocromo P450, il glutatione S-transferasi e le carbossiesterasi. Tali enzimi sono in grado di proteggere i siti bersaglio dell’insetto a seguito del contatto con gli insetticidi. Data la complessità nella trattazione sarà necessario ricorrere a modelli di tipo bioinformatico utili per una corretta interpretazione. La resistenza di tipo incrociato, essendo decisamente specifica, viene trattata esclusivamente nei due casi studio riguardanti l’eterometabolo Myzus persicae Sulzer e l’olometabolo Spodoptera littoralis Boisduval. Queste due specie rivestono un’importanza notevole nel contesto scientifico e agroambientale e verranno descritte dal punto di vista della bioetologia e dei danni arrecati alle coltivazioni. Successivamente, si esegue un’analisi dei caratteristici meccanismi di resistenza. A conclusione, viene realizzato il resoconto delle attuali conoscenze potenzialmente in grado di ridurre quanto più possibile il fenomeno della resistenza.
I meccanismi molecolari di resistenza agli insetticidi: conoscenze attuali e casi studio
MANTA, MARCO
2021/2022
Abstract
Gli insetti sono un elemento cardine di qualunque contesto sia naturale sia artificiale. L'uomo, nel corso della sua evoluzione, ha dovuto gestire la sua interazione con gli insetti che non sempre è positiva. Storicamente, il ricorso agli insetticidi è stato l’unico sistema in grado di garantirne la gestione e ha suscitato l’illusione di una risoluzione definitiva, senza considerare le ripercussioni etico-ambientali. Tuttavia, l’elevata pressione selettiva che si è andata a creare ha favorito la mancata efficacia di alcuni principi attivi. Il fenomeno è stato definito come “resistenza agli insetticidi”. D’altra parte, gli insetti si sono evoluti nell’arco di milioni di anni e nonostante abbiano attraversato almeno tre estinzioni di massa sono arrivati fino a oggi. Questa relazione vuole andare ad analizzarne i principali meccanismi di resistenza a livello molecolare. A questo proposito, verranno trattati elementi di natura introduttiva legati al panorama storico e attuale degli insetticidi, alle loro modalità di azione e agli effetti negativi che possono creare nei confronti dell’ambito sanitario ed ambientale. Tali argomentazioni non sono esaustive ma mirano a costruire un adeguato contesto per la comprensione dei successivi argomenti. Inoltre, verranno analizzati anche dei riferimenti di tipo normativo. Una volta trattati questi aspetti si lascia spazio al cuore vero e proprio della relazione a riguardo dei principali meccanismi di resistenza contemplati dal punto di vista molecolare. La principale distinzione che viene effettuata riguarda la resistenza di tipo fisiologico e biochimico. A tal fine, verrà brevemente descritta l’anatomia e fisiologia del sistema nervoso. Di elevato interesse risulta essere il coinvolgimento delle proteine transmembrana quali del canale del sodio dipendente dalla tensione (Nav), del recettore gabanergico (GABAR), dell’enzima acetil colinesterasi (AChE), del recettore nicotin colinergico (nAChR) e dei trasportatori ABC. A completamento, per quanto riguarda la resistenza fisiologica, si farà riferimento all’intervento della cuticola esterna e dei microrganismi endosimbionti. Successivamente, viene approfondita la resistenza di tipo biochimico. A tal proposito, si accenna al coinvolgimento di differenti famiglie di enzimi come il citocromo P450, il glutatione S-transferasi e le carbossiesterasi. Tali enzimi sono in grado di proteggere i siti bersaglio dell’insetto a seguito del contatto con gli insetticidi. Data la complessità nella trattazione sarà necessario ricorrere a modelli di tipo bioinformatico utili per una corretta interpretazione. La resistenza di tipo incrociato, essendo decisamente specifica, viene trattata esclusivamente nei due casi studio riguardanti l’eterometabolo Myzus persicae Sulzer e l’olometabolo Spodoptera littoralis Boisduval. Queste due specie rivestono un’importanza notevole nel contesto scientifico e agroambientale e verranno descritte dal punto di vista della bioetologia e dei danni arrecati alle coltivazioni. Successivamente, si esegue un’analisi dei caratteristici meccanismi di resistenza. A conclusione, viene realizzato il resoconto delle attuali conoscenze potenzialmente in grado di ridurre quanto più possibile il fenomeno della resistenza.| File | Dimensione | Formato | |
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