Anti-tick effect and cholinesterase inhibition caused by Prosopis juliflora alkaloids: in vitro and in silico studies / Efeito carrapaticida e inibição da acetilcolinesterase por alcaloides de Prosopis juliflora: estudos in vitro e in silico

Abstract We investigated the in vitro acaricide activity of the methanolic extract (ME) and alkaloid-rich fraction (AF) of Prosopis juliflora on Rhipicephalus microplus and correlated this effect with acetylcholinesterase (AChE) inhibition. The acaricide activity was evaluated using adult and larval immersion tests. Also, we studied the possible interaction mechanism of the major alkaloids present in this fraction via molecular docking at the active site of R. microplus AChE1 (RmAChE1). Higher reproductive inhibitory activity of the AF was recorded, with effective concentration (EC50) four times lower than that of the ME (31.6 versus 121 mg/mL). The AF caused mortality of tick larvae, with lethal concentration 50% (LC50) of 13.8 mg/mL. Both ME and AF were seen to have anticholinesterase activity on AChE of R. microplus larvae, while AF was more active with half-maximal inhibitory concentration (IC50) of 0.041 mg/mL. The LC-MS/MS analyses on the AF led to identification of three alkaloids: prosopine (1), juliprosinine (2) and juliprosopine (3). The molecular docking studies revealed that these alkaloids had interactions at the active site of the RmAChE1, mainly relating to hydrogen bonds and cation-pi interactions. We concluded that the alkaloids of P. juliflora showed acaricide activity on R. microplus and acted through an anticholinesterase mechanism.

Resumo A atividade carrapaticida in vitro do extrato metanólico (EM) e da fração de alcaloides (FA) de Prosopis juliflora foi investigada, frente ao Rhipicephalus microplus, e relacionada com a inibição da enzima acetilcolinesterase (AChE). A predição in silico das interações de alcaloides dessa fração com a AChE1 de R. microplus (RmAChE1) foi realizada por acoplamento molecular. A atividade carrapaticida foi avaliada, utilizando-se os ensaios de imersão de adultos e larvas. Maior efeito sobre parâmetros reprodutivos de teleóginas foi verificado para a FA, com valor de Concentração Efetiva 50% (CE50) (31.6 mg/mL), quatro vezes menor do que o valor do EM (121 mg/mL). A FA induziu mortalidade de larvas (Concentração Letal de 50% - CL50 = 13,8 mg/mL). A inibição da atividade da AChE de larvas do carrapato foi observada para EM e FA, sendo a FA mais ativa (Concentração Inibitória 50%- CI50 de 0,041mg/mL). As análises químicas da FA permitiram a identificação dos alcaloides prosopina (1), juliprosinina (2) e juliprosopina (3). No ensaio in silico, observou-se que esses alcaloides podem interagir com o sítio ativo da RmAChE1, principalmente por ligações de hidrogênio e interações cátion-pi. Os alcaloides de P. juliflora têm atividade carrapaticida contra R. microplus, atuando através do mecanismo anticolinesterásico.

Efficacy of commercial synthetic pyrethroids and organophosphates associations used to control Rhipicephalus (Boophilus) microplus in Southern Brazil / Eficácia de associações comerciais entre piretroides sintéticos e organofosforados utilizados no controle de Rhipicephalus (Boophilus) microplus na Região Sul do Brasil

Abstract This study evaluated the acaricidal efficiency of synthetic pyrethroids (SP) associated with organophosphates (OP) against Rhipicephalus (Boophilus) microplus populations in the state of Rio Grande do Sul, Southern Brazil. Ticks were collected in 54 cattle farms and tested using in vitro adult immersion test against four commercially available acaricide mixtures of SP and OP. Only one of four acaricides, comprising a mixture of cypermethrin, chlorpyrifos, and fenthion, had a mean efficiency higher than 95%, and was effective in 94.44% (51/54) of the cattle farms tested. The acaricide with a mixture of cypermethrin, chlorpyrifos, and citronelall had the lowest mean efficiency (62.11%), and was effective in 29.62% (16/54) of cattle farms tested. Furthermore, R. (B.) microplus in Southern Brazil exhibited differing degrees of resistance to SP and OP mixtures. The results suggest that the presence of fenthion contributes to the higher efficiency of the formulation with this active principle. This is possibly due to its recent commercial availability, as tick populations have been lower challenged with this product. Monitoring the resistance of ticks to carrapaticides is essential to maximize the efficiency of these products in the control of R. (B.) microplus.

Resumo Este estudo avaliou a eficiência acaricida de piretroides sintéticos (SP) associados a organofosforados (OP) sobre populações de Rhipicephalus (Boophilus) microplus no estado do Rio Grande do Sul, Brasil. Carrapatos foram coletados em 54 fazendas de bovinos, testados in vitro pelo teste de imersão de teleóginas, contra quatro associações acaricidas comercialmente disponíveis de SP e OP. Apenas um dos quatro acaricidas, constituído por associação de cipermetrina, clorpirifós e fenthion, teve eficiência média superior a 95%, sendo eficaz em 94,44% (51/54) das fazendas testadas. O acaricida com associação de cipermetrina, clorpirifós e citronelal teve menor eficiência média (62,11%), sendo efetivo em 29,62% (16/54) das fazendas testadas. Além disso, o R. (B.) microplus no sul do Brasil, apresentou diferentes graus de resistência às associações de SP e OP. Os resultados sugerem que a presença do fenthion contribui para a maior eficiência da formulação com esse princípio ativo. Possivelmente, isso ocorre em função da sua recente introdução no mercado, já que as populações de carrapatos foram pouco desafiadas com este produto. Monitorar a resistência dos carrapatos aos carrapaticidas é fundamental para maximizar a eficiência desses produtos no controle de R. (B.) microplus.

Efeito do extrato aquoso e etanólico do angico preto sobre larvas de Rhipicephalus (Boophilus) microplus / The effect of aqueous and ethanolic extracts from the angico Preto about larvae of Rhipicephalus (Boophilus) microplus

Rhipicephalus (Boophilus) microplus representa um grande problema na bovinocultura e o uso de acaricidas é a medida de controle profilático e terapêutico mais comum contra esses ectoparasitos. Os principais problemas relacionados com essa prática dizem respeito ao desenvolvimento de linhagens resistentes de carrapatos. Assim, objetivou-se determinar o efeito de extratos da casca de Anadenanthera macrocarpa sobre as larvas de R. (B.) microplus, obtidas de um pool de ovos, acondicionadas em tubo de polietileno. De acordo com os resultados, o extrato aquoso na concentração de 8,26mg.mL-1 causou 85% de mortalidade nas primeiras 12 horas. Quanto ao extrato etanólico, observou-se maior mortalidade nas concentrações 12,5; 6,25 e 1,56mg.mL-1, em torno de 84%, percentuais semelhantes ao amitraz. Os controles negativos não apresentaram mortalidade durante o experimento. Assim, tanto o extrato aquoso como o extrato etanólico apresentaram efeito larvicida, embora o extrato etanólico tenha sido mais eficiente para a espécie, podendo ser uma alternativa no controle desse ectoparasito.

Rhipicephalus (Boophilus) microplus represents a major problem in cattle breeding and the use of acaricides is the most common prophylactic and therapeutic control measure against these ectoparasites. The main problems with this practice relate to the development of resistant strains of ticks. Thus, the objective was to determine the effect of bark extracts from Anadenanthera macrocarpa on the larvae of R.(B.) microplus, obtained from a pool of eggs packed in a polyethylene tube. According to the results, the aqueous extract at a concentration of 8.26mg.mL-1caused 85% mortality in the first 12 hours. As for the ethanolic extract, higher mortality of about 84%, a percentage similar to amitraz, was observed at concentrations of 12.5mg.mL-1, 6.25mg.mL-1 and 1.56mg.mL-1. The negative controls showed no mortality during the experiment. Thus, both the aqueous and ethanolic extracts showed larvicidal activity, although the ethanolic extract has been more efficient and could be an alternative to control this ectoparasite.

Avaliação in vitro da ação do óleo essencial de capim limão (Cymbopogon citratus) sobre o carrapato bovino Rhipicephalus (Boophilus) microplus / In vitro evaluation of the action of lemon grass (Cymbopogon citratus) essential oil on the cattle tick Rhipicephalus (Boophilus) microplus

O uso indiscriminado de produtos químicos no controle do carrapato bovino constitui a principal causa do gradativo aumento do número de cepas resistentes deste parasita às bases disponíveis no mercado. A utilização de óleos essenciais e extratos vegetais é uma prática antiga no controle de carrapatos, porém só recentemente tem recebido a devida atenção dos pesquisadores. O objetivo deste experimento foi avaliar a eficácia in vitro do óleo de capim limão (Cymbopogon citratus) sobre fêmeas ingurgitadas de Rhipicephalus (Boophilus) microplus através do exame de biocarrapaticidograma. Foram testadas seis diluições do óleo de C. citratus (1; 5; 10; 25; 50 e 100%) em uma população de carrapatos resistentes a amidínicos e piretróides sintéticos. A inibição de postura foi de 3; 23; 46; 66; 46 e 46%, a eclosão larval foi de 83; 58; 31; 0; 38 e 25% e a eficácia do tratamento foi de 32; 64; 83; 100; 88 e 82%, respectivamente. O óleo de C. citratus apresentou controle parcial do carrapato R. microplus in vitro, mesmo frente a populações resistentes a produtos químicos.

The indiscriminate use of chemical products to control the cattle tick is the main cause of the gradual increase in the number of strains of this parasite that are resistant to the bases currently available in the market. The use of essential oils and plant extracts is an ancient practice for tick control; however, only recently has it received due attention by researchers. The aim of this experiment was to evaluate the in vitro efficacy of lemongrass (Cymbopogon citratus) essential oil on engorged females of Rhipicephalus (Boophilus) microplus through immersion test. Six concentrations of Cymbopogon citratus oil (1; 5; 10; 25; 50 and 100%) were tested against a tick population resistant to synthetic formamidines and pyrethroids. The inhibition of egg-laying was 3; 23; 46; 66; 46 and 46%, the hatching was 83; 58; 31; 0; 38 and 25%, and the treatment efficacy was 32; 64; 83; 100; 88 and 82%, respectively. C. citratus oil showed partial control of the tick R. microplus in vitro, even against populations resistant to chemical products.

Proposta para teste carrapaticida por imersão de larvas de Rhipicephalus (Boophilus) microplus: avaliação em cipermetrina e amitraz / Proposal of an acaricide laboratory test larvae immersion of Rhipicephalus (Boophilus) microplus: evaluation with cypermethrin and amitraz

The aim of this work was to develop a technique of acaricides evaluation by immersion of larvae. Larvae were obtained from 30 engorged females of Riphicephalus (Boophilus) microplus were collected in a ranch in Lages, Santa Catarina state, Brazil. Larvae were obtained from 10mg of eggs placed into 5ml disposable syringes, previously prepared and kept under controlled conditions of laboratory, and collected between the third and the twelfth day of oviposition. Seven to ten days old larvae were submitted to the acaricide laboratory test, in ten replications, by their immersion in eight dilutions of commercial acaricides (amitraz or cypermethrin), for 30 seconds; for each replication and commercial product, a control group was immersed in distilled water. Results were evaluated 24 hours after each treatment by counting the number of live and dead larvae. The mean LD50 values and standard error of the mean for cypermethrin and amitraz were 2.99 ± 0.36 and 17.22 ± 4.20 ppm, respectively, for a confidence interval of 95 percent. The proposed acaricide laboratory test procedures by larvae immersion offered promising results for the evaluation of acaricides.

Objetivou-se desenvolver uma técnica de avaliação de carrapaticidas por imersão de larvas de Riphicephalus (Boophilus) microplus. As larvas foram obtidas a partir de ovos de 30 teleóginas coletadas em bovinos de uma propriedade rural do município de Lages, SC, Brasil, os quais foram acondicionados em alíquotas de 10mg por seringa descartável de 5ml, previamente preparadas e mantidas em câmara climatizada até a eclosão. Larvas com sete a dez dias de idade foram submetidas à imersão por 30 segundos em oito diluições de produtos carrapaticidas comerciais à base de amitraz e de cipermetrina, cada uma com dez repetições, sendo mantido um grupo controle para cada repetição e produto, o qual foi imerso em água destilada. A leitura foi realizada 24 horas após o tratamento com a contagem de larvas vivas e mortas. A média de DL50 para cipermetrina foi de 2,99ppm e o erro padrão de 0,36 e para o amitraz foi de 17,22ppm e o erro padrão de 4,20, com intervalo de confiança (IC) 95 por cento.