用于評價有機材料的驅避品質的方法以及用于驅避節肢動物的方法和組合物的制作方法
【專利摘要】本發明提供了用作昆蟲驅避劑的化合物、包含所述驅避劑的組合物以及使用所述化合物和組合物驅避節肢動物的方法。本公開進一步提供了捕蟲器和用于鑒定生物分子的配體和同源物的方法。
【專利說明】用于評價有機材料的驅避品質的方法以及用于驅避節肢動物的方法和組合物
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請根據35U.S.C.§ 119(e)要求2011年10月17日提交的美國臨時申請序號61/548，141的權益，所述臨時申請的公開內容特此以引用的方式整體并入。
【技術領域】
[0003]本公開提供了用作昆蟲驅避劑的化合物和包含所述驅避劑的組合物。本公開進一步提供了用作昆蟲引誘劑的化合物和包含所述引誘劑的組合物。本公開進一步提供了用作捕蟲器的化合物。
[0004]背景
[0005]許多昆蟲是疾病的載體。按蚊(Anopheles)屬中的蚊子是瘧疾(由錐蟲(Trypanosoma)屬中的原生動物引起的疾病)的主要載體。埃及伊蚊(Aedes aegypti)是引起黃熱病和登革熱的病毒的主要載體。其它病毒(各種類型的腦炎的致病劑)也被伊蚊屬(Aedes spp.)蚊子攜帶。班氏吳策線蟲(Wuchereria bancrofti)和馬來絲蟲(Brugiamalayi)(引起絲 蟲病的寄生蛔蟲)通常通過庫蚊(Culex)屬、曼蚊(Mansonia)屬以及按蚊屬傳播。
[0006]馬蜆和鹿蜆可以傳播兔熱病(土拉巴氏桿菌(Pasteurella tularensis))和炭疽(炭疽桿菌(Bacillus anthracis))的細菌病原體以及在熱帶非洲地區引起羅阿絲蟲病的寄生蛔蟲(非洲眼線蟲(Loa 1a)) ο
[0007]潛蠅(Hippelates)屬中的眼睛蚊蚋可以攜帶引起雅司病的螺旋體病原體(極細密螺旋體(Treponema pertenue)),并且也可以傳播結膜炎(紅眼)。舌蜆(Glossina)屬中的采采蠅傳播引起非洲昏睡病的原生動物病原體(網比亞錐蟲(Trypanosoma gambiense)和羅得西亞錐蟲(T.rhodesiense))。白蛉(Phlebotomus)屬中的白蛉子是在南美洲地區引起卡里翁病(奧羅亞熱(oroyo fever))的細菌(桿菌狀巴爾通氏體(Bartonellabacilliformis))的載體。在亞洲和北非的部分地區，它們傳播引起白蛉子熱(白蛉熱)的病毒劑以及引起利什曼病的原生動物病原體(利什曼原蟲屬(Leishmania spp.))。
[0008]大多數食血昆蟲(包括蚊子、白蛉、采采蠅)使用嗅覺提示來鑒定人宿主。這組吸血昆蟲可以傳播廣泛種類的致死性人疾病，所述致死性人疾病共同引起全球范圍內比任何其它疾病病狀更多的苦難和死亡。通過所述昆蟲傳播的疾病包括瘧疾、登革熱、黃熱病、西尼羅病毒、絲蟲病、盤尾絲蟲病、流行性多關節炎、利什曼病(Leshmaniasis)、錐蟲病、日本腦炎、圣路易腦炎等。
[0009]嗅覺系統可以在環境中在極其大量的揮發性化合物之中進行察覺和區別，并且這是像發現宿主、發現食物、發現配偶以及避開捕食者的重要行為的關鍵。為了察覺各種各樣的揮發物，大多數有機體已進化了極其大的受體基因家族，所述受體基因通常編碼在嗅覺神經元中表達的7-跨膜蛋白。然而，關于什么樣的揮發性小分子的結構特征對行為改變是重要的卻所知甚少。本文所提供的預測的氣味能夠通過利用計算鑒定的重要結構特征來操控有機體的基于嗅覺的行為。
[0010]揮發性化學品空間是無限的。單獨計算已被編錄在一些植物來源中的環境中的氣味有多于幾千種。很小比例的化學品空間已被系統測試改變行為的能力，并且很小部分的氣味受體(所述氣味受體的序列是已知的)已被測試其被行為改變氣味所影響的能力。還尚未確定氣味受體蛋白的完整3-D結構，因此除了在罕見例子中之外，氣味-蛋白質相互作用的建模還尚不可能。此外，如果3-D受體結構變為可獲得的，應用一種氣味-受體相互作用來研究其它相互作用可能被單個受體中的多個配體結合位點的可能性以及不同氣味受體之中的序列趨異性所混淆。通過計算鑒定已知行為改變化合物之間共有的重要特征而智能和快速的篩選未測試的揮發性化學品空間，繞過許多先前所描述的障礙來鑒定本公開內容。另外，人們可以篩選用于毒理學安全性的潛在氣味。本公開已被用于鑒定在蚊子避開中重要的分子特征。然后使用所鑒定的特征來篩選巨大的化學品空間，預測中斷尋求宿主行為的氣味。
[0011]迄今為止已鑒定了若干種驅避劑化合物。這些化合物處于天然存在的提取物至商業上制造的化合物的范圍內。這些氣味的保護程度、保護持續時間以及安全性變化極大。這些化合物的金標準(gold standard) 一般認為是DEET。
[0012]DEET (N，N-二乙基-3-甲基苯甲酰胺)已被用于昆蟲驅避性超過50年。一般通過以3%至100% (NLM的家庭產品數據庫)范圍內的濃度直接涂敷至皮膚來提供保護。雖然結果根據實驗而變化，但是DEET已示出充當刺激劑并且在一些情況下可以引起皮膚反應。在最近的研究中，DEET最近還剛示出抑制人體內的乙酰膽堿酯酶，所述乙酰膽堿酯酶是重要的神經遞質。還已知DEET可溶解若干產品，包括某些塑料、合成纖維織物、涂漆過的表面或涂清漆過的表面。DEET如何被節肢動物察覺目前是未知的。已提出了若干候選方法，但是尚未證明任何這些方 法是直接的誘導避開的途徑的足夠證據。作為一個實例，已證明了五帶淡色庫蚊(Culex quinquefasciatus)能夠以劑量依賴的方式通過短毛形感器來直接察覺DEET。還已經提出了果蠅能夠通過味覺受體察覺DEEN。可能的是，蚊子通過嗅覺途徑和味覺途徑的組合來識別這種化合物。
[0013]還已經鑒定了若干具有驅避劑性質的其它萜類化合物，包括側柏酮、桉油精以及芳樟醇。這些化合物示出直接激活容納毛形感器的氣味受體，所述氣味受體也被DEET激活，僅比DEET本身更強烈。
[0014]又稱為派卡瑞丁(picaridine)的埃卡瑞丁(Icaridin)也被用作昆蟲驅避劑。類似于DEET，它充當若干不同昆蟲種類的驅避劑。埃卡瑞丁具有不熔化塑料的附加益處。已發現它在驅避昆蟲方面與DEET —樣有效，而比DEET的刺激性更小。
[0015]在兩個最近的研究中，合成了 34種N-酰基哌啶和38種羧酰胺驅蚊候選物并且比較了它們的有效性。19種N-酰基哌啶和7種羧酰胺化合物在使用保護時間測定的25 μ mo I/cm2的濃度下在驅避埃及伊蚊方面與DEET —樣有效或比DEET更有效。所有這些化合物的驅避的方式是未知的。因為N-酰基哌啶和一些羧酰胺比DEET大并且可能具有比DEET更低的蒸汽壓，所以可能的是，這些化合物的增加的保護時間是由于更緩慢的蒸發速率。
[0016]傳統的載體控制方法經常涉及對環境和經常對人健康有害的化學殺昆蟲劑的大量使用。此外，昆蟲可以對這些化學品形成抗性，這表明存在對鑒定有效、廉價和環境友好的昆蟲控制的新型方式的需要。抑制載體-人接觸的集成方法(如載體控制和使用昆蟲驅避劑、蚊帳或捕蟲器)可以在控制這些致死疾病的傳播方面起到互補和關鍵的作用。
[0017]在昆蟲中，其中宿主-氣味提示通過存在于至少兩種類型的嗅覺器官(觸角和下顎須)的表面上的嗅感受體神經元(ORN)來察覺。觸角是主要的嗅覺器官并且它的表面被成百上千的感器覆蓋，每個所述感器受I至5個ORN的樹突神經支配。氣味分子穿過感器表面上的孔隙并且激活存在于ORN的樹突膜上的氣味受體蛋白。
[0018]昆蟲中的氣味受體(Or)基因家族首先在黑腹果蠅(D.melanogaster)中被鑒定。它包括了編碼預測包含七個跨膜區的蛋白質的高度趨異家族的60種氣味受體(Or)基因。
[0019]使用兩種單獨的技術已研究了觸角和下顎須的表面上的ORN的氣味反應。稱為觸角電位圖(EAG)和胃電圖(EPG)的全器官記錄已被用來從響應于氣味的大量神經元中檢測聚集體電活性。更靈敏和準確的方法也已被用來檢查單個感器內的嗅覺神經元的功能性質，并且已鑒定了響應于行為上重要的配體的神經元，所述行為上重要的配體如CO2、氨、苯酚、1-辛烯-3-醇、乳酸以及羧酸。
[0020]主要通過兩種單獨的技術在感興趣的有機體中體內測試針對氣味劑的氣味受體反應。一種方法涉及已被用來從響應于氣味的大量嗅覺神經元中檢測聚集體電活性的稱為觸角電位圖(EAG)、胃電圖(EPG)和嗅覺電圖(EOG)的全器官記錄。這種技術不允許在氣味受體神經元反應之間進行區分，并且因此不允許鑒定針對氣味劑的單獨氣味受體反應。稱為單一單元電生理學的更靈敏和精確的技術允許針對氣味的單獨氣味受體神經元反應被定量測量。這種技術要求氣味受體圖通過分子工具或使用利用了轉基因方法的“空-神經元”來先前建立。 [0021]另外，已使用了涉及通過在其它有機體中的轉基因表達測試感興趣的單獨氣味受體的其它體內技術。來自許多物種的氣味受體基因的異源表達在非洲蟾蜍卵母細胞和人胚腎(HEK) 293細胞中進行。這些細胞暴露于揮發性化合物允許定量測量反應。
[0022]雖然這些系統確實為特異表達氣味受體并且獲得對一系列氣味劑的激活的定量測量提供了手段，但是它們的使用是非常耗時、昂貴和困難的過程。使用“空神經元”系統和其它異源表達方法要求產生轉基因蒼蠅系或測試針對每個氣味受體制作的cDNA表達構建體。還爭論了這些表達系統是否在所有情況下均產生野生型反應，因為一些細胞特異性的組分如氣味劑結合蛋白(OBP)可能不存在。另外，所有系統要求獲得氣味、稀釋它們以及進行氣味劑的技術挑戰測試的必要條件。
[0023]在先前的研究中，有時發現單獨氣味受體以識別包含類似烴鏈長度的具有類似官能團的化合物。另外，還已經示出許多氣味受體可以是對結構類似的化合物的多個相異基團有反應的。這種識別結構類似的化合物的氣味受體的性質為使用化學信息相似性測量以預測新型活性氣味劑提供了框架。
[0024]分子描述符能夠通過計算得到的值描述分子的結構，所述分子描述符表示化合物的零維、一維、二維或三維的信息。這些描述符類型維數分別通過類別如構成信息、結構片段信息、局部解剖信息或空間信息給予分子信息。
[0025]比較分子描述符以鑒定高度活性的氣味劑結構之間的共同性最近已被證明為高度有益的。在其中已經針對一系列氣味測試了具體行為(如避開)的物種中，使用已知活性物作為訓練集而使用分子描述符來鑒定新型潛在的配體是可能的。例如，N，N- 二乙基-間甲苯甲酰胺(DEET)的結構最近被用來創建集中的結構庫(所述集中的結構庫使用人工神經網絡(ANN)來計算排列)并且用來鑒定更有效力的驅蚊劑。在另一個研究中，一個小組分析了果蠅對氣味的ORN反應以鑒定激活度量，所述激活度量用來從21種化合物的小集合中預測和測試配體(Schmuker等人，2007)。如通過應用50尖峰/秒的截止神經元觸發速率以分類激活物所建立，這種策略的成功率是〈25 %。最近多物種方法被用來鑒定涉及嗅覺的化合物中重要的分子描述符，然而預測是不可能的。在通過相同實驗室進行的另一個研究中，訓練了電子鼻以使得當存在有新型氣味時，它可以預測是否氣味將激活單獨氣味受體。
[0026]因此，仍存在對鑒定分子描述符的計算方法的需要，所述分子描述符有用于鑒定節肢動物驅避劑和/或引誘劑。
[0027]概述
[0028]本公開提供了評價昆蟲驅避劑的生物反應的方法。鑒定了已知引起蚊子的避開行為的氣味之間共有的分子結構性質。通過鑒定驅避劑所共有的分子特征，進行計算機模擬(in silico)篩選大的化學品空間(成千上萬種可能的氣味)以快速分類化合物用于進一步的基于成本、功效和安全性的生物作用評價。
[0029]本公開的一個或多個實施方案的細節列舉在以下附圖和描述中。通過描述和附圖并且通過權利要求書，本公開的其它特征、目的和優點將顯而易見。
[0030]本公開提供了一種驅避節肢動物的方法，所述方法包括用驅避組合物暴露節肢動物，其中驅避組合物包括選自由以下組成的組的一種或多種化合物:N，N- 二甲基鄰氨基苯甲酸甲酯、鄰氨基苯甲酸乙酯、鄰氨基苯甲酸丁酯或2，3-二甲基-5-異丁基吡嗪。在一些實施方案中，驅避組合物進一步包括來自以下表1的一種或多種化合物。在其它實施方案中，驅避組合物進一步包括來 自以下表2的一種或多種化合物。在一些實施方案中，驅避組合物被涂敷在一種或多種脊椎動物或一種或多種植物的本體上以使驅避組合物暴露于節肢動物。在一些實施方案中，驅避組合物被配制為洗劑、霜劑、粉塵、化妝品、香料、噴霧、糊劑、緩釋顆粒劑、涂劑、處理過的布料、處理過的網織品、處理過的建筑材料或熏香。在一些實施方案中，使用汽化器、蒸發器、風扇、加熱、蠟燭或芯吸裝置進行用驅避組合物暴露節肢動物。在一些實施方案中，節肢動物是昆蟲。在一些實施方案中，節肢動物屬于雙翅(Diptera)目。在一些實施方案中，節肢動物屬于果蠅(Drosophila)屬。在一些實施方案中,節肢動物是蚊子。在一些實施方案中，蚊子屬于埃及伊蚊種。
[0031]本公開進一步提供了一種驅避節肢動物的方法，所述方法包括用驅避組合物暴露節肢動物，其中驅避組合物包括在表2中列出的一種或多種化合物。在一些實施方案中，驅避組合物包括在表2中列出的兩種或更多種化合物。在一些實施方案中，驅避組合物被涂敷在一種或多種脊椎動物或一種或多種植物的本體上以使驅避組合物暴露于節肢動物。在一些實施方案中，驅避組合物被配制為洗劑、霜劑、粉塵、化妝品、香料、噴霧、糊劑、緩釋顆粒劑、涂劑、處理過的布料、處理過的網織品、處理過的建筑材料或熏香。在一些實施方案中，使用汽化器、蒸發器、風扇、加熱、蠟燭或芯吸裝置進行用驅避組合物暴露節肢動物。在一些實施方案中，節肢動物是昆蟲。在一些實施方案中，節肢動物屬于雙翅目。在一些實施方案中，節肢動物屬于果蠅屬。在一些實施方案中，節肢動物是蚊子。在一些實施方案中，蚊子屬于埃及伊蚊種。
[0032]本公開進一步提供了一種驅避節肢動物的方法，所述方法包括用驅避組合物暴露節肢動物，其中驅避組合物包括在表1中列出的一種或多種化合物。在一些實施方案中，驅避組合物包括在表1中列出的兩種或更多種化合物。在其它實施方案中，驅避組合物進一步包括在表2中列出的一種或多種化合物。在一些實施方案中，驅避組合物被涂敷在一種或多種脊椎動物或一種或多種植物的本體上以使驅避組合物暴露于節肢動物。在一些實施方案中，驅避組合物被配制為洗劑、霜劑、粉塵、化妝品、香料、噴霧、糊劑、緩釋顆粒劑、涂劑、處理過的布料、處理過的網織品、處理過的建筑材料或熏香。在一些實施方案中，使用汽化器、蒸發器、風扇、加熱、蠟燭或芯吸裝置進行用驅避組合物暴露節肢動物。在一些實施方案中，節肢動物是昆蟲。在一些實施方案中，節肢動物屬于雙翅目。在一些實施方案中，節肢動物屬于果蠅屬。在一些實施方案中，節肢動物是蚊子。在一些實施方案中，蚊子屬于埃及伊蚊種。
[0033]本公開進一步提供了一種驅避節肢動物的方法，所述方法包括用驅避組合物暴露節肢動物，其中驅避組合物包括式I的化合物:
[0034]
【權利要求】
1.一種驅避節肢動物的方法，其包括用驅避組合物暴露所述節肢動物，其中所述驅避組合物包含選自由以下組成的組的一種或多種化合物:N，N-二甲基鄰氨基苯甲酸甲酯、鄰氨基苯甲酸乙酯、鄰氨基苯甲酸丁酯以及2，3- 二甲基-5-異丁基吡嗪。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述驅避組合物進一步包含來自表1的一種或多種化合物。
3.如權利要求1所述的方法，其中所述驅避組合物進一步包含來自表2的一種或多種化合物。
4.一種驅避 節肢動物的方法，其包括用驅避組合物暴露所述節肢動物，其中所述驅避組合物包含在表2中列出的兩種或更多種化合物。
5.一種驅避節肢動物的方法，其包括用驅避組合物暴露所述節肢動物，其中所述驅避組合物包含在表1中列出的一種或多種化合物。
6.如權利要求5所述的方法，其中所述驅避組合物包含在表1中列出的兩種或更多種化合物。
7.如權利要求5或6所述的方法，其中所述驅避組合物進一步包含在表2中列出的一種或多種化合物。
8.—種驅避節肢動物的方法，其包括用驅避組合物暴露所述節肢動物，其中所述驅避組合物包含式I的化合物:
9.如權利要求8所述的方法，其中R1是C1-C4烷基。
10.如權利要求8或9所述的方法，其中R1是CH3、CH2CH3或CH2CH2CH2CH3。
11.如權利要求8至10中任一項所述的方法，其中R1是CH3、CH2CH3或CH2CH2CH2CH3并且R2和R3是H。
12.如權利要求8至11中任一項所述的方法，其中所述式I的化合物是N，N-二甲基鄰氨基苯甲酸甲酯、鄰氨基苯甲酸乙酯或鄰氨基苯甲酸丁酯。
13.如權利要求1至12中任一項所述的方法，其中所述驅避組合物被涂敷在一種或多種脊椎動物或一種或多種植物的本體上以使所述驅避組合物暴露于所述節肢動物。
14.如權利要求13所述的方法，其中所述驅避組合物被配制為洗劑、霜劑、粉塵、化妝品、香料、噴霧、糊劑、緩釋顆粒劑、涂劑、處理過的布料、處理過的網織品、處理過的建筑材料或熏香。
15.如權利要求1至14中任一項所述的方法，其中使用汽化器、蒸發器、風扇、加熱、蠟燭或芯吸裝置進行用所述驅避組合物暴露所述節肢動物。
16.如權利要求1至15中任一項所述的方法，其中所述節肢動物是昆蟲。
17.如權利要求1至16中任一項所述的方法，其中所述節肢動物屬于雙翅目。
18.如權利要求17所述的方法，其中所述節肢動物屬于果蠅屬。
19.如權利要求1至16中任一項所述的方法，其中所述節肢動物是蚊子。
20.如權利要求19所述的方法，其中所述蚊子屬于埃及伊蚊種。
21.一種節肢動物驅避組合物，其包含在表1中列出的兩種或更多種化合物；在所述表2中列出的兩種 或更多種化合物；或選自由以下組成的組的兩種或更多種化合物:N，N-二甲基鄰氨基苯甲酸甲酯、鄰氨基苯甲酸乙酯、鄰氨基苯甲酸丁酯或2，3- 二甲基-5-異丁基吡嗪。
【文檔編號】A01P7/00GK103987258SQ201280059913
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2012年10月17日 優先權日:2011年10月17日
【發明者】A·拉伊, S·M·博伊爾 申請人:加利福尼亞大學董事會