Tidbits: un gusto repellente

Un altro tassello del mosaico complesso che descrive il funzionamento ed il ruolo dei sensi chimici. Naturalmente si parla di recettori TRP (Transient Receptor Potential) descritti altre volte (qui uno recente) come importanti per la traduzione di segnali chimici alimentari in effetti fisiologici.

In due studi (uno pubblicato su Neuron ed il secondo su Current Biology) il team di Craig Montell, ha testato due repellenti per insetti (DEET e citronellale, una aldeide presente in mote spp. di Cymbopogon). In entrambi i casi la repellenza è fortemente correlata con la presenza e funzionalità dei canali TRP (ed altri), responsabili per la percezione gustativa (DEET) e olfattiva (DEET e citronellale) delle sostanze. Fondamentalmente la repellenza sarebbe una vera e propria reazione di disgusto verso il sapore e l’odore delle sostanze testate.

Three taste receptors on the insects’ tongue and elsewhere are needed to detect DEET. Citronellal detection is enabled by pore-like proteins known as TRP (pronounced “trip”) channels. When these molecular receptors are activated by exposure to DEET or citronellal, they send chemical messages to the insect brain, resulting in “an aversion response,” the researchers report.

“DEET has low potency and is not as long-lasting as desired, so finding the molecules in insects that detect repellents opens the door to identifying more effective repellents for combating insect-borne disease,” says Craig Montell, Ph.D., a professor of biological chemistry and member of Johns Hopkins’ Center for Sensory Biology.

Scientists have long known that insects could smell DEET, Montell notes, but the new study showing taste molecules also are involved suggests that the repellant deters biting and feeding because it activates taste cells that are present on the insect’s tongue, legs and wing margins.

“When a mosquito lands, it tastes your skin with its gustatory receptors, before it bites,” Montell explains. “We think that one of the reasons DEET is relatively effective is that it causes avoidance responses not only through the sense of smell but also through the sense of taste. That’s pretty important because even if a mosquito lands on you, there’s a chance it won’t bite.”

The Johns Hopkins study of the repellants, conducted on fruit flies because they are genetically easier to manipulate than mosquitoes, began with a “food choice assay.”

The team filled feeding plates with high and low concentrations of color-coded sugar water (red and blue dyes added to the sugar), allowing the flies to feed at will and taking note of what they ate by the color of their stomachs: red, blue or purple (a combination of red and blue). Wild-type (normal) flies preferred the more sugary water to the less sugary water in the absence of DEET. When various concentrations of DEET were mixed in with the more sugary water, the flies preferred the less sugary water, almost always avoiding the DEET-laced sugar water.

Flies that were genetically engineered to have abnormalities in three different taste receptors showed no aversion to the DEET-infused sugar water, indicating the receptors were necessary to detect DEET.

“We found that the insects were exquisitely sensitive to even tiny concentrations of DEET through the sense of taste,” Montell reports. “Levels of DEET as low as five hundredths of a percent reduced feeding behavior.”

To add to the evidence that three taste receptors (Gr66a, Gr33a and Gr32a) are required for DEET detection, the team attached recording electrodes to tiny taste hairs (sensilla) on the fly tongue and measured the taste-induced spikes of electrical activity resulting from nerve cells responding to DEET. Consistent with the feeding studies, DEET-induced activity was profoundly reduced in flies with abnormal or mutated versions of Gr66a, Gr33a, and Gr32a.

In the second study, Montell and colleagues focused on the repellent citronellal. To measure repulsion to the vapors it emits, they applied the botanical compound to the inside bottom of one of the two connected test tubes, and introduced about 100 flies into the tubes. After a while, the team counted the flies in the two tubes. As expected, the flies avoided citronellal.

The researchers identified two distinct types of cell surface channels that are required in olfactory neurons for avoiding citronellal vapor. The channels let calcium and other small, charged molecules into cells in response to citronellal. One type of channel, called Or83b, was known to be required for avoiding DEET. The second type is a TRP channel.

The team tested flies with mutated versions of 11 different insect TRP channels. The responses of 10 were indistinguishable from wild-type flies. However, the repellent reaction to citronellal was reduced greatly in flies lacking TRPA1. Loss of either Or83b or TRPA1 resulted in avoidance of citronellal vapor.

The team then “mosquito-ized” the fruit flies by putting into them the gene that makes the mosquito TRP channel (TRPA1) and found that the mosquito TRPA1 substituted for the fly TRPA1.

“We found that the mosquito-version of TRPA1 was directly activated by citronellal,” says Montell who discovered TRP channels in 1989 in the eyes of fruit flies and later in humans.

Montell’s lab and others have tallied 28 TRP channels in mammals and 13 in flies, broadening understanding about how animals detect a broad range of sensory stimuli, including smells and tastes.

“This discovery now raises the possibility of using TRP channels to find better insect repellants.”

There is a clear need for improved repellants, Montell says. DEET is not very potent or long-lasting except at very high concentrations, and it cannot be used in conjunction with certain types of fabrics. Additionally, some types of mosquitoes that transmit disease are not repelled effectively by DEET. Citronellal, despite being pleasant-smelling (for humans, anyway), causes a rash when it comes into contact with skin.

Mosche! (3)

E dopo due post introduttivi, eccoci alle mosche, finalmente!

Musca domestica da Wikipedia

I repellenti specifici per le mosche (Musca domestica), secondo i dati analizzati, sono da trovarsi tra i seguenti olii essenziali:

Ezenou et al. (2001) hanno mostrato che gli estratti volatili della buccia di Citrus sinensis e C. aurantiifolia (lime) possiedono attività insetticida sulle mosche, con C. sinensis il più attivo dei due OE.

Secondo Burfield e Reekie (2005) l’OE di lemongrass è stato testato su Musca nebulo, Culex fatigans e Aedes aegypti. L’azione fumigante e repellente di Cymbopogon è stata meno efficace di quella del dimetil ftalato) e la protezione è durata solo 40 minuti (300 per dimetil ftalato).

Vari composti della frazione volatile delle piante del genere Piper sono attivi contro Musca domestica, e simili composti sono stati trovati anche in generi distanti; ad esempio Wimalaratne et al. (1996) hanno mostrato che cis-ment-2-en-1-olo e trans-piperitolo sono i composti attivi della pianta Schinus molle nella sua azione repellente per le mosche.

Singh e Agarwal (1988) hanno mostrato che l’OE di Cedrus deodora è efficace su Musca domestica, e che le frazioni sesquiterpeniche (himacalolo e beta-himacalene) sono le maggiori responsabili dell’attività.

Schultz et al. (2004) hanno comparato l’OE di Nepeta cataria e l’elemolo da OE di arancio con i consueti repellenti per mosche, ed hanno riscontrato che i due prodotti sono stati pari o migliori di DEET e citronellale, l’OE di Nepeta cataria soprattutto nel breve termine, e l’elemolo nel lungo termine. Il composto ritenuto più repellente nell’OE di Nepeta cataria è il nepetalattone, una  miscela di due isomeri: E,Z-nepetalattone e  Z,E-nepetalattone. L’isomero più attivo sembra essere l’E,Z-nepetalattone, l’isomero più scarso.

Molecole

  • 2-feniletanolo

Adler e Jacobson (1982) hanno testato venti sostanze repellenti su Musca domestica, ed il composto più attivo si è rivelato essere il 2-feniletanolo.

  • 1,8-cineolo

Kabkaew et al. (2004) hanno mostrato che sia gli adulti che le larve di Musca domestica sono suscettibili del trattamento con eucaliptolo (1,8-cineolo).

Piante contenenti cineolo, ordinate per contenuto decrescente.

  • Citrus limon: limone foglia
  • Elettaria cardamomum: cardamomo
  • Eucalyptus globulus: eucalipto
  • Artemisia cina
  • Salvia triloba: salvia greca
  • Laurus nobilis: alloro
  • Mentha longifolia: menta biblica
  • Mentha spicata: menta spica
  • Rosmarinus officinalis: rosmarino
  • Melaleuca alternifolia: tea tree
  • Thymus mastichina: maggiorana spagnola
  • Monarda puntata: monarca
  • Artemisia annua.
  • Salvia officinalis
  • Zingiber officinale: zenzero.
  • Hyptis suaveolens
  • Eucalyptus citriodora: eucalipto limonato o citrino
  • Illicium verum: anice stellata
  • Lavandula latifolia
  • Ocimum kilimandscharicum: basilico africano
  • Myrtus communis: mirto
  • Lavandula x hybrida: lavandino
  • Thymus zygis subsp. sylvestris: timo
  • Citrale ed eugenolo.

Secondo Vartak et al (1994) citrale ed eugenolo si sono rivelati efficaci come repellenti contro Musca domestica.

Piante contenenti citrale, ordinate per contenuto decrescente.

  • Zingiber officinale: zenzero
  • Ocimum basilicum: basilico
  • Cymbopogon flexuosus/ citratus: Lemongrass
  • Aloysia citrodora: verbena odorosa (allergenica!)
  • Aniba rosaeodora : legno di rosa (in pericolo d’estinzione!)
  • Salvia sclarea: sclarea
  • Citrus limon: limone buccia
  • Satureja obovata: santoreggia spagnola
  • Cymbopogon winterianus: citronella

Piante contenenti eugenolo, ordinate per contenuto decrescente.

  • Syzygium aromaticum: chiodi di garofano
  • Pimenta dioica/ racemosa: pimento
  • Alpinia galanga: galanga
  • Ocimum basilicum: basilico
  • Cinnamomum verum: cannella
  • Ocimum gratissimum: basilico cespuglioso
  • Ocimum sanctum: basilico santo o asiatico.
  • Curcuma longa: curcuma
  • Ocimum kilimandscharicum: basilico africano
  • Ocimum suave: basilico del Kenya
  • Laurus nobilis: alloro
  • Origanum majorana: maggiorana
  • Cistus ladaniferus: cisto
  • Mentha pulegium: puleggio
  • Cymbopogon winterianus: Citronella

Bibliografia

Mosche! (2)

Continuando la nostra indagine, veniamo ora ad esaminare le singole molecole che si sono dimostrate interessanti come repellenti.

La prima è il pulegone, contenuta tra le altre nelle tre specie Mentha pulegium, Hedeoma pulegioides e Pycnanthemum muticum , tradizionalmente utilizzate come repellenti per insetti, attività che sembrerebbe confermata da  investigazioni recenti (Rice e Coats 1994, Sanchez-Ramos e Castanera 2000). Il pulegone sembra essere responsabile per la tossicità per gli artropodi (dopo l’ingestione viene ossidato dal CYP450 a vari metaboliti reattivi come il mentofurano – Nelson et al. 1992; questi metaboliti si legano alle proteine – Thomassen et al. 1992 – causando lesioni, perdita di funzione e morte – Anderson et al. 1996, Bakerink et al. 1996, Burkhard et al. 1999).

Un’altra molecola che viene spesso citata è il linalolo, comune a molti OE  (ad es. Lavandula angustifolia, e Ocimum spp. – Ntezurubanza et al. 1985, Lis-Balchin and Hart 1999). Mostra attività insetticida probabilmente mediata da tossicità per il SNC, con effetti sul trasporto ionico e sul rilascio dell’acetilcolina esterasi (Ryan, Byrne. 1988; Re et al. 2000). Esistono già sul mercato dei prodotti veterinari a base di linalolo, come il “Rachel’s Pest Powder(nessun interesse commerciale) a base di Mentha spp. Eucalyptus spp., Rosmarinus spp., Commiphora myrra e Hydrastis canadensis.
Citronellolo, geraniolo, nerolidolo e farnesolo possono essere usati come cairormoni arrestanti genere-specifici per gli acari (EPA 2004).

I Laboratori Primavera (Cosmeticology: Lice treatments and insect repellents Manufacturing Chemist 8/1/1999) hanno testato su Aedes aegypti vari OE, e la miscela che si è dimostrata più efficace è stata: 7% olio di Cymbopogon spp., 9% geraniolo, 9% α-terpineolo, e 75% 3-idrossi-a,a,4-trimetilcicloesanemetanolo, alla diluizione di 1-5%.

Cora et al. (1993) hanno testato 20 OE, e quelli ottenuti da Juniperus communis, Valeriana officinalis, Thymus vulgaris, Solidago graminifolia (nuovo nome Euthamia graminifolia), Coriandrum sativum, Larix decidua, Pseudotsuga menzierii, Tanacetum vulgare e Abies alba sono risultati efficaci come repellenti per le zanzare.
Wang et al. (2001) hanno testato sei piante come repellenti generici ed hanno riscontrato che i più efficaci erano gli OE di foglia di Cupressus funebris, Pinus sylvestris, Citrus tangerina, Citrus bergamia, ed Eucalyptus citriodora (nuovo nome Corymbia citriodora).
Sadik (1973), Thorsell et al. (1998) e Oyedele et al. (2000) hanno segnalato come interessanti: Cedrus spp., Cymbopogon spp., Eucalyptus spp., Mentha pulegium, trementina, Nepeta cataria, Ocimum basilicum, Melissa officinalis, Mentha xpiperita.

Ecco allora una lista di piante ordinata per numero di composti chimici ad azione insettifuga (grazie Duke!)…
Rosmarinus officinalis pianta           28
Piper nigrum frutto                          25
Origanum vulgare pianta                 24
Thymus vulgaris pianta                    22
Citrus reticolata frutto                     21
Myrtus communis pianta                 21
Coriandrum sativum frutto              20
Zingiber officinale rizoma                20
Foeniculum vulgare frutto               19
Lavandula latifolia pianta                19
Lavandula x intermedia pianta        19
Laurus nobilis foglia                       18

…ed una lista di piante ordinata per concentrazione di composti chimici con azione insettifuga

Apium graveolens frutto    OE         2,748,000 ppm [7]
Citrus limonum foglia        OE        1,964,800 ppm [8]
Pinus roxburghii resina   1,130,000 ppm [4]

Bibliografia

Mosche! (1)

Recentemente ho dovuto occuparmi di mosche, stalle e vacche, e di come mantenere le prime fuori dalle seconde e lontane dalle terze, senza ucciderle!

Musca domestica WikiMedia

Il tema della repellenza, ed in particolare degli olii essenziali usati per allontanare gli insetti, è fin abusato, ma sulle mosche, a differenza che sulle zanzare, il materiale è più scarso, l’interesse minore.

Ecco allora i risultati della mia piccola indagine su olii essenziali e mosche. Intanto, come dicevo, in letteratura non esistono molto studi sulle sostanze naturali ad azione repellente specifica per la mosca domestica. Per questa ragione vale la pena esaminare anche la letteratura generale sulla repellenza per artropodi ed insetti.

Olio di Nepeta cataria.

Secondo Burfield e Reekie (2005) l’OE di Nepeta cataria sarebbe l’agente insetto-repellente più interessante: contiene nepetalattoni che si sono dimostrati 10 volte più efficaci del DEET, agendo come irritanti per le antenne degli insetti.

Olio di Apium graveolens
Nonostante non vi siano dati diretti sull’attività insettifugo o repellente per le mosche di questa pianta, è molto interessante per la quantità di composti riconosciuti come insettifughi che contiene.

Olio di Cymbopogon spp.
I dati etnobotanici indicano Cymbopogon flexuosus, Cymbopogon martini e Cymbopogon nardus come piante utilizzate popolarmente come repellenti per insetti, ed anche rispetto al numero di citazioni in letteratura scientifica, gli olii del genere Cymbopogon sono i più utilizzati come repellenti generici per insetti/artropodi, in particolare Cymbopogon nardus e C. winterianus (Herms W. & James M. (1961) Medical Entomology 5th ed., Macmillan NY.  p34.).
Questi oli contengono (4R)-(+)-(b)-citronellolo e (3R)-(+)-b-citronellale, che sembrerebbero essere i principi (più) attivi. Secondo Burfield e Reekie (2005) l’olio di lemongrass è stato testato su Musca nebulo, Culex fatigans e Aedes aegypti. L’azione fumigante e repellente di Cymbopogon è risultata meno efficace di quella del dimetil ftalato e la protezione è durata solo 40 minuti (300 per dimetil ftalato).
Ansari e Razdan (1995) hanno studiato gli effetti di Cymbopogon martini var. sofia, C. citratus, C. nardus e Cinnamomum camphora su Anopheles cujicifacies e Culex quinquefasciatus. L’effetto repellente sulla pelle di volontari è durato 11 ore (Anopheles cujicifacies) e 6-7 ore (Culex quinquefasciatus) (ma meno per l’OE di Cinnamomum); l’efficacia è stata paragonabile a quella del dimetil ftalato.
Candele e degli incensi contenenti OE di Cymbopogon hanno ridotto il numero di punture da insetto rispettivamente del 42.3 e 24.2% (Lindsay et al. 1996).

Olio di Lavandula spp.
I dati di etnobotanica indicano che varie specie di lavanda sono state e sono tuttora usate come repellenti per insetti: Lavandula lanata a Malaga (Laza 1939 “Florula Farmaceutica Malacitana” Anales Real. Acad. Farm. 6(3-4), 165-214) e Lavandula minutolii nelle Canarie (Darias et al. 1989).
Choi et al. (2002) hanno studiato l’efficacia come repellenti a contatto su Culex pipiens degli OE di Lavandula officinalis (sic), Eucalyptus globulus, Rosmarinus officinalis, e Thymus vulgaris. L’OE di Thymus si è dimostrato il più efficace, e le componenti più attive sono state: timolo, para-cimene, carvacrolo, linalolo e α-terpinene, con quest’ultima molecola particolarmente interessante, seguita da vicino da timolo e carvacrolo. Una formula spray con il 2% di α-terpinene testata per repellenza su C. pipiens si è dimostrata più efficace del N,N-dietil-m-metilbenzamide (DEET).

Olio di Ocimum spp. (e qui)
Varie specie del genere Ocimum (Ocimum americanume qui, O. basilicumO. gratissimum, O. kilimandscharicum, O. sanctum) sono usate popolarmente come insettifughi. Iwu (1993) riporta l’uso di OE di Ocimum in Africa per prevenire le punture di zanzara;  Kumari et al. (Kumari CP et al. (1994) “Pupicidal effects of O. sanctum on the vector Aedes aegypti (Diptera: Culicidae).” J. Ecobiol. 6, 69-70.) hanno mostrato che l’estratto grezzo di O. sanctum è un efficace pupicida contro lo sviluppo di nuove pupe di Aedes aegypti. Holm (1999) offre una review dell’attività insetticida dell’OE.
Bhatnagar et al. (Bhatnagar M., Kapur K.K., Jalees S.  & Sharma S.K. (1993) “Laboratory evaluation of insecticidal properties of Ocimum basilicum L. and Ocimum sanctum L. plants, essential oils and their major constituents against vector mosquito species.” J. Entom. Res. 17(1), 21-26) hanno mostrato che gli OE di O. basilicum e O. sanctum ed il loro costituenti principali hanno attività insetticida su Anopheles stephensi, Aedes aegypti and Culex quinquefasciatus. O. basilicum e metil cavicolo sono stati i più efficaci.

Olio di Pelargonium spp.
Jeyabalan (2003) ha testato l’estratto metanolico di foglia di Pelargonium citrosa (la composizione dell’OE è: 35.4 +/- 6.2% geraniolo, 10.4 +/- 1.6% citronellolo, 8.9 +/- 2.0% isomentone, e 6.8 +/- 3.8% linaiolo, molto simile all’OE di Pelargonium x asperum) su Anopheles stephensi. Alla concentrazione del 4% l’estratto ha mostrato forte repellenza.

Olio di Cedrus deodora
Singh (Singh D., Agarwal S. K., (1988) “Himachalol and beta-himachalene: Insecticidal principles of himalayan cedarwood oil” Journal of Chemical Ecology, 4 (14): 1145 – 1151) ha dimostrato che l’OE di Cedrus deodora alla concentrazione dello  0.45% uccide il 50% delle zanzare Anophales stephani.

Olio di Citrus spp.
Ezenou et al. (2001) hanno mostrato che gli estratti volatili della buccia di Citrus sinensis e C. aurantifolia (lime) possiedono attività insetticida sulle mosche, con C. sinensis il più attivo dei due OE.

Olio di Vetiveria spp.
L’OE di Vetiveria zizanoides viene usato popolarmente come repellente per insetti in veterinaria, e l’OE è stato usato come larvicida (Murty U.S. e Jamil K. (1987) “Effect of south Indian vetiver against immatures of Culex quinquefasciatus. Int. Pest. Control. 29(1), 8-9), e insetticida (Komagata K.K., Oosawa I., Yamamoto & H. Honda (1987) Abstracts of Papers, the Annual Meeting of the Agric. Soc. Of Japan Tokyo 723, 1987).  Jains et al. (Jains S.C., S. Nowicki, T. Eisner and J. Meinwald (1982) “Insect repellents from Vetiver oil” Tet. Letters 23(45), ) hanno mostrato che alcuni composti isolati dalla frazione carbonilica di Vetiver indiano  (ad es. il khuismone) sono repellenti per gli insetti.

Olio di Melaleuca spp.
L’OE di  Melaleuca alternifolia (tea tree) è stato molto studiato per la sua attività sugli artropodi, ed i composti più attivi sembrano essere il  terpinen-4-olo; α- e γ-terpinene; 1,8 cineolo e terpinolene, e vari sesquiterpeni.
Il cineolo sembra essere il composto responsabile per l’attività antiartropodi degli OE di menta piperita e rosmarino (Veal 1996).

Bibliografia