Ротенон — это не имеющий запаха, бесцветный, кристаллический изофлавон . Он встречается в природе в семенах и стеблях нескольких растений, таких как виноградная лоза джикама , и в корнях нескольких других представителей семейства бобовых . Он был первым описанным членом семейства химических соединений, известных как ротеноиды . Ротенон одобрен для использования в качестве рыбоцида для удаления чужеродных видов рыб , [3] см. Использование. Он также использовался в качестве инсектицида широкого спектра действия , но его использование в качестве инсектицида было запрещено во многих странах.
Самое раннее письменное упоминание о ныне известных растениях, содержащих ротенон, используемых для уничтожения гусениц , поедающих листья , относится к 1848 году; на протяжении столетий эти же растения использовались для отравления рыбы . [4] Активный химический компонент был впервые выделен в 1895 году французским ботаником Эммануэлем Жоффруа , который назвал его никулином , из образца Robinia nicou , теперь называемого Deguelia utilis , во время путешествия по Французской Гвиане . [5] Он описал это исследование в своей диссертации, опубликованной в 1895 году после его смерти от паразитарного заболевания . [6] В 1902 году Казуо Нагаи, японский инженер-химик из Генерал-губернаторства Тайваня , выделил чистое кристаллическое соединение из Derris elliptica , которое он назвал ротеноном, в честь тайваньского названия растения 蘆藤 ( миньнаньский китайский : lôo-tîn ), переведенного на японский язык как rōten (ローテン) . [7] К 1930 году было установлено, что никоулин и ротенон химически идентичны. [8]
При всасывании через жабры ротенон нарушает клеточное дыхание у рыб и может привести к их гибели в зависимости от используемой концентрации. Благодаря этому он стал ключевым инструментом в управлении экосистемами, затронутыми инвазивными или нежелательными видами рыб, и по состоянию на 2024 год не существует жизнеспособных вариантов, которые могли бы заменить его универсальную ценность в действиях по удалению рыбы.
Его ценность в восстановлении экосистемы ценится из-за его быстрой деградации под воздействием света и высоких температур, что делает его временной мерой с минимальными долгосрочными последствиями для окружающей среды, см. Ротенон и воздействие на экосистему .
Ротенон используется как неселективный пискцид (убийца рыб). [9] Ротенон исторически использовался коренными народами для ловли рыбы. Обычно растения семейства бобовых , Fabaceae , содержащие ротенон, измельчаются и вводятся в водоем, и поскольку ротенон препятствует клеточному дыханию , пораженная рыба поднимается к поверхности в попытке заглотнуть воздух, где ее легче поймать.
В наше время он часто используется как инструмент для удаления чужеродных видов рыб , [10] поскольку он имеет относительно короткий период полураспада (дни) и исчезает из рек в течение дней, а из озер — в течение нескольких месяцев, в зависимости от (сезонного) перемешивания, органического содержания, наличия солнечного света и температуры. [11] Ротенон использовался государственными учреждениями для уничтожения рыбы в реках и озерах в Соединенных Штатах с 1952 года, [12] а в Канаде [13] и Норвегии [14] с 1980-х годов. Он реже используется в странах ЕС из-за строгих правил, но некоторое время использовался в отдельных странах, таких как Великобритания ( песчаник-чаран ), Швеция ( щука и тыквенное семя ), Испания ( песчаник-чаран , гамбузия ) и Венгрия ( серебряный карась ).
Ротенон также нашел применение в других полевых исследованиях в морской среде, где требуются лишь небольшие количества. Мелкомасштабный отбор проб с помощью ротенона используется исследователями рыб, изучающими биоразнообразие морских рыб, для сбора скрытых или скрытых рыб, которые представляют собой важный компонент сообществ прибрежных рыб, поскольку он имеет лишь незначительные, локальные и временные побочные эффекты для окружающей среды. [15]
Ротенон в первую очередь влияет на жаберные организмы, такие как рыбы и водные беспозвоночные. Наземные животные, такие как птицы, млекопитающие и земноводные (за исключением головастиков/личинок), гораздо меньше подвержены воздействию ротенона. [16] При применении в пресноводных системах доза обработки убивает целевую рыбу, и обычно поражаются другие жаберные виды, такие как головастики и зоопланктон, в зависимости от дозировки. Однако проведение обработки осенью или зимой, когда многие виды менее активны, может уменьшить эти воздействия. Некоторые таксоны также могут восстанавливаться в ходе естественных жизненных циклов, таких как покоящиеся икринки. Его использование более щадяще для окружающей среды (по сравнению с высыханием прудов или использованием других рыбоцидов), и исследования показывают, что большинство экосистем естественным образом восстанавливаются в течение одного или двух лет после применения ротенона, при этом водные беспозвоночные повторно заселяют пораженные районы, [17] [18] [19] таким образом восстанавливая первоначальное местное биоразнообразие до состояния, существовавшего до внедрения инвазивных видов.
Ротенон распадается через метаболиты , и его конечный продукт восстанавливается до воды и углекислого газа . [11] Он окисляется до ротенолона, который примерно на порядок менее токсичен, чем ротенон. В воде скорость разложения зависит от нескольких факторов, включая температуру, pH, жесткость воды и солнечный свет. Период полураспада в природных водах составляет от половины дня при 24 °C до 3,5 дней при 0 °C. [20]
Норвежские власти используют ротенон с середины 1980-х годов для уничтожения лососевой двуустки Gyrodactylus salaris [21] , и по состоянию на 2024 год 48 из 54 пострадавших речных водосборов были обработаны. Кроме того, многие озера и пруды были обработаны ротеноном в попытке удалить национальные или региональные инвазивные виды, такие как северная щука , плотва , гольян , карась , линь и окунь [22] .
В 1992 году должностные лица Комиссии по охране рыб и дикой природы Флориды (FWC) использовали ротенон для уничтожения устоявшейся популяции инвазивных цихлид ягуара из небольшого пруда в округе Майами-Дейд . Чиновникам удалось уничтожить всех цихлид ягуара (вместе со всеми остальными рыбами) в пруду, но не удалось искоренить их во Флориде ; цихлиды уже распространились по всему каналу Майами и связанным с ним водным путям , и к 1994 году цихлиды ягуара успешно обосновались по всей Южной и Центральной Флориде . [23]
В сентябре 2010 года сотрудники Департамента рыбных ресурсов и дикой природы штата Орегон использовали ротенон для уничтожения устоявшейся популяции инвазивных золотых рыбок, обитающих в озере Манн в восточном Орегоне , с намерением не нарушить местную популяцию форели-головорезов Лахонтан . Ротенон успешно достиг этих целей, убив от 179 000 до 197 000 золотых рыбок и толстоголовых пескарей и только три форели. [24]
Начиная с 1 мая 2006 года озеро Пангитч , водохранилище в юго-восточной части американского штата Юта, обрабатывалось ротеноном, чтобы потенциально искоренить и контролировать инвазивную популяцию голавля Юты , которая, вероятно, была случайно завезена рыболовами , использовавшими ее в качестве живой наживки . В 2006 году озеро было зарыблено 20 000 радужной форели ; по состоянию на 2016 год популяция рыбы в озере восстановилась.
В 2012 году ротенон использовался для уничтожения всей оставшейся рыбы в озере Сторми (Аляска) из-за инвазивной щуки, уничтожающей местные виды, которые были вновь заселены после завершения обработки. [25]
В 2014 году ротенон был использован для уничтожения всей оставшейся рыбы в озере Маунтин-Лейк в Сан-Франциско, расположенном в парке Маунтин-Лейк , с целью избавить его от инвазивных видов, завезенных после миграции европейских поселенцев в этот регион. [26]
Ротенон используется в биомедицинских исследованиях для изучения скорости потребления кислорода клетками, обычно в сочетании с антимицином А ( ингибитором комплекса III цепи переноса электронов ), олигомицином (ингибитором АТФ-синтазы) и FCCP (митохондриальным разобщителем ). [27]
Ротенон был коммерциализирован как кубе , туба или деррис , в виде отдельного препарата или в синергетической комбинации с другими инсектицидами. [28] Он обладает высокой острой токсичностью для млекопитающих, [29] и все его использование в качестве инсектицида было запрещено в Соединенных Штатах и Канаде, [30] [31] в ЕС, [32] в Великобритании, [33] и в Швейцарии. [32]
Ротенон использовался в виде порошка для лечения чесотки и вшей у людей, а также паразитических клещей у кур , скота и домашних животных.
В сельском хозяйстве он был неизбирательным в действии и убивал картофельных жуков , огуречных жуков , блошек , капустных червей , малиновых жуков и спаржевых жуков , а также большинство других членистоногих. Он быстро биоразлагается в почве, 90% разлагается через 1–3 месяца при 20 °C (68 °F) и в три раза быстрее при 30 °C (86 °F). [34] Соединение разлагается под воздействием солнечного света и обычно имеет активность в течение шести дней в окружающей среде. [35]
Ротенон можно дезактивировать в воде с помощью перманганата калия , чтобы снизить токсичность до приемлемого уровня. [36]
Ротенон работает, вмешиваясь в цепь переноса электронов в комплексе I в митохондриях , что помещает его в класс IRAC MoA 21 (сам по себе в 21B). [37] Он ингибирует перенос электронов из железо-серных центров в комплексе I в убихинон . Это мешает НАДН во время создания полезной клеточной энергии ( АТФ ). [28] Комплекс I не может передать свой электрон в CoQ , создавая резерв электронов в митохондриальном матриксе. Клеточный кислород восстанавливается до радикала, создавая активные формы кислорода , которые могут повредить ДНК и другие компоненты митохондрий. [38]
Ротенон также ингибирует сборку микротрубочек . [39]
Ротенон получают путем экстракции из корней и стеблей нескольких тропических и субтропических видов растений, особенно принадлежащих к родам Lonchocarpus и Derris .
Некоторые растения, содержащие ротенон:
Ротенон классифицируется Всемирной организацией здравоохранения как умеренно опасный. [45] Он умеренно токсичен для людей и других млекопитающих , но чрезвычайно токсичен для насекомых и водных организмов, включая рыб. Эта более высокая токсичность для рыб и насекомых объясняется тем, что липофильный ротенон легко всасывается через жабры или трахею , но не так легко через кожу или желудочно-кишечный тракт . Ротенон токсичен для эритроцитов in vitro . [46]
Самая низкая смертельная доза для ребенка неизвестна, но смерть наступила у 3,5-летнего ребенка, который принял 40 мг/кг раствора ротенона. [47] Случаи смерти людей от отравления ротеноном редки, поскольку его раздражающее действие вызывает рвоту. [48] Преднамеренный прием ротенона может быть смертельным. [47]
Исследование 2018 года, в котором изучалось влияние введения ротенона на клеточные культуры, имитирующие свойства развивающегося мозга, показало, что ротенон может быть нейротоксикантом развития ; то есть воздействие ротенона на развивающийся плод может препятствовать правильному развитию человеческого мозга с потенциально серьезными последствиями в дальнейшей жизни. Исследование показало, что ротенон особенно вреден для дофаминергических нейронов , что согласуется с предыдущими выводами. [49]
В 2000 году сообщалось, что инъекции ротенона крысам вызывают развитие симптомов, схожих с симптомами болезни Паркинсона (БП). Ротенон непрерывно применялся в течение пяти недель, смешивался с ДМСО и ПЭГ для улучшения проникновения в ткани и вводился в яремную вену . [50] Исследование напрямую не предполагает, что воздействие ротенона является причиной БП у людей, но согласуется с мнением о том, что хроническое воздействие токсинов окружающей среды увеличивает вероятность заболевания. [51] В 2011 году исследование Национального института здравоохранения США показало связь между использованием ротенона и болезнью Паркинсона у сельскохозяйственных рабочих, что предполагает связь между повреждением нервной системы и легочным поглощением при неиспользовании защитного снаряжения . [52] Воздействия химического вещества в полевых условиях можно избежать, надев противогаз с фильтром, что является стандартной процедурой HSE при современном применении химического вещества.
Исследования с первичными культурами нейронов и микроглии крыс показали, что низкие дозы ротенона (ниже 10 нМ) вызывают окислительное повреждение и гибель дофаминергических нейронов , [53] и именно эти нейроны в черной субстанции погибают при болезни Паркинсона. Другое исследование также описало токсическое действие ротенона в низких концентрациях (5 нМ) на дофаминергические нейроны из острых срезов мозга крыс. [54] Эта токсичность была усугублена дополнительным стрессором клеток – повышенной концентрацией внутриклеточного кальция – что добавило поддержку «гипотезе множественного удара» гибели дофаминергических нейронов.
Ранее было известно, что нейротоксин MPTP вызывает симптомы, подобные симптомам болезни Паркинсона (у людей и других приматов, но не у крыс), вмешиваясь в работу комплекса I в цепи переноса электронов и убивая дофаминергические нейроны в черной субстанции . Дальнейшие исследования с участием MPTP не смогли показать развитие телец Леви , ключевого компонента патологии болезни Паркинсона. Однако по крайней мере одно исследование недавно обнаружило доказательства агрегации белков того же химического состава, что и те, что составляют тельца Леви с патологией, схожей с болезнью Паркинсона у старых макак-резусов из MPTP. [55] Таким образом, механизм, лежащий в основе MPTP, в том, что касается болезни Паркинсона, до конца не изучен. [56] Из-за этих разработок ротенон был исследован как возможный агент, вызывающий болезнь Паркинсона. Как MPTP, так и ротенон являются липофильными и могут проникать через гематоэнцефалический барьер .
В 2010 году было опубликовано исследование, в котором подробно описывалось развитие симптомов, подобных болезни Паркинсона, у мышей после хронического внутрижелудочного приема низких доз ротенона. Концентрации в центральной нервной системе были ниже определяемых пределов, но все еще вызывали патологию PD. [57]
{{cite journal}}
: CS1 maint: постскриптум ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: постскриптум ( ссылка ){{cite book}}
: CS1 maint: постскриптум ( ссылка )