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Better tools for combating insect borne diseases by understanding influences on the fate of common pesticides in paint formulations

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Insektizide Farbe: ein neuer Ansatz gegen vektorübertragene Krankheiten

Insektizide gehören zu den Schlüsselmaßnahmen gegen Krankheiten, die von Mücken durch Vektoren übertragen werden. Dazu gehören zum Beispiel Malaria, das Zikavirus, das Denguefieber und Gelbfieber. Das am Projekt ChiPyrNMR beteiligte Wissenschaftsteam hat neue Methoden zur Verbesserung der Vektorbekämpfung untersucht.

Gesundheit

Pyrethroide zählen zu den besten Insektiziden, die von der WHO für den Einsatz im öffentlichen Gesundheitsbereich gegen vektorübertragene Krankheiten vorgeschlagen werden. Moleküle von Pyrethroiden haben ein chirales Zentrum und können in verschiedenen Formen vorkommen, die als Stereoisomere bekannt sind. Da nicht alle Stereoisomere aktive Insektizide sind, müssen zwingend die inaktiven Formen der Pyrethroide bestimmt werden, die ihre Wirksamkeit beeinflussen könnten. Insektizide Farbe wurde als innovative Methode vorgeschlagen, um Insekten in Kontakt mit den Insektiziden zu bringen. Bei der Bekämpfung von vektorübertragenen Krankheiten wirkt sie gezielter, ist umweltfreundlicher und weniger schädlich für Menschen. Pyrethroide werden jedoch instabil, vor allem wenn sie in eine komplexe Matrix, wie Farbe, integriert werden. Mit Unterstützung durch das Marie-Skłodowska-Curie-Programm schlug das Projekt ChiPyrNMR die Untersuchung der molekularen Stabilität der Pyrethroide in Farbe vor. „Wir wollten das Schicksal von Insektiziden in komplexen Matrizen besser verstehen und ihre Wirksamkeit in Farbe verbessern“, erklärt die Forschungsstipendiatin Federica Aiello. Die Forschenden nutzten die Kernspinresonanzspektroskopie (NMR-Spektroskopie), ein extrem leistungsfähiges Analyseverfahren, mit dem sich strukturelle Veränderungen auf molekularer Ebene erkennen lassen. Sie erforschten die chemische Zersetzung von Insektiziden unter verschiedenen pH- und Temperaturbedingungen im Zeitverlauf. In Kombination mit Massenspektrometrie und Chromatografie konnten sie den Abbau von Pyrethroiden analysieren und feststellen, ob die Moleküle isomerisiert oder hydrolysiert wurden. Außerdem konnte das Wissenschaftsteam die jeweiligen Nebenproduktarten quantifizieren und den Einsatz von Stabilitätsförderern untersuchen. Damit wurde der Grundstein für zukünftige Forschungen gelegt. Intensiv geforscht wurde auch an der Entwicklung einer Methode zur Extraktion des Insektizids aus der komplexen Matrix, bei der die Stabilität nicht beeinträchtigt wird. Das Forschungsteam konnte ferner die NMR-Spektren filtern und die Identifikation des insektiziden Signals verbessern, während gleichzeitig störende Hintergrundsignale der Matrix unterdrückt wurden. Darüber hinaus entwickelte das Team eine maßgeschneiderte Analysemethode zur Handhabung und Analyse von Farbproben, die Pyrethroide enthalten.

Bedeutung von ChiPyrNMR und zukünftige Ausrichtungen

Die Kernspinresonanz-Methodik, die zur Analyse von Insektiziden in Farbe entwickelt wurde, hat im Vergleich zu herkömmlichen chromatografischen Messungen mehrere Vorteile. Sie ist umweltfreundlicher, da sie relativ wenige organische Lösungsmittel erfordert. Außerdem wird weniger Zeit für die experimentelle Analyse benötigt, wodurch die Methode kostengünstiger ist. Projektkoordinator Tony Davies dazu: „Die genaue Analyse der aktiven Zusatzstoffe in komplexen Matrizen stellt eine wachsende Herausforderung für im Analysebereich tätige Fachkräfte dar.“ Ob bei chemischen Zusätzen in Nahrungsmitteln oder aktiven Insektiziden in komplexen Farbformeln – die Analyse muss häufig in situ erfolgen. Der bei Standardmethoden eingesetzte Trennprozess umfasst jedoch potenziell invasive Extraktionsschritte, die eine Veränderung der Form aktiver Komponenten bewirken und zu ungültigen Ergebnissen führen. Im Vergleich dazu ist die fortgeschrittene NMR-Methode von ChiPyrNMR sehr robust: Sie reduziert die Zersetzung auf ein Minimum und schützt den Wirkstoff. Das garantiert mehr zuverlässige Ergebnisse. Vektorübertragene Krankheiten machen über 17 % aller Infektionskrankheiten aus und sind weltweit für mehr als 700 000 Todesfälle pro Jahr verantwortlich. Die Arbeit von ChiPyrNMR wird durch effektivere und vielleicht sogar kostengünstigere insektizide Farben einen Beitrag zur Vektorbekämpfung leisten. Das während des Projekts gewonnene Wissen könnte in anderen Systemen umfassender genutzt werden und die Forschung nach anderen chemischen Verbindungen unterstützen.

Schlüsselbegriffe

ChiPyrNMR, insektizide Farbe, Pyrethroide, NMR, chirale Konfiguration

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