Кіріспе

Ротенон – иісі жоқ, түссіз, кристалды изофлавон, кең спектрлі инсектицид, балық өлтіргіш және пестицид ретінде қолданылады. Ол табиғатта бірнеше өсімдіктердің тұқымдары мен сабақтарында, мысалы, ямсы жүзімдерінде және Фабацея тұқымдасының басқа да бірнеше түрлерінің тамырларында кездеседі. Ротенон – ротеноидтар деп аталатын химиялық қосылыстар тобының алғаш рет сипатталған өкілі болып табылады.

Ашылу

Қазіргі кезде белгілі ротенонды құрайтын өсімдіктерді жапырақ жейтін гусеницаларды өлтіру үшін қолданудың ең алғашқы жазбасы 1848 жылға дейін жетеді; ғасырлар бойы осы өсімдіктер балықты улау үшін пайдаланылып келген. Белсенді химиялық компонентті алғаш рет 1895 жылы француз ботанігі Эммануэль Джефрой француз Гвианасында саяхаттап жүргенде Robinia nicou (қазір Deguelia utilis) түлінен бөліп алып, оны николин деп атады. Ол бұл зерттеулер туралы 1895 жылы, паразиттік аурудан қайтыс болғаннан кейін жарияланған диссертациясында жазды. 1902 жылы Тайваньның генерал-губернаторының жапондық химиялық инженеры Кадзуо Нагай Derris elliptica-дан таза кристалдық қосылысты оқшаулады және оны ротенон деп атады, бұл өсімдіктің тайваньдық атауы 蘆藤 (lú téng) жапон тіліне аударғанда 2=ローテン (3=ротен) болып шықты. 1930 жылға қарай николин мен ротенон химиялық тұрғыдан бірдей екені анықталды.

Қолданылуы

Ротенон пестицид, инсектицид және таңдаусыз балық қырушы ретінде қолданылады. Ротенонды балық аулау үшін жергілікті халықтар бұрыннан-ақ пайдаланған. Әдетте, ротенон құрамында болатын, бұршақ тұқымдасына жататын өсімдіктер ұнтақталып, суға салынса, ротенон жасушалық тыныс алу процесіне кедергі келтіретін болғандықтан, зардап шеккен балықтар ауаны жұтуға тырысып, су бетіне көтеріледі де, оларды ұстау оңай болады. Қазіргі кезде ол жат балық түрлерін жою үшін жиі қолданылады, себебі оның жартылай ыдырау мерзімі салыстырмалы түрде қысқа (бірнеше күн) және су ағысынан бірнеше күнде, ал көлдерден бірнеше айдың ішінде (маусымдық) араласуға, органикалық заттардың мөлшеріне, күн сәулесінің және температураның әсеріне байланысты жоғалады. Ротенонды мемлекеттік органдар 1952 жылдан бері АҚШ-та, ал 1980 жылдан бері Канада мен Норвегияда өзендер мен көлдердегі балықтарды қыру үшін қолданып келеді. Еуроодақ елдерінде қатаң ережелерге байланысты оның қолданылуы жиі емес, бірақ Ұлыбритания (Топмаут гужон), Швеция (су алабұрқасы және қабақбас), Испания (Топмаут гужон, Гамбузия) және Венгрия (пруссиялық сазан) сияқты елдерде қолданысқа ие. Ротенон метаболиттер арқылы ыдырайды, ал соңғы өнімдері су мен көмірқышқыл газына айналады. Сондықтан, оны теңіз ортасындағы басқа да зерттеулерде, аз мөлшерде қолдануға болады. Теңіз балықтарының биологиялық әртүрлілігін зерттейтін балық зерттеушілері ротенонмен шағын көлемде сынамалар алып, жағалау аймағындағы балық қоғамдарының маңызды бөлігін құрайтын, жасырын балықтарды анықтайды, себебі ол қоршаған ортаға минимал және уақытша әсер етеді. Ол кубе, туба немесе деррис аттарымен, жеке немесе басқа инсектицидтермен синергиялық үйлесімде сатылады. АҚШ және Канадада балық қырудан басқа, ротенонның барлық қолданылуы тоқтатылуда. Қазіргі уақытта АҚШ-та оны органикалық шаруашылықта қолдануға тыйым салынған. Ұлыбританияда ротенон инсектицидтерін (Derris саудалық атауымен сатылатын) 2009 жылы сатуға тыйым салынды. Ротенон адамдардағы қышыма мен бас құсқыштарын, сондай-ақ тауықтардағы, мал мен үй жануарларындағы паразиттік кенелерді емдеу үшін ұнтақ түрінде де қолданылады. Ауыл шаруашылығында ол да таңдаусыз әрекет етеді және картоп қоңыздарын, қияр қоңыздарын, бөртпе қоңыздарын, капуста құрттарын, малина қоңыздарын және аспаржа қоңыздарын, сондай-ақ көптеген басқа да буынтық аяқтыларды өлтіреді. Топырақта тез ыдырайды, 20 °C (68 °F) температурада 1–3 айдан кейін 90% ыдырайды, ал 30 °C (86 °F) температурада үш есе жылдам.

Әрекет ету механизмі

Ротенон митохондриядағы I кешендегі электрондық тасымалдау тізбегіне араласып жұмыс істейді, осылайша оны IRAC әсер ету механизмі 21 класына (жеке 21B класына) жатқызады. Ол I кешендегі темір-күкірт орталықтарынан убихинонға электрондардың берілуін тежейді. Бұл жасушалық қолданылатын энергияны (АТФ) жасау кезінде NADH процесіне кедергі келтіреді. Ротенон микротубулалардың жиналуын да тежейді.

Адамға әсері

Дүниежүзілік денсаулық сақтау ұйымы ротенонды орташа деңгейде қауіпті деп жіктемелейді. Ол адам мен басқа сүтқоректілерге жеңіл улы, бірақ жәндіктер мен су жануарларына, соның ішінде балықтарға өте улы. Балықтар мен жәндіктерде улылықтың жоғары деңгейі ротенонның липофильді болуына байланысты, ол желбезек немесе трахея арқылы оңай сіңіріледі, бірақ тері немесе асқазан-ішек жолы арқылы соншалықты оңай сіңірілмейді. Ротенон in vitro жағдайында эритроциттерге токсикалық әсер етеді. Балалар үшін ең төменгі өлімге әкелетін доза белгісіз, бірақ 3,5 жастағы бала 40 мг/кг ротенон ерітіндісін ішкеннен кейін қайтыс болды. Ротенонға уланудан адам өлімі сирек кездеседі, себебі оның тітіркендіретін әсері құсуты тудырады. Ротенонды қасақана ішу өлімге әкелуі мүмкін. Бұл қосылыс күн сәулесіне ұшырағанда ыдырайды және әдетте қоршаған ортада алты күнге дейін белсенді болады. Ол ротенолонға тотығады, ол ротенонға қарағанда шамамен он есе аз улы. Суда ыдырау жылдамдығы температура, pH, судың қатаңдығы және күн сәулесі сияқты бірнеше факторларға байланысты. Табиғи сулардағы жартылай ыдырау мерзімі 24°C температурада жарты күннен 0°C температурада 3,5 күнге дейін өзгереді. 2018 жылы жасалған зерттеуде ротенонның дамушы мидың қасиеттерін имитациялайтын жасуша мәдениеттеріне тигізетін әсері зерттелді. Зерттеу ротенонның даму кезеңінде нейротоксикалық әсер ететінін көрсетті, яғни дамушы ұрықта ротенонға ұшырау адам миының дұрыс дамуына кедерес келтіруі мүмкін, бұл өмір бойында айқын салдарларға әкелуі мүмкін. Зерттеу ротенонның дофаминергиялық нейрондарға ерекше зиян келтіретінін анықтады, бұл бұрынғы зерттеулермен сәйкес келеді.

Паркинсон ауруы

2000 жылы егеуқұйрықтарға ротенон инъекциялау Паркинсон ауруына (ПА) ұқсас симптомдардың дамуына әкеп соқты. Ротенон бес апта бойы үзіліссіз қолданылып, DMSO және PEG қоспасымен араластырылып, тіндерге енуін жақсарту үшін, содан кейін жақ тілшесінің венасына инъекцияланды. Зерттеу ротенонның адамдарда ПА-ға себепкер екенін тікелей көрсетпейді, бірақ экологиялық токсиндерге ұзақ уақыт бойы тозу аурудың пайда болу мүмкіндігін арттырады деген пікірмен сәйкес келеді. 2011 жылы АҚШ Ұлттық денсаулық сақтау институтының зерттеуі ферма жұмысшыларында ротенон қолдану мен Паркинсон ауруы арасындағы байланысты көрсетті, бұл қорғаныш жабдықтарын пайдаланбау арқасында жүйке зақымдануы және өкпе арқылы сіңу арасындағы байланысты көрсетеді. Тышқан нейрондарының және микроглияларының алғашқы культураларындағы зерттеулер ротенонның төмен дозалары (10 нМ-ден төмен) дофаминергиялық нейрондардың тотығу зақымдануын және өлімін тудырады, ал Паркинсон ауруында қара заттағы осы нейрондар өледі. Тағы бір зерттеуде де дофаминергиялық нейрондардағы ротенонның төмен концентрациядағы (5 нМ) уытты әсері сипатталған, тышқан миының жаңа тілімдерінде. Бұл уыттылық жасушалық стрестің қосымша факторымен күшейтілді – жасуша ішіндегі кальцийдің жоғары концентрациясы, дофаминергиялық нейронның өлімі туралы «көп факторлы гипотезаны» қолдайды. Бұрынғыда нейротоксин MPTP ПА-ға ұқсас симптомдарды (адамдарда және басқа приматтарда, бірақ тышқандарда емес) электрондар тасымалдау тізбегіндегі I кешенге кедергі келтіріп, қара заттағы дофаминергиялық нейрондарды өлтіру арқылы тудыратыны белгілі болды. MPTP-ге қатысты қосымша зерттеулер ПА патологиясының маңызды компоненті болып табылатын Леви денелерінің дамуын көрсетпеді. Дегенмен, кем дегенде бір зерттеуде MPTP-дан алынған егде жастағы резус маймылдарында Леви денелерін құрайтын химиялық құрамы ұқсас ақуыздың агрегациялануының дәлелі табылды, Паркинсон ауруына ұқсас патологиямен. Сондықтан, MPTP-нің Паркинсон ауруымен байланысты механизмі толыққанды түсініксіз. Осы жағдайларға байланысты ротенон Паркинсон ауруын тудырушы фактор ретінде зерттелді. MPTP және ротенон липофильді және қан-ми тосқауылдан өте алады. 2010 жылы егеуқұйрықтардың интрагастрикалық түрде ротенонның төмен дозаларын ұзақ қабылдауынан кейін Паркинсон ауруына ұқсас симптомдардың прогрессиясын егжей-тегжейлі баяндаған зерттеу жарияланды. Орталық жүйке жүйесіндегі концентрация анықтау шегінен төмен болды, бірақ бәрібір ПА патологиясын тудырды.

Белгілі әкімшіліктер

1992 жылы Флоридадағы Балық және жабайы табиғатты сақтау комиссиясының (FWC) қызметкерлері ротенонды Майами-Дейд округіндегі шағын тоғанда инвазивті ягуар цихлидтерінің орныққан популяциясын жою үшін қолданды. Ресми өкілдер тоғандағы барлық ягуар цихлидтерін (басқа балықтармен бірге) өлтіруге жетті, бірақ Флоридадан оларды жоюға үлкермеді; цихлидтер Майами каналы және оған қосылған су жолдары бойынша таралып кеткен еді, ал 1994 жылға қарай ягуар цихлидтері Оңтүстік және Орталық Флоридада сәтті орнығып қалды. 2010 жылдың қыркүйегінде Орегон штатының Балық және жабайы табиғат департаментінің қызметкерлері Шығыс Орегонның Манн көліндегі инвазивті алтын балықтардың орныққан популяциясын өлтіру үшін ротенонды қолданды, мақсат – көлдегі жергілікті Лахонтан қиық мүйізді алабұғасының популяциясын бұзбау. Ротенон бұл мақсатқа жетіп, 179 000–197 000 алтын балық пен майлы бас шабақтарын, сондай-ақ үш алабұғаны өлтірді. 2006 жылдың 1 мамырынан бастап АҚШ-тың Юта штатының оңтүстік-шығыс бөлігіндегі Пангуич көліне ротенонмен өңдеу жасалды, бұл Юта шабағының инвазивті популяциясын жою және бақылау мақсатында жасалды, олар, балықшылар тірі жем ретінде қолданғандықтан, кездейсоқ түрде әкелінген болуы мүмкін. 2006 жылы көлге 20 000 көкжаңбырлы алабұға қосылды; 2016 жылға қарай көлдегі балық популяциясы қалпына келді. 2012 жылы ротенон Аляска штатындағы Сторми көліндегі қалған барлық балықты өлтіру үшін қолданылды, себебі инвазивті суырықтар жергілікті түрлерді жойды, ал емдеу аяқталғаннан кейін олар қайтадан қоныстандырылды. 2014 жылы ротенон Сан-Францискодағы Таулы көлдегі қалған барлық балықты өлтіру үшін қолданылды, бұл Таулы көл паркінде орналасқан, аймаққа еуропалықтар қоныс аударғаннан бері енгізілген инвазивті түрлерден құтылу үшін жасалды. Ротенон биомедициналық зерттеулерде жасушалардың оттегіні тұтыну деңгейін зерттеу үшін қолданылады, әдетте антимицин А (электрондық тасымалдау тізбегінің III кешенінің тежегіші), олигомицин (АТФ синтезасының тежегіші) және FCCP (митохондриялық ажыратушы) сияқты заттармен бірге қолданылады.

Ақырғылау

Ротенонды суда калий перманганаты қолдану арқылы зияндылығын қабылданған деңгейге дейін төмендетуге болады.