Effects of piperonyl butoxide on the toxicity of the organophosphate temephos and the role of esterases in the insecticide resistance of Aedes aegypti

Introduction The effects of piperonyl butoxide (PBO) on the toxicity of the organophosphate temephos (TE) and the role of esterases in the resistance of Aedes aegypti to this insecticide were evaluated. Methods A. aegypti L4 larvae susceptible and resistant to TE were pre-treated with PBO solutions in acetone at concentrations of 0.125, 0.25, 0.5, 1, and 2% for 24h and subsequently exposed to a diagnostic concentration of 0.02mg/L aqueous TE solution. The esterase activity of the larvae extracts pre-treated with varying PBO concentrations and exposed to TE for three time periods was determined. Results At concentrations of 0.25, 0.5, 1, and 2%, PBO showed a significant synergistic effect with TE toxicity. High levels of esterase activity were associated with the survival of A. aegypti L4 larvae exposed to TE only. Conclusions The results of the biochemical assays suggest that PBO has a significant inhibitory effect on the total esterase activity in A. aegypti larvae. .

Caracterización parcial de la actividad de esterasas en una cepa de Aedes aegypti resistente a temefos / Partial characterization of esterase activity in a temephos-resistant Aedes aegypti strain

Introducción: las enzimas esterasas han sido identificadas como mecanismo de resistencia a temefos en Aedes aegypti de Cuba, larvicida más utilizado en el mundo. Objetivo: caracterizar parcialmente la actividad de esterasas en larvas expuestas y no expuestas a dosis subletales de temefos en una cepa de Aedes aegypti resistente a este insecticida. Métodos: se utilizó una cepa de Aedes aegypti de referencia susceptible (Rockefeller) y otra resistente a temefos (SANtemF11). Se expusieron las larvas de la cepa SANtemF11 a la concentración letal 90 (CL90) de temefos (1 ppm), 10 % de larvas sobrevivientes a las 24 h (SANtem [24 h]) se transfirieron a agua limpia y sin exposición a insecticidas por otras 24 h (SANtem [48 h]). Se caracterizó de modo parcial, en estas larvas, la actividad de esterasas a través de ensayos bioquímicos y electroforesis en gel de poliacrilamida. Se estimó por duodecil sulfato de sodio (SDS-PAGE) el peso molecular de la esterasa (Est. A4). Resultados: la actividad de esterasas en la cepa SANtemF11 resultó significativamente mayor que en Rockefeller. Se observó una disminución significativa de la actividad de esterasas en las larvas sobrevivientes (SANtemF11 [24 h]), la cual se recuperó 24 h después sin exposición a temefos. En el zimograma se observó que en 10 % de las larvas sobrevivientes a temefos, solo apareció incrementada la banda de esterasa A4, en comparación con las observadas en SANtemF11. El peso molecular estimado de la esterasa A4 fue de 58 kDa. Conclusiones: la presencia de una banda específica de esterasa (58 kDa), en las larvas sobrevivientes a la selección con temefos, confirma su papel en la resistencia a este insecticida. Diagnosticar la función de las esterasas en la resistencia a temefos, a través de ensayos bioquímicos, no debe realizarse en larvas expuestas a dosis subletales de este insecticida, para evitar falsos negativos.

Introduction: the esterase enzymes have been defined as the mechanism of resistance to temephos in Aeges aegypti in Cuba, which is the most used larvacide worldwide. Objective: to partially characterize the activity of esterases in exposed and non-exposed larvae at sublethal doses of temephos in an Aedes aegypti strain that is resistant to this product. Methods: a susceptible reference Aedes aegypti strain (Rockefeller) and another temephos-resistant strain (SANtemFII) were used. The larvae from SANtemF11 strain were exposed to lethal concentration 90 (LC90) of temephos (1 ppm); 10 % of the surviving larvae after 24 hours (SANtem[24 h] was moved to clean water, with no exposure to insecticide for 24 hours (SANtem [48 h]). The activity of esterases was partially characterized in these larvae through biochemical assays and gel-polyacrylamide electrophoresis. The molecular weight of esterase A 4 (ESt. A4) was estimated with the support of sodium duodecyl sulophate (SDS-PAGE). Results: the activity of esterases in SANtemF11 was significantly higher than in Rockefeller strain. Significant reduction of the activity of esterases in surviving larvae was observed (SANtemF11 [24 h], but it increased 24 h later without exposure to temephos. The zymogram showed that 10% of larvae that survived from temephos action, just the esterase A4 band increased if compared with those of SAntemF11. The estimated molecular weight of esterase A4 was 58 kDa. Conclusions: the presence of a specific band of esterase (58 kDa) in surviving larvae confirmed the role of these enzymes in insecticidal resistance. The diagnosis of the function of the esterases in resistance to temephos through biochemical tests should not be made in larvae exposed to sublethal doses of this insecticide, in order to avoid false negatives.

Impact of environmental temperatures on resistance to organophosphate insecticides in Aedes aegypti from Trinidad / Repercusión de las temperaturas ambientales sobre la resistencia de Aedes aegypti a los insecticidas organofosforados en Trinidad

OBJECTIVE: To examine the effects of increasing larval rearing temperatures on the resistance status of Trinidadian populations of Aedes aegypti to organophosphate (OP) insecticides. METHODS: In 2007-2008, bioassays and biochemical assays were conducted on A. aegypti larvae collected in 2006 from eight geographically distinct areas in Trinidad (Trinidad and Tobago). Larval populations were reared at four temperatures (28 ± 2ºC, 32ºC, 34ºC, and 36ºC) prior to bioassays with OP insecticides (fenthion, malathion, and temephos) and biochemical assays for esterase enzymes. RESULTS: Most larval populations reared at 28 ± 2ºC were susceptible to fenthion (>98% mortality) but resistant to malathion and temephos (< 80% mortality). A positive association was found between resistance to OP insecticides and increased activities of α- and β-esterases in larval populations reared at 28 ± 2ºC. Although larval populations reared at higher temperatures showed variations in resistance to OPs, there was a general increase in susceptibility. However, increases or decreases in activity levels of enzymes did not always correspond with an increase or decrease in the proportion of resistant individuals reared at higher temperatures. CONCLUSIONS: Although global warming may cause an increase in dengue transmission, based on the current results, the use of insecticides for dengue prevention and control may yet be effective if temperatures increase as projected.

OBJETIVO: Examinar los efectos del aumento de las temperaturas de desarrollo larvario sobre el estado de resistencia a los insecticidas organofosforados de las poblaciones de Aedes aegypti en Trinidad. MÉTODOS: En 2007 y 2008 se llevaron a cabo ensayos biológicos y bioquímicos en larvas de A. aegypti recogidas en el 2006 de ocho áreas geográficamente separadas en Trinidad (Trinidad y Tabago). Las poblaciones larvarias se desarrollaron en cuatro temperaturas (28 ± 2 ºC, 32 ºC, 34 ºC y 36 ºC) antes de los ensayos biológicos con insecticidas organofosforados (fentión, malatión y temefós) y los análisis bioquímicos para las enzimas de esterasa. RESULTADOS: La mayoría de las poblaciones larvarias que se desarrollaron a 28 ± 2 ºC fueron susceptibles al fentión (mortalidad > 98%) pero resistentes al malatión y al temefós (mortalidad < 80%). Se encontró una asociación positiva entre la resistencia a los insecticidas organofosforados y la mayor actividad de αy β-esterasas en las poblaciones larvarias que se desarrollaron a 28 ± 2 ºC. Aunque las poblaciones larvarias que se desarrollaron a temperaturas mayores mostraron variaciones en la resistencia a los organofosforados, hubo un aumento general de la sensibilidad. Sin embargo, los aumentos o las disminuciones en los niveles de actividad de las enzimas no siempre se correspondieron con un aumento o disminución en la proporción de individuos resistentes desarrollados a las temperaturas más altas. CONCLUSIONES: Aunque el recalentamiento del planeta puede causar un aumento de la transmisión del dengue, según los resultados de este estudio el uso de insecticidas para la prevención y el control del dengue todavía puede ser eficaz si las temperaturas aumentan según lo proyectado.