Strobilurin Nedir? Bir Mantar Molekülünden Doğan Fungisit Sınıfı

Bazı mantarların ürettiği ve başka mantarların solunumunu kesen küçük bir molekül, bugün tarlada kullanılan büyük bir fungisit ailesinin atası. Strobilurinlerin hikâyesi iki soruyu birlikte taşıyor: Bu molekül mantar hücresinde tam olarak neyi kapatıyor, ve onu üreten mantar kendi zehrinden nasıl etkilenmiyor?

Doğal bir molekülden bir fungisit sınıfına

Strobilurinler, belirli mantarlardan izole edilip tanımlanmış doğal ürünlerdir ve keşif sırasına göre strobilurin A, B, C diye adlandırılmıştır (Balba, 2007). Kimyacılar doğal yapıları yapı-etkinlik ilişkisi çalışmalarında model alarak daha etkili ve daha kararlı sentetik analoglar geliştirmiştir (Balba, 2007). Bu gelişmeyi anlatan bir derlemeye göre öncü yapı strobilurin A idi; yapı üzerinde yapılan değişikliklerle kresoksim-metil gibi pratik koşullara dayanıklı türevler seçilmiş ve birçok şirketin katıldığı bir geliştirme yarışı başlamıştır (Sauter ve ark., 1999).

Sentetik sınıfın ilk ürünleri 1996'da piyasaya çıkmış ve yazarlarına göre 2002'ye gelindiğinde altı etken madde ticari kullanımda olacaktı; bu derlemede azoksistrobinin o yıllarda satışta başı çeken fungisit olduğu belirtilir (Bartlett ve ark., 2002).

Doğal strobilurin üreten mantarlar arasında bazı bazidiomisetler bulunur (Kraiczy ve ark., 1996). Bu yazı üretici türleri tanıtmıyor; doğadaki mantarların tanınması ayrı bir uzmanlık alanıdır ve Türkiye'deki yabani mantarlar yazısında neden uzman işi olduğu anlatılıyor.

Hücrenin enerji hattında tek bir nokta

Mitokondrideki solunum zinciri, elektronları sırayla aktaran büyük protein komplekslerinden oluşur; üçüncüsü sitokrom bc1 kompleksi (kompleks III) olarak bilinir. Strobilurin sınıfı fungisitler bu kompleksin Qo bölgesine bağlanır, elektron akışını keser ve ATP sentezini durdurur (Fernández-Ortuño ve ark., 2008). Bu yüzden literatürde QoI, yani "Qo dışı inhibitörler" olarak da anılırlar.

Aynı kompleksin ikinci bir kinon bölgesi daha vardır. Yeni bir fungisit olan fenpikoksamid, strobilurinlerin bağlandığı ubikinol yükseltgenme bölgesine (Qo) değil, ubikinon indirgenme bölgesine (Qi) bağlanır (Fouché ve ark., 2022). Buğday patojeni bir mantarla yapılan yönlendirilmiş evrim deneyinde, iki bölgede direnç sağlayan değişiklikleri birlikte taşıyan çift mutantların her iki inhibitör grubuna karşı tek mutantlardan daha az dirençli olduğu bulunmuştur (Fouché ve ark., 2022).

Enerji hattını kesmek her durumda aynı sonucu vermez. Bir derleme, strobilurinlerin büyük ölçüde koruyucu nitelikte, yani enfeksiyon kurulmadan önce etkili olduğunu, bazı bitki hastalıklarını ise hiç kontrol edemediğini aktarır (Wood ve ark., 2003). Aynı yazıya göre bazı mantarlar, kompleks III'ü atlayarak elektronları doğrudan oksijene veren strobilurine duyarsız bir alternatif oksidaz (AOX) taşır; bu yan yol enfeksiyon kurulduktan sonra etkinliği sınırlayabilir, ama spor çimlenmesi sırasında belirgin biçimde işe karışmaz (Wood ve ark., 2003).

Üretici mantar neden kendi zehrinden etkilenmiyor?

Bir mantar, bütün mantarların paylaştığı bir enzimi kapatan bir molekül üretiyorsa, kendi mitokondrisini de riske atıyor olmalı. Bu soruyu ele alan bir biyokimya çalışmasında strobilurin A üreten iki bazidiomisetin mitokondrilerinin, Qo bölgesini hedefleyen (E)-β-metoksiakrilat inhibitörlerine doğal olarak dirençli olduğu gösterilmiştir (Kraiczy ve ark., 1996). Araştırmacılar sitokrom b genlerini dizileyip strobilurin üretmeyen yakın bir türle karşılaştırmış ve üç türde de 127. konumda küçük bir amino asidin yerine izolösin gelmesinin genel duyarlılığı düşürdüğünü öne sürmüştür (Kraiczy ve ark., 1996).

Asıl direnci ise türe özgü değişiklikler açıklıyor. Üretici türlerden birinde 143. konumdaki glisinin alanine ve 153. konumdaki glisinin serine dönüşmesi, diğerinde ise 254. ve 261. konumlardaki değişiklikler direncin olası nedenleri olarak belirlenmiştir (Kraiczy ve ark., 1996). Aynı çalışmada 261. konumdaki değişikliğin fisyon mayası Schizosaccharomyces pombe'de de bulunduğu ve bu mayanın da bu inhibitörlere doğal olarak dirençli olduğu saptanmıştır (Kraiczy ve ark., 1996).

Buradaki 143. konum bir sonraki bölümde yeniden karşımıza çıkacak: üretici türlerden birinde görülen glisin-alanin değişikliği, tarladaki patojenlerde direnç kaynağı olarak tanımlanan G143A ile aynı konumda ve aynı yöndedir.

Tarlada direnç: G143A

Qo bölgesine bağlanan fungisitler 1996'da piyasaya çıktıktan kısa süre sonra, buğday küllemesinden elma karalekesi etkenine kadar birçok bitki patojeninin tarla popülasyonlarında dirençli izolatlar saptanmıştır (Gisi ve ark., 2002). Olguların çoğunda direnç, mitokondriyal sitokrom b genindeki tek bir nokta mutasyonuyla 143. konumdaki glisinin alanine dönüşmesinden (G143A) kaynaklanmıştır (Gisi ve ark., 2002).

Bu mutasyonun iki özelliği direncin evrimini anlamak açısından öne çıkar. Birincisi, G143A değişikliğinin enzimin etkinliğini bozmadığı bildirilmiştir; buğday külleme etkeninde dirençli bireylerin belirgin bir uyum bedeli ödemediği gösterilmiştir (Gisi ve ark., 2002). İkincisi, gen mitokondride bulunduğu için direncin kalıtımı Mendel kurallarına uymaz ve çoğu türde tek ebeveynden aktarılır (Gisi ve ark., 2002).

G143A tek yol değildir. QoI direncini derleyen bir çalışma, başlıca mekanizmanın sitokrom b genindeki hedef bölge değişikliği olduğunu, alternatif solunum ve dışarı atım pompalarının etkisinin ise sınırlı kaldığını belirtir (Fernández-Ortuño ve ark., 2008). Aynı derlemeye göre bazı türlerde direnç bu gendeki mutasyonlarla açıklanamamakta, bazılarında ise genin yapısı G143A mutasyonunun ortaya çıkmasını olanaksızlaştırmaktadır (Fernández-Ortuño ve ark., 2008).

Direnç yönetimi üzerine yazılmış güncel bir derleme, klasik ilkeleri farklı etki mekanizmalarına sahip fungisitleri birlikte kullanmak, tek bir hedefe yönelen kimyasalların uygulama sayısını sınırlamak ve bunları yerleşmiş enfeksiyonu yok etmek için kullanmamak olarak özetler (Yin ve ark., 2023). Aynı derleme, bilinen direnç mutasyonlarına dayanan PCR ve LAMP temelli testlerle direncin erken ve hızlı izlenebildiğini aktarır (Yin ve ark., 2023).

Tarladan sonra: toprak ve su

Geniş kullanımın bir bedeli de çevrede kalan kalıntılardır. Yaygın kullanılan altı strobilurin üzerine yazılmış bir ekotoksikoloji derlemesi, bu bileşiklerin su ve toprak organizmalarına yüksek toksisite gösterdiğini ve ekosistemler için potansiyel risk oluşturduğunu belirtir; aynı derlemeye göre etkilerin altındaki mekanizmalar henüz netleşmemiştir (Zhang ve ark., 2020).

Mantar hücresini hedeflemenin başka yolları

Enerji üretimi, fungisitlerin hedef aldığı tek yapı değil. Güncel direnç derlemesi, strobilurinlerin yanında sterol demetilasyon inhibitörleri, süksinat dehidrojenaz inhibitörleri ve benzimidazoller gibi başka ana sınıfları da ayrı ayrı ele alır (Yin ve ark., 2023). Adındaki sterol kelimesinin işaret ettiği zar sterolünü, yani mantar zarının kendine özgü sterolünü ergosterol nedir yazısında ele aldık. Hücreyi saran duvarın ana polimeri ise kitin nedir yazısında.

Bilimsel referanslar

Balba, H. (2007). Review of strobilurin fungicide chemicals. J Environ Sci Health B, 42(4), 441-51. PMID 17474024. DOI 10.1080/03601230701316465.

Bartlett, D.W. et al. (2002). The strobilurin fungicides. Pest Manag Sci, 58(7), 649-62. PMID 12146165. DOI 10.1002/ps.520.

Fernández-Ortuño, D. et al. (2008). Mechanisms of resistance to QoI fungicides in phytopathogenic fungi. Int Microbiol, 11(1), 1-9. PMID 18683626.

Fouché, G. et al. (2022). Directed evolution predicts cytochrome b G37V target site modification as probable adaptive mechanism towards the QiI fungicide fenpicoxamid in Zymoseptoria tritici. Environ Microbiol, 24(3), 1117-1132. PMID 34490974. DOI 10.1111/1462-2920.15760.

Gisi, U. et al. (2002). Mechanisms influencing the evolution of resistance to Qo inhibitor fungicides. Pest Manag Sci, 58(9), 859-67. PMID 12233175. DOI 10.1002/ps.565.

Kraiczy, P. et al. (1996). The molecular basis for the natural resistance of the cytochrome bc1 complex from strobilurin-producing basidiomycetes to center Qp inhibitors. Eur J Biochem, 235(1-2), 54-63. PMID 8631367. DOI 10.1111/j.1432-1033.1996.00054.x.

Sauter, H. et al. (1999). Strobilurins: Evolution of a New Class of Active Substances. Angew Chem Int Ed Engl, 38(10), 1328-1349. PMID 29711574. DOI 10.1002/(SICI)1521-3773(19990517)38:10<1328::AID-ANIE1328>3.0.CO;2-1.

Wood, P.M. et al. (2003). A critical evaluation of the role of alternative oxidase in the performance of strobilurin and related fungicides acting at the Qo site of complex III. Pest Manag Sci, 59(5), 499-511. PMID 12741518. DOI 10.1002/ps.655.

Yin, Y. et al. (2023). Fungicide Resistance: Progress in Understanding Mechanism, Monitoring, and Management. Phytopathology, 113(4), 707-718. PMID 36624725. DOI 10.1094/PHYTO-10-22-0370-KD.

Zhang, C. et al. (2020). Ecotoxicology of strobilurin fungicides. Sci Total Environ, 742, 140611. PMID 32721740. DOI 10.1016/j.scitotenv.2020.140611.

Bu içerik bilgilendirme amaçlıdır, tıbbi tavsiye niteliği taşımaz. Herhangi bir sağlık kararı almadan önce hekiminize danışınız. Fonksiyonel mantarlar ilaç değildir ve hastalıkların tedavisinde kullanılamaz.

Atıf yapılan kaynak: 10  |  Yöntem: Editöryel Politika  |  Referanslar: Bibliyografya