The detoxication enzymes causing organophosphate resistance in the housefly; Properties, inhibition, and the action of inhibitors as synergists

A comparison of the breakdown enzymes in OP-resistant houseflies and the ali-esterase of susceptible flies shows differences as well as similarities. In general both are rapidly phosphorylated by the OP-compounds, but only in the case of the breakdown enzymes dephosphorylation can take place. The rate of phosphorylation of the breakdown enzymes by the toxicants is sometimes higher, sometimes lower than that of the ali-esterase with the same compound. Studies of the breakdown reaction showed the Km to be in the order of 10^–6–10^–8 M, the turnover numbers to range from 0.05–0.7 per minute. Whether dephosphorylation takes place depends on the type of breakdown enzyme and the nature of the phosphoryl group. For instance, in the malathion-resistant strains only the dimethyl phosphorylated enzymes are dephosphorylated, but the dimethyl and dipropyl phosphorylated enzymes are not. Dephosphorylation of the enzymes of diazinon-resistant strains occurs with both dimethyl and diethyl, but not with dipropyl compounds. Consequently hydrolysis of some OP-compounds can be blocked by the addition of others that irreversibly phosphorylate the enzymes. Substances that can block the reaction have a marked synergistic action when sublethal doses are applied simultaneously with the OP-compound to which a strain is resistant. There is evidence that the breakdown enzymes can still hydrolyse methyl butyrate and some other esters although at a rate which is only a few percents of that of the aliesterase. The problem as to how enzymes with a rather low breakdown capacity could confer high resistance is discussed.

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Zusammenfassung In phosphorsäureester-resistenten Stubenfliegen sind Abbaufermente vorhanden, die die Fähigkeit zur Hydrolyse von Sauerstoffderivaten derjenigen Verbindungen besitzen, gegen die Resistenz aufgetreten ist. Diese Enzyme entstehen an Stelle einer in anfälligen Fliegen vorkommenden Ali-Esterase. Das Auftreten der Ali-Esterase und der Abbaufermente unterliegt dem Einfluß verschiedener Allele eines Gens. Durch eine Kombination biochemischer, genetischer und toxikologischer Arbeitsmethoden wurden Bedeutung und Eigenschaften dieser Enzyme untersucht.Die Hemmung der Ali-Esterase durch organische Phosphorverbindungen wird durch eine irreversible Reaktion hervorgerufen, bei der eine Dialkylphosphorylierung des Enzyms stattfindet. Die modifizierten Ali-Esterasen oder Abbaufermente unterscheiden sich von der Ali-Esterase dadurch, daß der Reaktion mit den Produkten, gegen die Resistenz besteht, eine langsam fortschreitende Dephosphorylierung folgt. Diese Fähigkeit zur Hydrolyse bestimmter Verbindungen muß die Selektion der Allele hervorgerufen haben, die für die Bildung dieser Enzyme verantwortlich sind. Darüber hinaus wurden aber noch andere Veränderungen herbeigeführt: ein Verlust der Ali-Esterase-Aktivität, eine Änderung in der Affinität einer Azahl Phosphorverbindungen gegenüber und eine Verminderung der Stabilität.Vier verschiedene Abbaufermente sind in verschiedenen resistenten Stämmen vorhanden. Zwei von ihnen können Diäthylverbindungen mit einer Umsatzzahl von 0.05 und 0.25 pro Minute hydrolysieren. Das Enzym mit der höheren Umsatzzahl spaltet auch Dimethyl-Derivate; die Affinität für diese Verbindungen erscheint aber zur Ausbildung eines hohen Resistenzgrades zu niedrig. Zwei andere Fermente finden sich in Malathion-resistenten Stämmen, von denen eines wegen seiner wahrscheinlichen Instabilität in vitro nicht untersucht werden konnte. Das andere Enzym spaltet Malaoxon und einige weitere Methylverbindungen, wobei die Affinität Malaoxon gegenüber höher ist, was möglicherweise die Ursache der ziemlich hohen Spezifizität bildet.Obwohl die Umsatzzahlen sehr niedrig sind und die Enzyme wohl nur einen geringen Teil des in vivo applizierten Giftes zu hydrolysieren vermögen, gestattet aber anscheinend ihre hohe Affinität für Phosphorverbindungen die für die Cholinesterasehemmung notwendige Inhibitormenge zu reduzieren und verursacht so die Resistenz.Die Abbaufermente können bestimmte Typen von Phosphorsäureestern hydrolysieren; sie werden aber noch durch andere Verbindungen dieser Stoffklasse irreversibel gehemmt. Solche Präparate sind zur Blockierung der in vitro stattfindenden Hydrolyse befähigt und besitzen einen stark synergistischen Effekt, wenn sie mit den Thioverbindungen, gegen die Resistenz besteht, gleichzeitig appliziert werden. So werden die Abbaufermente der Malathion- und Parathion-resistenten Stämme durch Propylparaoxon irreversibel phosphoryliert. Sublethale Mengen dieser Substanz reduzieren die Resistenz beträchtlich.

     

Die Ausdifferenzierung des Vakuolensystems in Blüten- und Laubblattepidermen vonPrimula kewensis

Ohne Zusammenfassung     

Das Problem der Spezifizität des Sabin-Feldman Farbtestes

Zusammenfassung Bei der Diagnostik der Toxoplasmosis, wie auch bei epidemiologischen Studien mit Hilfe dieses Testes, st?szt man auf die Nicht-Reproduzierbarkeit in engen Grenzen und auf die Frage welcher Wert niedrigen Serumtitern beigelegt werden soll. Die Technik des Sabin-Feldman Farbtestes ist vonvan Soestbergen studiert und verbessert worden, wodurch der Test auf diese Weise reproduzierbar geworden ist. Mit Hilfe dieser Technik und experimentell ist FrauMas Bakal besch?ftigt Probleme der Aspezifizit?t zu beantworten. Bis jetzt k?nnen keine Motive angeführt werden die gegen die Spezifizit?t des Testes sprechen. Vortrag auf der I Tagung der tschechoslowakischen Parasitologen in Prag 6–10 Oktober 1957.     

Inhibition of toxin production inClostridium perfringens in vitro by hyperbaric oxygen

Since 1960, gas gangrene has been treated by the administration of pure oxygen at 3 atmospheres absolute (3 ATA).Small animals are useless for research at this pressure because of oxygen intoxication.In vitro, the growth ofClostridium perfringens (C. welchii) was not arrested by 1 1/2 hr of hyperbaric oxygen at 3 ATA, but the production of toxin is inhibited during this period. It is not inhibited at 2 ATA. If the results of the conservative treatment of patients with hyperbaric oxygen depend upon a comparable process, such treatment at less than 3 ATA would probably be ineffective.     

Phosphates of the naphthol AS series in the quantitative determination of alkaline and acid phosphatase activities “in situ” studied in polyacrylamide membrane model systems and by cytospectrophotometry

Summary Histochemical media for the demonstration of alkaline and acid phosphatases using phosphates of naphthol AS series as the substrates and various diazonium salts as the couplers were tested in the capability of reflecting various levels of enzyme activities.Polyacrylamide membranes with incorporated enzymes (various concentrations of purified enzymes as well as of sonicated leucocytes, macrophages and of sonicated homogenates of various organs) were used as model systems in which the activity was estimated both with biochemical and with histochemical methods. Parallel experiments were performed in sedimentation chamber preparations of guinea-pig leucocytes and macrophages in which the activity was demonstrated with the same media as in polyacrylamide films. The quantitative measurements were performed in a cytospectrophotometer using the two-wavelength method.Increasing the substrate concentration which in standard histochemical media has been 1/8 mg per ml more azo-dye is produced in the reactions for both phosphatases. If the substrate concentration is higher than 1/2 mg per ml the standard concentration of the diazonium salt (1 mg per ml) becomes insufficient for an effective capturing of the released naphthol AS in the reaction for alkaline phosphatase. Due to a very high inhibitoty effect in the case of most commercially available diazonium salts the increase of their concentration annules the beneficial action of an increased substrate concentration on the azo-dye production. 4-amino-diphenylamine diazonium sulfate has an exceptional position because it was not inhibitory even in the concentration of 4 mg/ml.In the case of acid phosphatase the higher substrate concentration was incompatible with the use of Past Red Violet LB. Hexazo-p-rosanilin was an efficient and the most chromogenic coupler used in simultaneous as well as in postincubation coupling. With the latter localization is possible on the cellular (not subcellular) level.More chromogenic combinations are generally better for the cytospectrophotometrical measurement. The shape of extinction curves of azo-dyes produced with combinations studied was similar in models and in smears. In many combinations it was dependent on the presence of lipoproteins. A too steep decline of some curves prevented the use of some combinations in alkaline phosphatase determination with the two-wavelength method, even if they are very good in the qualitative studies and might be suitable for scanning cytospectrophotometry. p]The shape of extinction curves of azo-dyes produced in the reaction for acid phosphatase using hexazo-p-rosanilin as the coupling agent was independent of the presence of lipoproteins.The curves of azo-dyes produced in simultaneous coupling are not exactly the same as the curves obtained by postincubation coupling.In receipt of a fellowship of Netherlands Organization for the Advancement of Pure Research (Z.W.O.). Abbreviations used: AN-naphthol AS-AN phosphate; AS-naphthol AS-phosphate; B-Fast Blue B salt; BB-Fast Blue BB salt; BI-naphthol AS-BI phosphate; CL-naphthol AS-CL phosphate; DS-diazonium salt; GR-naphthol AS-GR phosphate; HP-hevazo-p-rosanilin; LB-Fast Red Violet LB salt; MX-naphthol AS-MX phosphate; S-substrate; TR-naphthol AS-TR phosphate (in the first half of the abbreviation), Fast Red TR salt (in the second half of the abbreviation); VB-4-amino-diphenylamine diazonium sulfate.