2.4.1 Metabolik Direnç
Metabolik direnç; dirençli böceklerin metabolik faaliyetlerle enzim seviyelerini arttırarak, insektisit moleküllerini ortadan kaldıran biyokimyasal veya fizyolojik bir savunma mekanizmasıdır. Enzimler, ksenobiyotikleri hızlı bir şekilde detoksifiye ederek toksik olmayan bir bileşiğe çevirebilirler. Dirençli böceklerde direnç gelişimi
16
enzim yapılarının daha yüksek bir katalitik aktiviteye sahip olması, gen ekspresyon seviyelerindeki artış ve gen ekspresyonları sonucu ortaya çıkmaktadır. Detoksifikasyon, hidroliz veya oksidasyon süreçlerinden oluşan faz I tepkimeleri ile glutatyon gibi endojen bileşiklerin konjugasyonu sonucu oluşan faz II tepkimeleri süreçleriyle gerçekleştirilir (Panini, Manicardi, Moores, & Mazzoni, 2016). Metabolik direnç mekanizmaları; P-450 monooksijenazlar, hidrolazlar ve glutatyon-S-transferaz enzimleridir. İnsektisitlere karşı metabolik direnç; Lepidoptera, Coleoptera ve Diptera takımlarının türlerinden çeşitli böceklerin direnç geliştirdiği yaygın bir mekanizmadır. Bugüne kadar yapılan çalışmaların çoğu, P450'ler, GST'ler ve esterazların rolünü açıklığa kavuşturmuştur (Pittendrigh vd., 2014).
2.4.2 Hedef Bölge Direnci
Hedef bölge direnci birçok böcek türünde insektisit direncine yol açan nokta mutasyonların oluşmasıyla gerçekleşen bir savunma mekanizmasıdır. Herhangi bir etki mekanizması sınıfından bileşiklerin tümü genellikle belirli bir hedef bölge direnci ile değişen derecelerde etkilenirler (Panini vd., 2016). Toksinin hedef bölgesindeki konformasyonel değişiklikler nedeniyle, insektisit böcek için daha az toksik hale gelir. Hedef bölgedeki bu tür değişiklikler, toksinin hedef bölgeye bağlanma yeteneğini azaltarak veya hedef bölgenin toksine yanıtını değiştirerek oluşabilmektedir (Pittendrigh vd., 2014).
Hedef bölge proteinlerindeki mutasyonlar, böceklerde bulunan en iyi bilinen piretroid direnç mekanizmasıdır (Nkya, Akhouayri, Kisinza, & David, 2013). DDT ve piretroidler gibi nörotoksik bileşiklerin hedefleri olan voltaj kapılı sodyum kanalları sivrisinekte ilaç direncinin gelişmesinde önemli rol oynamaktadır. (Catterall vd., 2007; Narahashi, 1996),
Hedef bölge direnci çalışmalarının çoğu ilk olarak M. domestica’da gözlenen kdr (knockdown resistance) mutasyonundan kaynaklandığını göstermektedir. En çok belgelenen kdr mutasyonu ise sodyum kanalının 2. domaininin 4. ve 6. segmentlerinde ve genel mutasyonların çoğu 1014 pozisyonundaki fenilalanin ile lösin aminoasitlerinin yer değiştirmesi şeklinde oluşmaktadır (Williamson, Martinez-Torres, Hick, & Devonshire, 1996).
17
Kdr direnci terimi, DDT veya piretroidli insektisitlerin böceklerin sinir sisteminde etki ettikleri hedef bölgelerin değiştirilmesiyle oluşan direnci tanımlamak için kullanılmaktadır (Soderlund & Knipple, 2003). Piretroidlere karşı oluşan kdr direnci, uzun zamandır bu insektisitlerin hedefi olan sodyum-kanal genindeki mutasyonlarla ilişkilendirilmiştir. Bugüne kadar 50’den fazla sodyum kanal mutasyonu teşhis edilmiş ve bu mutasyonun kdr direnci ile ilişkili olduğu tespit edilmiştir (Xu, W., Liu, S., Zhang, Y., Gao, J., Yang, M., Liu, X., Tao, L., 2017).
2.4.3 Davranışsal Direnç
Bir böcek veya onun yavruları için hayatta kalma şansının artmasına yol açan herhangi bir kaçınma davranışı davranışsal direnç olarak tanımlanmaktadır. Böcekler insektisit uygulamasını fark ederek uygulama yapılmış alandan uzaklaşabilir ya da beslenmelerini kesebilirler. Davranışlarını değiştirerek toksin moleküllerinden kaçınan dirençli böcekler kalıtsal bir mekanizma veya mekanizmalar geliştirebilirler. Örneğin, ovipozisyondaki davranış değişiklikleri, lahana yaprak güvesi Plutella xylostella'da insektisitlere karşı bir kaçınma davranışı olarak gözlenmiştir (Pittendrigh vd., 2014). Laboratuvarda yetiştirilen P. xylostella' nın insektisit uygulanmış konukçı bitkilere yumurta bırakma deneyinde, güvelerin sap ve yaprak yerine toprağa daha fazla yumurta bırakmayı tercih ettikleri gözlemlenmiştir (Sarfraz, Dosdall, & Keddie, 2005).
2.4.4 Penetrasyon Direnci
Bu mekanizma, dirençli böceklerin duyarlı böceklere göre kutikulalarının insektisitin vücuda alınmasını yavaşlatacak şekilde değişiklik oluşturmasıyla karekterize edilmektedir. Penetrasyon direnci dirençli böceklerde metabolik direnç gibi mekanizmaların varlığında eksprese olduğu zaman dirence güçlü bir katkıda bulunan bir faktör ya da düzenleyici olarak görev almaktadır. Son zamanlarda yapılmış çalışmalarda
Myzus persicae’nin neonikotinoid dirençli populasyonlarında proteinlerin farklı şekilde
ifade edildiği ve Tribolium castaneum, Helicoverpa armigera (Noctuidae: Lepidoptera) ve Blattella germanica (Dictyoptera: Blattellidae) ve Anopheles gambiae’nin de dahil olduğu bazı böcek türlerinde kutikula penetrasyonunda azalma yolu ile insektisit direnci gösterilmiştir. (Puinean vd., 2010). Penetrasyon direnci piretroid dirençli Musca
18
domestica’da kdr direncine, hedef bölge direncine, sitokrom P450 Cyp6d1'in aşırı
ekspresyonuna (metabolik direnç) ve düşük penetrasyona bağlıdır (Seifert & Scott, 2002).
2.4.5 Çapraz Direnç
Bir insektiside karşı duyarlılığını kaybetmiş böcek ya da böcek topluluğunun o insektiside yakın kimyasal yapıya veya benzer etki mekanizmasına sahip diğer insektisitlere karşı da dirençli olması durumuna çapraz direnç adı verilmektedir (Chapman & Penman, 1979). Çapraz direnç, birçok farklı böcek türünde ve çoklu insektisit direnci tiplerinde belgelenmiştir. Malathiona dirençli Ceratitis capitata (Diptera: Tephritidae) populasyonlarının, bazı organofosfat, karbamat, piretroid ve bir benzoil üre sınıfı insektiside karşı farklı çapraz direnç seviyelerine sahip olduğu gözlenmiştir (Couso-Ferrer vd., 2011).
DDT ve piretroidli insektisitler kimyasal olarak farklı olmalarına rağmen voltaj kapılı sodyum kanallarına etki etmektedirler. DDT’nin geçmişte kullanımı, hedef bölgedeki kdr mutasyonu nedeniyle DDT’ ye karşı pek çok böcek türünde direnç gelişimiyle sonuçlanmıştır. Populasyondaki bu mutasyonlar DDT’ye ek olarak tüm piretroidler için de dirence neden olmuştur (Brengues vd., 2003; IRAC, 2018). Beyaz sinek Bemisia tabaci Pyripyroxyfen (juvenil hormon analoğu) dirençli ve hassas ırkları üzerinde yapılan çalışmalarda neonikotinoid ailesinden Acetamiprid, Imidacloprid ve Thiamethoxama karşı çapraz direnç geliştirdiği görülmüştür (Ishaaya, Kontsedalov, & Horowitz, 2005).
2.4.6 Çoklu Direnç
Çoklu direnç başta membran ana pompa mekanizmaları olmak üzere, birçok farklı direnç mekanizmasının dirençli böceklerde aynı anda mevcut olmasıyla gerçekleşir. Farklı direnç mekanizmaları birden fazla kimyasal sınıfa karşı direnç sağlamak için bir araya gelebilmektedir. Yapılan çalışmalara göre Tetranychus urticae (iki noktalı kırmızı örümcek) ve Helicoverpa armigera’da ( pamuk yeşil kurdu) çoklu ilaç direnci tespit edilmiştir (Dermauw & Van Leeuwen, 2014). Batı Afrika, Benin’de
19
Anopheles gambiae ve Culex quinquefasciatus’da hedef bölge modifikasyonu ve
metabolik detoksifikasyon direnç tipleri sıtma ile mücadele programları ile kapalı alan ilaçlamalarında kullanılan birçok farklı insektisit grubuna karşı çoklu ilaç direnç mekanizmaları geliştirdikleri belgelenmiştir (Corbel vd., 2007).
Çoklu insektisit direnç lokusları arasındaki etkileşimleri inceleyen çalışmaların çoğu, Musca domestica kullanılarak yapılmıştır. M. domestica, küresel vektör mücadele programlarında kimyasal mücadelesi yapılan vektör kaynaklı insan ve hayvan hastalıklarının önemli bir vektörüdür (Hardstone & Scott, 2010). Şeftali-yaprak biti
Myzus persicae’nin hassas ırklarında Pirimicarb ve Triazamate insektisitlerine karşı
insektisit direnci kazandırıldıktan sonra DDT ve piretroid uygulamasıyla da çoklu ilaç direnci kazandığı görülmüştür (Field vd., 1997).