THE DETOXICATION ENZYMES CAUSING ORGANOPHOSPHATE RESISTANCE IN THE HOUSEFLY; PROPERTIES, INHIBITION, AND THE ACTION OF INHIBITORS AS SYNERGISTS
Authors: OPPENOORTH F. J. , VAN ASPEREN K. 
Published: April 2011

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 ali‐esterase. The problem as to how enzymes with a rather low breakdown capacity could confer high resistance is discussed.

ABBAUENZYME ALS URSACHE DER PHOSPHORSÄURE ESTER‐RESISTENZ BEI DER STUBENFLIEGE; EIGENSCHAFTEN, HEMMUNG UND DIE SYNERGISTISCHE WIRKUNG VON HEMMENDEN SUBSTANZEN

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 Anzahl 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 befàhigt 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. Sublethal Mengen dieser Substanz reduzieren die Resistenz beträchtlich.