Juvenoidy proti termitům

Termiti, česky také všekazi (Isoptera), vytvářejí početné, dokonale organizované společnosti, v nichž tvarová a funkční různorodost jednotlivých kast dosahuje svého vrcholu. V termitištích žijí trvale vedle matek ploditelek i jejich partneři, samečkové. Většinu jedinců v kolonii tvoří nediferencované larvy a dělníci (neplodní samečkové a samičky), kteří vykonávají všechny „pracovní“ funkce: ošetřují své rodiče a pečují o závislá stadia a kasty – o vojáky, vajíčka, mladší larvy, nymfy (larvální stadia se základy křídel ve vývojové řadě k dospělcům). Dělníci budují termitiště a obstarávají potravu. Specializovaná kasta vojáků zajišťuje obranu termitiště. To ale platí velmi zhruba: monstrózní vojáci mají i některé další, např. koordinační funkce a u mnohých druhů se na obraně termitiště velmi účinně podílejí také dělníci. Termiti jsou hmyzem s proměnou nedokonalou a vedle blanokřídlých (Hymenoptera) s proměnou dokonalou, k nimž patří mravenci a včely, představují další vývojový vrchol sociálně žijícího hmyzu. Pracovní funkce u sociálních blanokřídlých vykonávají neplodné samičky, dělnice. Nejznámějším příkladem je včela medonosná, kde se o rozmnožování stará matka-královna a samečkové-trubci se objevují jen dočasně a jejich jediným úkolem je oplodnit nově narozené samičky.

Podmínkou zdárné existence termití společnosti je vyvážený poměr a vzájemná souhra všech kast. Již na sklonku devatenáctého století ukázal B. Grassi, že se v oddělené skupině larev jihoevropského termita Kalotermes flavicollis za čas vytvoří chybějící kasty, a posléze vznikne nová plně funkční kolonie. Rovnovážný stav (sociální homeostázu), komunikaci a integraci činností v kolonii zprostředkují vedle mechanických stimulů zejména chemické dorozumívací látky – feromony. Vývoj jedinců v kolonii je řízen vnitřními regulačními faktory – hormony. Na rozhodující roli juvenilního hormonu v regulaci sociálního polymorfizmu nižších termitů upozornil ve svých průkopnických pracích švýcarský fyziolog Martin Lüscher. Termitům druhu K. flavicollis implantoval žlázy corpora allata, které produkují juvenilní hormon, a nediferencované larvy se začaly vyvíjet ve vojáky. Tento poznatek byl teoreticky velmi významný, ale pokusy nebyly zcela jednoznačné a nedařilo se je spolehlivě opakovat, neboť operovaní jedinci (jak s implantovanou žlázou, tak kontrolní) jsou ve skupině termitů velmi často eliminováni (sežráni).

V roce 1956 objevil Carroll Williams kontaktní působení juvenilního hormonu. Předpověděl rovněž praktickou použitelnost látek odvozených od hmyzích hormonů a označil je za „insekticidy třetí generace“. V Praze (v pozdějším Entomologickém ústavu ČSAV) působil v té době Vladimír Novák, jeden ze zakladatelů hmyzí endokrinologie a autor významné monografie o hmyzích hormonech [1]. Jeho žák Karel Sláma objevil při své stáži u C. Williamse v novinovém papíru z jedle balzamové látku, kterou nazval paper factor. Později byla identifikována jako metylester kyseliny todomatsuové juvabion, který svými účinky napodobuje juvenilní hormon. V roce 1967 uveřejnil Herbert Röller se svými spolupracovníky údaje o izolaci a identifikaci prvního juvenilního hormonu a záhy byly popsány jeho další homology. Objevily se četné práce o účincích juvenilního hormonu (viz tabulka), na nichž se významně podíleli i naši fyziologové K. Sláma a F. Sehnal. Vzhledem k tomu, že juvenilní hormon je v prostředí i v těle hmyzu málo stálý, hledaly se podobné, ale stálejší a účinnější látky. Pod vedením Františka Šorma se zformoval tým chemiků (na samém začátku Miroslav Romaňuk, Václav Jarolím a Karel Hejno) a ti syntetizovali desítky nových látek. F. Šorm zprostředkoval v té době zcela výjimečnou spolupráci s americkým výzkumným pracovištěm Zoecon, které vedl Carl Djerassi. V Palo Alto v Kalifornii a v Praze byly v té době vedoucí dílny výzkumu analogů juvenilního hormonu [2]. Díky tomu byl pro naše pokusy na termitech dříve než na jiných pracovištích k dispozici snadno aplikovatelný syntetický juvenilní hormon a jeho první izoprenoidní analogy. Pro pokusy jsme vybrali jihoevropské „zemní“ termity rodu Reticulitermes, u nichž probíhá vývoj rychle, svlékání larev je častější a frekvence stadia citlivého k juvenilnímu hormonu nebo jeho analogům je daleko vyšší. Psal se rok 1972 a byl zde nadějný poznatek: Působením syntetického juvenilního hormonu a jeho analogů lze navodit diferenciaci velkého počtu vojáků na úkor dělníků. Byli jsme zvědaví, zda tento princip půjde využít k narušení přirozené proporce kast vedoucí ke zkáze celé kolonie.

Nejčastěji se zkoušel účinek dvou prvních registrovaných bioracionálních insekticidů, přípravků Altosid (účinná látka methoprene) a Altozar (účinná látka hydroprene), které byly vyvinuty v laboratořích Zoecon. V pokusu s řadou druhů „nižších“ termitů čeledí Mastotermitidae, Kalotermitidae, Termopsidae, Hodotermitidae, Rhinotermitidae, ale i „vyšších“ termitů čeledi Termitidae se účinnost juvenoidů potvrdila. To bylo důležité zjištění, protože u vyšších termitů se na rozdíl od nižších předpokládá daleko časnější nasměrování budoucího vývoje, a tím i rigidnější, hůře ovlivnitelná proporce kast.

Nicméně se objevily i pochybnosti. Dřívější poznatky se opíraly o výsledky laboratorních testů s oddělky termitů, tj. se skupinami nediferencovaných larev a dělníků, nikoliv s celými koloniemi. Bylo nutné odpovědět na otázku, zda bude možné ovlivnit i plně funkční kolonie. A bylo nutné vyřešit další problém: První alifatické (izoprenoidní) analogy juvenilního hormonu byly v prostředí i v těle hmyzu málo stálé.

V několika světových laboratořích (např. firem Hoffmann-La Roche, Maag, Stauffer, Ciba-Geigy, Sumitomo) vznikaly látky, které se svou chemickou strukturou původní podobě juvenilního hormonu vzdalují. Dostaly jméno juvenoidy neboli JMH (Juvenile Hormone Mimics – látky napodobující účinek juvenilního hormonu). Hledaly se sloučeniny dostatečně stabilní, ale v přírodě poměrně rychle degradující. Zpočátku jsme věnovali pozornost juvenoidům odvozeným od 2-(4-hydroxybenzyl)-1-cyklohexanonu. Protože řada z nich byla vysoce biologicky aktivní na testovaných druzích hmyzu, zajímalo nás, zda tomu tak bude i u juvenoidů s jinou velikostí nasyceného kruhu. A pokud ano, jak se jejich biologická aktivita bude navzájem lišit. Tak vznikly deriváty 2-(4-hydroxybenzyl)-1-cyklopentanonu a 2-(4-hydroxybenzyl)-1-cykloheptanonu [3]. Testování prokázalo, že v pokusech se stejnými druhy hmyzu jsou biologické aktivity všech těchto sloučenin srovnatelné a v některých případech byly deriváty 2-(4-hydroxybenzyl)-1-cyklopentanonu dokonce i účinnější.

Pozitivní rozdíl v biologické aktivitě však byl eliminován obtížnější syntézou sloučenin. Proto jsme věnovali pozornost především derivátům 2-(4-hydroxybenzyl)-1-cyklohexanonu. Ten, který nesl v postranním alifatickém řetězci karbamátovou funkční skupinu (tab. 2, VI), jsme zkoušeli i na termitech. Protože první pokusy s oddělky jak evropského Reticulitermes santonensis, tak jihočínského Coptotermes formosanus byly nadějné, obětovali jsme i mladé kolonie C. formosanus vychované v laboratoři z vyrojených dospělců. Vyvrátili jsme tak pochybnosti, zda juvenoid bude působit i na funkční kolonie, a navíc u druhu, který má přirozeně početnou kastu vojáků.

Terénní testy v Austrálii a čínský termit v USA

Náš poznatek o účinnosti juvenoidu na sice mladé, ale úplné kolonie C. formosanus přišel, jak se zdá, ve správnou dobu. V souvislosti se zákazem dosud převládajících chlorovaných uhlovodíků, které v přírodě přetrvávají a z ekologického hlediska jsou nepřijatelné, ožíval zájem o nové prostředky proti termitům – tedy i o využití juvenoidů. Druhým, také velmi významným povzbuzením zájmu je rozsáhlá kalamita způsobená termity v USA. K dosud běžným „zemním“ termitům rodu Reticulitermes a některým „suchodřevním“ z rodů Cryptotermes a Incisitermes přibyl zvláště nebezpečný Coptotermes formosanus. Do USA se dostal s vojenským materiálem při repatriaci amerických jednotek po druhé světové válce. Jedním z nejfrekventovanějších míst vstupu byl přístav v New Orleansu v Louisianě. Dnes se tento termit vyskytuje v dalších deseti státech a působí ohromné problémy. Svá termitiště buduje v dutinách stromů a v obydlené krajině působí velmi skrytě. Termitiště staví i přímo v budovách u zakotvení trámů, ve zdech a na podobných nepřístupných místech. Jen v New Orleansu se roční škody vyčíslují na 66 milionů dolarů. Za insekticidy se vydává ročně 37,5 milionu dolarů. Celkové škody působené termity v USA se odhadují na jednu miliardu dolarů ročně.

V této situaci jsme navázali na naše předchozí osobní kontakty a r. 1995 uzavřel ÚOCHB dohodu s CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation) o terénních testech našeho juvenoidu na termitech v Austrálii. Entomologické pracoviště CSIRO vyvíjí technologii boje s termity pomocí nástrah a kolegové ze skupiny Michaela Lenze zařadili do svých pokusů i náš juvenoid. Prvním pokusným objektem se v Austrálii stal Coptotermes lacteus, blízký příbuzný čínského C. formosanus. Jeho velikou výhodou pro podobné pokusy je, že si staví kupovitá termitiště. Průběh pokusů se dá dobře sledovat, neboť lze odebírat vzorky termitů přímo z kolonie.

Výsledky pokusů v Austrálii jsou povzbudivé: Poprvé se podařilo pomocí nástrah s juvenoidem vyvolat diferenciaci ohromného množství vojáků v rozvinutých a plně funkčních koloniích termitů a způsobit jejich zkázu. Náš nebo některý podobný juvenoid má tedy jako prostředek pro hubení termitů naději na realizaci.

Dalším želízkem v ohni, které zůstává v záloze, jsou juvenogeny, tj. komplexní látky působící až poté, co se juvenoidní složka uvolní v těle hmyzu – např estery tvořené juvenoidními deriváty 2-(4-hydroxybenzyl)-1-cyklohexanolu s některými mastnými kyselinami. Podle prvních orientačních testů na termitech jsou ochotně přijímány s potravou (s ošetřeným dřevem). ¹⁾