Malaria pozostaje główną przyczyną śmierci i chorób w Afryce, a największym obciążeniem dla dzieci poniżej 5 roku życia. Najskuteczniejszym sposobem zapobiegania chorobie są insektycydowe środki kontroli wektorów, które są skierowane przeciwko dorosłym komarom Anopheles. W wyniku powszechnego stosowania tych interwencji, oporność na najczęściej stosowane klasy insektycydów jest obecnie szeroko rozpowszechniona w całej Afryce. Zrozumienie mechanizmów leżących u podstaw tego fenotypu jest niezbędne zarówno do śledzenia rozprzestrzeniania się oporności, jak i do opracowania nowych narzędzi do jej przezwyciężenia.
W niniejszym badaniu porównaliśmy skład mikrobiomu populacji odpornych na insektycydy gatunków Anopheles gambiae, Anopheles cruzi i Anopheles arabiensis z Burkina Faso z populacjami wrażliwymi na insektycydy, również pochodzącymi z Etiopii.
Nie stwierdziliśmy różnic w składzie mikrobiomu pomiędzy szczepami odpornymi na insektycydy iśrodek owadobójczy-wrażliwych populacji w Burkina Faso. Wynik ten został potwierdzony badaniami laboratoryjnymi kolonii z dwóch krajów Burkina Faso. Natomiast u komarów Anopheles arabiensis z Etiopii zaobserwowano wyraźne różnice w składzie mikrobiomu między tymi, które padły, a tymi, które przeżyły ekspozycję na insektycydy. Aby zbadać dalej oporność tej populacji Anopheles arabiensis, przeprowadziliśmy sekwencjonowanie RNA i odkryliśmy różnicową ekspresję genów detoksykacji związanych z opornością na insektycydy, a także zmiany w kanałach jonowych oddechowych, metabolicznych i synaptycznych.
Nasze wyniki sugerują, że w niektórych przypadkach mikrobiota może przyczyniać się do rozwoju oporności na insektycydy, oprócz zmian w transkryptomie.
Chociaż oporność jest często opisywana jako składnik genetyczny wektora Anopheles, ostatnie badania wykazały, że mikrobiom zmienia się w odpowiedzi na ekspozycję na insektycydy, co sugeruje rolę tych organizmów w oporności. Rzeczywiście, badania komarów Anopheles gambiae będących wektorami w Ameryce Południowej i Środkowej wykazały znaczące zmiany w mikrobiomie naskórka po narażeniu na pyretroidy, a także zmiany w ogólnym mikrobiomie po narażeniu na organofosforany. W Afryce oporność na pyretroidy była związana ze zmianami w składzie mikrobioty w Kamerunie, Kenii i Wybrzeżu Kości Słoniowej, podczas gdy laboratoryjnie zaadaptowane Anopheles gambiae wykazały zmiany w swojej mikrobiocie po selekcji pod kątem oporności na pyretroidy. Ponadto eksperymentalne leczenie antybiotykami i dodanie znanych bakterii u komarów Anopheles arabiensis skolonizowanych w laboratorium wykazało zwiększoną tolerancję na pyretroidy. Dane te sugerują, że oporność na insektycydy może być związana z mikrobiomem komarów i że ten aspekt oporności na insektycydy można wykorzystać do zwalczania wektorów chorób.
W tym badaniu wykorzystaliśmy sekwencjonowanie 16S, aby określić, czy mikrobiota komarów kolonizowanych w laboratorium i zebranych w terenie w Afryce Zachodniej i Wschodniej różniła się między tymi, które przeżyły, a tymi, które padły po narażeniu na pyretroid deltametrynę. W kontekście oporności na insektycydy porównanie mikrobioty z różnych regionów Afryki z różnymi gatunkami i poziomami oporności może pomóc zrozumieć regionalne wpływy na społeczności mikrobiologiczne. Kolonie laboratoryjne pochodziły z Burkina Faso i były hodowane w dwóch różnych laboratoriach europejskich (An. coluzzii w Niemczech i An. arabiensis w Wielkiej Brytanii), komary z Burkina Faso reprezentowały wszystkie trzy gatunki kompleksu gatunków An. gambiae, a komary z Etiopii reprezentowały An. arabiensis. Tutaj pokazujemy, że Anopheles arabiensis z Etiopii miał odrębne sygnatury mikrobioty u żywych i martwych komarów, podczas gdy Anopheles arabiensis z Burkina Faso i dwóch laboratoriów ich nie miał. Celem tego badania jest dalsze zbadanie oporności na insektycydy. Wykonaliśmy sekwencjonowanie RNA w populacjach Anopheles arabiensis i odkryliśmy, że geny związane z opornością na insektycydy były regulowane w górę, podczas gdy geny związane z oddychaniem były ogólnie zmienione. Integracja tych danych z drugą populacją z Etiopii zidentyfikowała kluczowe geny detoksykacji w regionie. Dalsze porównanie z Anopheles arabiensis z Burkina Faso ujawniło istotne różnice w profilach transkryptomów, ale nadal zidentyfikowano cztery kluczowe geny detoksykacji, które były nadmiernie ekspresjonowane w całej Afryce.
Żywe i martwe komary każdego gatunku z każdego regionu zostały następnie zsekwencjonowane przy użyciu sekwencjonowania 16S i obliczono względne liczebności. Nie zaobserwowano różnic w różnorodności alfa, co wskazuje na brak różnic w bogactwie operacyjnych jednostek taksonomicznych (OTU); jednak różnorodność beta różniła się znacząco między krajami, a warunki interakcji dla kraju i statusu żywy/martwy (PANOVA = odpowiednio 0,001 i 0,008) wskazywały, że różnorodność istniała między tymi czynnikami. Nie zaobserwowano różnic w wariancji beta między krajami, co wskazuje na podobne wariancje między grupami. Wykres skalowania wieloczynnikowego Bray-Curtisa (rysunek 2A) pokazał, że próbki były w dużej mierze posegregowane według lokalizacji, ale istniały pewne znaczące wyjątki. Kilka próbek ze społeczności An. arabiensis i jedna próbka ze społeczności An. coluzzii pokrywały się z próbką z Burkina Faso, podczas gdy jedna próbka z próbek An. arabiensis z Burkina Faso pokrywała się z An. próbka społeczności arabiensis, co może wskazywać, że pierwotna mikrobiota była losowo utrzymywana przez wiele pokoleń i w wielu regionach. Próbki z Burkina Faso nie były wyraźnie posegregowane według gatunków; tego braku segregacji można było się spodziewać, ponieważ osobniki były następnie łączone, pomimo że pochodziły z różnych środowisk larwalnych. Rzeczywiście, badania wykazały, że dzielenie niszy ekologicznej w fazie wodnej może znacząco wpływać na skład mikrobioty [50]. Co ciekawe, podczas gdy próbki i społeczności komarów z Burkina Faso nie wykazały różnic w przeżywalności ani śmiertelności komarów po narażeniu na insektycydy, próbki z Etiopii były wyraźnie posegregowane, co sugeruje, że skład mikrobioty w tych próbkach Anopheles jest związany z opornością na insektycydy. Próbki pobrano z tego samego miejsca, co może wyjaśniać silniejsze powiązanie.
Oporność na insektycydy pyretroidowe jest złożonym fenotypem i podczas gdy zmiany w metabolizmie i celach są stosunkowo dobrze zbadane, zmiany w mikrobiocie dopiero zaczynają być badane. W tym badaniu pokazujemy, że zmiany w mikrobiocie mogą być ważniejsze w niektórych populacjach; dalej charakteryzujemy oporność na insektycydy u Anopheles arabiensis z Bahir Dar i pokazujemy zmiany w znanych transkryptach związanych z opornością, a także znaczące zmiany w genach związanych z oddychaniem, które były również widoczne w poprzednim badaniu RNA-seq populacji Anopheles arabiensis z Etiopii. Łącznie te wyniki sugerują, że oporność na insektycydy u tych komarów może zależeć od kombinacji czynników genetycznych i niegenetycznych, prawdopodobnie dlatego, że symbiotyczne relacje z rodzimymi bakteriami mogą uzupełniać degradację insektycydów w populacjach o niższym poziomie oporności.
Ostatnie badania powiązały zwiększone oddychanie z opornością na insektycydy, co jest zgodne z wzbogaconymi terminami ontologicznymi w Bahir Dar RNAseq i zintegrowanymi danymi etiopskimi uzyskanymi tutaj; ponownie sugerując, że oporność skutkuje zwiększonym oddychaniem, jako przyczyną lub konsekwencją tego fenotypu. Jeśli te zmiany prowadzą do różnic w potencjale reaktywnych form tlenu i azotu, jak wcześniej sugerowano, może to mieć wpływ na kompetencje wektorów i kolonizację mikrobiologiczną poprzez różnicową oporność bakterii na wychwytywanie ROS przez długotrwałe bakterie komensalne.
Dane przedstawione tutaj dostarczają dowodów na to, że mikrobiota może wpływać na oporność na insektycydy w niektórych środowiskach. Wykazaliśmy również, że komary An. arabiensis w Etiopii wykazują podobne zmiany transkryptomu, które nadają oporność na insektycydy; jednak liczba genów odpowiadających tym w Burkina Faso jest niewielka. Pozostaje kilka zastrzeżeń dotyczących wniosków wyciągniętych tutaj i w innych badaniach. Po pierwsze, należy wykazać związek przyczynowo-skutkowy między przeżyciem pyretroidów a mikrobiotą za pomocą badań metabolomicznych lub przeszczepu mikrobioty. Ponadto należy wykazać walidację kluczowych kandydatów w wielu populacjach z różnych regionów. Wreszcie, połączenie danych transkryptomu z danymi mikrobioty poprzez ukierunkowane badania po przeszczepie dostarczy bardziej szczegółowych informacji na temat tego, czy mikrobiota bezpośrednio wpływa na transkryptom komara w odniesieniu do oporności na pyretroidy. Jednak biorąc pod uwagę nasze dane, sugerujemy, że oporność jest zarówno lokalna, jak i transnarodowa, co podkreśla potrzebę testowania nowych produktów owadobójczych w wielu regionach.
Czas publikacji: 24-03-2025