Malaria pozostaje główną przyczyną zgonów i chorób w Afryce, a największe obciążenie stanowią dzieci poniżej 5. roku życia. Najskuteczniejszym sposobem zapobiegania tej chorobie są insektycydowe środki kontroli wektorów, skierowane przeciwko dorosłym komarom z rodzaju Anopheles. W wyniku powszechnego stosowania tych środków, oporność na najczęściej stosowane klasy insektycydów jest obecnie powszechna 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 zwalczania.
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 osobnikami, które padły, a tymi, które przeżyły ekspozycję na insektycydy. Aby dokładniej zbadać oporność tej populacji Anopheles arabiensis, przeprowadziliśmy sekwencjonowanie RNA i stwierdziliśmy zróżnicowaną ekspresję genów detoksykacji związanych z opornością na insektycydy, a także zmiany w kanałach jonowych oddechowych, metabolicznych i synaptycznych.
Nasze wyniki wskazują, że w niektórych przypadkach mikrobiota może przyczyniać się do rozwoju oporności na insektycydy, oprócz zmian transkryptomu.
Chociaż oporność jest często opisywana jako genetyczny składnik 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 istotne zmiany w mikrobiomie naskórka po ekspozycji na pyretroidy, a także zmiany w ogólnym mikrobiomie po ekspozycji 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 mikrobiomie 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. Łącznie 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 niniejszym 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 ekspozycji na pyretroid deltametrynę. W kontekście oporności na insektycydy, porównanie mikrobioty z różnych regionów Afryki, obejmującej różne gatunki i poziomy oporności, może pomóc w zrozumieniu regionalnych wpływów na społeczności mikroorganizmów. 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 An. gambiae; komary z Etiopii reprezentowały An. arabiensis. W niniejszym badaniu wykazaliśmy, 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 niniejszego badania jest dalsze zbadanie oporności na insektycydy. Przeprowadziliśmy sekwencjonowanie RNA populacji Anopheles arabiensis i stwierdziliśmy, że geny związane z opornością na insektycydy były w górę regulowane, podczas gdy geny związane z oddychaniem były generalnie zmienione. Integracja tych danych z drugą populacją z Etiopii pozwoliła zidentyfikować kluczowe geny detoksykacji w tym regionie. Dalsze porównanie z Anopheles arabiensis z Burkina Faso ujawniło istotne różnice w profilach transkryptomów, ale nadal zidentyfikowano cztery kluczowe geny detoksykacji, które były nadeksprymowane 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 istotnie między krajami, a warunki interakcji dla kraju i statusu żywy/martwy (PANOVA = odpowiednio 0,001 i 0,008) wskazywały na istnienie różnorodności 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 zbiorowiska An. arabiensis i jedna próbka ze zbiorowiska 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 ze 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; ten brak segregacji był oczekiwany, ponieważ osobniki były następnie łączone, pomimo pochodzenia 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 to złożony fenotyp i o ile zmiany w metabolizmie i mechanizmach działania są stosunkowo dobrze zbadane, o tyle zmiany w mikrobiomie dopiero zaczynają być badane. W niniejszym badaniu wykazujemy, że zmiany w mikrobiomie mogą mieć większe znaczenie w niektórych populacjach; dodatkowo charakteryzujemy oporność na insektycydy u Anopheles arabiensis z Bahir Dar i wykazujemy zmiany w znanych transkryptach związanych z opornością, a także istotne zmiany w genach związanych z oddychaniem, które były również widoczne we wcześniejszym badaniu RNA-seq populacji Anopheles arabiensis z Etiopii. Łącznie wyniki te 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.
Najnowsze badania powiązały wzmożone oddychanie z opornością na insektycydy, co jest zgodne z wzbogaconymi terminami ontologicznymi w Bahir Dar RNAseq oraz zintegrowanymi danymi etiopskimi uzyskanymi w niniejszym badaniu; ponownie sugerując, że oporność skutkuje wzmożonym oddychaniem, jako przyczyną lub konsekwencją tego fenotypu. Jeśli te zmiany prowadzą do różnic w potencjale reaktywnych form tlenu i azotu, jak sugerowano wcześniej, może to wpływać na kompetencje wektorów i kolonizację mikroorganizmów poprzez zróżnicowaną oporność bakterii na wychwytywanie ROS przez bakterie komensalne o długim okresie życia.
Przedstawione tutaj dane dostarczają dowodów na to, że mikrobiota może wpływać na oporność na insektycydy w określonych środowiskach. Wykazaliśmy również, że komary An. arabiensis w Etiopii wykazują podobne zmiany transkryptomu, które nadają im oporność na insektycydy; jednak liczba genów odpowiadających tym w Burkina Faso jest niewielka. Nadal istnieją pewne zastrzeżenia dotyczące wniosków wyciągniętych w tym i innych badaniach. Po pierwsze, należy wykazać związek przyczynowo-skutkowy między przeżywalnością pyretroidów a mikrobiotą za pomocą badań metabolomicznych lub transplantacji mikrobioty. Ponadto należy wykazać walidację kluczowych kandydatów w wielu populacjach z różnych regionów. Wreszcie, połączenie danych transkryptomu z danymi mikrobioty poprzez ukierunkowane badania potransplantacyjne dostarczy bardziej szczegółowych informacji na temat tego, czy mikrobiota bezpośrednio wpływa na transkryptom komara w odniesieniu do oporności na pyretroidy. Jednak, podsumowując, nasze dane sugerują, że oporność ma charakter zarówno lokalny, jak i międzynarodowy, co podkreśla potrzebę testowania nowych produktów owadobójczych w wielu regionach.
Czas publikacji: 24-03-2025