Malarija ostaja glavni vzrok smrti in bolezni v Afriki, z največjim bremenom med otroki, mlajšimi od 5 let. Najučinkovitejše sredstvo za preprečevanje bolezni so insekticidna sredstva za zatiranje vektorjev, ki ciljajo na odrasle komarje vrste Anopheles. Zaradi široke uporabe teh posegov je odpornost na najpogosteje uporabljene razrede insekticidov zdaj razširjena po vsej Afriki. Razumevanje osnovnih mehanizmov, ki vodijo do tega fenotipa, je bistveno tako za sledenje širjenju odpornosti kot za razvoj novih orodij za njeno premagovanje.
V tej študiji smo primerjali sestavo mikrobioma populacij Anopheles gambiae, Anopheles cruzi in Anopheles arabiensis, odpornih na insekticide, iz Burkine Faso s populacijami, občutljivimi na insekticide, prav tako iz Etiopije.
Nismo ugotovili razlik v sestavi mikrobiote med vrstami, odpornimi na insekticide, in vrstami.insekticid- dovzetnih populacij v Burkini Faso. Ta rezultat so potrdile laboratorijske študije kolonij iz dveh držav Burkine Faso. Nasprotno pa so pri komarjih vrste Anopheles arabiensis iz Etiopije opazili jasne razlike v sestavi mikrobiote med tistimi, ki so poginili, in tistimi, ki so preživeli izpostavljenost insekticidom. Za nadaljnjo raziskavo odpornosti te populacije Anopheles arabiensis smo izvedli sekvenciranje RNK in ugotovili diferencialno izražanje genov za razstrupljanje, povezanih z odpornostjo na insekticide, ter spremembe v dihalnih, presnovnih in sinaptičnih ionskih kanalih.
Naši rezultati kažejo, da lahko v nekaterih primerih mikrobiota poleg sprememb transkriptoma prispeva k razvoju odpornosti na insekticide.
Čeprav se odpornost pogosto opisuje kot genetska komponenta vektorja Anopheles, so nedavne študije pokazale, da se mikrobiom spreminja kot odziv na izpostavljenost insekticidom, kar kaže na vlogo teh organizmov pri odpornosti. Dejansko so študije vektorjev komarjev Anopheles gambiae v Južni in Srednji Ameriki pokazale znatne spremembe v epidermalnem mikrobiomu po izpostavljenosti piretroidom, pa tudi spremembe v celotnem mikrobiomu po izpostavljenosti organofosfatom. V Afriki je bila odpornost na piretroide povezana s spremembami v sestavi mikrobiote v Kamerunu, Keniji in Slonokoščeni obali, medtem ko so laboratorijsko prilagojeni Anopheles gambiae pokazali spremembe v svoji mikrobioti po selekciji na odpornost na piretroide. Poleg tega je eksperimentalno zdravljenje z antibiotiki in dodajanje znanih bakterij pri laboratorijsko koloniziranih komarjih Anopheles arabiensis pokazalo povečano toleranco na piretroide. Ti podatki skupaj kažejo, da je odpornost na insekticide lahko povezana z mikrobiomom komarjev in da bi lahko ta vidik odpornosti na insekticide izkoristili za nadzor prenašalcev bolezni.
V tej študiji smo s 16S sekvenciranjem ugotovili, ali se mikrobiota komarjev, koloniziranih v laboratorijih in na terenu zbranih v zahodni in vzhodni Afriki, razlikuje med tistimi, ki so preživeli, in tistimi, ki so poginili po izpostavljenosti piretroidu deltametrinu. V kontekstu odpornosti na insekticide lahko primerjava mikrobiote iz različnih afriških regij z različnimi vrstami in stopnjami odpornosti pomaga razumeti regionalne vplive na mikrobne združbe. Laboratorijske kolonije so bile iz Burkine Faso in vzrejene v dveh različnih evropskih laboratorijih (An. coluzzii v Nemčiji in An. arabiensis v Združenem kraljestvu), komarji iz Burkine Faso so predstavljali vse tri vrste vrstnega kompleksa An. gambiae, komarji iz Etiopije pa so predstavljali An. arabiensis. Tukaj prikazujemo, da je imel Anopheles arabiensis iz Etiopije različne mikrobiotske podpise v živih in mrtvih komarjih, medtem ko jih Anopheles arabiensis iz Burkine Faso in dveh laboratorijev ni imel. Cilj te študije je nadalje raziskati odpornost na insekticide. Na populacijah vrste Anopheles arabiensis smo izvedli sekvenciranje RNK in ugotovili, da so bili geni, povezani z odpornostjo na insekticide, povečano izraženi, medtem ko so bili geni, povezani z dihanjem, na splošno spremenjeni. Integracija teh podatkov z drugo populacijo iz Etiopije je identificirala ključne gene za razstrupljanje v regiji. Nadaljnja primerjava z vrsto Anopheles arabiensis iz Burkine Faso je pokazala pomembne razlike v transkriptomskih profilih, vendar je še vedno identificirala štiri ključne gene za razstrupljanje, ki so bili prekomerno izraženi po vsej Afriki.
Živi in mrtvi komarji vsake vrste iz vsake regije so bili nato sekvencirani z uporabo 16S sekvenciranja in izračunane so bile relativne številčnosti. Razlik v alfa raznolikosti ni bilo opaziti, kar kaže na razlike v bogastvu operativnih taksonomskih enot (OTU); vendar se je beta raznolikost med državami bistveno razlikovala, interakcijski izrazi za državo in status živih/mrtvih (PANOVA = 0,001 oziroma 0,008) pa so kazali na obstoj raznolikosti med tema dejavnikoma. Razlik v beta varianci med državami ni bilo opaziti, kar kaže na podobne razlike med skupinami. Bray-Curtisov multivariatni skalirni diagram (slika 2A) je pokazal, da so bili vzorci v veliki meri ločeni glede na lokacijo, vendar je bilo nekaj pomembnih izjem. Več vzorcev iz skupnosti An. arabiensis in en vzorec iz skupnosti An. coluzzii se je prekrival z vzorcem iz Burkine Faso, medtem ko se je en vzorec iz vzorcev An. arabiensis iz Burkine Faso prekrival z vzorcem skupnosti An. arabiensis, kar lahko kaže na to, da se je prvotna mikrobiota naključno ohranjala skozi več generacij in v več regijah. Vzorci iz Burkine Faso niso bili jasno ločeni po vrstah; To pomanjkanje segregacije je bilo pričakovano, saj so bili posamezniki pozneje združeni, čeprav izvirajo iz različnih ličink. Študije so dejansko pokazale, da lahko skupna ekološka niša v vodni fazi pomembno vpliva na sestavo mikrobiote [50]. Zanimivo je, da vzorci in združbe komarjev iz Burkine Faso niso pokazali razlik v preživetju ali umrljivosti komarjev po izpostavljenosti insekticidom, medtem ko so bili etiopski vzorci jasno ločeni, kar kaže na to, da je sestava mikrobiote v teh vzorcih Anopheles povezana z odpornostjo na insekticide. Vzorci so bili zbrani na isti lokaciji, kar lahko pojasni močnejšo povezavo.
Odpornost na piretroidne insekticide je kompleksen fenotip in čeprav so spremembe v metabolizmu in tarčah relativno dobro preučene, se spremembe v mikrobioti šele začenjajo raziskovati. V tej študiji pokažemo, da so spremembe v mikrobioti lahko pomembnejše v določenih populacijah; nadalje karakteriziramo odpornost na insekticide pri Anopheles arabiensis iz Bahir Darja in prikazujemo spremembe v znanih transkriptih, povezanih z odpornostjo, ter pomembne spremembe v genih, povezanih z dihanjem, ki so bile očitne tudi v prejšnji študiji RNA-sekvenciranja populacij Anopheles arabiensis iz Etiopije. Ti rezultati skupaj kažejo, da je odpornost na insekticide pri teh komarjih lahko odvisna od kombinacije genetskih in negenetskih dejavnikov, verjetno zato, ker lahko simbiotski odnosi z avtohtonimi bakterijami dopolnjujejo razgradnjo insekticidov v populacijah z nižjimi stopnjami odpornosti.
Nedavne študije so povezale povečano dihanje z odpornostjo na insekticide, kar je skladno z obogatenimi ontološkimi izrazi v Bahir Dar RNAseq in integriranimi etiopskimi podatki, pridobljenimi tukaj; kar ponovno kaže, da odpornost povzroči povečano dihanje, bodisi kot vzrok bodisi kot posledico tega fenotipa. Če te spremembe vodijo do razlik v potencialu reaktivnih kisikovih in dušikovih vrst, kot je bilo že predlagano, bi to lahko vplivalo na kompetenco vektorjev in mikrobno kolonizacijo zaradi diferencialne bakterijske odpornosti na lovljenje ROS s strani dolgotrajnih komenzalnih bakterij.
Podatki, predstavljeni tukaj, dokazujejo, da lahko mikrobiota vpliva na odpornost na insekticide v določenih okoljih. Pokazali smo tudi, da komarji vrste An. arabiensis v Etiopiji kažejo podobne spremembe transkriptoma, ki povzročajo odpornost na insekticide; vendar je število genov, ki ustrezajo tistim v Burkini Faso, majhno. Glede zaključkov, do katerih smo prišli tukaj in v drugih študijah, ostaja nekaj opozoril. Prvič, vzročno zvezo med preživetjem piretroidov in mikrobioto je treba dokazati z metabolomskimi študijami ali presaditvijo mikrobiote. Poleg tega je treba dokazati validacijo ključnih kandidatov v več populacijah iz različnih regij. Nazadnje bo združevanje podatkov transkriptoma s podatki o mikrobioti s pomočjo ciljno usmerjenih študij po presaditvi zagotovilo podrobnejše informacije o tem, ali mikrobiota neposredno vpliva na transkriptom komarjev glede odpornosti na piretroide. Vendar pa naši podatki skupaj kažejo, da je odpornost tako lokalna kot transnacionalna, kar poudarja potrebo po testiranju novih insekticidnih izdelkov v več regijah.
Čas objave: 24. marec 2025