Malarija ostaja glavni vzrok smrti in bolezni v Afriki, z največjim bremenom pri otrocih, mlajših od 5 let. Najučinkovitejše sredstvo za preprečevanje bolezni so insekticidi za zatiranje vektorjev, ki ciljajo na odrasle komarje Anopheles. Zaradi široke uporabe teh posegov je odpornost na najpogosteje uporabljene razrede insekticidov zdaj zelo 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, tudi iz Etiopije.
Nismo našli razlik v sestavi mikrobiote med insekticidno odpornimi ininsekticid-občutljive populacije v Burkini Faso. Ta rezultat so potrdile laboratorijske študije kolonij iz dveh držav Burkine Faso. Nasprotno pa so pri komarjih Anopheles arabiensis iz Etiopije opazili jasne razlike v sestavi mikrobiote med tistimi, ki so umrli, in tistimi, ki so preživeli izpostavljenost insekticidom. Za nadaljnjo raziskavo odpornosti te populacije Anopheles arabiensis smo izvedli sekvenciranje RNA in našli diferencialno izražanje genov za razstrupljanje, povezanih z odpornostjo proti insekticidom, kot tudi spremembe v dihalnih, presnovnih in sinaptičnih ionskih kanalih.
Naši rezultati kažejo, da lahko v nekaterih primerih mikrobiota prispeva k razvoju odpornosti na insekticide, poleg sprememb transkriptoma.
Čeprav je odpornost pogosto opisana 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 pomembne spremembe v epidermalnem mikrobiomu po izpostavljenosti piretroidom, kot tudi spremembe celotnega mikrobioma po izpostavljenosti organofosfatom. V Afriki je bila odpornost na piretroide povezana s premiki v sestavi mikrobiote v Kamerunu, Keniji in Slonokoščeni obali, medtem ko so laboratorijsko prilagojene Anopheles gambiae pokazale premike v svoji mikrobioti po selekciji za 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 proti insekticidom lahko povezana z mikrobiomom komarjev in da bi ta vidik odpornosti proti insekticidom lahko izkoristili za nadzor prenašalcev bolezni.
V tej študiji smo uporabili sekvenciranje 16S, da bi ugotovili, ali se mikrobiota laboratorijsko koloniziranih in na terenu zbranih komarjev v zahodni in vzhodni Afriki razlikuje med tistimi, ki so preživeli, in tistimi, ki so umrli po izpostavljenosti piretroidu deltametrinu. V kontekstu odpornosti na insekticide lahko primerjava mikrobiote iz različnih regij Afrike z različnimi vrstami in stopnjami odpornosti pomaga razumeti regionalne vplive na mikrobne skupnosti. Laboratorijske kolonije so bile iz Burkine Faso in vzgojene v dveh različnih evropskih laboratorijih (An. coluzzii v Nemčiji in An. arabiensis v Združenem kraljestvu), komarji iz Burkine Faso so predstavljali vse tri vrste An. gambiae, komarji iz Etiopije pa so predstavljali An. arabiensis. Tukaj prikazujemo, da je imel Anopheles arabiensis iz Etiopije različne podpise mikrobiote pri živih in mrtvih komarjih, medtem ko Anopheles arabiensis iz Burkine Faso in dva laboratorija niso. Namen te študije je nadalje raziskati odpornost proti insekticidom. Izvedli smo sekvenciranje RNA na populacijah Anopheles arabiensis in ugotovili, da so bili geni, povezani z odpornostjo proti insekticidom, povečani, 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 Anopheles arabiensis iz Burkine Faso je pokazala pomembne razlike v profilih transkriptoma, vendar je še vedno identificirala štiri ključne gene za razstrupljanje, ki so bili prekomerno izraženi po vsej Afriki.
Žive in mrtve komarje vsake vrste iz vsake regije so nato sekvencirali s sekvenciranjem 16S in izračunali relativno številčnost. Opazili niso nobenih razlik v raznolikosti alfa, kar ne kaže na razlike v bogastvu operativnih taksonomskih enot (OTU); vendar se je beta raznolikost med državami precej razlikovala, izrazi interakcije za državo in status živih/mrtvih (PANOVA = 0,001 oziroma 0,008) so pokazali, da obstaja raznolikost med tema dejavnikoma. Med državami niso opazili razlik v varianci beta, kar kaže na podobne variance med skupinami. Bray-Curtisov multivariatni skalirni grafikon (slika 2A) je pokazal, da so bili vzorci v veliki meri ločeni po lokaciji, vendar je bilo nekaj opaznih izjem. Več vzorcev iz An. arabiensis in en vzorec iz An. coluzzii se je prekrival z vzorcem iz Burkine Faso, en vzorec iz An. arabiensis iz Burkine Faso so se prekrivali z An. arabiensis, kar lahko nakazuje, da se je prvotna mikrobiota naključno ohranila v mnogih generacijah in v več regijah. Vzorci iz Burkine Faso niso bili jasno ločeni po vrstah; to pomanjkanje ločevanja je bilo pričakovano, saj so bili posamezniki pozneje združeni kljub temu, da izvirajo iz različnih okolij ličink. Študije so dejansko pokazale, da lahko delitev ekološke niše med vodno fazo pomembno vpliva na sestavo mikrobiote [50]. Zanimivo je, da medtem ko vzorci in skupnosti komarjev iz Burkine Faso niso pokazali razlik v preživetju ali umrljivosti komarjev po izpostavljenosti insekticidom, so bili etiopski vzorci jasno ločeni, kar kaže, da je sestava mikrobiote v teh vzorcih Anopheles povezana z odpornostjo na insekticide. Vzorci so bili zbrani z iste lokacije, kar lahko pojasni močnejšo povezavo.
Odpornost na piretroidne insekticide je kompleksen fenotip in medtem ko so spremembe v metabolizmu in tarčah relativno dobro raziskane, se spremembe v mikrobioti šele začenjajo raziskovati. V tej študiji smo pokazali, da so lahko spremembe v mikrobioti pomembnejše pri določenih populacijah; nadalje opisujemo odpornost proti insekticidom pri Anopheles arabiensis iz Bahir Darja in prikazujemo spremembe v znanih transkriptih, povezanih z odpornostjo, kot tudi pomembne spremembe v genih, povezanih z dihanjem, ki so bile očitne tudi v prejšnji študiji RNA-seq 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 simbiotični odnosi z avtohtonimi bakterijami dopolnjujejo razgradnjo insekticidov v populacijah z nižjo stopnjo odpornosti.
Nedavne študije so povezale povečano dihanje z odpornostjo proti insekticidom, skladno z obogatenimi ontološkimi izrazi v Bahir Dar RNAseq in integriranimi etiopskimi podatki, pridobljenimi tukaj; kar ponovno nakazuje, da odpornost povzroči povečano dihanje, bodisi kot vzrok ali posledica tega fenotipa. Če te spremembe vodijo do razlik v potencialu reaktivnih kisikovih in dušikovih vrst, kot je bilo predlagano prej, bi to lahko vplivalo na kompetenco vektorjev in mikrobno kolonizacijo z diferencialno odpornostjo bakterij na odstranjevanje ROS z dolgoročnimi komenzalnimi bakterijami .
Tukaj predstavljeni podatki dokazujejo, da lahko mikrobiota vpliva na odpornost proti insekticidom v določenih okoljih. Dokazali smo tudi, da An. komarji arabiensis v Etiopiji kažejo podobne spremembe transkriptoma, ki dajejo odpornost na insekticide; vendar je število genov, ki ustrezajo tistim v Burkini Faso, majhno. V zvezi z zaključki, doseženimi tukaj in v drugih študijah, ostaja več opozoril. Prvič, z uporabo metabolomičnih študij ali presaditve mikrobiote je treba dokazati vzročno razmerje med preživetjem piretroida in mikrobioto. Poleg tega je treba dokazati validacijo ključnih kandidatov v več populacijah iz različnih regij. Končno bo združevanje podatkov o transkriptomih s podatki o mikrobioti s ciljnimi študijami po presaditvi zagotovilo podrobnejše informacije o tem, ali mikrobiota neposredno vpliva na transkriptome komarjev glede na odpornost na piretroide. Vendar naši podatki skupaj kažejo, da je odpornost lokalna in nadnacionalna, kar poudarja potrebo po testiranju novih insekticidnih izdelkov v več regijah.
Čas objave: 24. marec 2025