Malarija ostaje glavni uzrok smrti i bolesti u Africi, s najvećim opterećenjem među djecom mlađom od 5 godina. Najučinkovitije sredstvo za sprječavanje bolesti su insekticidna sredstva za suzbijanje vektora koja ciljaju odrasle komarce Anopheles. Kao rezultat široko rasprostranjene upotrebe ovih intervencija, otpornost na najčešće korištene klase insekticida sada je raširena diljem Afrike. Razumijevanje temeljnih mehanizama koji dovode do ovog fenotipa ključno je i za praćenje širenja otpornosti i za razvoj novih alata za njezino prevladavanje.
U ovom istraživanju usporedili smo sastav mikrobioma populacija Anopheles gambiae, Anopheles cruzi i Anopheles arabiensis otpornih na insekticide iz Burkine Faso s populacijama osjetljivim na insekticide, također iz Etiopije.
Nismo pronašli razlike u sastavu mikrobiote između otpornih na insekticide iinsekticid-osjetljive populacije u Burkini Faso. Ovaj rezultat potvrđen je laboratorijskim studijama kolonija iz dvije zemlje Burkine Faso. Nasuprot tome, kod komaraca Anopheles arabiensis iz Etiopije uočene su jasne razlike u sastavu mikrobiote između onih koji su uginuli i onih koji su preživjeli izloženost insekticidima. Kako bismo dalje istražili otpornost ove populacije Anopheles arabiensis, proveli smo sekvenciranje RNA i pronašli diferencijalnu ekspresiju gena za detoksikaciju povezanih s otpornošću na insekticide, kao i promjene u respiratornim, metaboličkim i sinaptičkim ionskim kanalima.
Naši rezultati ukazuju na to da u nekim slučajevima mikrobiota može doprinijeti razvoju otpornosti na insekticide, uz promjene transkriptoma.
Iako se otpornost često opisuje kao genetska komponenta vektora Anopheles, nedavne studije pokazale su da se mikrobiom mijenja kao odgovor na izloženost insekticidima, što sugerira ulogu ovih organizama u otpornosti. Doista, studije vektora komaraca Anopheles gambiae u Južnoj i Srednjoj Americi pokazale su značajne promjene u epidermalnom mikrobiomu nakon izloženosti piretroidima, kao i promjene u ukupnom mikrobiomu nakon izloženosti organofosfatima. U Africi je otpornost na piretroide povezana s promjenama u sastavu mikrobiote u Kamerunu, Keniji i Côte d'Ivoireu, dok su laboratorijski prilagođeni Anopheles gambiae pokazali promjene u svojoj mikrobioti nakon selekcije na otpornost na piretroide. Nadalje, eksperimentalni tretman antibioticima i dodavanje poznatih bakterija u laboratorijski koloniziranim komarcima Anopheles arabiensis pokazali su povećanu toleranciju na piretroide. Zajedno, ovi podaci sugeriraju da bi otpornost na insekticide mogla biti povezana s mikrobiomom komaraca i da bi se ovaj aspekt otpornosti na insekticide mogao iskoristiti za suzbijanje vektora bolesti.
U ovom istraživanju koristili smo 16S sekvenciranje kako bismo utvrdili razlikuje li se mikrobiota komaraca koloniziranih u laboratoriju i prikupljenih na terenu u zapadnoj i istočnoj Africi između onih koji su preživjeli i onih koji su uginuli nakon izlaganja piretroidu deltametrinu. U kontekstu otpornosti na insekticide, usporedba mikrobiote iz različitih regija Afrike s različitim vrstama i razinama otpornosti može pomoći u razumijevanju regionalnih utjecaja na mikrobne zajednice. Laboratorijske kolonije bile su iz Burkine Faso i uzgojene su u dva različita europska laboratorija (An. coluzzii u Njemačkoj i An. arabiensis u Ujedinjenom Kraljevstvu), komarci iz Burkine Faso predstavljali su sve tri vrste kompleksa vrsta An. gambiae, a komarci iz Etiopije predstavljali su An. arabiensis. Ovdje pokazujemo da je Anopheles arabiensis iz Etiopije imao različite potpise mikrobiote u živim i mrtvim komarcima, dok Anopheles arabiensis iz Burkine Faso i dva laboratorija nije imao. Cilj ovog istraživanja je daljnje istraživanje otpornosti na insekticide. Proveli smo sekvenciranje RNA na populacijama Anopheles arabiensis i otkrili da su geni povezani s otpornošću na insekticide pojačano regulirani, dok su geni povezani s disanjem općenito promijenjeni. Integracija ovih podataka s drugom populacijom iz Etiopije identificirala je ključne gene za detoksikaciju u regiji. Daljnja usporedba s Anopheles arabiensis iz Burkine Faso otkrila je značajne razlike u profilima transkriptoma, ali je ipak identificirala četiri ključna gena za detoksikaciju koji su bili prekomjerno eksprimirani diljem Afrike.
Živi i mrtvi komarci svake vrste iz svake regije zatim su sekvencirani korištenjem 16S sekvenciranja i izračunata je relativna abundancija. Nisu uočene razlike u alfa raznolikosti, što ukazuje na to da nema razlika u bogatstvu operativnih taksonomskih jedinica (OTU); međutim, beta raznolikost značajno se razlikovala između zemalja, a interakcijski termini za zemlju i status živih/mrtvih (PANOVA = 0,001 i 0,008) ukazivali su na postojanje raznolikosti između tih čimbenika. Nisu uočene razlike u beta varijanci između zemalja, što ukazuje na slične varijance između skupina. Bray-Curtisov multivarijantni skalirajući dijagram (Slika 2A) pokazao je da su uzorci uglavnom odvojeni prema lokaciji, ali postojale su neke značajne iznimke. Nekoliko uzoraka iz zajednice An. arabiensis i jedan uzorak iz zajednice An. coluzzii preklapali su se s uzorkom iz Burkine Faso, dok se jedan uzorak iz uzoraka An. arabiensis iz Burkine Faso preklapao s uzorkom zajednice An. arabiensis, što može ukazivati na to da je izvorna mikrobiota nasumično održavana tijekom mnogih generacija i u više regija. Uzorci iz Burkine Faso nisu bili jasno odvojeni prema vrstama; Ovaj nedostatak segregacije bio je očekivan budući da su jedinke naknadno okupljene unatoč tome što potječu iz različitih larvalnih okruženja. Doista, studije su pokazale da dijeljenje ekološke niše tijekom vodene faze može značajno utjecati na sastav mikrobiote [50]. Zanimljivo je da, dok uzorci i zajednice komaraca iz Burkine Faso nisu pokazali razlike u preživljavanju ili smrtnosti komaraca nakon izloženosti insekticidima, etiopski uzorci bili su jasno odvojeni, što sugerira da je sastav mikrobiote u ovim uzorcima Anophelesa povezan s otpornošću na insekticide. Uzorci su prikupljeni s iste lokacije, što bi moglo objasniti jaču povezanost.
Otpornost na piretroidne insekticide je složen fenotip i dok su promjene u metabolizmu i ciljevima relativno dobro proučene, promjene u mikrobioti tek se počinju istraživati. U ovoj studiji pokazujemo da promjene u mikrobioti mogu biti važnije u određenim populacijama; dalje karakteriziramo otpornost na insekticide kod Anopheles arabiensis iz Bahir Dara i pokazujemo promjene u poznatim transkriptima povezanim s otpornošću, kao i značajne promjene u genima povezanim s disanjem koje su također bile vidljive u prethodnoj studiji RNA-seq populacija Anopheles arabiensis iz Etiopije. Zajedno, ovi rezultati sugeriraju da otpornost na insekticide kod ovih komaraca može ovisiti o kombinaciji genetskih i negenetskih čimbenika, vjerojatno zato što simbiotski odnosi s autohtonim bakterijama mogu nadopuniti razgradnju insekticida u populacijama s nižim razinama otpornosti.
Nedavne studije povezale su povećano disanje s otpornošću na insekticide, što je u skladu s obogaćenim ontološkim pojmovima u Bahir Dar RNAseq i integriranim etiopskim podacima dobivenim ovdje; što ponovno sugerira da otpornost rezultira povećanim disanjem, bilo kao uzrok ili posljedica ovog fenotipa. Ako te promjene dovedu do razlika u potencijalu reaktivnih vrsta kisika i dušika, kao što je prethodno sugerirano, to bi moglo utjecati na kompetenciju vektora i mikrobnu kolonizaciju putem diferencijalne bakterijske otpornosti na uklanjanje ROS-a od strane dugoročnih komenzalnih bakterija.
Podaci prikazani ovdje pružaju dokaze da mikrobiota može utjecati na otpornost na insekticide u određenim okruženjima. Također smo pokazali da komarci An. arabiensis u Etiopiji pokazuju slične promjene transkriptoma koje daju otpornost na insekticide; međutim, broj gena koji odgovaraju onima u Burkini Faso je malen. Ostaje nekoliko upozorenja u vezi sa zaključcima donesenim ovdje i u drugim studijama. Prvo, potrebno je dokazati uzročnu vezu između preživljavanja piretroida i mikrobiote korištenjem metabolomskih studija ili transplantacije mikrobiote. Osim toga, potrebno je dokazati validaciju ključnih kandidata u više populacija iz različitih regija. Konačno, kombiniranje podataka o transkriptomu s podacima o mikrobioti putem ciljanih studija nakon transplantacije pružit će detaljnije informacije o tome utječe li mikrobiota izravno na transkriptom komaraca u pogledu otpornosti na piretroide. Međutim, uzimajući zajedno, naši podaci sugeriraju da je otpornost i lokalna i transnacionalna, što naglašava potrebu za testiranjem novih insekticidnih proizvoda u više regija.
Vrijeme objave: 24. ožujka 2025.