Malarija je i dalje glavni uzrok smrti i bolesti u Africi, s najvećim teretom među djecom mlađom od 5 godina. Najučinkovitije sredstvo za sprječavanje bolesti su insekticidni agensi za suzbijanje vektora koji ciljaju odrasle komarce Anopheles. Kao rezultat široke uporabe ovih intervencija, otpornost na najčešće korištene klase insekticida sada je široko rasprostranjena diljem Afrike. Razumijevanje temeljnih mehanizama koji dovode do ovog fenotipa bitno je kako za praćenje širenja otpornosti tako i za razvoj novih alata za njeno prevladavanje.
U ovoj studiji 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 dviju zemalja 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 insekticidu. Kako bismo dodatno istražili otpornost ove populacije Anopheles arabiensis, izvršili smo sekvenciranje RNA i pronašli različitu ekspresiju gena za detoksifikaciju povezanih s otpornošću na insekticide, kao i promjene u respiratornim, metaboličkim i sinaptičkim ionskim kanalima.
Naši rezultati pokazuju da u nekim slučajevima mikrobiota može pridonijeti razvoju otpornosti na insekticide, uz promjene transkriptoma.
Iako se otpornost često opisuje kao genetska komponenta vektora Anopheles, nedavne studije su pokazale da se mikrobiom mijenja kao odgovor na izloženost insekticidu, što ukazuje na ulogu ovih organizama u otpornosti. Doista, studije vektora komaraca Anopheles gambiae u Južnoj i Srednjoj Americi pokazale su značajne promjene u epidermalnom mikrobiomu nakon izlaganja piretroidima, kao i promjene u cjelokupnom mikrobiomu nakon izlaganja organofosfatima. U Africi je otpornost na piretroide povezana s promjenama u sastavu mikrobiote u Kamerunu, Keniji i Côte d'Ivoireu, dok su laboratorijski prilagođene Anopheles gambiae pokazale promjene u svojoj mikrobioti nakon odabira otpornosti na piretroide. Nadalje, eksperimentalno liječenje antibioticima i dodavanjem poznatih bakterija u laboratorijski koloniziranim komarcima Anopheles arabiensis pokazalo je 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 kontrolu prijenosnika bolesti.
U ovoj smo studiji upotrijebili 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 umrli 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 uzgajane u dva različita europska laboratorija (An. coluzzii u Njemačkoj i An. arabiensis u Ujedinjenom Kraljevstvu), komarci iz Burkine Faso predstavljali su sve tri vrste An. gambiae, a komarci iz Etiopije predstavljali su An. arabiensis. Ovdje pokazujemo da je Anopheles arabiensis iz Etiopije imao jasne oznake mikrobiote u živim i mrtvim komarcima, dok Anopheles arabiensis iz Burkine Faso i dva laboratorija nisu. Cilj ove studije je daljnje istraživanje otpornosti na insekticide. Proveli smo RNA sekvencioniranje na populacijama Anopheles arabiensis i otkrili da su geni povezani s otpornošću na insekticide regulirani na gore, dok su geni povezani s disanjem općenito promijenjeni. Integracija ovih podataka s drugom populacijom iz Etiopije identificirala je ključne gene detoksikacije u regiji. Daljnja usporedba s Anopheles arabiensis iz Burkine Faso otkrila je značajne razlike u profilima transkriptoma, ali je ipak identificirala četiri ključna detoksikacijska gena koji su prekomjerno izraženi diljem Afrike.
Živi i mrtvi komarci svake vrste iz svake regije zatim su sekvencirani korištenjem 16S sekvenciranja i izračunata je relativna brojnost. Nisu primijećene razlike u alfa raznolikosti, što ne ukazuje na razlike u bogatstvu operativnih taksonomskih jedinica (OTU); međutim, beta raznolikost značajno je varirala među zemljama, a uvjeti interakcije za državu i status živih/mrtvih (PANOVA = 0,001 odnosno 0,008) pokazuju da postoji raznolikost između ovih čimbenika. Nisu primijećene razlike u beta varijanci između zemalja, što ukazuje na slične varijance između skupina. Bray-Curtisov dijagram multivarijantnog skaliranja (Slika 2A) pokazao je da su uzorci u velikoj mjeri odvojeni prema lokaciji, no bilo je nekih značajnih iznimaka. Nekoliko uzoraka iz An. arabiensis i jedan uzorak iz An. coluzzii preklapao se s uzorkom iz Burkine Faso, dok se jedan uzorak iz An. arabiensis iz Burkine Faso preklapali su se s An. arabiensis, što može značiti da se izvorna mikrobiota nasumično održavala tijekom mnogih generacija i u više regija. Uzorci iz Burkine Faso nisu jasno razdvojeni po vrstama; ovaj nedostatak segregacije bio je očekivan jer su jedinke naknadno spojene unatoč tome što potječu iz različitih okolina ličinki. Doista, studije su pokazale da dijeljenje ekološke niše tijekom vodene faze može značajno utjecati na sastav mikrobiote [50]. Zanimljivo, dok uzorci i zajednice komaraca iz Burkine Faso nisu pokazali razlike u preživljavanju ili smrtnosti komaraca nakon izlaganja insekticidu, etiopski uzorci su bili jasno odvojeni, što sugerira da je sastav mikrobiote u tim uzorcima Anophelesa povezan s otpornošću na insekticide. Uzorci su prikupljeni s istog mjesta, što može objasniti jaču povezanost.
Otpornost na piretroidne insekticide je složen fenotip, i dok su promjene u metabolizmu i ciljevima relativno dobro proučeni, 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 rezistencijom, kao i značajne promjene u genima povezanim s disanjem koje su također bile evidentne u prethodnoj RNA-seq studiji 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 degradaciju insekticida u populacijama s nižim razinama otpornosti.
Nedavne studije povezale su pojačano disanje s otpornošću na insekticide, u skladu s obogaćenim ontološkim pojmovima u Bahir Dar RNAseq i integriranim etiopskim podacima dobivenim ovdje; ponovno sugerirajući da rezistencija rezultira povećanim disanjem, bilo kao uzrok ili posljedica ovog fenotipa. Ako ove promjene dovedu do razlika u potencijalu reaktivnih kisikovih i dušikovih vrsta, kao što je prethodno sugerirano, to bi moglo utjecati na kompetenciju vektora i mikrobnu kolonizaciju kroz različitu bakterijsku otpornost na ROS čišćenje dugotrajnim komenzalnim bakterijama.
Ovdje predstavljeni podaci dokazuju da mikrobiota može utjecati na otpornost na insekticide u određenim sredinama. Također smo pokazali da An. komarci vrste arabiensis u Etiopiji pokazuju slične izmjene transkriptoma koje daju otpornost na insekticide; međutim, broj gena koji odgovara onima u Burkini Faso je mali. Ostaje nekoliko upozorenja u vezi sa zaključcima do kojih se došlo ovdje i u drugim studijama. Prvo, potrebno je dokazati uzročnu vezu između preživljavanja piretroida i mikrobiote korištenjem metabolomičkih studija ili transplantacije mikrobiote. Osim toga, treba 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 s obzirom na otpornost na piretroide. Međutim, uzeti u obzir zajedno, naši podaci sugeriraju da je otpornost i lokalna i transnacionalna, naglašavajući potrebu testiranja novih insekticidnih proizvoda u više regija.
Vrijeme objave: 24. ožujka 2025