Malarija je i dalje glavni uzrok smrti i bolesti u Africi, s najvećim opterećenjem među djecom mlađom od 5 godina. Najefikasnije sredstvo za prevenciju bolesti su insekticidni agensi za suzbijanje vektora koji ciljaju odrasle Anopheles komarce. Kao rezultat široke upotrebe ovih intervencija, otpornost na najčešće korištene klase insekticida danas je raširena širom Afrike. Razumijevanje temeljnih mehanizama koji dovode do ovog fenotipa je od suštinskog značaja kako za praćenje širenja rezistencije tako i za razvoj novih alata za njegovo prevladavanje.
U ovoj studiji uporedili smo sastav mikrobioma populacija Anopheles gambiae, Anopheles cruzi i Anopheles arabiensis iz Burkine Faso otpornih na insekticide sa populacijama osjetljivim na insekticide, također iz Etiopije.
Nismo pronašli nikakve razlike u sastavu mikrobiote između otpornih na insekticide iinsekticid-osetljive 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 umrli i onih koji su preživjeli izlaganje insekticidima. Da bismo dalje istražili otpornost ove populacije Anopheles arabiensis, izvršili smo sekvenciranje RNK i pronašli diferencijalnu ekspresiju gena za detoksikaciju koja je povezana sa otpornošću na insekticide, kao i promjene u respiratornim, metaboličkim i sinaptičkim ionskim kanalima.
Naši rezultati sugeriraju da u nekim slučajevima mikrobiota može doprinijeti razvoju otpornosti na insekticide, pored promjena transkriptoma.
Iako se rezistencija često opisuje kao genetska komponenta vektora Anophelesa, nedavne studije su pokazale da se mikrobiom mijenja kao odgovor na izlaganje insekticidima, što ukazuje na ulogu ovih organizama u otpornosti. Zaista, studije vektora komaraca Anopheles gambiae u Južnoj i Srednjoj Americi su pokazale značajne promjene u epidermalnom mikrobiomu nakon izlaganja piretroidima, kao i promjene u ukupnom mikrobiomu nakon izlaganja organofosfatima. U Africi, otpornost na piretroide povezana je s promjenama u sastavu mikrobiote u Kamerunu, Keniji i Obali Slonovače, dok su laboratorijski prilagođeni Anopheles gambiae pokazali promjene u svojoj mikrobioti nakon selekcije za otpornost na piretroide. Nadalje, eksperimentalno liječenje antibioticima i dodavanje poznatih bakterija u laboratorijski koloniziranim komarcima Anopheles arabiensis pokazalo je povećanu toleranciju na piretroide. Zajedno, ovi podaci sugeriraju da otpornost na insekticide može biti povezana s mikrobiomom komaraca i da bi se ovaj aspekt otpornosti na insekticid mogao iskoristiti za kontrolu vektora bolesti.
U ovoj studiji koristili smo sekvenciranje 16S da bismo utvrdili da li se mikrobiota laboratorijski koloniziranih i sakupljenih na terenu komaraca u zapadnoj i istočnoj Africi razlikuje između onih koji su preživjeli i onih koji su umrli nakon izlaganja piretroidnom deltametrinu. U kontekstu otpornosti na insekticide, poređenje mikrobiote iz različitih regija Afrike sa različitim vrstama i nivoima otpornosti može pomoći u razumijevanju regionalnih utjecaja na mikrobne zajednice. Laboratorijske kolonije su bile iz Burkine Faso i uzgajane u dvije različite evropske laboratorije (An. coluzzii u Njemačkoj i An. arabiensis u Ujedinjenom Kraljevstvu), komarci iz Burkine Faso su predstavljali sve tri vrste An. gambiae vrsta kompleksa, a komarci iz Etiopije predstavljaju An. arabiensis. Ovdje pokazujemo da je Anopheles arabiensis iz Etiopije imao različite mikrobiote kod živih i mrtvih komaraca, dok Anopheles arabiensis iz Burkine Faso i dvije laboratorije nisu. Cilj ove studije je dalje istraživanje otpornosti na insekticide. Izvršili smo sekvenciranje RNK na populacijama Anopheles arabiensis i otkrili da su geni povezani sa otpornošću na insekticide povećani, dok su geni povezani s disanjem općenito izmijenjeni. Integracija ovih podataka sa drugom populacijom iz Etiopije identifikovala je ključne gene za detoksikaciju u regionu. Dalje poređenje sa Anopheles arabiensis iz Burkine Faso otkrilo je značajne razlike u profilima transkriptoma, ali je ipak identificiralo četiri ključna gena za detoksikaciju koji su bili pretjerano izraženi u Africi.
Živi i mrtvi komarci svake vrste iz svake regije su zatim sekvencionirani pomoću 16S sekvenciranja i izračunata je relativna zastupljenost. Nisu uočene razlike u alfa raznolikosti, što ukazuje na to da nema razlika u bogatstvu operativnih taksonomskih jedinica (OTU); međutim, beta raznolikost je značajno varirala između zemalja, a termini interakcije za državu i status živog/mrtvog (PANOVA = 0,001 i 0,008, respektivno) ukazuju na postojanje različitosti između ovih faktora. Nisu uočene razlike u beta varijansi između zemalja, što ukazuje na slične varijanse između grupa. Bray-Curtisova multivarijantna skala (slika 2A) pokazala je da su uzorci uglavnom razdvojeni prema lokaciji, ali je bilo nekih značajnih izuzetaka. Nekoliko uzoraka iz An. arabiensis i jedan uzorak iz An. coluzzii se preklapa sa uzorkom iz Burkine Faso, dok je jedan uzorak iz An. arabiensis uzorci iz Burkine Faso preklapali su se sa An. uzorak zajednice arabiensis, što može ukazivati na to da se originalna mikrobiota nasumično održavala tijekom mnogih generacija iu više regija. Uzorci Burkine Faso nisu bili jasno razdvojeni po vrstama; ovaj nedostatak segregacije je bio očekivan jer su jedinke kasnije spojene unatoč tome što potiču iz različitih okruženja larvi. Zaista, studije su pokazale da dijeljenje ekološke niše tokom vodene faze može značajno utjecati na sastav mikrobiote [50]. Zanimljivo, dok uzorci i zajednice komaraca iz Burkine Faso nisu pokazali nikakve razlike u preživljavanju ili smrtnosti komaraca nakon izlaganja insekticidima, uzorci iz Etiopije su jasno razdvojeni, što sugerira da je sastav mikrobiote u ovim uzorcima Anopheles povezan s otpornošću na insekticide. Uzorci su prikupljeni sa iste lokacije, što može 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 počinju da se istražuju. U ovoj studiji pokazujemo da promjene u mikrobioti mogu biti važnije u određenim populacijama; dalje karakteriziramo otpornost na insekticide kod Anopheles arabiensis iz Bahir Dar-a i pokazujemo promjene u poznatim transkriptima povezanim s rezistencijom, kao i značajne promjene u genima vezanim za disanje 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 ne-genetskih faktora, vjerovatno zato što simbiotski odnosi s autohtonim bakterijama mogu dopuniti degradaciju insekticida u populacijama s nižim razinama otpornosti.
Nedavne studije povezuju povećano disanje sa otpornošću na insekticide, u skladu sa obogaćenim ontološkim terminima u Bahir Dar RNAseq i integrisanim etiopskim podacima dobijenim ovde; opet sugerirajući da rezistencija rezultira pojačanim disanjem, bilo kao uzrok ili posljedica ovog fenotipa. Ako ove promjene dovedu do razlika u potencijalu reaktivnih vrsta kisika i dušika, kao što je ranije sugerirano, to bi moglo utjecati na sposobnost vektora i kolonizaciju mikroba kroz različitu otpornost bakterija na uklanjanje ROS-a od strane dugotrajnih komenzalnih bakterija.
Podaci predstavljeni ovdje pružaju dokaz da mikrobiota može utjecati na otpornost na insekticide u određenim sredinama. Takođe smo pokazali da je An. komarci arabiensis u Etiopiji pokazuju slične promjene transkriptoma koje daju otpornost na insekticide; međutim, broj gena koji odgovaraju onima u Burkini Faso je mali. 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 pokazati validaciju ključnih kandidata u više populacija iz različitih regija. Konačno, kombinovanje podataka o transkriptomima s podacima o mikrobioti kroz ciljane post-transplantacijske studije pružit će detaljnije informacije o tome da li mikrobiota direktno utječe na transkriptom komaraca s obzirom na otpornost na piretroide. Međutim, zajedno, naši podaci sugeriraju da je otpornost lokalna i transnacionalna, naglašavajući potrebu testiranja novih insekticidnih proizvoda u više regija.
Vrijeme objave: Mar-24-2025