Malarija ostaje glavni uzrok smrti i bolesti u Africi, s najvećim opterećenjem među djecom mlađom od 5 godina. Najefikasnije 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 rasprostranjena širom Afrike. Razumijevanje osnovnih mehanizama koji dovode do ovog fenotipa ključno je i za praćenje širenja otpornosti i za razvoj novih alata za njeno prevazilaženje.
U ovoj studiji uporedili smo sastav mikrobioma populacija Anopheles gambiae, Anopheles cruzi i Anopheles arabiensis otpornih na insekticide iz Burkine Faso sa populacijama osjetljivim na insekticide, također iz Etiopije.
Nismo pronašli razlike u sastavu mikrobiote između insekticid-rezistentnih 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, izvršili smo sekvenciranje RNK 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, pored promjena transkriptoma.
Iako se otpornost često opisuje kao genetska komponenta vektora Anopheles, nedavne studije su pokazale da se mikrobiom mijenja kao odgovor na izloženost insekticidima, što ukazuje na ulogu ovih organizama u otpornosti. Zaista, studije vektora komaraca Anopheles gambiae u Južnoj i Centralnoj Americi pokazale su 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 svom mikrobiotu 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 kontrolu vektora bolesti.
U ovoj studiji, koristili smo 16S sekvenciranje kako bismo utvrdili da li se mikrobiota komaraca koloniziranih u laboratoriji i prikupljenih na terenu u zapadnoj i istočnoj Africi razlikuje između onih koji su preživjeli i onih koji su uginuli nakon izlaganja piretroidu deltametrinu. U kontekstu otpornosti na insekticide, poređenje mikrobiote iz različitih regija Afrike s različitim vrstama i nivoima otpornosti može pomoći u razumijevanju regionalnih utjecaja na mikrobne zajednice. Laboratorijske kolonije su iz Burkine Faso i uzgajane su u dvije različite evropske laboratorije (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 kod živih i mrtvih komaraca, dok Anopheles arabiensis iz Burkine Faso i dvije laboratorije nije imao. Cilj ove studije je dalje istraživanje otpornosti na insekticide. Izvršili smo sekvenciranje RNK na populacijama Anopheles arabiensis i otkrili da su geni povezani s otpornošću na insekticide pojačano regulirani, dok su geni povezani s disanjem općenito izmijenjeni. 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 širom Afrike.
Živi i mrtvi komarci svake vrste iz svake regije su zatim sekvencirani korištenjem 16S sekvenciranja i izračunata je relativna abundancija. Nisu uočene razlike u alfa raznolikosti, što ukazuje na nepostojanje razlika u bogatstvu operativnih taksonomskih jedinica (OTU); međutim, beta raznolikost se značajno razlikovala između zemalja, a interakcijski termini za zemlju i status živih/mrtvih (PANOVA = 0,001 i 0,008, respektivno) ukazivali su na postojanje raznolikosti između ovih faktora. Nisu uočene razlike u beta varijansi između zemalja, što ukazuje na slične varijacije između grupa. Bray-Curtisov multivarijantni skalirajući dijagram (Slika 2A) pokazao je da su uzorci uglavnom odvojeni po lokaciji, ali je bilo i nekih značajnih izuzetaka. 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 originalna mikrobiota nasumično održavana tokom mnogih generacija i u više regija. Uzorci iz Burkine Faso nisu bili jasno odvojeni po vrstama; Ovaj nedostatak segregacije bio je očekivan s obzirom na to da su jedinke naknadno grupirane uprkos tome što potiču iz različitih larvalnih okruženja. Zaista, studije su pokazale da dijeljenje ekološke niše tokom vodene faze može značajno uticati na sastav mikrobiote [50]. Zanimljivo je da, dok uzorci i zajednice komaraca iz Burkine Faso nisu pokazali razlike u preživljavanju ili smrtnosti komaraca nakon izlaganja insekticidima, uzorci iz Etiopije su bili jasno odvojeni, što ukazuje na to da je sastav mikrobiote u ovim uzorcima Anophelesa povezan s otpornošću na insekticide. Uzorci su prikupljeni s 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 Dara i pokazujemo promjene u poznatim transkriptima povezanim s otpornošću, kao i značajne promjene u genima povezanim s disanjem koje su također bile evidentne u prethodnoj studiji RNA-sekvenciranja populacija Anopheles arabiensis iz Etiopije. Zajedno, ovi rezultati sugeriraju da otpornost na insekticide kod ovih komaraca može zavisiti od kombinacije genetskih i negenetskih faktora, vjerovatno zato što simbiotski odnosi s autohtonim bakterijama mogu dopuniti razgradnju insekticida u populacijama s nižim nivoima otpornosti.
Nedavne studije su povezale povećano disanje s otpornošću na insekticide, što je u skladu s obogaćenim ontološkim terminima u Bahir Dar RNAseq i integriranim etiopskim podacima dobivenim ovdje; što ponovo sugerira da otpornost rezultira povećanim disanjem, bilo kao uzrok ili posljedica ovog fenotipa. Ako ove 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 predstavljeni 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 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 dokazati validaciju ključnih kandidata u više populacija iz različitih regija. Konačno, kombiniranje podataka transkriptoma s podacima o mikrobioti putem ciljanih studija nakon transplantacije pružit će detaljnije informacije o tome utječe li mikrobiota direktno na transkriptom komaraca u pogledu otpornosti na piretroide. Međutim, uzeti 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. mart 2025.