Malária zostáva hlavnou príčinou úmrtí a chorôb v Afrike, pričom najväčšiu záťaž predstavuje medzi deťmi do 5 rokov. Najúčinnejším prostriedkom na prevenciu ochorenia sú insekticídne prostriedky na kontrolu vektorov, ktoré sa zameriavajú na dospelých komárov rodu Anopheles. V dôsledku rozšíreného používania týchto zásahov je v súčasnosti v celej Afrike rozšírená odolnosť voči najbežnejšie používaným triedam insekticídov. Pochopenie základných mechanizmov, ktoré vedú k tomuto fenotypu, je nevyhnutné tak na sledovanie šírenia rezistencie, ako aj na vývoj nových nástrojov na jej prekonanie.
V tejto štúdii sme porovnávali mikrobiálne zloženie populácií Anopheles gambiae, Anopheles cruzi a Anopheles arabiensis z Burkiny Faso rezistentných na insekticídy s populáciami citlivými na insekticídy, tiež z Etiópie.
Nezistili sme žiadne rozdiely v zložení mikrobioty medzi rezistentnými voči insekticídom ainsekticíd- náchylné populácie v Burkine Faso. Tento výsledok potvrdili laboratórne štúdie kolónií z dvoch krajín Burkiny Faso. Naproti tomu u komárov Anopheles arabiensis z Etiópie boli pozorované jasné rozdiely v zložení mikrobioty medzi tými, ktoré uhynuli, a tými, ktoré prežili expozíciu insekticídom. Aby sme ďalej skúmali rezistenciu tejto populácie Anopheles arabiensis, vykonali sme sekvenovanie RNA a zistili sme rozdielnu expresiu detoxikačných génov spojených s rezistenciou na insekticídy, ako aj zmeny v respiračných, metabolických a synaptických iónových kanáloch.
Naše výsledky naznačujú, že v niektorých prípadoch môže mikrobiota okrem zmien transkriptómu prispieť k rozvoju rezistencie na insekticídy.
Hoci rezistencia je často popisovaná ako genetická zložka vektora Anopheles, nedávne štúdie ukázali, že mikrobióm sa mení v reakcii na expozíciu insekticídom, čo naznačuje úlohu týchto organizmov v rezistencii. Štúdie vektorov komárov Anopheles gambiae v Južnej a Strednej Amerike skutočne ukázali významné zmeny v epidermálnom mikrobióme po expozícii pyretroidom, ako aj zmeny v celkovom mikrobióme po expozícii organofosfátom . V Afrike je rezistencia na pyretroidy spojená s posunmi v zložení mikrobioty v Kamerune, Keni a Pobreží Slonoviny, zatiaľ čo laboratórne prispôsobené Anopheles gambiae po selekcii na rezistenciu na pyretroidy preukázali zmeny vo svojej mikrobiote. Okrem toho experimentálna liečba antibiotikami a pridanie známych baktérií do laboratórne kolonizovaných komárov Anopheles arabiensis preukázali zvýšenú toleranciu voči pyretroidom. Tieto údaje spoločne naznačujú, že rezistencia na insekticídy môže byť spojená s mikrobiómom komárov a že tento aspekt rezistencie na insekticídy by sa mohol využiť na kontrolu vektorov chorôb.
V tejto štúdii sme použili sekvenovanie 16S, aby sme určili, či sa mikrobiota laboratórne kolonizovaných a v teréne zozbieraných komárov v západnej a východnej Afrike líši medzi tými, ktoré prežili, a tými, ktoré zomreli po expozícii pyretroidnému deltametrínu. V kontexte rezistencie na insekticídy môže porovnanie mikrobioty z rôznych oblastí Afriky s rôznymi druhmi a úrovňami rezistencie pomôcť pochopiť regionálne vplyvy na mikrobiálne spoločenstvá. Laboratórne kolónie boli z Burkiny Faso a chované v dvoch rôznych európskych laboratóriách (An. coluzzii v Nemecku a An. arabiensis v Spojenom kráľovstve), komáre z Burkiny Faso reprezentovali všetky tri druhy An. komplex druhov gambiae a komáre z Etiópie reprezentovali An. arabiensis. Tu ukazujeme, že Anopheles arabiensis z Etiópie mal zreteľné mikrobioty v živých a mŕtvych komároch, zatiaľ čo Anopheles arabiensis z Burkiny Faso a dve laboratóriá nie. Cieľom tejto štúdie je ďalej skúmať rezistenciu voči insekticídom. Vykonali sme sekvenovanie RNA na populáciách Anopheles arabiensis a zistili sme, že gény spojené s rezistenciou na insekticídy boli upregulované, zatiaľ čo gény súvisiace s dýchaním boli vo všeobecnosti zmenené. Integrácia týchto údajov s druhou populáciou z Etiópie identifikovala kľúčové detoxikačné gény v regióne. Ďalšie porovnanie s Anopheles arabiensis z Burkiny Faso odhalilo významné rozdiely v profiloch transkriptómov, ale stále identifikovalo štyri kľúčové detoxikačné gény, ktoré boli nadmerne exprimované v Afrike.
Živé a mŕtve komáre každého druhu z každej oblasti sa potom sekvenovali pomocou sekvenovania 16S a vypočítali sa relatívne množstvá. Neboli pozorované žiadne rozdiely v diverzite alfa, čo naznačuje žiadne rozdiely v bohatosti operačných taxonomických jednotiek (OTU); diverzita beta sa však medzi krajinami výrazne líšila a podmienky interakcie pre krajinu a stav živých/mŕtvych (PANOVA = 0,001 a 0,008, v uvedenom poradí) naznačovali, že medzi týmito faktormi existuje rozmanitosť. Medzi krajinami neboli pozorované žiadne rozdiely v odchýlke beta, čo naznačuje podobné rozdiely medzi skupinami. Graf multivariačného škálovania Bray-Curtis (obrázok 2A) ukázal, že vzorky boli do značnej miery oddelené podľa miesta, ale existovalo niekoľko významných výnimiek. Niekoľko vzoriek z An. arabiensis a jedna vzorka z an. komunita coluzzii sa prekrývala so vzorkou z Burkiny Faso, zatiaľ čo jedna vzorka z An. arabiensis vzorky z Burkiny Faso sa prekrývali s An. vzorka komunity arabiensis, čo môže naznačovať, že pôvodná mikrobiota bola náhodne udržiavaná počas mnohých generácií a vo viacerých regiónoch. Vzorky Burkiny Faso neboli jasne rozdelené podľa druhov; tento nedostatok segregácie sa očakával, pretože jednotlivci boli následne zlúčení napriek tomu, že pochádzajú z rôznych prostredí lariev. Štúdie skutočne ukázali, že zdieľanie ekologickej niky počas vodného štádia môže významne ovplyvniť zloženie mikrobioty [50]. Je zaujímavé, že zatiaľ čo vzorky a komunity komárov Burkina Faso nevykazovali žiadne rozdiely v prežití alebo úmrtnosti komárov po expozícii insekticídom, etiópske vzorky boli jasne oddelené, čo naznačuje, že zloženie mikrobioty v týchto vzorkách Anopheles je spojené s rezistenciou na insekticídy. Vzorky boli odobraté z rovnakého miesta, čo môže vysvetliť silnejšiu asociáciu.
Odolnosť voči pyretroidným insekticídom je komplexný fenotyp a zatiaľ čo zmeny metabolizmu a cieľov sú relatívne dobre študované, zmeny v mikrobiote sa len začínajú skúmať. V tejto štúdii ukazujeme, že zmeny v mikrobiote môžu byť dôležitejšie v určitých populáciách; ďalej charakterizujeme rezistenciu na insekticídy v Anopheles arabiensis z Bahir Dar a ukazujeme zmeny v známych transkriptoch spojených s rezistenciou, ako aj významné zmeny v génoch súvisiacich s dýchaním, ktoré boli zrejmé aj v predchádzajúcej štúdii RNA-seq populácií Anopheles arabiensis z Etiópie . Tieto výsledky spoločne naznačujú, že rezistencia na insekticídy u týchto komárov môže závisieť od kombinácie genetických a negenetických faktorov, pravdepodobne preto, že symbiotické vzťahy s pôvodnými baktériami môžu dopĺňať degradáciu insekticídov v populáciách s nižšou úrovňou rezistencie.
Nedávne štúdie spojili zvýšené dýchanie s rezistenciou na insekticídy, čo je v súlade s obohatenými ontologickými pojmami v Bahir Dar RNAseq a integrovanými etiópskymi údajmi získanými tu; opäť naznačuje, že rezistencia vedie k zvýšenému dýchaniu, buď ako príčina alebo dôsledok tohto fenotypu. Ak tieto zmeny povedú k rozdielom v potenciáli reaktívnych druhov kyslíka a dusíka, ako už bolo navrhnuté , mohlo by to ovplyvniť kompetenciu vektorov a mikrobiálnu kolonizáciu prostredníctvom diferenciálnej bakteriálnej rezistencie voči zachytávaniu ROS dlhodobými komenzálnymi baktériami .
Tu uvedené údaje poskytujú dôkaz, že mikrobiota môže v určitých prostrediach ovplyvniť rezistenciu voči insekticídom. Ukázali sme tiež, že An. komáre arabiensis v Etiópii vykazujú podobné zmeny v transkriptóme, ktoré prepožičiavajú rezistenciu na insekticídy; počet génov zodpovedajúcich génom v Burkine Faso je však malý. Pokiaľ ide o závery, ku ktorým sa dospelo tu a v iných štúdiách, zostáva niekoľko upozornení. Po prvé, kauzálny vzťah medzi prežitím pyretroidov a mikrobiotou je potrebné preukázať pomocou metabolomických štúdií alebo transplantácie mikrobioty. Okrem toho je potrebné preukázať validáciu kľúčových kandidátov vo viacerých populáciách z rôznych regiónov. Nakoniec, kombinovanie transkriptómových údajov s údajmi o mikrobiote prostredníctvom cielených posttransplantačných štúdií poskytne podrobnejšie informácie o tom, či mikrobiota priamo ovplyvňuje transkriptóm komárov, pokiaľ ide o rezistenciu na pyretroidy. Celkovo však naše údaje naznačujú, že rezistencia je lokálna aj nadnárodná, čo zdôrazňuje potrebu testovať nové insekticídne produkty vo viacerých regiónoch.
Čas odoslania: 24. marca 2025