Malária zostáva hlavnou príčinou úmrtí a chorôb v Afrike, pričom najväčšiu záťaž postihuje deti do 5 rokov. Najúčinnejším prostriedkom prevencie tejto choroby sú insekticídne látky na kontrolu vektorov, ktoré sú zamerané na dospelé komáre rodu Anopheles. V dôsledku rozsiahleho používania týchto zásahov je v súčasnosti v celej Afrike rozšírená rezistencia voči najbežnejšie používaným triedam insekticídov. Pochopenie základných mechanizmov, ktoré vedú k tomuto fenotypu, je nevyhnutné na sledovanie šírenia rezistencie aj na vývoj nových nástrojov na jej prekonanie.
V tejto štúdii sme porovnali zloženie mikrobiómu populácií Anopheles gambiae, Anopheles cruzi a Anopheles arabiensis rezistentných na insekticídy z Burkiny Faso s populáciami citlivými na insekticídy, tiež z Etiópie.
Nezistili sme žiadne rozdiely v zložení mikrobioty medzi insekticíd-rezistentnými ainsekticíd-citlivých populácií v Burkine Faso. Tento výsledok potvrdili laboratórne štúdie kolónií z dvoch krajín Burkiny Faso. Naproti tomu u komárov Anopheles arabiensis z Etiópie sa pozorovali jasné rozdiely v zložení mikrobioty medzi tými, ktoré uhynuli, a tými, ktoré prežili vystavenie insekticídom. Pre ďalšie skúmanie rezistencie tejto populácie Anopheles arabiensis sme vykonali sekvenovanie RNA a zistili sme rozdielnu expresiu detoxikačných génov spojených s rezistenciou voči insekticídom, ako aj zmeny v dýchacích, metabolických a synaptických iónových kanáloch.
Naše výsledky naznačujú, že v niektorých prípadoch môže mikrobiota prispievať k rozvoju rezistencie voči insekticídom, okrem zmien transkriptómu.
Hoci sa rezistencia často opisuje 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 preukázali významné zmeny v epidermálnom mikrobióme po expozícii pyretroidom, ako aj zmeny v celkovom mikrobióme po expozícii organofosfátom. V Afrike bola rezistencia na pyretroidy spojená so zmenami v zložení mikrobioty v Kamerune, Keni a Pobreží Slonoviny, zatiaľ čo laboratórne adaptované Anopheles gambiae preukázali zmeny v mikrobiote po selekcii na rezistenciu na pyretroidy. 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 súvisieť s mikrobiómom komárov a že tento aspekt rezistencie na insekticídy by sa mohol využiť na kontrolu prenášačov chorôb.
V tejto štúdii sme použili 16S sekvenovanie na zistenie, či sa mikrobiota komárov kolonizovaných v laboratóriách a v teréne zozbieraných v západnej a východnej Afrike líši medzi tými, ktoré prežili, a tými, ktoré uhynuli po vystavení pyretroidu deltametrínu. V kontexte rezistencie voči insekticídom môže porovnanie mikrobioty z rôznych oblastí Afriky s rôznymi druhmi a úrovňami rezistencie pomôcť pochopiť regionálne vplyvy na mikrobiálne spoločenstvá. Laboratórne kolónie pochádzali z Burkiny Faso a boli chované v dvoch rôznych európskych laboratóriách (An. coluzzii v Nemecku a An. arabiensis v Spojenom kráľovstve), komáre z Burkiny Faso predstavovali všetky tri druhy druhového komplexu An. gambiae a komáre z Etiópie predstavovali An. arabiensis. V tejto štúdii ukazujeme, že Anopheles arabiensis z Etiópie mal odlišné mikrobiálne podpisy v živých a mŕtvych komároch, zatiaľ čo Anopheles arabiensis z Burkiny Faso a dvoch laboratórií ich nemal. 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 voči insekticídom 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 transkriptómových profiloch, ale stále identifikovalo štyri kľúčové detoxikačné gény, ktoré boli nadmerne exprimované v celej Afrike.
Živé a mŕtve komáre každého druhu z každého regiónu boli následne sekvenované pomocou 16S sekvenovania a boli vypočítané relatívne abundancie. Neboli pozorované žiadne rozdiely v alfa diverzite, čo naznačuje žiadne rozdiely v bohatosti operačných taxonomických jednotiek (OTU); beta diverzita sa však medzi krajinami výrazne líšila a interakčné výrazy pre krajinu a stav živých/mŕtvych (PANOVA = 0,001 a 0,008) naznačovali, že medzi týmito faktormi existovala diverzita. Medzi krajinami neboli pozorované žiadne rozdiely v beta rozptyle, čo naznačuje podobné rozdiely medzi skupinami. Bray-Curtisov multivariačný škálovací graf (obrázok 2A) ukázal, že vzorky boli do značnej miery segregované podľa lokality, ale existovali aj niektoré významné výnimky. Niekoľko vzoriek zo spoločenstva An. arabiensis a jedna vzorka zo spoločenstva An. coluzzii sa prekrývali so vzorkou z Burkiny Faso, zatiaľ čo jedna vzorka zo vzoriek An. arabiensis z Burkiny Faso sa prekrývala so vzorkou zo spoločenstva An. arabiensis, čo môže naznačovať, že pôvodná mikrobiota sa náhodne udržiavala počas mnohých generácií a vo viacerých regiónoch. Vzorky z Burkiny Faso neboli jasne segregované podľa druhov; Táto absencia segregácie sa očakávala, pretože jedince boli následne zoskupené napriek tomu, že pochádzali z rôznych larválnych prostredí. Štúdie skutočne ukázali, že zdieľanie ekologickej niky počas vodného štádia môže významne ovplyvniť zloženie mikrobioty [50]. Je zaujímavé, že zatiaľ čo vzorky a spoločenstvá komárov z Burkiny Faso nevykazovali žiadne rozdiely v prežití alebo úmrtnosti komárov po expozícii insekticídom, etiópske vzorky boli jasne segregované, čo naznačuje, že zloženie mikrobioty v týchto vzorkách Anopheles je spojené s rezistenciou voči insekticídom. Vzorky boli odobraté z rovnakého miesta, čo môže vysvetľovať silnejšiu súvislosť.
Rezistencia voči pyretroidným insekticídom je komplexný fenotyp a zatiaľ čo zmeny v metabolizme a cieľoch sú relatívne dobre preskúmané, zmeny v mikrobiote sa len začínajú skúmať. V tejto štúdii ukazujeme, že zmeny v mikrobiote môžu byť dôležitejšie v určitých populáciách; ďalej charakterizujeme rezistenciu voči insekticídom u 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 evidentné aj v predchádzajúcej štúdii RNA-seq populácií Anopheles arabiensis z Etiópie. Tieto výsledky spoločne naznačujú, že rezistencia voči insekticídom 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 voči insekticídom, čo je v súlade s obohatenými ontologickými termínmi v Bahir Dar RNAseq a integrovanými etiópskymi údajmi získanými v tomto dokumente; čo opäť naznačuje, že rezistencia vedie k zvýšenému dýchaniu, buď ako príčinu alebo dôsledok tohto fenotypu. Ak tieto zmeny vedú k rozdielom v potenciáli reaktívnych foriem kyslíka a dusíka, ako sa predtým predpokladalo, mohlo by to ovplyvniť kompetenciu vektorov a mikrobiálnu kolonizáciu prostredníctvom rozdielnej bakteriálnej rezistencie voči zachytávaniu ROS dlhodobými komenzálnymi baktériami.
Údaje uvedené v tomto dokumente poskytujú dôkazy o tom, že mikrobiota môže v určitých prostrediach ovplyvňovať rezistenciu voči insekticídom. Taktiež sme preukázali, že komáre An. arabiensis v Etiópii vykazujú podobné zmeny transkriptómu, ktoré spôsobujú rezistenciu voči insekticídom; počet génov zodpovedajúcich tým v Burkine Faso je však malý. Pokiaľ ide o závery, ku ktorým sa dospelo tu a v iných štúdiách, zostáva niekoľko výhrad. Po prvé, je potrebné preukázať kauzálny vzťah medzi prežitím pyretroidov a mikrobiotou pomocou metabolomických štúdií alebo transplantácie mikrobioty. Okrem toho je potrebné preukázať validáciu kľúčových kandidátov vo viacerých populáciách z rôznych regiónov. Nakoniec, kombinácia údajov o transkriptóme s údajmi o mikrobiote prostredníctvom cielených posttransplantačných štúdií poskytne podrobnejšie informácie o tom, či mikrobiota priamo ovplyvňuje transkriptóm komára, pokiaľ ide o rezistenciu voči pyretroidom. Naše údaje však spoločne naznačujú, že rezistencia je lokálna aj nadnárodná, čo zdôrazňuje potrebu testovať nové insekticídne produkty vo viacerých regiónoch.
Čas uverejnenia: 24. marca 2025