Маларија остаје главни узрок смрти и болести у Африци, са највећим теретом међу децом млађом од 5 година. Најефикасније средство за спречавање болести су инсектицидна средства за сузбијање вектора која циљају одрасле комарце Anopheles. Као резултат широке употребе ових интервенција, отпорност на најчешће коришћене класе инсектицида сада је широко распрострањена широм Африке. Разумевање основних механизама који доводе до овог фенотипа је неопходно како за праћење ширења отпорности, тако и за развој нових алата за њено превазилажење.
У овој студији, упоредили смо састав микробиома популација Anopheles gambiae, Anopheles cruzi и Anopheles arabiensis отпорних на инсектициде из Буркине Фасо са популацијама осетљивим на инсектициде, такође из Етиопије.
Нисмо пронашли разлике у саставу микробиоте између инсектицидоотпорних иинсектицид-осетљиве популације у Буркини Фасо. Овај резултат је потврђен лабораторијским студијама колонија из две земље Буркине Фасо. Насупрот томе, код комараца Anopheles arabiensis из Етиопије, примећене су јасне разлике у саставу микробиоте између оних који су угинули и оних који су преживели излагање инсектицидима. Да бисмо даље истражили отпорност ове популације Anopheles arabiensis, извршили смо секвенцирање РНК и пронашли диференцијалну експресију гена за детоксификацију повезаних са отпорношћу на инсектициде, као и промене у респираторним, метаболичким и синаптичким јонским каналима.
Наши резултати указују да у неким случајевима микробиота може допринети развоју резистенције на инсектициде, поред промена транскриптома.
Иако се отпорност често описује као генетска компонента вектора Anopheles, недавне студије су показале да се микробиом мења као одговор на излагање инсектицидима, што указује на улогу ових организама у отпорности. Заиста, студије вектора комараца Anopheles gambiae у Јужној и Централној Америци показале су значајне промене у епидермалном микробиому након излагања пиретроидима, као и промене у укупном микробиому након излагања органофосфатима. У Африци, отпорност на пиретроиде повезана је са променама у саставу микробиоте у Камеруну, Кенији и Обали Слоноваче, док су лабораторијски адаптирани Anopheles gambiae показали промене у својој микробиоти након селекције на отпорност на пиретроиде. Штавише, експериментални третман антибиотицима и додавање познатих бактерија код лабораторијски колонизованих комараца Anopheles arabiensis показали су повећану толеранцију на пиретроиде. Заједно, ови подаци сугеришу да отпорност на инсектициде може бити повезана са микробиомом комараца и да би се овај аспект отпорности на инсектициде могао искористити за контролу вектора болести.
У овој студији, користили смо 16S секвенцирање како бисмо утврдили да ли се микробиота комараца колонизованих у лабораторији и на терену у западној и источној Африци разликује између оних који су преживели и оних који су угинули након излагања пиретроиду делтаметрину. У контексту резистенције на инсектициде, поређење микробиоте из различитих региона Африке са различитим врстама и нивоима отпорности може помоћи у разумевању регионалних утицаја на микробне заједнице. Лабораторијске колоније су биле из Буркине Фасо и узгајане су у две различите европске лабораторије (An. coluzzii у Немачкој и An. arabiensis у Уједињеном Краљевству), комарци из Буркине Фасо су представљали све три врсте комплекса врста An. gambiae, а комарци из Етиопије су представљали An. arabiensis. Овде показујемо да је Anopheles arabiensis из Етиопије имао различите микробиотске потписе код живих и мртвих комараца, док Anopheles arabiensis из Буркине Фасо и две лабораторије није имао. Циљ ове студије је даље истраживање резистенције на инсектициде. Извршили смо секвенцирање РНК на популацијама Anopheles arabiensis и открили да су гени повезани са отпорношћу на инсектициде били појачано регулисани, док су гени повезани са дисањем генерално измењени. Интеграција ових података са другом популацијом из Етиопије идентификовала је кључне гене за детоксификацију у региону. Даље поређење са Anopheles arabiensis из Буркине Фасо открило је значајне разлике у профилима транскриптома, али је ипак идентификовало четири кључна гена за детоксификацију који су били прекомерно експресовани широм Африке.
Живи и мртви комарци сваке врсте из сваког региона су затим секвенцирани коришћењем 16S секвенцирања и израчуната је релативна абуленција. Нису примећене разлике у алфа диверзитету, што указује на разлике у богатству оперативних таксономских јединица (OTU); међутим, бета диверзитет је значајно варирао између земаља, а термини интеракције за земљу и статус живих/мртвих (PANOVA = 0,001 и 0,008, респективно) указивали су на постојање диверзитета између ових фактора. Нису примећене разлике у бета варијанси између земаља, што указује на сличне варијансе између група. Бреј-Кертисов мултиваријантни скалирајући дијаграм (Слика 2А) показао је да су узорци углавном раздвојени по локацији, али је било и неких значајних изузетака. Неколико узорака из заједнице An. arabiensis и један узорак из заједнице An. coluzzii преклапали су се са узорком из Буркине Фасо, док се један узорак из узорака An. arabiensis из Буркине Фасо преклапао са узорком заједнице An. arabiensis, што може указивати на то да је оригинална микробиота насумично одржавана током многих генерација и у више региона. Узорци из Буркине Фасо нису били јасно раздвојени по врстама; Овај недостатак сегрегације је очекиван, јер су јединке накнадно обједињене упркос томе што потичу из различитих ларвалних средина. Заиста, студије су показале да дељење еколошке нише током водене фазе може значајно утицати на састав микробиоте [50]. Занимљиво је да, док узорци и заједнице комараца из Буркине Фасо нису показали разлике у преживљавању или морталитету комараца након излагања инсектицидима, етиопски узорци су били јасно раздвојени, што сугерише да је састав микробиоте у овим узорцима Anopheles повезан са отпорношћу на инсектициде. Узорци су прикупљени са исте локације, што може објаснити јачу повезаност.
Отпорност на пиретроидне инсектициде је сложен фенотип, и док су промене у метаболизму и циљевима релативно добро проучене, промене у микробиоти тек почињу да се истражују. У овој студији показујемо да промене у микробиоти могу бити важније у одређеним популацијама; даље карактеришемо отпорност на инсектициде код Anopheles arabiensis из Бахир Дара и показујемо промене у познатим транскриптима повезаним са отпорношћу, као и значајне промене у генима повезаним са дисањем које су такође биле евидентне у претходној РНК-секвенцираној студији популација Anopheles arabiensis из Етиопије. Заједно, ови резултати сугеришу да отпорност на инсектициде код ових комараца може зависити од комбинације генетских и негенетских фактора, вероватно зато што симбиотски односи са аутохтоним бактеријама могу допунити разградњу инсектицида у популацијама са нижим нивоима отпорности.
Недавне студије су повезале повећано дисање са отпорношћу на инсектициде, што је у складу са обогаћеним онтолошким терминима у Bahir Dar RNAseq и интегрисаним етиопским подацима добијеним овде; поново сугеришући да отпорност резултира повећаним дисањем, било као узрок или последица овог фенотипа. Ако ове промене доведу до разлика у потенцијалу реактивних врста кисеоника и азота, као што је раније сугерисано, то би могло утицати на компетентност вектора и микробну колонизацију кроз диференцијалну бактеријску отпорност на хватање РОС од стране дугорочних комензалних бактерија.
Подаци представљени овде пружају доказе да микробиота може утицати на отпорност на инсектициде у одређеним срединама. Такође смо показали да комарци An. arabiensis у Етиопији показују сличне транскриптомске промене које доводе до отпорности на инсектициде; међутим, број гена који одговарају онима у Буркини Фасо је мали. Остаје неколико упозорења у вези са закључцима донетим овде и у другим студијама. Прво, потребно је доказати узрочну везу између преживљавања пиретроида и микробиоте коришћењем метаболомских студија или трансплантације микробиоте. Поред тога, потребно је доказати валидацију кључних кандидата у више популација из различитих региона. Коначно, комбиновање транскриптомских података са микробиотским подацима путем циљаних посттрансплантационих студија пружиће детаљније информације о томе да ли микробиота директно утиче на транскриптом комараца у погледу отпорности на пиретроиде. Међутим, заједно гледано, наши подаци сугеришу да је отпорност и локална и транснационална, што истиче потребу за тестирањем нових инсектицидних производа у више региона.
Време објаве: 24. март 2025.