Malaria rămâne o cauză majoră de deces și îmbolnăvire în Africa, cu cea mai mare povară în rândul copiilor sub 5 ani. Cele mai eficiente mijloace de prevenire a bolii sunt agenții de control al vectorilor insecticizi care vizează țânțarii Anopheles adulți. Ca urmare a utilizării pe scară largă a acestor intervenții, rezistența la cele mai frecvent utilizate clase de insecticide este acum răspândită în toată Africa. Înțelegerea mecanismelor de bază care duc la acest fenotip este esențială atât pentru a urmări răspândirea rezistenței, cât și pentru a dezvolta noi instrumente pentru a o depăși.
În acest studiu, am comparat compoziția microbiomului populațiilor Anopheles gambiae, Anopheles cruzi și Anopheles arabiensis rezistente la insecticide din Burkina Faso cu populațiile sensibile la insecticide, tot din Etiopia.
Nu am găsit diferențe în compoziția microbiotei între rezistente la insecticide șiinsecticid-populaţii susceptibile din Burkina Faso. Acest rezultat a fost confirmat de studiile de laborator ale coloniilor din două țări din Burkina Faso. În schimb, la țânțarii Anopheles arabiensis din Etiopia, s-au observat diferențe clare în compoziția microbiotei între cei care au murit și cei care au supraviețuit expunerii la insecticide. Pentru a investiga în continuare rezistența acestei populații de Anopheles arabiensis, am efectuat secvențierea ARN și am găsit expresia diferențială a genelor de detoxifiere asociate cu rezistența la insecticide, precum și modificări ale canalelor ionice respiratorii, metabolice și sinaptice.
Rezultatele noastre sugerează că, în unele cazuri, microbiota poate contribui la dezvoltarea rezistenței la insecticide, pe lângă modificările transcriptomului.
Deși rezistența este adesea descrisă ca o componentă genetică a vectorului Anopheles, studii recente au arătat că microbiomul se modifică ca răspuns la expunerea la insecticide, sugerând un rol pentru aceste organisme în rezistență. Într-adevăr, studiile vectorilor de țânțari Anopheles gambiae din America de Sud și Centrală au arătat schimbări semnificative în microbiomul epidermic în urma expunerii la piretroizi, precum și modificări ale microbiomului general după expunerea la organofosfați. În Africa, rezistența la piretroizi a fost asociată cu schimbări în compoziția microbiotei în Camerun, Kenya și Coasta de Fildeș, în timp ce Anopheles gambiae adaptat în laborator a arătat schimbări în microbiota lor după selecția pentru rezistența la piretroizi. În plus, tratamentul experimental cu antibiotice și adăugarea de bacterii cunoscute la țânțarii Anopheles arabiensis colonizați în laborator au arătat o toleranță crescută la piretroizi. Împreună, aceste date sugerează că rezistența la insecticide poate fi legată de microbiomul țânțarilor și că acest aspect al rezistenței la insecticide ar putea fi exploatat pentru controlul vectorilor bolii.
În acest studiu, am folosit secvențierea 16S pentru a determina dacă microbiota țânțarilor colonizați în laborator și colectați pe teren din Africa de Vest și de Est a diferit între cei care au supraviețuit și cei care au murit după expunerea la deltametrină piretroida. În contextul rezistenței la insecticide, compararea microbiotei din diferite regiuni ale Africii cu diferite specii și niveluri de rezistență poate ajuta la înțelegerea influențelor regionale asupra comunităților microbiene. Coloniile de laborator au fost din Burkina Faso și crescute în două laboratoare europene diferite (An. coluzzii în Germania și An. arabiensis în Regatul Unit), țânțarii din Burkina Faso reprezentau toate cele trei specii ale An. gambiae, iar țânțarii din Etiopia au reprezentat An. arabiensis. Aici, arătăm că Anopheles arabiensis din Etiopia avea semnături distincte de microbiotă la țânțarii vii și morți, în timp ce Anopheles arabiensis din Burkina Faso și două laboratoare nu au avut. Scopul acestui studiu este de a investiga în continuare rezistența la insecticide. Am efectuat secvențierea ARN pe populațiile de Anopheles arabiensis și am constatat că genele asociate cu rezistența la insecticide au fost reglate, în timp ce genele legate de respirație au fost în general modificate. Integrarea acestor date cu o a doua populație din Etiopia a identificat gene cheie de detoxifiere în regiune. O comparație ulterioară cu Anopheles arabiensis din Burkina Faso a dezvăluit diferențe semnificative în profilurile transcriptomului, dar totuși au identificat patru gene cheie de detoxifiere care au fost supraexprimate în Africa.
Țânțarii vii și morți din fiecare specie din fiecare regiune au fost apoi secvențiați folosind secvențierea 16S și au fost calculate abundența relativă. Nu au fost observate diferențe în diversitatea alfa, indicând nicio diferență în bogăția unității taxonomice operaționale (OTU); cu toate acestea, diversitatea beta a variat semnificativ între țări, iar termenii de interacțiune pentru țară și statutul de vii/mort (PANOVA = 0,001 și, respectiv, 0,008) au indicat că a existat diversitate între acești factori. Nu au fost observate diferențe în variația beta între țări, indicând variații similare între grupuri. Graficul de scalare multivariat Bray-Curtis (Figura 2A) a arătat că eșantioanele au fost în mare parte separate în funcție de locație, dar au existat câteva excepții notabile. Mai multe mostre din An. arabiensis și un eșantion din An. comunitatea coluzzii s-a suprapus cu un eșantion din Burkina Faso, în timp ce un eșantion din An. arabiensis probe din Burkina Faso s-au suprapus cu An. arabiensis, ceea ce poate indica faptul că microbiota originală a fost menținută aleatoriu de-a lungul mai multor generații și în mai multe regiuni. Probele din Burkina Faso nu au fost clar separate pe specii; această lipsă de segregare era de așteptat, deoarece indivizii au fost ulterior reuniți în ciuda faptului că proveneau din medii larvare diferite. Într-adevăr, studiile au arătat că împărțirea unei nișe ecologice în timpul etapei acvatice poate influența semnificativ compoziția microbiotei [50]. Interesant este că, în timp ce eșantioanele și comunitățile de țânțari din Burkina Faso nu au arătat diferențe în ceea ce privește supraviețuirea sau mortalitatea țânțarilor după expunerea la insecticide, probele etiopiene au fost clar separate, ceea ce sugerează că compoziția microbiotei din aceste probe de Anopheles este asociată cu rezistența la insecticide. Probele au fost colectate din aceeași locație, ceea ce poate explica asocierea mai puternică.
Rezistența la insecticidele piretroide este un fenotip complex și, în timp ce modificările metabolismului și țintelor sunt relativ bine studiate, modificările microbiotei abia încep să fie explorate. În acest studiu, arătăm că modificările microbiotei pot fi mai importante la anumite populații; caracterizăm în continuare rezistența la insecticide la Anopheles arabiensis din Bahir Dar și arătăm modificări în transcrierile cunoscute asociate rezistenței, precum și modificări semnificative ale genelor legate de respirație, care au fost, de asemenea, evidente într-un studiu ARN-seq anterior al populațiilor de Anopheles arabiensis din Etiopia. Împreună, aceste rezultate sugerează că rezistența la insecticide la acești țânțari poate depinde de o combinație de factori genetici și non-genetici, probabil pentru că relațiile simbiotice cu bacteriile indigene pot completa degradarea insecticidelor în populațiile cu niveluri mai scăzute de rezistență.
Studii recente au legat o creștere a respirației de rezistența la insecticide, în concordanță cu termenii de ontologie îmbogățită din Bahir Dar RNAseq și cu datele etiopiene integrate obținute aici; sugerând din nou că rezistența are ca rezultat creșterea respirației, fie ca cauză, fie ca urmare a acestui fenotip. Dacă aceste modificări duc la diferențe în potențialul reactiv al speciilor de oxigen și azot, așa cum s-a sugerat anterior, acest lucru ar putea afecta competența vectorului și colonizarea microbiană prin rezistența bacteriană diferențială la eliminarea ROS de către bacteriile comensale pe termen lung.
Datele prezentate aici oferă dovezi că microbiota poate influența rezistența la insecticide în anumite medii. De asemenea, am demonstrat că An. țânțarii arabiensis din Etiopia prezintă modificări similare ale transcriptomului care conferă rezistență la insecticide; cu toate acestea, numărul de gene corespunzător celor din Burkina Faso este mic. Rămân câteva avertismente cu privire la concluziile la care s-a ajuns aici și în alte studii. În primul rând, o relație cauzală între supraviețuirea piretroizilor și microbiotă trebuie demonstrată folosind studii metabolomice sau transplant de microbiotă. În plus, trebuie demonstrată validarea candidaților cheie în mai multe populații din diferite regiuni. În cele din urmă, combinarea datelor de transcriptom cu datele de microbiotă prin studii post-transplant țintite va oferi informații mai detaliate despre dacă microbiota influențează direct transcriptomul țânțarului în ceea ce privește rezistența la piretroizi. Cu toate acestea, luate împreună, datele noastre sugerează că rezistența este atât locală, cât și transnațională, subliniind necesitatea de a testa noi produse insecticide în mai multe regiuni.
Ora postării: 24-mar-2025