Malaria rămâne o cauză majoră de deces și boli în Africa, cea mai mare povară fiind afectată în rândul copiilor sub 5 ani. Cele mai eficiente mijloace de prevenire a bolii sunt agenții insecticizi de control al vectorilor care vizează țânțarii adulți Anopheles. 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 care stau la baza acestui 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 de 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 speciile rezistente la insecticide și celeinsecticid-populații sensibile din Burkina Faso. Acest rezultat a fost confirmat prin studii de laborator efectuate pe colonii 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-ului și am descoperit 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 al acestor organisme în rezistență. Într-adevăr, studiile asupra vectorilor de țânțari Anopheles gambiae din America de Sud și Centrală au arătat modificări semnificative ale microbiomului epidermal în urma expunerii la piretroizi, precum și modificări ale microbiomului general în urma expunerii la organofosfați. În Africa, rezistența la piretroizi a fost asociată cu modificări ale compoziției microbiotei în Camerun, Kenya și Coasta de Fildeș, în timp ce țânțarii Anopheles gambiae adaptați în laborator au arătat modificări ale microbiotei lor în urma selecției 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 de boli.
În acest studiu, am utilizat secvențierea 16S pentru a determina dacă microbiota țânțarilor colonizați în laborator și colectați pe teren în Africa de Vest și de Est diferă între cei care au supraviețuit și cei care au murit după expunerea la piretroidul deltametrin. 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 provenit din Burkina Faso și au fost crescute în două laboratoare europene diferite (An. coluzzii în Germania și An. arabiensis în Regatul Unit), țânțarii din Burkina Faso au reprezentat toate cele trei specii ale complexului de specii An. gambiae, iar țânțarii din Etiopia au reprezentat An. arabiensis. Aici, arătăm că Anopheles arabiensis din Etiopia a avut semnături distincte ale microbiotei în 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 suprareglate, în timp ce genele legate de respirație au fost în general alterate. 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 relevat diferențe semnificative în profilurile transcriptomice, dar a identificat totuși 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 s-au calculat abundențele relative. Nu s-au observat diferențe în diversitatea alfa, indicând lipsa diferențelor în bogăția unității taxonomice operaționale (OTU); cu toate acestea, diversitatea beta a variat semnificativ între țări, iar termenii de interacțiune pentru țară și starea de viu/mort (PANOVA = 0,001 și, respectiv, 0,008) au indicat existența diversității între acești factori. Nu s-au observat diferențe în varianța beta între țări, indicând varianțe similare între grupuri. Diagrama de scalare multivariată Bray-Curtis (Figura 2A) a arătat că probele au fost în mare parte segregate în funcție de locație, dar au existat și câteva excepții notabile. Mai multe probe din comunitatea An. arabiensis și o probă din comunitatea An. coluzzii s-au suprapus cu o probă din Burkina Faso, în timp ce o probă din probele An. arabiensis din Burkina Faso s-a suprapus cu eșantionul comunității 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 segregate pe specii; Această lipsă de segregare era de așteptat, deoarece indivizii au fost ulterior grupați, în ciuda faptului că proveneau din medii larvare diferite. Într-adevăr, studiile au arătat că partajarea unei nișe ecologice în timpul stadiului acvatic poate influența semnificativ compoziția microbiotei [50]. Interesant este că, în timp ce probele și comunitățile de țânțari din Burkina Faso nu au prezentat diferențe în ceea ce privește supraviețuirea sau mortalitatea țânțarilor după expunerea la insecticide, probele din Etiopia au fost clar segregate, sugerând că compoziția microbiotei din aceste probe de Anopheles este asociată cu rezistența la insecticide. Probele au fost colectate din aceeași locație, ceea ce ar putea explica asocierea mai puternică.
Rezistența la insecticidele piretroide este un fenotip complex și, deși modificările metabolismului și ale țintelor sunt relativ bine studiate, modificările microbiotei abia încep să fie explorate. În acest studiu, arătăm că modificările microbiotei pot fi mai importante în anumite populații; caracterizăm în continuare rezistența la insecticide la Anopheles arabiensis din Bahir Dar și arătăm modificări ale transcrierilor cunoscute asociate cu rezistența, precum și modificări semnificative ale genelor legate de respirație, care au fost evidente și într-un studiu anterior de secvențiere ARN 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 asociat respirația crescută cu rezistența la insecticide, în concordanță cu termenii ontologici îmbogățiți din Bahir Dar RNAseq și cu datele etiopiene integrate obținute aici; sugerând din nou că rezistența are ca rezultat o respirație crescută, fie ca o cauză, fie ca o consecință a acestui fenotip. Dacă aceste modificări duc la diferențe în potențialul speciilor reactive de oxigen și azot, așa cum s-a sugerat anterior, acest lucru ar putea afecta competența vectorilor și colonizarea microbiană prin rezistența bacteriană diferențială la captarea 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 țânțarii An. arabiensis din Etiopia prezintă modificări transcriptomice similare care conferă rezistență la insecticide; cu toate acestea, numărul de gene corespunzătoare celor din Burkina Faso este mic. Rămân câteva rezerve cu privire la concluziile la care s-a ajuns aici și în alte studii. În primul rând, trebuie demonstrată o relație cauzală între supraviețuirea piretroizilor și microbiotă folosind studii metabolomice sau transplant de microbiotă. În plus, trebuie demonstrată validarea candidaților cheie în populații multiple din diferite regiuni. În cele din urmă, combinarea datelor transcriptomice cu datele microbiotei prin studii post-transplant țintite va oferi informații mai detaliate despre influența directă a microbiotei asupra transcriptomilor țânțarilor 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.
Data publicării: 24 martie 2025