Malārija joprojām ir viens no galvenajiem nāves un saslimstības cēloņiem Āfrikā, un vislielākais slogs ir bērniem līdz 5 gadu vecumam. Visefektīvākais slimības profilakses līdzeklis ir insekticīdi vektoru kontroles līdzekļi, kas ir vērsti pret pieaugušiem Anopheles odiem. Šo līdzekļu plašas lietošanas rezultātā rezistence pret visbiežāk lietotajām insekticīdu klasēm tagad ir plaši izplatīta visā Āfrikā. Izpratne par šī fenotipa pamatmehānismiem ir būtiska gan rezistences izplatības izsekošanai, gan jaunu rīku izstrādei tās pārvarēšanai.
Šajā pētījumā mēs salīdzinājām pret insekticīdiem rezistentu Anopheles gambiae, Anopheles cruzi un Anopheles arabiensis populāciju mikrobioma sastāvu no Burkinafaso ar pret insekticīdiem jutīgām populācijām, arī no Etiopijas.
Mēs neatradām atšķirības mikrobiotas sastāvā starp insekticīdiem rezistentām uninsekticīds-uzņēmīgas populācijas Burkinafaso. Šo rezultātu apstiprināja laboratorijas pētījumi ar kolonijām no divām Burkinafaso valstīm. Turpretī Anopheles arabiensis odiem no Etiopijas tika novērotas skaidras atšķirības mikrobiotas sastāvā starp tiem, kas nomira, un tiem, kas izdzīvoja pēc insekticīdu iedarbības. Lai sīkāk izpētītu šīs Anopheles arabiensis populācijas rezistenci, mēs veicām RNS sekvencēšanu un atklājām detoksikācijas gēnu atšķirīgu ekspresiju, kas saistīta ar insekticīdu rezistenci, kā arī izmaiņas elpošanas, vielmaiņas un sinaptiskajos jonu kanālos.
Mūsu rezultāti liecina, ka dažos gadījumos mikrobiota var veicināt insekticīdu rezistences attīstību papildus transkriptomas izmaiņām.
Lai gan rezistenci bieži raksturo kā Anopheles vektora ģenētisku komponentu, jaunākie pētījumi ir parādījuši, ka mikrobioms mainās, reaģējot uz insekticīdu iedarbību, kas liecina par šo organismu lomu rezistencē. Patiešām, Anopheles gambiae odu vektoru pētījumi Dienvidamerikā un Centrālamerikā ir parādījuši būtiskas izmaiņas epidermas mikrobiomā pēc piretroīdu iedarbības, kā arī izmaiņas kopējā mikrobiomā pēc organofosfātu iedarbības. Āfrikā piretroīdu rezistence ir saistīta ar mikrobiotas sastāva izmaiņām Kamerūnā, Kenijā un Kotdivuārā, savukārt laboratorijā adaptētiem Anopheles gambiae ir novērotas izmaiņas to mikrobiotā pēc selekcijas uz piretroīdu rezistenci. Turklāt eksperimentāla ārstēšana ar antibiotikām un zināmu baktēriju pievienošana laboratorijā kolonizētiem Anopheles arabiensis odiem uzrādīja paaugstinātu toleranci pret piretroīdiem. Kopā šie dati liecina, ka insekticīdu rezistence var būt saistīta ar odu mikrobiomu un ka šo insekticīdu rezistences aspektu varētu izmantot slimību vektoru kontrolei.
Šajā pētījumā mēs izmantojām 16S sekvencēšanu, lai noteiktu, vai laboratorijā kolonizēto un laukā savākto odu mikrobiota Rietumāfrikā un Austrumāfrikā atšķīrās starp tiem, kas izdzīvoja, un tiem, kas nomira pēc saskares ar piretroīdu deltametrīnu. Insekticīdu rezistences kontekstā mikrobiotas salīdzināšana no dažādiem Āfrikas reģioniem ar dažādām sugām un rezistences līmeņiem var palīdzēt izprast reģionālo ietekmi uz mikrobu kopienām. Laboratorijas kolonijas bija no Burkinafaso un audzētas divās dažādās Eiropas laboratorijās (An. coluzzii Vācijā un An. arabiensis Apvienotajā Karalistē), odi no Burkinafaso pārstāvēja visas trīs An. gambiae sugu kompleksa sugas, un odi no Etiopijas pārstāvēja An. arabiensis. Šeit mēs parādām, ka Anopheles arabiensis no Etiopijas bija atšķirīgas mikrobiotas paraksti dzīvos un mirušos odos, savukārt Anopheles arabiensis no Burkinafaso un divām laboratorijām to nebija. Šī pētījuma mērķis ir turpināt izpētīt insekticīdu rezistenci. Mēs veicām RNS sekvencēšanu Anopheles arabiensis populācijās un atklājām, ka ar insekticīdu rezistenci saistītie gēni bija paaugstināti, savukārt ar elpošanu saistītie gēni parasti bija izmainīti. Šo datu integrācija ar otru populāciju no Etiopijas identificēja galvenos detoksikācijas gēnus reģionā. Turpmāka salīdzināšana ar Anopheles arabiensis no Burkinafaso atklāja būtiskas atšķirības transkriptomu profilos, taču joprojām identificēja četrus galvenos detoksikācijas gēnus, kas bija pārmērīgi ekspresēti visā Āfrikā.
Katras sugas dzīvie un mirušie odi no katra reģiona pēc tam tika sekvencēti, izmantojot 16S sekvencēšanu, un tika aprēķināta relatīvā koncentrācija. Alfa daudzveidībā atšķirības netika novērotas, kas norāda uz atšķirībām operacionālās taksonomiskās vienības (OTU) daudzveidībā; tomēr beta daudzveidība starp valstīm būtiski atšķīrās, un mijiedarbības termini valsts un dzīvā/mirušā statusa ziņā (PANOVA = attiecīgi 0,001 un 0,008) norādīja, ka starp šiem faktoriem pastāv daudzveidība. Beta dispersijā atšķirības starp valstīm netika novērotas, kas norāda uz līdzīgām atšķirībām starp grupām. Breja-Kērtisa daudzfaktoru mērogošanas diagramma (2.A attēls) parādīja, ka paraugi lielā mērā bija segregēti pēc atrašanās vietas, taču bija daži ievērojami izņēmumi. Vairāki paraugi no An. arabiensis kopienas un viens paraugs no An. coluzzii kopienas pārklājās ar paraugu no Burkinafaso, savukārt viens paraugs no An. arabiensis paraugiem no Burkinafaso pārklājās ar An. arabiensis kopienas paraugu, kas var liecināt, ka sākotnējā mikrobiota tika nejauši saglabāta daudzu paaudžu laikā un vairākos reģionos. Burkinafaso paraugi nebija skaidri segregēti pa sugām; Šis segregācijas trūkums bija paredzams, jo indivīdi vēlāk tika apvienoti, neskatoties uz to, ka tie nāca no dažādām kāpuru vidēm. Patiešām, pētījumi ir parādījuši, ka kopīga ekoloģiskā niša ūdens stadijā var būtiski ietekmēt mikrobiotas sastāvu [50]. Interesanti, ka, lai gan Burkinafaso odu paraugos un kopienās nebija atšķirību odu izdzīvošanā vai mirstībā pēc insekticīdu iedarbības, Etiopijas paraugos bija skaidri atdalīti, kas liecina, ka mikrobiotas sastāvs šajos Anopheles paraugos ir saistīts ar rezistenci pret insekticīdiem. Paraugi tika savākti no vienas un tās pašas vietas, kas varētu izskaidrot spēcīgāko saistību.
Rezistence pret piretroīdu insekticīdiem ir sarežģīts fenotips, un, lai gan metabolisma un mērķu izmaiņas ir samērā labi pētītas, izmaiņas mikrobiotā tikai sāk pētīt. Šajā pētījumā mēs parādām, ka izmaiņas mikrobiotā var būt nozīmīgākas noteiktās populācijās; mēs sīkāk raksturojam insekticīdu rezistenci Anopheles arabiensis no Bahir Dar un parādām izmaiņas zināmajos ar rezistenci saistītajos transkriptos, kā arī būtiskas izmaiņas ar elpošanu saistītajos gēnos, kas bija redzamas arī iepriekšējā RNS sekvencēšanas pētījumā ar Anopheles arabiensis populācijām no Etiopijas. Kopā šie rezultāti liecina, ka šo odu rezistence pret insekticīdiem var būt atkarīga no ģenētisko un neģenētisko faktoru kombinācijas, iespējams, tāpēc, ka simbiotiskās attiecības ar vietējām baktērijām var papildināt insekticīdu degradāciju populācijās ar zemāku rezistences līmeni.
Jaunākie pētījumi ir saistījuši pastiprinātu elpošanu ar insekticīdu rezistenci , kas atbilst bagātinātajiem ontoloģijas terminiem Bahir Dar RNAseq un šeit iegūtajiem integrētajiem Etiopijas datiem; atkal liecina, ka rezistence izraisa pastiprinātu elpošanu, kas ir vai nu šī fenotipa cēlonis, vai sekas. Ja šīs izmaiņas noved pie reaktīvo skābekļa un slāpekļa sugu potenciāla atšķirībām, kā iepriekš tika ieteikts , tas varētu ietekmēt vektoru kompetenci un mikrobu kolonizāciju, pateicoties diferenciālai baktēriju rezistencei pret ROS iznīcināšanu, ko veic ilgtermiņa komensālās baktērijas.
Šeit sniegtie dati sniedz pierādījumus tam, ka mikrobiota noteiktā vidē var ietekmēt insekticīdu rezistenci. Mēs arī pierādījām, ka An. arabiensis odi Etiopijā uzrāda līdzīgas transkriptoma izmaiņas, kas izraisa insekticīdu rezistenci; tomēr gēnu skaits, kas atbilst Burkinafaso, ir neliels. Attiecībā uz šeit un citos pētījumos izdarītajiem secinājumiem joprojām pastāv vairāki iebildumi. Pirmkārt, izmantojot metabolomikas pētījumus vai mikrobiotas transplantāciju, jāpierāda cēloņsakarība starp piretroīdu izdzīvošanu un mikrobiotu. Turklāt jāpierāda galveno kandidātu validācija vairākās populācijās no dažādiem reģioniem. Visbeidzot, transkriptoma datu apvienošana ar mikrobiotas datiem, izmantojot mērķtiecīgus pēctransplantācijas pētījumus, sniegs detalizētāku informāciju par to, vai mikrobiota tieši ietekmē odu transkriptomu attiecībā uz piretroīdu rezistenci. Tomēr kopumā mūsu dati liecina, ka rezistence ir gan lokāla, gan transnacionāla, uzsverot nepieciešamību testēt jaunus insekticīdu produktus vairākos reģionos.
Publicēšanas laiks: 2025. gada 24. marts