Malārija joprojām ir galvenais nāves un slimību cēlonis Āfrikā, ar lielāko slogu bērniem, kas jaunāki par 5 gadiem. Visefektīvākais līdzeklis slimības profilaksei ir insekticīdi vektoru kontroles līdzekļi, kas paredzēti pieaugušiem Anopheles odi. Šo intervences pasākumu plašās izmantošanas rezultātā rezistence pret visbiežāk izmantotajām insekticīdu klasēm tagad ir plaši izplatīta visā Āfrikā. Izpratne par pamatā esošajiem mehānismiem, kas noved pie šī fenotipa, ir būtiska, lai izsekotu rezistences izplatībai un izstrādātu jaunus rīkus tās pārvarēšanai.
Šajā pētījumā mēs salīdzinājām pret insekticīdiem rezistentu Anopheles gambiae, Anopheles cruzi un Anopheles arabiensis populāciju mikrobiomu sastāvu no Burkinafaso ar insekticīdiem jutīgām populācijām, arī no Etiopijas.
Mēs neatradām nekādas atšķirības mikrobiotas sastāvā starp insekticīdiem izturīgu uninsekticīds- uzņēmīgas populācijas Burkinafaso. Šo rezultātu apstiprināja divu Burkinafaso valstu koloniju laboratoriskie pētījumi. Turpretim Anopheles arabiensis odiem no Etiopijas tika novērotas skaidras atšķirības mikrobiotas sastāvā starp tiem, kas nomira, un tiem, kas izdzīvoja insekticīdu iedarbību. Lai turpinātu pētīt šīs Anopheles arabiensis populācijas rezistenci, mēs veicām RNS sekvencēšanu un konstatējām ar insekticīdu rezistenci saistīto detoksikācijas gēnu atšķirīgu ekspresiju, kā arī izmaiņas elpošanas, vielmaiņas un sinaptiskos jonu kanālos.
Mūsu rezultāti liecina, ka dažos gadījumos mikrobiota var veicināt insekticīdu rezistences attīstību papildus transkripta izmaiņām.
Lai gan rezistenci bieži raksturo kā Anopheles vektora ģenētisko sastāvdaļu, jaunākie pētījumi liecina, ka mikrobioms mainās, reaģējot uz insekticīdu iedarbību, kas liecina par šo organismu lomu rezistencē. Patiešām, Anopheles gambiae moskītu 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 izmaiņām mikrobiotas sastāvā Kamerūnā, Kenijā un Kotdivuārā, savukārt laboratorijā pielāgoto Anopheles gambiae mikrobiotā ir novērotas izmaiņas pēc piretroīdu rezistences atlases . Turklāt eksperimentālā apstrāde ar antibiotikām un zināmu baktēriju pievienošana laboratorijā kolonizētajos Anopheles arabiensis odos parādīja paaugstinātu toleranci pret piretroīdiem . Kopā šie dati liecina, ka rezistence pret insekticīdiem var būt saistīta ar moskītu mikrobiomu un ka šo insekticīdu rezistences aspektu var izmantot slimību pārnēsātāju kontrolei.
Šajā pētījumā mēs izmantojām 16S sekvencēšanu, lai noteiktu, vai laboratorijā kolonizēto un uz lauka savākto odu mikrobiota Rietumāfrikā un Austrumāfrikā atšķiras starp tiem, kas izdzīvoja, un tiem, kas nomira pēc piretroīda deltametrina iedarbības. 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 tika audzētas divās dažādās Eiropas laboratorijās (An. coluzzii Vācijā un An. arabiensis Apvienotajā Karalistē), Burkinafaso odi pārstāvēja visas trīs An sugas. gambiae sugu komplekss, un odi no Etiopijas pārstāvēja An. arabiensis. Šeit mēs parādām, ka Anopheles arabiensis no Etiopijas dzīvos un mirušos odos bija atšķirīgi mikrobiotas paraksti, savukārt Anopheles arabiensis no Burkinafaso un divām laboratorijām nebija. Šī pētījuma mērķis ir turpināt pētīt rezistenci pret insekticīdiem. Mēs veicām RNS sekvencēšanu Anopheles arabiensis populācijās un atklājām, ka gēni, kas saistīti ar rezistenci pret insekticīdiem, tika regulēti, savukārt ar elpošanu saistītie gēni parasti tika mainīti. Šo datu integrācija ar otro populāciju no Etiopijas identificēja galvenos detoksikācijas gēnus reģionā. Turpmāks salīdzinājums ar Anopheles arabiensis no Burkinafaso atklāja būtiskas atšķirības transkripta profilos, taču joprojām identificēja četrus galvenos detoksikācijas gēnus, kas tika pārmērīgi izteikti visā Āfrikā.
Pēc tam katras sugas dzīvie un mirušie odi no katra reģiona tika sekvencēti, izmantojot 16S sekvencēšanu, un tika aprēķināts relatīvais daudzums. Alfa daudzveidības atšķirības netika novērotas, kas liecina par atšķirībām operatīvās taksonomiskās vienības (OTU) bagātībā; tomēr beta daudzveidība dažādās valstīs ievērojami atšķīrās, un mijiedarbības termini valstij un dzīvu/mirušu statusam (attiecīgi PANOVA = 0,001 un 0,008) norādīja, ka starp šiem faktoriem pastāv dažādība. Starp valstīm netika novērotas atšķirības beta dispersijā, kas liecina par līdzīgām atšķirībām starp grupām. Bray-Curtis daudzfaktoru mērogošanas diagramma (2.A attēls) parādīja, ka paraugi lielā mērā tika atdalīti pēc atrašanās vietas, taču bija daži ievērojami izņēmumi. Vairāki paraugi no An. arabiensis kopiena un viens paraugs no An. coluzzii kopiena pārklājās ar paraugu no Burkinafaso, savukārt viens paraugs no An. arabiensis paraugi no Burkinafaso pārklājās ar An. arabiensis kopienas paraugs, kas var norādīt, ka sākotnējā mikrobiota tika nejauši uzturēta daudzās paaudzēs un vairākos reģionos. Burkinafaso paraugi nebija skaidri nodalīti pēc sugām; šis segregācijas trūkums bija gaidāms, jo indivīdi pēc tam tika apvienoti, neskatoties uz to, ka tie bija no dažādām kāpuru vidēm. Patiešām, pētījumi ir parādījuši, ka ekoloģiskās nišas dalīšana ūdens stadijā var būtiski ietekmēt mikrobiotas sastāvu [50]. Interesanti, ka, lai gan Burkinafaso moskītu paraugi un kopienas neuzrādīja atšķirības moskītu izdzīvošanā vai mirstībā pēc insekticīdu iedarbības, Etiopijas paraugi bija skaidri nošķirti, kas liecina, ka mikrobiotas sastāvs šajos Anopheles paraugos ir saistīts ar insekticīdu rezistenci. Paraugi tika savākti no tās pašas vietas, kas var izskaidrot spēcīgāko saistību.
Izturība 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 noteiktās populācijās izmaiņas mikrobiotā var būt svarīgākas; mēs tālāk raksturojam insekticīdu rezistenci Anopheles arabiensis no Bahir Dar un parādām izmaiņas zināmos ar rezistenci saistītos transkriptos, kā arī būtiskas izmaiņas ar elpošanu saistītos gēnos, kas bija redzamas arī iepriekšējā RNS-seq pētījumā par Anopheles arabiensis populācijām no Etiopijas . Kopā šie rezultāti liecina, ka rezistence pret insekticīdu šiem odiem var būt atkarīga no ģenētisku un neģenētisku faktoru kombinācijas, iespējams, tāpēc, ka simbiotiskās attiecības ar vietējām baktērijām var papildināt insekticīdu degradāciju populācijās ar zemāku rezistences līmeni.
Nesenie pētījumi ir saistījuši pastiprinātu elpošanu ar rezistenci pret insekticīdiem, kas atbilst Bahir Dar RNAseq bagātinātajiem ontoloģijas terminiem un šeit iegūtajiem integrētajiem Etiopijas datiem; atkal liek domāt, ka rezistence izraisa pastiprinātu elpošanu vai nu kā šī fenotipa cēloni, vai sekas. Ja šīs izmaiņas izraisa atšķirības reaktīvā skābekļa un slāpekļa sugu potenciālā, kā minēts iepriekš , tas var ietekmēt vektoru kompetenci un mikrobu kolonizāciju, izmantojot atšķirīgu baktēriju rezistenci pret ROS attīrīšanu, ko veic ilgtermiņa komensālās baktērijas .
Šeit sniegtie dati sniedz pierādījumus tam, ka mikrobiota var ietekmēt rezistenci pret insekticīdiem noteiktā vidē. Mēs arī parādījām, ka An. arabiensis odi Etiopijā uzrāda līdzīgas transkripta izmaiņas, kas nodrošina izturību pret insekticīdiem; tomēr gēnu skaits, kas atbilst tiem, kas atrodas Burkinafaso, ir mazs. Joprojām ir vairāki brīdinājumi attiecībā uz šeit un citos pētījumos izdarītajiem secinājumiem. Pirmkārt, ir jāpierāda cēloņsakarība starp piretroīdu izdzīvošanu un mikrobiotu, izmantojot metabolomiskos pētījumus vai mikrobiotas transplantāciju. Turklāt ir jāpierāda galveno kandidātu apstiprināšana vairākās populācijās no dažādiem reģioniem. Visbeidzot, apvienojot transkripta datus ar mikrobiotas datiem, izmantojot mērķtiecīgus pēctransplantācijas pētījumus, tiks iegūta detalizētāka informācija par to, vai mikrobiota tieši ietekmē moskītu transkriptu attiecībā uz piretroīdu rezistenci. Tomēr kopumā mūsu dati liecina, ka rezistence ir gan vietēja, gan starptautiska, uzsverot nepieciešamību pārbaudīt jaunus insekticīdu produktus vairākos reģionos.
Izsūtīšanas laiks: 24.03.2025