Маларията остава основна причина за смърт и заболявания в Африка, като най-голямо е бремето сред децата под 5-годишна възраст. Най-ефективното средство за предотвратяване на заболяването са инсектицидните средства за борба с векторите, насочени към възрастни комари Anopheles. В резултат на широкото използване на тези интервенции, резистентността към най-често използваните класове инсектициди вече е широко разпространена в цяла Африка. Разбирането на основните механизми, които водят до този фенотип, е от съществено значение както за проследяване на разпространението на резистентност, така и за разработване на нови инструменти за нейното преодоляване.
В това проучване сравнихме състава на микробиома на популации от резистентни на инсектициди Anopheles gambiae, Anopheles cruzi и Anopheles arabiensis от Буркина Фасо с чувствителни към инсектициди популации, също от Етиопия.
Не открихме разлики в състава на микробиотата между устойчиви на инсектициди иинсектицид-чувствителни популации в Буркина Фасо. Този резултат беше потвърден от лабораторни изследвания на колонии от две страни от Буркина Фасо. За разлика от това, при комарите Anopheles arabiensis от Етиопия бяха наблюдавани ясни разлики в състава на микробиотата между тези, които са умрели, и тези, които са оцелели след излагане на инсектицид. За да изследваме по-нататък резистентността на тази популация Anopheles arabiensis, извършихме РНК секвениране и открихме диференциална експресия на детоксикационни гени, свързани с резистентност към инсектициди, както и промени в дихателните, метаболитните и синаптичните йонни канали.
Нашите резултати показват, че в някои случаи микробиотата може да допринесе за развитието на резистентност към инсектициди, в допълнение към транскриптомните промени.
Въпреки че резистентността често се описва като генетичен компонент на вектора Anopheles, скорошни проучвания показват, че микробиомът се променя в отговор на излагане на инсектициди, което предполага роля на тези организми в резистентността. Всъщност, проучвания на вектори на комари Anopheles gambiae в Южна и Централна Америка показват значителни промени в епидермалния микробиом след излагане на пиретроиди, както и промени в общия микробиом след излагане на органофосфати. В Африка резистентността към пиретроиди е свързана с промени в състава на микробиотата в Камерун, Кения и Кот д'Ивоар, докато адаптираните в лаборатория Anopheles gambiae показват промени в микробиотата си след селекция за резистентност към пиретроиди. Освен това, експерименталното лечение с антибиотици и добавянето на известни бактерии в лабораторно колонизирани комари Anopheles arabiensis показват повишена толерантност към пиретроиди. Взети заедно, тези данни показват, че резистентността към инсектициди може да е свързана с микробиома на комарите и че този аспект на резистентността към инсектициди може да се използва за контрол на векторите на болести.
В това проучване използвахме 16S секвениране, за да определим дали микробиотата на комари, колонизирани в лаборатория и събрани на място в Западна и Източна Африка, се различава между тези, които са оцелели, и тези, които са умрели след излагане на пиретроида делтаметрин. В контекста на резистентност към инсектициди, сравняването на микробиота от различни региони на Африка с различни видове и нива на резистентност може да помогне за разбирането на регионалните влияния върху микробните общности. Лабораторните колонии са от Буркина Фасо и са отглеждани в две различни европейски лаборатории (An. coluzzii в Германия и An. arabiensis в Обединеното кралство), комарите от Буркина Фасо представляват и трите вида от видовия комплекс An. gambiae, а комарите от Етиопия представляват An. arabiensis. Тук показваме, че Anopheles arabiensis от Етиопия има различни микробиотични сигнатури в живи и мъртви комари, докато Anopheles arabiensis от Буркина Фасо и две лаборатории нямат. Целта на това проучване е да се проучи по-нататък резистентността към инсектициди. Извършихме РНК секвениране на популациите на Anopheles arabiensis и установихме, че гените, свързани с резистентност към инсектициди, са с повишена експресия, докато гените, свързани с дишането, като цяло са променени. Интегрирането на тези данни с втора популация от Етиопия идентифицира ключови гени за детоксикация в региона. По-нататъшно сравнение с Anopheles arabiensis от Буркина Фасо разкри значителни разлики в транскриптомните профили, но все пак идентифицира четири ключови гена за детоксикация, които са свръхекспресирани в цяла Африка.
Живи и мъртви комари от всеки вид от всеки регион бяха секвенирани с помощта на 16S секвениране и бяха изчислени относителните им количества. Не бяха наблюдавани разлики в алфа разнообразието, което показва, че няма разлики в богатството на оперативните таксономични единици (OTU); бета разнообразието обаче варираше значително между държавите, а термините за взаимодействие за държава и статус живи/мъртви (PANOVA = 0,001 и 0,008, съответно) показваха, че съществува разнообразие между тези фактори. Не бяха наблюдавани разлики в бета вариацията между държавите, което показва сходни вариации между групите. Многовариантният скалиращ график на Брей-Къртис (Фигура 2А) показа, че пробите са до голяма степен сегрегирани по местоположение, но имаше някои забележителни изключения. Няколко проби от общността An. arabiensis и една проба от общността An. coluzzii се припокриваха с проба от Буркина Фасо, докато една проба от пробите An. arabiensis от Буркина Фасо се припокриваше с пробата от общността An. arabiensis, което може да показва, че оригиналната микробиота е била поддържана на случаен принцип в продължение на много поколения и в множество региони. Пробите от Буркина Фасо не бяха ясно сегрегирани по видове; Тази липса на сегрегация се очакваше, тъй като индивидите впоследствие бяха обединени, въпреки че произхождат от различни ларвни среди. Всъщност, проучванията показват, че споделянето на екологична ниша по време на водния стадий може значително да повлияе на състава на микробиотата [50]. Интересното е, че докато пробите и съобществата от комари от Буркина Фасо не показват разлики в оцеляването или смъртността на комарите след излагане на инсектицид, етиопските проби са ясно сегрегирани, което предполага, че съставът на микробиотата в тези проби от Anopheles е свързан с резистентност към инсектициди. Пробите са събрани от едно и също място, което може да обясни по-силната връзка.
Резистентността към пиретроидни инсектициди е сложен фенотип и докато промените в метаболизма и таргетите са сравнително добре проучени, промените в микробиотата едва сега започват да се изследват. В това проучване ние показваме, че промените в микробиотата може да са по-важни в определени популации; ние допълнително характеризираме резистентността към инсектициди при Anopheles arabiensis от Бахир Дар и показваме промени в известните транскрипти, свързани с резистентност, както и значителни промени в гените, свързани с дишането, които бяха очевидни и в предишно RNA-seq проучване на популации на Anopheles arabiensis от Етиопия. Взети заедно, тези резултати показват, че резистентността към инсектициди при тези комари може да зависи от комбинация от генетични и негенетични фактори, вероятно защото симбиотичните взаимоотношения с местните бактерии могат да допълват разграждането на инсектициди в популации с по-ниски нива на резистентност.
Последните проучвания свързват повишеното дишане с резистентност към инсектициди, което е в съответствие с обогатените онтологични термини в Bahir Dar RNAseq и интегрираните етиопски данни, получени тук; отново предполага, че резистентността води до повишено дишане, било то като причина или следствие от този фенотип. Ако тези промени доведат до разлики в потенциала на реактивните кислородни и азотни видове, както беше предложено по-рано, това би могло да повлияе на компетентността на векторите и микробната колонизация чрез диференциална бактериална резистентност към улавяне на ROS от дългосрочни коменсални бактерии.
Представените тук данни предоставят доказателства, че микробиотата може да повлияе на резистентността към инсектициди в определени среди. Също така показахме, че комарите An. arabiensis в Етиопия показват подобни транскриптомни промени, придаващи резистентност към инсектициди; броят на гените, съответстващи на тези в Буркина Фасо, обаче е малък. Остават няколко уговорки относно заключенията, направени тук и в други проучвания. Първо, причинно-следствената връзка между оцеляването на пиретроидите и микробиотата трябва да бъде доказана чрез метаболомни изследвания или трансплантация на микробиота. Освен това трябва да се демонстрира валидиране на ключови кандидати в множество популации от различни региони. Накрая, комбинирането на транскриптомни данни с микробиотични данни чрез целенасочени изследвания след трансплантация ще предостави по-подробна информация за това дали микробиотата влияе пряко върху транскриптома на комарите по отношение на резистентността към пиретроиди. Взети заедно обаче, нашите данни показват, че резистентността е както локална, така и транснационална, което подчертава необходимостта от тестване на нови инсектицидни продукти в множество региони.
Време на публикуване: 24 март 2025 г.