Маларията остава основна причина за смърт и заболяване в Африка, с най-голяма тежест сред децата под 5-годишна възраст. Най-ефективното средство за предотвратяване на болестта са инсектицидни агенти за контрол на вектори, които са 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 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 устойчиви на инсектициди популации Anopheles gambiae, Anopheles cruzi и Anopheles arabiensis от Буркина Фасо с популации, чувствителни към инсектициди, също от Етиопия.
Не открихме разлики в състава на микробиотата между устойчиви на инсектициди иинсектицид-податливи 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 се наблюдават ясни разлики в състава на микробиотата между тези, които са умрели, и тези, които са оцелели след излагане на инсектициди. За по-нататъшно изследване на резистентността на тази популация на Anopheles arabiensis, ние извършихме секвениране на РНК и открихме диференциална експресия на гени за детоксикация, 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 промените в транскриптома.
Въпреки че резистентността често се описва като генетичен компонент на вектора Anopheles, последните проучвания показват, че микробиомът се променя в отговор на излагане на инсектициди, което предполага ролята на тези организми в резистентността. Наистина, проучвания на вектори на комари Anopheles gambiae в Южна и Централна Америка показват значителни промени в епидермалната микробиома след излагане на пиретроиди, както и промени в цялостната микробиома 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 лабораторно адаптирани Anopheles gambiae показват промени в тяхната микробиота след селекция за резистентност към пиретроиди. Освен това, експериментално лечение с антибиотици и добавяне на известни бактерии в лабораторно колонизирани комари Anopheles arabiensis показа повишена толерантност към пиретроиди. Заедно тези данни предполагат, че резистентността към инсектициди може да е свързана с микробиома на комарите и че този аспект на резистентност към инсектициди може да се използва за контрол на векторите на болестта.
В това проучване използвахме 16S секвениране, за да определим дали микробиотата на лабораторно колонизирани и събрани на терен комари 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 резистентността 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 бяха от Буркина Фасо и отгледани в две различни европейски лаборатории (An. coluzzii в Германия и An. arabiensis в Обединеното кралство), комарите от Буркина Фасо представляваха и трите вида An. gambiae видов комплекс, а комарите от Етиопия представляват An. arabiensis. Тук показваме, че Anopheles arabiensis от Етиопия е имал различни сигнатури на микробиота в живи и мъртви комари, докато Anopheles arabiensis от Буркина Фасо и две лаборатории не са. Целта на това проучване е по-нататъшно изследване на резистентността към инсектициди. Извършихме РНК секвениране на популациите на Anopheles arabiensis и открихме, че гените, свързани с резистентността към инсектициди, са регулирани нагоре, 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 разкрива значителни разлики в профилите на транскриптоми, но все пак идентифицира четири ключови гена за детоксикация, които са свръхекспресирани в Африка.
След това живи и мъртви комари от всеки вид от всеки регион бяха секвенирани с помощта на 16S секвениране и относителното изобилие беше изчислено. Не са наблюдавани разлики в алфа разнообразието, което показва липса на разлики в богатството на оперативни таксономични единици (OTU); въпреки това бета разнообразието варира значително между страните и термините за взаимодействие за състояние на държава и жив/мъртъв (съответно PANOVA = 0,001 и 0,008) показват, че съществува разнообразие между тези фактори. Не са наблюдавани разлики в бета вариацията между страните, което показва подобни вариации между групите. Графиката на мултивариантното мащабиране на Bray-Curtis (Фигура 2A) показа, че пробите са до голяма степен разделени по местоположение, но имаше някои забележителни изключения. Няколко проби от An. arabiensis и една проба от An. coluzzii се припокрива с проба от Буркина Фасо, докато една проба от An. arabiensis проби от Буркина Фасо се припокриват с An. arabiensis общностна проба, 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 са ясно разделени по видове; тази липса на сегрегация се очакваше, тъй като индивидите впоследствие бяха обединени, въпреки че произхождат от различни ларвни среди. Наистина, проучванията показват, че споделянето на екологична ниша по време на водния етап може значително да повлияе на състава на микробиотата [50]. Интересното е, че докато пробите и общностите от комари в Буркина Фасо не показват разлики в оцеляването или смъртността на комарите след излагане на инсектициди, етиопските проби са ясно разделени, 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 целите са сравнително добре проучени, промените в микробиотата едва 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 в Anopheles arabiensis от Bahir Dar и показваме промени в известни транскрипти, свързани с резистентност, както и значителни промени в гените, свързани с дишането, които също бяха очевидни в предишно проучване на RNA-seq на популации на Anopheles arabiensis от Етиопия. Заедно тези резултати предполагат, 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 допълнят разграждането на инсектициди в популации с по-ниски нива на резистентност.
Скорошни проучвания свързват повишеното дишане с резистентност към инсектициди, в съответствие с обогатените термини на онтологията в Bahir Dar RNAseq и интегрираните етиопски данни, получени тук; което отново предполага, че резистентността води до повишено дишане, или като причина, или следствие от този фенотип. Ако тези промени доведат до разлики в потенциала на реактивни кислородни и азотни видове, както беше предложено по-рано, това може да повлияе на векторната компетентност и микробната колонизация чрез диференциална бактериална резистентност към изчистване на ROS от дългосрочни коменсални бактерии.
Представените тук данни предоставят доказателство, че микробиотата може да повлияе на резистентността към инсектициди в определени среди. Ние също демонстрирахме, че An. комарите arabiensis в Етиопия показват подобни промени в транскриптома, придаващи резистентност към инсектициди; обаче броят на гените, съответстващи на тези в Буркина Фасо, е малък. Остават няколко възражения по отношение на заключенията, достигнати тук и в други проучвания. Първо, трябва да се докаже причинно-следствена връзка между оцеляването на пиретроидите и микробиотата с помощта на метаболомни изследвания или трансплантация на микробиота. Освен това трябва да се демонстрира валидиране на ключови кандидати в множество популации от различни региони. И накрая, комбинирането на данни за транскриптоми с данни за микробиота чрез целеви проучвания след трансплантация ще предостави по-подробна информация за това дали микробиотата влияе пряко върху транскриптома на комари по отношение на резистентността към пиретроиди. Въпреки това, взети заедно, нашите данни показват, че резистентността е както местна, така и транснационална, подчертавайки необходимостта от тестване на нови инсектицидни продукти в множество региони.
Време на публикуване: 24 март 2025 г