Malárie zůstává hlavní příčinou úmrtí a nemocí v Africe, přičemž největší zátěž postihuje děti mladší 5 let. Nejúčinnějším způsobem prevence této nemoci jsou insekticidní látky pro hubení přenašečů, které cílí na dospělé komáry rodu Anopheles. V důsledku širokého používání těchto intervencí je nyní v Africe rozšířená rezistence vůči nejběžněji používaným třídám insekticidů. Pochopení základních mechanismů, které vedou k tomuto fenotypu, je nezbytné jak pro sledování šíření rezistence, tak pro vývoj nových nástrojů k jejímu překonání.
V této studii jsme porovnali složení mikrobiomu populací druhů Anopheles gambiae, Anopheles cruzi a Anopheles arabiensis rezistentních na insekticidy z Burkiny Faso s populacemi citlivými na insekticidy, rovněž z Etiopie.
Nezjistili jsme žádné rozdíly ve složení mikrobioty mezi insekticidy rezistentními a...insekticid-citlivých populací v Burkině Faso. Tento výsledek byl potvrzen laboratorními studiemi kolonií ze dvou zemí Burkiny Faso. Naproti tomu u komárů Anopheles arabiensis z Etiopie byly pozorovány jasné rozdíly ve složení mikrobioty mezi těmi, kteří uhynuli, a těmi, kteří přežili expozici insekticidem. Pro další zkoumání rezistence této populace Anopheles arabiensis jsme provedli sekvenování RNA a zjistili jsme rozdílnou expresi detoxikačních genů spojených s rezistencí na insekticidy, stejně jako změny v respiračních, metabolických a synaptických iontových kanálech.
Naše výsledky naznačují, že v některých případech může mikrobiota přispívat k rozvoji rezistence vůči insekticidům, a to kromě změn transkriptomu.
Ačkoli je rezistence často popisována jako genetická složka přenašeče Anopheles, nedávné studie ukázaly, že se mikrobiom mění v reakci na expozici insekticidem, což naznačuje roli těchto organismů v rezistenci. Studie přenašečů komárů Anopheles gambiae v Jižní a Střední Americe skutečně prokázaly významné změny v epidermálním mikrobiomu po expozici pyrethroidům, stejně jako změny v celkovém mikrobiomu po expozici organofosfátům. V Africe byla rezistence na pyrethroidy spojena se změnami ve složení mikrobioty v Kamerunu, Keni a Pobřeží slonoviny, zatímco laboratorně adaptovaní Anopheles gambiae vykazovali změny v mikrobiotě po selekci na rezistenci na pyrethroidy. Experimentální léčba antibiotiky a přidání známých bakterií u laboratorně kolonizovaných komárů Anopheles arabiensis navíc vykazovaly zvýšenou toleranci k pyrethroidům. Tato data společně naznačují, že rezistence na insekticidy může souviset s mikrobiomem komárů a že tento aspekt rezistence na insekticidy by mohl být využit pro kontrolu přenašečů nemocí.
V této studii jsme použili 16S sekvenování k určení, zda se mikrobiota komárů kolonizovaných v laboratoři a odebraných v terénu v západní a východní Africe lišila mezi těmi, kteří přežili, a těmi, kteří uhynuli po expozici pyrethroidu deltamethrinu. V kontextu rezistence na insekticidy může srovnání mikrobioty z různých oblastí Afriky s různými druhy a úrovněmi rezistence pomoci pochopit regionální vlivy na mikrobiální společenstva. Laboratorní kolonie pocházely z Burkiny Faso a byly chovány ve dvou různých evropských laboratořích (An. coluzzii v Německu a An. arabiensis ve Spojeném království), komáři z Burkiny Faso reprezentovali všechny tři druhy druhového komplexu An. gambiae a komáři z Etiopie reprezentovali An. arabiensis. Zde ukazujeme, že Anopheles arabiensis z Etiopie měl odlišné mikrobiotické podpisy u živých a mrtvých komárů, zatímco Anopheles arabiensis z Burkiny Faso a dvou laboratoří nikoli. Cílem této studie je dále zkoumat rezistenci na insekticidy. Provedli jsme sekvenování RNA u populací Anopheles arabiensis a zjistili jsme, že geny spojené s rezistencí na insekticidy byly upregulovány, zatímco geny související s dýcháním byly obecně pozměněny. Integrace těchto dat s druhou populací z Etiopie identifikovala klíčové detoxikační geny v regionu. Další srovnání s Anopheles arabiensis z Burkiny Faso odhalilo významné rozdíly v transkriptomových profilech, ale přesto identifikovalo čtyři klíčové detoxikační geny, které byly nadměrně exprimovány v celé Africe.
Živí a mrtví komáři každého druhu z každého regionu byli následně sekvenováni pomocí 16S sekvenování a byly vypočítány relativní abundance. Nebyly pozorovány žádné rozdíly v alfa diverzitě, což naznačuje žádné rozdíly v bohatosti operačních taxonomických jednotek (OTU); beta diverzita se však mezi zeměmi významně lišila a interakční podmínky pro zemi a status živí/mrtví (PANOVA = 0,001 a 0,008) naznačovaly, že mezi těmito faktory existuje diverzita. Mezi zeměmi nebyly pozorovány žádné rozdíly v beta rozptylu, což naznačuje podobné odchylky mezi skupinami. Bray-Curtisův multivariační škálovací graf (obrázek 2A) ukázal, že vzorky byly do značné míry odděleny podle lokality, ale existovaly i některé významné výjimky. Několik vzorků ze společenstva An. arabiensis a jeden vzorek ze společenstva An. coluzzii se překrývaly se vzorkem z Burkiny Faso, zatímco jeden vzorek ze vzorků An. arabiensis z Burkiny Faso se překrýval se vzorkem ze společenstva An. arabiensis, což může naznačovat, že původní mikrobiota byla náhodně udržována po mnoho generací a napříč různými regiony. Vzorky z Burkiny Faso nebyly jasně odděleny podle druhů; Tato absence segregace byla očekávaná, jelikož jedinci byli následně shromážděni, přestože pocházeli z různých larválních prostředí. Studie skutečně ukázaly, že sdílení ekologické niky během vodního stádia může významně ovlivnit složení mikrobioty [50]. Je zajímavé, že zatímco vzorky a společenstva komárů z Burkiny Faso nevykazovaly žádné rozdíly v přežití ani úmrtnosti komárů po expozici insekticidům, etiopské vzorky byly jasně segregované, což naznačuje, že složení mikrobioty v těchto vzorcích Anopheles je spojeno s rezistencí na insekticidy. Vzorky byly odebrány ze stejného místa, což může vysvětlovat silnější asociaci.
Rezistence vůči pyrethroidním insekticidům je komplexní fenotyp a zatímco změny v metabolismu a cílech jsou relativně dobře prozkoumány, změny v mikrobiotě se teprve začínají zkoumat. V této studii ukazujeme, že změny v mikrobiotě mohou být u určitých populací důležitější; dále charakterizujeme rezistenci vůči insekticidům u druhu Anopheles arabiensis z Bahir Dar a ukazujeme změny ve známých transkriptech asociovaných s rezistencí, stejně jako významné změny v genech souvisejících s dýcháním, které byly patrné i v předchozí studii RNA-seq populací Anopheles arabiensis z Etiopie. Tyto výsledky dohromady naznačují, že rezistence vůči insekticidům u těchto komárů může záviset na kombinaci genetických a negenetických faktorů, pravděpodobně proto, že symbiotické vztahy s původními bakteriemi mohou doplňovat degradaci insekticidů v populacích s nižší úrovní rezistence.
Nedávné studie spojily zvýšené dýchání s rezistencí vůči insekticidům, což je v souladu s obohacenými ontologickými termíny v Bahir Dar RNAseq a integrovanými etiopskými daty získanými zde; opět to naznačuje, že rezistence vede ke zvýšenému dýchání, ať už jako příčinu nebo důsledek tohoto fenotypu. Pokud tyto změny vedou k rozdílům v potenciálu reaktivních forem kyslíku a dusíku, jak bylo dříve navrženo, mohlo by to ovlivnit kompetenci vektorů a mikrobiální kolonizaci prostřednictvím rozdílné bakteriální rezistence vůči vychytávání ROS dlouhodobými komenzálními bakteriemi.
Zde uvedená data dokazují, že mikrobiota může v určitých prostředích ovlivňovat rezistenci vůči insekticidům. Také jsme prokázali, že komáři An. arabiensis v Etiopii vykazují podobné změny transkriptomu, které jim propůjčují rezistenci vůči insekticidům; počet genů odpovídajících těm v Burkině Faso je však malý. Zbývá několik výhrad ohledně závěrů, ke kterým zde a v jiných studiích dospělo. Zaprvé je třeba prokázat kauzální vztah mezi přežitím pyrethroidů a mikrobiotou pomocí metabolomických studií nebo transplantace mikrobioty. Kromě toho je třeba prokázat validaci klíčových kandidátů v mnoha populacích z různých regionů. A konečně, kombinace transkriptomových dat s mikrobiotou prostřednictvím cílených posttransplantačních studií poskytne podrobnější informace o tom, zda mikrobiota přímo ovlivňuje transkriptom komárů, pokud jde o rezistenci vůči pyrethroidům. Naše data však dohromady naznačují, že rezistence je lokální i nadnárodní, což zdůrazňuje potřebu testovat nové insekticidní produkty ve více regionech.
Čas zveřejnění: 24. března 2025