Malárie zůstává hlavní příčinou úmrtí a nemocí v Africe, s největší zátěží u dětí do 5 let. Nejúčinnějším prostředkem prevence onemocnění jsou insekticidní prostředky pro kontrolu vektorů, které se zaměřují na dospělé komáry rodu Anopheles. V důsledku širokého používání těchto zásahů je nyní rezistence vůči nejběžněji používaným třídám insekticidů rozšířena po celé Africe. 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 porovnávali složení mikrobiomů populací Anopheles gambiae, Anopheles cruzi a Anopheles arabiensis z Burkiny Faso rezistentních na insekticidy s populacemi citlivými na insekticidy, rovněž z Etiopie.
Nezjistili jsme žádné rozdíly ve složení mikrobioty mezi rezistentními a insekticidnímiinsekticid- náchylné populace 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 mikroflóry mezi těmi, kteří uhynuli, a těmi, kteří přežili expozici insekticidu. Abychom dále prozkoumali rezistenci této populace Anopheles arabiensis, provedli jsme 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 kromě změn transkriptomu přispívat k rozvoji rezistence na insekticidy.
Ačkoli je rezistence často popisována jako genetická složka vektoru Anopheles, nedávné studie ukázaly, že se mikrobiom mění v reakci na expozici insekticidům, což naznačuje roli těchto organismů v rezistenci. Studie vektorů komárů Anopheles gambiae v Jižní a Střední Americe skutečně ukázaly významné změny v epidermálním mikrobiomu po expozici pyretroidům, stejně jako změny v celkovém mikrobiomu po expozici organofosfátům. V Africe byla pyrethroidní rezistence spojena s posuny ve složení mikrobioty v Kamerunu, Keni a Pobřeží slonoviny, zatímco laboratorně adaptovaní Anopheles gambiae vykazovali posuny ve své mikrobiotě po selekci na pyrethroidní rezistenci. Navíc experimentální léčba antibiotiky a přidání známých bakterií do laboratorně kolonizovaných komárů Anopheles arabiensis prokázalo zvýšenou toleranci k pyretroidům. Tyto údaje společně naznačují, že rezistence na insekticidy může být spojena s mikrobiomem komárů a že tento aspekt rezistence na insekticidy by mohl být využit pro kontrolu vektorů onemocnění.
V této studii jsme použili sekvenování 16S, abychom určili, zda se mikrobiota laboratorně kolonizovaných a terénně shromážděných komárů v západní a východní Africe liší mezi těmi, kteří přežili, a těmi, kteří zemřeli po expozici pyrethroidnímu deltametrinu. 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 byly z Burkiny Faso a chovány ve dvou různých evropských laboratořích (An. coluzzii v Německu a An. arabiensis ve Spojeném království), komáři z Burkiny Faso reprezentovali všechny tři druhy An. komplex druhů gambie a komáři z Etiopie reprezentovali An. arabiensis. Zde ukazujeme, že Anopheles arabiensis z Etiopie měl zřetelné mikrobioty u živých a mrtvých komárů, zatímco Anopheles arabiensis z Burkiny Faso a dvou laboratoří nikoli. Cílem této studie je dále zkoumat rezistenci vůči insekticidům. Provedli jsme sekvenování RNA na populacích Anopheles arabiensis a zjistili jsme, že geny spojené s rezistencí na insekticidy byly upregulovány, zatímco geny související s dýcháním byly obecně změněny. 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 profilech transkriptomů, ale stále identifikovalo čtyři klíčové detoxikační geny, které byly nadměrně exprimovány v celé Africe.
Živí a mrtví komáři každého druhu z každé oblasti pak byli sekvenováni pomocí 16S sekvenování a byly vypočteny relativní četnosti. Nebyly pozorovány žádné rozdíly v diverzitě alfa, což ukazuje na žádné rozdíly v bohatosti operačních taxonomických jednotek (OTU); diverzita beta se však mezi zeměmi významně lišila a interakční podmínky pro zemi a stav živých/mrtvých (PANOVA = 0,001 a 0,008, v tomto pořadí) naznačovaly, že mezi těmito faktory existuje diverzita. Mezi zeměmi nebyly pozorovány žádné rozdíly v variaci beta, což ukazuje na podobné rozdíly mezi skupinami. Bray-Curtisův multivariační graf škálování (obrázek 2A) ukázal, že vzorky byly do značné míry odděleny podle umístění, ale existovalo několik významných výjimek. Několik vzorků z An. arabiensis společenství a jeden vzorek z An. komunita coluzzii se překrývala se vzorkem z Burkiny Faso, zatímco jeden vzorek z An. arabiensis vzorky z Burkiny Faso se překrývaly s An. vzorku komunity arabiensis, což může naznačovat, že původní mikrobiota byla náhodně udržována po mnoho generací a ve více oblastech. Vzorky Burkiny Faso nebyly jasně rozděleny podle druhů; tento nedostatek segregace byl očekáván, protože jedinci byli následně shromážděni, přestože pocházeli z různých larválních prostředí. Studie skutečně ukázaly, že sdílení ekologické niky během vodní fáze může významně ovlivnit složení mikrobioty [50]. Je zajímavé, že zatímco vzorky a komunity komárů Burkina Faso nevykazovaly žádné rozdíly v přežití nebo úmrtnosti komárů po expozici insekticidům, etiopské vzorky byly jasně odděleny, což naznačuje, že složení mikroflóry v těchto vzorcích Anopheles je spojeno s rezistencí na insekticidy. Vzorky byly odebrány ze stejného místa, což může vysvětlit silnější asociaci.
Rezistence vůči pyrethroidním insekticidům je komplexní fenotyp, a zatímco změny v metabolismu a cílech jsou poměrně dobře prozkoumány, změny v mikrobiotě se teprve zkoumají. V této studii ukazujeme, že změny v mikrobiotě mohou být u určitých populací důležitější; dále charakterizujeme rezistenci na insekticidy u Anopheles arabiensis z Bahir Dar a ukazujeme změny ve známých transkriptech spojených s rezistencí, stejně jako významné změny v genech souvisejících s dýcháním, které byly také zřejmé v předchozí studii RNA-seq populací Anopheles arabiensis z Etiopie. Tyto výsledky společně naznačují, že rezistence na insekticidy u těchto komárů může záviset na kombinaci genetických a negenetických faktorů, pravděpodobně proto, že symbiotické vztahy s původními bakteriemi mohou doplňovat degradaci insekticidů u populací s nižší úrovní rezistence.
Nedávné studie spojily zvýšené dýchání s rezistencí na insekticidy, což je v souladu s obohacenými ontologickými termíny v Bahir Dar RNAseq a integrovanými etiopskými daty získanými zde; opět naznačuje, že rezistence vede ke zvýšenému dýchání, buď jako příčina nebo důsledek tohoto fenotypu. Pokud tyto změny vedou k rozdílům v potenciálu reaktivních druhů kyslíku a dusíku, jak bylo dříve navrženo, mohlo by to ovlivnit schopnost vektorů a mikrobiální kolonizaci prostřednictvím rozdílné bakteriální rezistence vůči vychytávání ROS dlouhodobými komenzálními bakteriemi.
Zde prezentovaná data poskytují důkaz, že mikrobiota může v určitých prostředích ovlivnit odolnost vůči insekticidům. Také jsme ukázali, že An. komáři arabiensis v Etiopii vykazují podobné změny transkriptomu, které propůjčují rezistenci na insekticidy; počet genů odpovídajících genům v Burkině Faso je však malý. Existuje několik výhrad ohledně závěrů dosažených zde a v jiných studiích. Nejprve je třeba prokázat kauzální vztah mezi přežitím pyretroidů a mikrobiotou pomocí metabolomických studií nebo transplantací mikrobioty. Kromě toho je třeba prokázat validaci klíčových kandidátů ve více populacích z různých regionů. Konečně, kombinace transkriptomových dat s daty mikrobioty prostřednictvím cílených posttransplantačních studií poskytne podrobnější informace o tom, zda mikrobiota přímo ovlivňuje transkriptom komárů s ohledem na rezistenci na pyretroidy. Celkově však naše údaje naznačují, že rezistence je místní i nadnárodní, což zdůrazňuje potřebu testovat nové insekticidní produkty ve více regionech.
Čas odeslání: 24. března 2025