Малярія залишається основною причиною смерті та захворювань в Африці, причому найбільший тягар поширюється на дітей віком до 5 років. Найефективнішим засобом запобігання захворюванню є інсектицидні агенти для боротьби з переносниками, спрямовані на дорослих комарів Anopheles. В результаті широкого використання цих втручань резистентність до найбільш часто використовуваних класів інсектицидів зараз широко поширена в Африці. Розуміння основних механізмів, які призводять до цього фенотипу, є важливим як для відстеження поширення резистентності, так і для розробки нових інструментів для її подолання.
У цьому дослідженні ми порівняли мікробіомний склад популяцій стійких до інсектицидів Anopheles gambiae, Anopheles cruzi та Anopheles arabiensis з Буркіна-Фасо з популяціями, чутливими до інсектицидів, також з Ефіопії.
Ми не виявили відмінностей у складі мікробіоти між стійкими до інсектицидів таінсектицид-чутливі групи населення в Буркіна-Фасо. Цей результат підтверджено лабораторними дослідженнями колоній з двох країн Буркіна-Фасо. Навпаки, у комарів Anopheles arabiensis з Ефіопії спостерігалися чіткі відмінності в складі мікробіоти між тими, хто загинув, і тими, які пережили вплив інсектицидів. Для подальшого дослідження стійкості цієї популяції Anopheles arabiensis ми провели секвенування РНК і виявили диференціальну експресію генів детоксикації, пов’язаних із стійкістю до інсектицидів, а також зміни в дихальних, метаболічних і синаптичних іонних каналах.
Наші результати показують, що в деяких випадках мікробіота може сприяти розвитку резистентності до інсектицидів, на додаток до змін транскриптома.
Хоча резистентність часто описують як генетичний компонент вектора Anopheles, останні дослідження показали, що мікробіом змінюється у відповідь на вплив інсектицидів, що свідчить про роль цих організмів у резистентності. Дійсно, дослідження векторів комарів Anopheles gambiae у Південній і Центральній Америці показали значні зміни в епідермальному мікробіомі після впливу піретроїдів, а також зміни в загальному мікробіомі після впливу органофосфатів. В Африці резистентність до піретроїдів була пов’язана зі змінами у складі мікробіоти в Камеруні, Кенії та Кот-д’Івуарі, тоді як лабораторно адаптовані Anopheles gambiae показали зміни у своїй мікробіоті після відбору на стійкість до піретроїдів. Крім того, експериментальне лікування антибіотиками та додавання відомих бактерій у лабораторно колонізованих комарів Anopheles arabiensis показали підвищену толерантність до піретроїдів. Разом ці дані свідчать про те, що стійкість до інсектицидів може бути пов’язана з мікробіомом комарів і що цей аспект стійкості до інсектицидів можна використовувати для боротьби з переносниками хвороб.
У цьому дослідженні ми використовували секвенування 16S, щоб визначити, чи відрізняється мікробіота колонізованих у лабораторії та зібраних у полі комарів у Західній та Східній Африці між тими, хто вижив, і тими, хто помер після впливу піретроїду дельтаметрину. У контексті стійкості до інсектицидів порівняння мікробіоти з різних регіонів Африки з різними видами та рівнями стійкості може допомогти зрозуміти регіональний вплив на мікробні спільноти. Лабораторні колонії були з Буркіна-Фасо і вирощені в двох різних європейських лабораторіях (An. coluzzii в Німеччині та An. arabiensis у Сполученому Королівстві), комарі з Буркіна-Фасо представляли всі три види An. gambiae, а комарі з Ефіопії представлені An. arabiensis. Тут ми показуємо, що Anopheles arabiensis з Ефіопії мав чіткі ознаки мікробіоти в живих і мертвих комарах, тоді як Anopheles arabiensis з Буркіна-Фасо та двох лабораторій не мали. Метою цього дослідження є подальше вивчення стійкості до інсектицидів. Ми провели секвенування РНК на популяціях Anopheles arabiensis і виявили, що гени, пов’язані з резистентністю до інсектицидів, були активовані, тоді як гени, пов’язані з диханням, були загалом змінені. Інтеграція цих даних із другою популяцією з Ефіопії виявила ключові гени детоксикації в регіоні. Подальше порівняння з Anopheles arabiensis з Буркіна-Фасо виявило значні відмінності в профілях транскриптомів, але все ж ідентифікувало чотири ключові гени детоксикації, які були надмірно експресовані в Африці.
Живих і мертвих комарів кожного виду з кожного регіону потім секвенували за допомогою секвенування 16S і розраховували відносну чисельність. Жодних відмінностей в альфа-різноманітності не спостерігалося, що вказує на відсутність відмінностей у багатстві оперативних таксономічних одиниць (OTU); однак різноманіття бета-версій суттєво відрізнялося між країнами, а умови взаємодії для країни та статусу живий/мертвий (PANOVA = 0,001 і 0,008 відповідно) вказували на існування різноманітності між цими факторами. Жодних відмінностей у бета-дисперсії між країнами не спостерігалося, що свідчить про подібні відмінності між групами. Багатовимірний масштабний графік Брея-Кертіса (рис. 2A) показав, що зразки були в основному відокремлені за місцем розташування, але були деякі помітні винятки. Кілька зразків з An. arabiensis і один зразок з An. coluzzii збігався із зразком із Буркіна-Фасо, тоді як один зразок із An. arabiensis з Буркіна-Фасо збігалися з An. arabiensis спільноти, що може вказувати на те, що вихідна мікробіота випадково зберігалася протягом багатьох поколінь і в багатьох регіонах. Зразки Буркіна-Фасо не були чітко розділені за видами; ця відсутність сегрегації була очікуваною, оскільки особини згодом були об’єднані, незважаючи на те, що вони походять з різних личинкових середовищ. Дійсно, дослідження показали, що спільне використання екологічної ніші під час водної стадії може значно вплинути на склад мікробіоти [50]. Цікаво, що в той час як зразки та спільноти комарів у Буркіна-Фасо не показали відмінностей у виживанні чи смертності комарів після впливу інсектицидів, ефіопські зразки були чітко відокремлені, що свідчить про те, що склад мікробіоти в цих зразках Anopheles пов’язаний із стійкістю до інсектицидів. Зразки були зібрані з того самого місця, що може пояснити сильніший зв’язок.
Стійкість до піретроїдних інсектицидів є складним фенотипом, і хоча зміни в метаболізмі та мішенях відносно добре вивчені, зміни в мікробіоті лише починають досліджуватися. У цьому дослідженні ми показуємо, що зміни мікробіоти можуть бути більш важливими для певних популяцій; ми далі характеризуємо стійкість до інсектицидів у Anopheles arabiensis з Бахір-Дар і показуємо зміни у відомих транскриптах, пов’язаних із резистентністю, а також значні зміни в генах, пов’язаних з диханням, які також були очевидні в попередньому дослідженні RNA-seq популяцій Anopheles arabiensis з Ефіопії. Разом ці результати свідчать про те, що стійкість до інсектицидів у цих комарів може залежати від комбінації генетичних і негенетичних факторів, ймовірно тому, що симбіотичні відносини з місцевими бактеріями можуть доповнювати деградацію інсектицидів у популяціях з нижчим рівнем резистентності.
Нещодавні дослідження пов’язали посилене дихання зі стійкістю до інсектицидів, що узгоджується з розширеними термінами онтології в Bahir Dar RNAseq та інтегрованими ефіопськими даними, отриманими тут; знову припускаючи, що опір призводить до посиленого дихання, як причини або наслідку цього фенотипу. Якщо ці зміни призведуть до відмінностей у потенціалі активних форм кисню та азоту, як було запропоновано раніше, це може вплинути на компетенцію вектора та мікробну колонізацію через диференціальну резистентність бактерій до поглинання АФК довготривалими комменсальними бактеріями.
Представлені тут дані свідчать про те, що мікробіота може впливати на стійкість до інсектицидів у певних середовищах. Ми також продемонстрували, що An. комарі arabiensis в Ефіопії демонструють подібні транскриптомні зміни, що надає стійкість до інсектицидів; однак кількість генів, що відповідають генам у Буркіна-Фасо, невелика. Залишається кілька застережень щодо висновків, зроблених тут та в інших дослідженнях. По-перше, необхідно продемонструвати причинно-наслідковий зв’язок між виживанням піретроїдів і мікробіотою за допомогою метаболомічних досліджень або трансплантації мікробіоти. Крім того, необхідно продемонструвати перевірку ключових кандидатів у багатьох групах населення з різних регіонів. Нарешті, поєднання даних транскриптомів із даними мікробіоти за допомогою цілеспрямованих досліджень після трансплантації надасть більш детальну інформацію про те, чи мікробіота безпосередньо впливає на транскриптом комарів щодо стійкості до піретроїдів. Проте, взяті разом, наші дані свідчать про те, що стійкість є як локальною, так і транснаціональною, що підкреслює необхідність тестування нових інсектицидних продуктів у багатьох регіонах.
Час публікації: 24 березня 2025 р