Малярія залишається однією з основних причин смерті та захворювань в Африці, причому найбільше вона виникає серед дітей віком до 5 років. Найефективнішим засобом профілактики захворювання є інсектицидні засоби боротьби з переносниками, спрямовані на дорослих комарів Anopheles. В результаті широкого використання цих засобів, стійкість до найпоширеніших класів інсектицидів зараз поширена по всій Африці. Розуміння основних механізмів, що призводять до цього фенотипу, є важливим як для відстеження поширення стійкості, так і для розробки нових інструментів для її подолання.
У цьому дослідженні ми порівняли склад мікробіому популяцій Anopheles gambiae, Anopheles cruzi та Anopheles arabiensis, стійких до інсектицидів, з Буркіна-Фасо з популяціями, чутливими до інсектицидів, також з Ефіопії.
Ми не виявили відмінностей у складі мікробіоти між стійкими до інсектицидів таінсектицид-чутливих популяцій у Буркіна-Фасо. Цей результат був підтверджений лабораторними дослідженнями колоній з двох країн Буркіна-Фасо. Натомість, у комарів Anopheles arabiensis з Ефіопії спостерігалися чіткі відмінності у складі мікробіоти між тими, хто загинув, і тими, хто вижив після впливу інсектицидів. Для подальшого дослідження стійкості цієї популяції Anopheles arabiensis ми провели секвенування РНК та виявили диференціальну експресію генів детоксикації, пов'язаних зі стійкістю до інсектицидів, а також зміни в дихальних, метаболічних та синаптичних іонних каналах.
Наші результати свідчать про те, що в деяких випадках мікробіота може сприяти розвитку стійкості до інсектицидів, окрім змін транскриптома.
Хоча стійкість часто описують як генетичний компонент переносника Anopheles, нещодавні дослідження показали, що мікробіом змінюється у відповідь на вплив інсектицидів, що свідчить про роль цих організмів у стійкості. Дійсно, дослідження переносників комарів Anopheles gambiae у Південній та Центральній Америці показали значні зміни в епідермальному мікробіомі після впливу піретроїдів, а також зміни в загальному мікробіомі після впливу органофосфатів. В Африці стійкість до піретроїдів була пов'язана зі змінами у складі мікробіоти в Камеруні, Кенії та Кот-д'Івуарі, тоді як адаптовані до лабораторій Anopheles gambiae показали зміни в своїй мікробіоті після селекції на стійкість до піретроїдів. Крім того, експериментальне лікування антибіотиками та додавання відомих бактерій до колонізованих у лабораторії комарів Anopheles arabiensis показало 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 16S-секвенування, щоб визначити, чи відрізняється мікробіота комарів, колонізованих у лабораторіях та польових умовах у Західній та Східній Африці, між тими, хто вижив, і тими, хто загинув 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 та вирощені у двох різних європейських лабораторіях (An. coluzzii в Німеччині та An. arabiensis у Великій Британії), комарі з Буркіна-Фасо представляли всі три види видового комплексу An. gambiae, а комарі з Ефіопії представляли An. arabiensis. Тут ми показуємо, що Anopheles arabiensis з Ефіопії мав різні сигнатури мікробіоти у живих та мертвих комарах, тоді як Anopheles arabiensis з Буркіна-Фасо та двох лабораторій не мав таких ознак. Метою цього дослідження є подальше вивчення стійкості до інсектицидів. Ми провели секвенування РНК популяцій Anopheles arabiensis і виявили, що гени, пов'язані зі стійкістю до інсектицидів, були підвищено регульовані, тоді як гени, пов'язані з диханням, загалом були змінені. Інтеграція цих даних з 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 таки виявило чотири ключові гени детоксикації, які були надмірно експресовані по всій Африці.
Живих та мертвих комарів кожного виду з кожного регіону потім секвенували за допомогою 16S-секвенування та розраховували відносну чисельність. Різниці в альфа-різноманітті не спостерігалися, що свідчить про відсутність відмінностей у багатстві операційних таксономічних одиниць (OTU); однак бета-різноманітність значно відрізнялася між країнами, а умови взаємодії для країни та статусу живих/мертвих (PANOVA = 0,001 та 0,008 відповідно) вказували на існування різноманітності між цими факторами. Різниці в бета-дисперсії між країнами не спостерігалися, що свідчить про подібні відмінності між групами. Багатовимірний графік масштабування Брея-Кертіса (Рисунок 2A) показав, що зразки були значною мірою розділені за місцем розташування, але були деякі помітні винятки. Кілька зразків з угруповання An. arabiensis та один зразок з угруповання An. coluzzii перекривалися зі зразком з Буркіна-Фасо, тоді як один зразок зі зразків An. arabiensis з Буркіна-Фасо перекривався зі зразком з угруповання An. arabiensis, що може свідчити про те, що початкова мікробіота випадковим чином зберігалася протягом багатьох поколінь та в кількох регіонах. Зразки з Буркіна-Фасо не були чітко розділені за видами; Ця відсутність сегрегації була очікуваною, оскільки особин згодом об'єднали, незважаючи на те, що вони походять з різних личинкових середовищ. Дійсно, дослідження показали, що спільне використання екологічної ніші протягом водної стадії може суттєво впливати на склад мікробіоти [50]. Цікаво, що хоча зразки та спільноти комарів з Буркіна-Фасо не показали відмінностей у виживанні чи смертності комарів після впливу інсектицидів, ефіопські зразки були чітко розділені, що свідчить про те, що склад мікробіоти в цих зразках Anopheles пов'язаний з резистентністю до інсектицидів. Зразки були зібрані з одного й того ж 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 в мікробіоті можуть бути більш важливими в певних популяціях; ми додатково характеризуємо стійкість до інсектицидів у Anopheles arabiensis з Бахр-Дара та показуємо зміни у відомих транскриптах, пов'язаних з стійкістю, а також значні зміни в генах, пов'язаних з диханням, які також були очевидні в попередньому дослідженні РНК-секвенування популяцій Anopheles arabiensis з Ефіопії. Разом ці результати свідчать про те, що стійкість до інсектицидів у цих комарів може залежати від комбінації генетичних та негенетичних факторів, ймовірно, тому, що симбіотичні зв'язки з місцевими бактеріями можуть доповнювати деградацію інсектицидів у популяціях з нижчим рівнем стійкості.
Нещодавні дослідження пов'язали посилене дихання зі стійкістю до інсектицидів, що узгоджується зі збагаченими онтологічними термінами в Bahir Dar RNAseq та інтегрованими ефіопськими даними, отриманими тут; знову ж таки, це свідчить про те, що стійкість призводить до посиленого дихання, або як причина, або як наслідок цього фенотипу. Якщо ці зміни призводять до відмінностей у потенціалі активних форм кисню та азоту, як було запропоновано раніше, це може вплинути на компетентність переносників та мікробну колонізацію через диференціальну стійкість бактерій до поглинання активних форм кисню (ROS) довгостроковими коменсальними бактеріями.
Наведені тут дані свідчать про те, що мікробіота може впливати на стійкість до інсектицидів у певних середовищах. Ми також продемонстрували, що комарі An. arabiensis в Ефіопії демонструють подібні зміни транскриптома, що надають стійкості 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 та мікробіотою за допомогою метаболомних досліджень або трансплантації мікробіоти. Крім того, необхідно продемонструвати валідацію ключових кандидатів у кількох популяціях з різних регіонів. Нарешті, поєднання даних транскриптома з даними мікробіоти за допомогою цільових посттрансплантаційних досліджень надасть більш детальну інформацію про те, чи безпосередньо мікробіота впливає на транскриптом комарів щодо стійкості до піретроїдів. Однак, взраховані разом, наші дані свідчать про те, що стійкість є як локальною, так і транснаціональною, що підкреслює необхідність тестування нових інсектицидних продуктів у кількох регіонах.
Час публікації: 24 березня 2025 р.