Malaria er fortsat en væsentlig årsag til død og sygdom i Afrika, med den største byrde blandt børn under 5 år. Det mest effektive middel til at forebygge sygdommen er insekticidale vektorbekæmpelsesmidler, der er rettet mod voksne Anopheles-myg. Som følge af den udbredte brug af disse interventioner er resistens over for de mest almindeligt anvendte klasser af insekticider nu udbredt i hele Afrika. At forstå de underliggende mekanismer, der fører til denne fænotype, er afgørende både for at spore spredningen af resistens og for at udvikle nye værktøjer til at overvinde den.
I dette studie sammenlignede vi mikrobiomets sammensætning i insekticidresistente Anopheles gambiae-, Anopheles cruzi- og Anopheles arabiensis-populationer fra Burkina Faso med insekticidfølsomme populationer, også fra Etiopien.
Vi fandt ingen forskelle i mikrobiotasammensætningen mellem insekticidresistente oginsekticid-modtagelige populationer i Burkina Faso. Dette resultat blev bekræftet af laboratorieundersøgelser af kolonier fra to lande i Burkina Faso. I modsætning hertil blev der hos Anopheles arabiensis-myg fra Etiopien observeret klare forskelle i mikrobiotasammensætningen mellem dem, der døde, og dem, der overlevede insekticideksponering. For yderligere at undersøge resistensen hos denne Anopheles arabiensis-population udførte vi RNA-sekventering og fandt differentiel ekspression af afgiftningsgener forbundet med insekticidresistens, samt ændringer i respiratoriske, metaboliske og synaptiske ionkanaler.
Vores resultater tyder på, at mikrobiotaen i nogle tilfælde kan bidrage til udviklingen af insekticidresistens, udover transkriptomændringer.
Selvom resistens ofte beskrives som en genetisk komponent i Anopheles-vektoren, har nyere undersøgelser vist, at mikrobiomet ændrer sig som reaktion på eksponering for insekticider, hvilket tyder på en rolle for disse organismer i resistens. Faktisk har undersøgelser af Anopheles gambiae-mygvektorer i Syd- og Mellemamerika vist signifikante ændringer i det epidermale mikrobiom efter eksponering for pyrethroider, samt ændringer i det samlede mikrobiom efter eksponering for organofosfater. I Afrika er pyrethroidresistens blevet forbundet med ændringer i mikrobiotas sammensætning i Cameroun, Kenya og Elfenbenskysten, mens laboratorietilpassede Anopheles gambiae har vist ændringer i deres mikrobiota efter selektion for pyrethroidresistens. Desuden viste eksperimentel behandling med antibiotika og tilsætning af kendte bakterier i laboratoriekoloniserede Anopheles arabiensis-myg øget tolerance over for pyrethroider. Samlet set tyder disse data på, at insekticidresistens kan være knyttet til myggemikrobiomet, og at dette aspekt af insekticidresistens kan udnyttes til bekæmpelse af sygdomsvektorer.
I dette studie brugte vi 16S-sekventering til at bestemme, om mikrobiotaen hos laboratoriekoloniserede og feltindsamlede myg i Vest- og Østafrika adskilte sig mellem dem, der overlevede, og dem, der døde efter eksponering for pyrethroidet deltamethrin. I forbindelse med insekticidresistens kan en sammenligning af mikrobiota fra forskellige regioner i Afrika med forskellige arter og niveauer af resistens hjælpe med at forstå regionale påvirkninger af mikrobielle samfund. Laboratoriekolonier var fra Burkina Faso og opdrættet i to forskellige europæiske laboratorier (An. coluzzii i Tyskland og An. arabiensis i Storbritannien), myg fra Burkina Faso repræsenterede alle tre arter af An. gambiae-artskomplekset, og myg fra Etiopien repræsenterede An. arabiensis. Her viser vi, at Anopheles arabiensis fra Etiopien havde forskellige mikrobiotasignaturer i levende og døde myg, mens Anopheles arabiensis fra Burkina Faso og to laboratorier ikke havde. Formålet med dette studie er yderligere at undersøge insekticidresistens. Vi udførte RNA-sekventering på Anopheles arabiensis-populationerne og fandt, at gener forbundet med insekticidresistens var opreguleret, mens respirationsrelaterede gener generelt var ændrede. Integration af disse data med en anden population fra Etiopien identificerede centrale afgiftningsgener i regionen. Yderligere sammenligning med Anopheles arabiensis fra Burkina Faso afslørede signifikante forskelle i transkriptomprofiler, men identificerede stadig fire centrale afgiftningsgener, der var overudtrykt i hele Afrika.
Levende og døde myg af hver art fra hver region blev derefter sekventeret ved hjælp af 16S-sekventering, og relative forekomster blev beregnet. Der blev ikke observeret forskelle i alfa-diversitet, hvilket indikerer ingen forskelle i rigdommen af operationelle taksonomiske enheder (OTU). Beta-diversiteten varierede dog signifikant mellem lande, og interaktionstermer for land og levende/døde status (PANOVA = henholdsvis 0,001 og 0,008) indikerede, at der eksisterede diversitet mellem disse faktorer. Der blev ikke observeret forskelle i beta-varians mellem lande, hvilket indikerer lignende variationer mellem grupper. Bray-Curtis multivariate skaleringsplottet (Figur 2A) viste, at prøverne i vid udstrækning var adskilt efter placering, men der var nogle bemærkelsesværdige undtagelser. Flere prøver fra An. arabiensis-samfundet og én prøve fra An. coluzzii-samfundet overlappede med en prøve fra Burkina Faso, mens én prøve fra An. arabiensis-prøverne fra Burkina Faso overlappede med An. arabiensis-samfundsprøven, hvilket kan indikere, at den oprindelige mikrobiota blev tilfældigt opretholdt over mange generationer og på tværs af flere regioner. Prøverne fra Burkina Faso var ikke tydeligt adskilt efter art; denne mangel på adskillelse var forventet, da individerne efterfølgende blev samlet, på trods af at de stammede fra forskellige larvemiljøer. Faktisk har undersøgelser vist, at det at dele en økologisk niche i den akvatiske fase kan påvirke mikrobiotaens sammensætning betydeligt [50]. Interessant nok, mens myggeprøverne og -samfundene fra Burkina Faso ikke viste nogen forskelle i myggeoverlevelse eller -dødelighed efter eksponering for insekticider, var de etiopiske prøver tydeligt adskilte, hvilket tyder på, at mikrobiotaens sammensætning i disse Anopheles-prøver er forbundet med insekticidresistens. Prøverne blev indsamlet fra samme sted, hvilket kan forklare den stærkere sammenhæng.
Resistens over for pyrethroidinsekticider er en kompleks fænotype, og selvom ændringer i metabolisme og mål er relativt velundersøgt, er ændringer i mikrobiotaen først nu begyndt at blive udforsket. I denne undersøgelse viser vi, at ændringer i mikrobiotaen kan være vigtigere i visse populationer; vi karakteriserer yderligere insekticidresistens hos Anopheles arabiensis fra Bahir Dar og viser ændringer i kendte resistensassocierede transkripter, samt signifikante ændringer i respirationsrelaterede gener, der også var tydelige i en tidligere RNA-seq-undersøgelse af Anopheles arabiensis-populationer fra Etiopien. Samlet set tyder disse resultater på, at insekticidresistens hos disse myg kan afhænge af en kombination af genetiske og ikke-genetiske faktorer, sandsynligvis fordi symbiotiske forhold med indfødte bakterier kan komplementere insekticidnedbrydning i populationer med lavere niveauer af resistens.
Nyere studier har forbundet øget respiration med insekticidresistens, hvilket stemmer overens med de berigede ontologiske termer i Bahir Dar RNAseq og de integrerede etiopiske data, der er opnået her. Dette tyder igen på, at resistens resulterer i øget respiration, enten som årsag til eller konsekvens af denne fænotype. Hvis disse ændringer fører til forskelle i potentialet for reaktive ilt- og nitrogenarter, som tidligere antydet, kan dette påvirke vektorkompetence og mikrobiel kolonisering gennem differentiel bakteriel resistens over for ROS-fjernelse af langvarige kommensale bakterier.
De data, der præsenteres her, viser, at mikrobiotaen kan påvirke insekticidresistens i visse miljøer. Vi har også vist, at An. arabiensis-myg i Etiopien udviser lignende transkriptomændringer, der giver insekticidresistens; antallet af gener svarende til dem i Burkina Faso er dog lille. Der er stadig adskillige forbehold vedrørende de konklusioner, der er nået her og i andre undersøgelser. For det første skal en årsagssammenhæng mellem pyrethroidoverlevelse og mikrobiotaen påvises ved hjælp af metabolomiske undersøgelser eller mikrobiotatransplantation. Derudover skal validering af nøglekandidater i flere populationer fra forskellige regioner påvises. Endelig vil kombinationen af transkriptomdata med mikrobiotadata gennem målrettede posttransplantationsundersøgelser give mere detaljeret information om, hvorvidt mikrobiotaen direkte påvirker myggetranskriptomet med hensyn til pyrethroidresistens. Samlet set tyder vores data dog på, at resistens er både lokal og transnational, hvilket fremhæver behovet for at teste nye insekticidprodukter i flere regioner.
Opslagstidspunkt: 24. marts 2025