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 insekticide vektorkontrolmidler, der er målrettet mod voksne Anopheles-myg. Som et resultat af den udbredte brug af disse indgreb er modstand mod de mest almindeligt anvendte klasser af insekticider nu udbredt over 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 denne undersøgelse sammenlignede vi mikrobiomsammensætningen af insekticid-resistente Anopheles gambiae, Anopheles cruzi og Anopheles arabiensis populationer fra Burkina Faso med insekticid-følsomme populationer, også fra Etiopien.
Vi fandt ingen forskelle i mikrobiotasammensætningen mellem insekticid-resistente oginsekticid-modtagelige populationer i Burkina Faso. Dette resultat blev bekræftet af laboratorieundersøgelser af kolonier fra to Burkina Faso-lande. I modsætning hertil blev der i Anopheles arabiensis-myg fra Etiopien observeret klare forskelle i mikrobiotasammensætningen mellem dem, der døde, og dem, der overlevede eksponering for insekticider. For yderligere at undersøge resistensen af denne Anopheles arabiensis-population udførte vi RNA-sekventering og fandt differentiel ekspression af afgiftningsgener forbundet med insekticidresistens såvel som ændringer i respiratoriske, metaboliske og synaptiske ionkanaler.
Vores resultater tyder på, at mikrobiotaen i nogle tilfælde kan bidrage til udviklingen af insekticidresistens ud over transkriptomændringer.
Selvom resistens ofte beskrives som en genetisk komponent i Anopheles-vektoren, har nyere undersøgelser vist, at mikrobiomet ændrer sig som reaktion på insekticideksponering, hvilket tyder på en rolle for disse organismer i resistens. Faktisk har undersøgelser af Anopheles gambiae myggevektorer i Syd- og Mellemamerika vist signifikante ændringer i det epidermale mikrobiom efter eksponering for pyrethroider, såvel som ændringer i det overordnede mikrobiom efter eksponering for organofosfater. I Afrika er pyrethroidresistens blevet forbundet med skift i sammensætningen af mikrobiotaen i Cameroun, Kenya og Côte d'Ivoire, mens laboratorietilpassede Anopheles gambiae har vist skift i deres mikrobiota efter selektion for pyrethroidresistens. Endvidere viste eksperimentel behandling med antibiotika og tilsætning af kendte bakterier i laboratoriekoloniserede Anopheles arabiensis-myg øget tolerance over for pyrethroider. Tilsammen tyder disse data på, at insekticidresistens kan være forbundet med myggemikrobiomet, og at dette aspekt af insekticidresistens kan udnyttes til sygdomsvektorkontrol.
I denne undersøgelse brugte vi 16S-sekventering til at bestemme, om mikrobiotaen af laboratoriekoloniserede og feltindsamlede myg i Vest- og Østafrika adskilte sig mellem dem, der overlevede og dem, der døde efter eksponering for pyrethroid deltamethrin. I forbindelse med insekticidresistens kan sammenligning af mikrobiota fra forskellige regioner i Afrika med forskellige arter og niveauer af resistens hjælpe med at forstå regionale påvirkninger på mikrobielle samfund. Laboratoriekolonier var fra Burkina Faso og opdrættet i to forskellige europæiske laboratorier (An. coluzzii i Tyskland og An. arabiensis i Det Forenede Kongerige), myg fra Burkina Faso repræsenterede alle tre arter af An. gambiae artskompleks, og myg fra Etiopien repræsenterede An. arabiensis. Her viser vi, at Anopheles arabiensis fra Etiopien havde distinkte mikrobiota-signaturer i levende og døde myg, mens Anopheles arabiensis fra Burkina Faso og to laboratorier ikke havde. Formålet med denne undersøgelse er yderligere at undersøge resistens mod insekticider. Vi udførte RNA-sekventering på Anopheles arabiensis-populationerne og fandt, at gener forbundet med insekticidresistens blev opreguleret, mens respirationsrelaterede gener generelt blev ændret. Integration af disse data med en anden befolkning fra Etiopien identificerede vigtige afgiftningsgener i regionen. Yderligere sammenligning med Anopheles arabiensis fra Burkina Faso afslørede signifikante forskelle i transkriptomprofiler, men identificerede stadig fire centrale afgiftningsgener, der blev overudtrykt i hele Afrika.
Levende og døde myg af hver art fra hver region blev derefter sekventeret ved hjælp af 16S-sekventering, og relative mængder blev beregnet. Ingen forskelle i alfa-diversitet blev observeret, hvilket indikerer ingen forskelle i operationel taksonomisk enhed (OTU) rigdom; beta-diversiteten varierede dog betydeligt mellem landene, og interaktionsvilkår for land og levende/død-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 landene, hvilket indikerer lignende varianser mellem grupper. Bray-Curtis multivariate skaleringsplot (figur 2A) viste, at prøver stort set var adskilt efter placering, men der var nogle bemærkelsesværdige undtagelser. Flere prøver fra An. arabiensis-samfundet og en prøve fra An. coluzzii-samfundet overlappede med en prøve fra Burkina Faso, mens en prøve fra An. arabiensis prøver fra Burkina Faso overlappede med An. arabiensis samfundsprøve, hvilket kan indikere, at den oprindelige mikrobiota blev tilfældigt opretholdt over mange generationer og på tværs af flere regioner. Burkina Faso-prøverne var ikke klart adskilt efter art; denne mangel på segregation var forventet, da individer efterfølgende blev puljet på trods af, at de stammede fra forskellige larvemiljøer. Faktisk har undersøgelser vist, at deling af en økologisk niche under vandstadiet kan have en betydelig indflydelse på sammensætningen af mikrobiotaen [50]. Interessant nok var de etiopiske prøver tydeligt adskilte, hvilket tyder på, at mikrobiotasammensætningen i disse Anopheles-prøver er forbundet med insekticidresistens, mens myggeprøverne og samfundene fra Burkina Faso ikke viste nogen forskelle i mygoverlevelse eller -dødelighed efter insekticideksponering. Prøverne blev indsamlet fra samme sted, hvilket kan forklare den stærkere sammenhæng.
Resistens over for pyrethroide insekticider er en kompleks fænotype, og mens ændringer i metabolisme og mål er relativt velundersøgte, begynder ændringer i mikrobiotaen først at blive udforsket. I denne undersøgelse viser vi, at ændringer i mikrobiotaen kan være vigtigere i visse populationer; vi karakteriserer yderligere insekticidresistens i Anopheles arabiensis fra Bahir Dar og viser ændringer i kendte resistensassocierede transkripter, såvel som signifikante ændringer i respirationsrelaterede gener, som også var tydelige i en tidligere RNA-seq undersøgelse af Anopheles arabiensis populationer fra Etiopien. Tilsammen 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.
Nylige undersøgelser har forbundet øget respiration med insekticidresistens, i overensstemmelse med de berigede ontologiske termer i Bahir Dar RNAseq og de integrerede etiopiske data opnået her; igen tyder på, at resistens resulterer i øget respiration, enten som en årsag eller konsekvens af denne fænotype. Hvis disse ændringer fører til forskelle i potentialet for reaktive oxygen- og nitrogenarter, som tidligere foreslået, kan dette påvirke vektorkompetence og mikrobiel kolonisering gennem differentiel bakteriel resistens over for ROS-opfangning af langsigtede kommensale bakterier.
Dataene præsenteret her giver bevis for, at mikrobiotaen kan påvirke insekticidresistens i visse miljøer. Vi demonstrerede også, at An. arabiensis-myg i Etiopien udviser lignende transkriptomændringer, der giver insekticidresistens; antallet af gener svarende til dem i Burkina Faso er dog lille. Adskillige forbehold er tilbage med hensyn til konklusionerne 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 demonstreres. Endelig vil kombination af transkriptomdata med mikrobiotadata gennem målrettede post-transplantationsundersøgelser give mere detaljeret information om, hvorvidt mikrobiotaen direkte påvirker myggetranskriptomet med hensyn til pyrethroidresistens. Men tilsammen tyder vores data på, at resistens er både lokal og transnational, hvilket understreger behovet for at teste nye insekticidprodukter i flere regioner.
Post tid: Mar-24-2025