A malária továbbra is a halálozások és betegségek egyik fő oka Afrikában, a legnagyobb terhet az 5 év alatti gyermekek körében jelenti. A betegség megelőzésének leghatékonyabb eszközei a kifejlett Anopheles szúnyogokat célzó rovarölő vektorszabályozó szerek. Ezen beavatkozások széles körű elterjedésének eredményeként a leggyakrabban használt rovarirtó szerekkel szembeni rezisztencia ma már széles körben elterjedt Afrikában. Az ehhez a fenotípushoz vezető mögöttes mechanizmusok megértése elengedhetetlen mind a rezisztencia terjedésének nyomon követéséhez, mind pedig új eszközök kidolgozásához a leküzdésére.
Ebben a tanulmányban összehasonlítottuk a Burkina Fasóból származó, rovarirtó szereknek ellenálló Anopheles gambiae, Anopheles cruzi és Anopheles arabiensis populációk mikrobiom-összetételét a szintén Etiópiából származó, rovarirtó szerekre érzékeny populációkkal.
Nem találtunk különbséget a mikrobiota összetételében a rovarirtó szerekkel szemben rezisztens és arovarirtó-érzékeny populációk Burkina Fasóban. Ezt az eredményt két Burkina Faso-i országból származó kolóniák laboratóriumi vizsgálatai is megerősítették. Ezzel szemben az Etiópiából származó Anopheles arabiensis szúnyogok esetében egyértelmű különbségeket figyeltünk meg a mikrobiota összetételében azok között, amelyek elpusztultak és amelyek túlélték a rovarirtó szerrel való érintkezést. Az Anopheles arabiensis populáció rezisztenciájának további vizsgálata érdekében RNS-szekvenálást végeztünk, és a rovarirtó szerekkel szembeni rezisztenciával összefüggő méregtelenítő gének eltérő expresszióját, valamint a légzési, metabolikus és szinaptikus ioncsatornák változásait találtuk.
Eredményeink arra utalnak, hogy bizonyos esetekben a transzkriptom változásai mellett a mikrobiota is hozzájárulhat a rovarirtó szerekkel szembeni rezisztencia kialakulásához.
Bár a rezisztenciát gyakran az Anopheles vektor genetikai összetevőjeként írják le, a legújabb tanulmányok kimutatták, hogy a mikrobiom a rovarirtó szereknek való kitettségre reagálva változik, ami arra utal, hogy ezek az organizmusok szerepet játszanak a rezisztenciában. Valójában az Anopheles gambiae szúnyogvektorokkal Dél- és Közép-Amerikában végzett vizsgálatok jelentős változásokat mutattak ki az epidermális mikrobiomban a piretroidoknak való kitettség után, valamint a teljes mikrobiomban a szerves foszfátoknak való kitettség után. Afrikában a piretroidrezisztencia a mikrobiota összetételének eltolódásával járt Kamerunban, Kenyában és Elefántcsontparton, míg a laboratóriumban adaptált Anopheles gambiae mikrobiotájában eltolódásokat mutattak a piretroidrezisztencia szelekcióját követően. Továbbá, az antibiotikumokkal végzett kísérleti kezelés és az ismert baktériumok hozzáadása a laboratóriumban kolonizált Anopheles arabiensis szúnyogokhoz fokozott toleranciát mutatott a piretroidokkal szemben. Ezek az adatok együttesen arra utalnak, hogy a rovarirtó szerekkel szembeni rezisztencia összefügghet a szúnyog mikrobiomjával, és hogy a rovarirtó szerekkel szembeni rezisztencia ezen aspektusa kihasználható a betegségvektorok elleni védekezésben.
Ebben a tanulmányban 16S szekvenálást alkalmaztunk annak meghatározására, hogy a laboratóriumban kolonizált és a terepen gyűjtött szúnyogok mikrobiotája különbözött-e Nyugat- és Kelet-Afrikában a túlélők és az elpusztultak között. A rovarirtó szerekkel szembeni rezisztencia kontextusában Afrika különböző régióiból származó, különböző fajokkal és rezisztenciaszintekkel rendelkező mikrobiota összehasonlítása segíthet megérteni a mikrobiális közösségekre gyakorolt regionális hatásokat. A laboratóriumi kolóniák Burkina Fasóból származtak, és két különböző európai laboratóriumban nevelték őket (An. coluzzii Németországban és An. arabiensis az Egyesült Királyságban), a Burkina Fasóból származó szúnyogok az An. gambiae fajkomplexum mindhárom faját képviselték, az Etiópiából származó szúnyogok pedig az An. arabiensis fajt képviselték. Ebben a tanulmányban bemutatjuk, hogy az Etiópiából származó Anopheles arabiensis eltérő mikrobiota-aláírásokkal rendelkezett az élő és az elpusztult szúnyogokban, míg a Burkina Fasóból és két laboratóriumból származó Anopheles arabiensis nem. E tanulmány célja a rovarirtó szerekkel szembeni rezisztencia további vizsgálata. RNS-szekvenálást végeztünk az Anopheles arabiensis populációkon, és azt találtuk, hogy a rovarirtó szerekkel szembeni rezisztenciával kapcsolatos gének fel voltak szabályozva, míg a légzéssel kapcsolatos gének általában megváltoztak. Ezen adatok integrálása egy második, Etiópiából származó populációval kulcsfontosságú méregtelenítő géneket azonosított a régióban. A Burkina Fasóból származó Anopheles arabiensis-szel való további összehasonlítás jelentős különbségeket tárt fel a transzkriptomprofilokban, de továbbra is azonosítottak négy kulcsfontosságú méregtelenítő gént, amelyek túlzott mértékben expresszálódnak Afrikában.
Az egyes régiókból származó fajok élő és elpusztult szúnyogjait 16S szekvenálással szekvenálták, és kiszámították a relatív abundancia értékeket. Az alfa-diverzitásban nem figyeltek meg különbséget, ami az operatív taxonómiai egység (OTU) gazdagságában sem mutatkozott különbség; a béta-diverzitás azonban jelentősen eltért az országok között, és az ország, valamint az élő/elpusztult státusz interakciós tagjai (PANOVA = 0,001, illetve 0,008) azt jelezték, hogy diverzitás létezik e tényezők között. Az országok között nem figyeltek meg különbséget a béta-varianciában, ami a csoportok közötti hasonló eltéréseket jelzi. A Bray-Curtis többváltozós skálázási diagram (2A. ábra) azt mutatta, hogy a minták nagyrészt helyszín szerint szegregálódtak, de voltak figyelemre méltó kivételek. Az An. arabiensis közösségből származó több minta és az An. coluzzii közösségből származó egy minta átfedésben volt egy Burkina Fasóból származó mintával, míg az An. arabiensis közösségből származó egy minta Burkina Fasóból átfedésben volt az An. arabiensis közösség mintájával, ami arra utalhat, hogy az eredeti mikrobiota véletlenszerűen fennmaradt több generáción és több régión keresztül. A Burkina Fasó-i minták nem szegregálódtak egyértelműen fajok szerint; Ez a szegregáció hiánya várható volt, mivel az egyedeket később összevonták, annak ellenére, hogy különböző lárvakörnyezetből származtak. Valójában tanulmányok kimutatták, hogy az ökológiai fülke megosztása a vízi szakaszban jelentősen befolyásolhatja a mikrobiota összetételét [50]. Érdekes módon, míg a Burkina Faso-i szúnyogminták és közösségek nem mutattak különbséget a szúnyogok túlélésében vagy mortalitásában a rovarirtó szereknek való kitettség után, az etióp minták egyértelműen szegregálódtak, ami arra utal, hogy az Anopheles minták mikrobiota-összetétele összefügg a rovarirtó szerekkel szembeni rezisztenciával. A mintákat ugyanarról a helyről gyűjtötték, ami magyarázhatja az erősebb összefüggést.
A piretroid rovarirtó szerekkel szembeni rezisztencia egy összetett fenotípus, és bár az anyagcsere és a célpontok változásai viszonylag jól tanulmányozottak, a mikrobiota változásainak feltárása csak most kezdődik. Ebben a tanulmányban kimutatjuk, hogy a mikrobiota változásai bizonyos populációkban jelentősebbek lehetnek; tovább jellemezzük a Bahir Darból származó Anopheles arabiensis rovarirtó rezisztenciáját, és kimutatjuk az ismert rezisztenciával összefüggő transzkriptumok változásait, valamint a légzéssel kapcsolatos gének jelentős változásait, amelyek egy korábbi, Etiópiából származó Anopheles arabiensis populációk RNS-szekvenálási vizsgálatában is megfigyelhetők voltak. Ezek az eredmények együttesen arra utalnak, hogy ezen szúnyogok rovarirtó szerekkel szembeni rezisztenciája genetikai és nem genetikai tényezők kombinációjától függhet, valószínűleg azért, mert az őshonos baktériumokkal való szimbiotikus kapcsolatok kiegészíthetik a rovarirtó szerek lebomlását az alacsonyabb rezisztenciaszintű populációkban.
Újabb tanulmányok összefüggést találtak a fokozott légzés és a rovarirtó szerekkel szembeni rezisztencia között, összhangban a Bahir Dar RNAseq gazdagított ontológiai kifejezéseivel és az itt kapott integrált etióp adatokkal; ismét arra utal, hogy a rezisztencia fokozott légzést eredményez, akár ennek a fenotípusnak az okaként, akár következményeként. Ha ezek a változások a reaktív oxigén- és nitrogénfajok potenciáljának különbségeihez vezetnek, ahogy azt korábban feltételezték, ez befolyásolhatja a vektor kompetenciáját és a mikrobiális kolonizációt a hosszú távú kommenzális baktériumok ROS-megkötő képességével szembeni eltérő bakteriális rezisztencián keresztül.
Az itt bemutatott adatok bizonyítékot szolgáltatnak arra, hogy a mikrobiota bizonyos környezetekben befolyásolhatja a rovarirtó szerekkel szembeni rezisztenciát. Azt is kimutattuk, hogy az An. arabiensis szúnyogok Etiópiában hasonló transzkriptóm-változásokat mutatnak, amelyek rovarirtó szerekkel szembeni rezisztenciát okoznak; azonban a Burkina Fasóban találhatóaknak megfelelő gének száma kicsi. Számos fenntartás maradt fenn az itt és más tanulmányokban levont következtetésekkel kapcsolatban. Először is, metabolomikai vizsgálatokkal vagy mikrobiota-transzplantációval kell bizonyítani az ok-okozati összefüggést a piretroidok túlélése és a mikrobiota között. Ezenkívül be kell mutatni a kulcsfontosságú jelöltek validálását több, különböző régiókból származó populációban. Végül, a transzkriptóm-adatok és a mikrobiota-adatok kombinálása célzott transzplantáció utáni vizsgálatok révén részletesebb információkat nyújt arról, hogy a mikrobiota közvetlenül befolyásolja-e a szúnyog transzkriptómáját a piretroidokkal szembeni rezisztencia tekintetében. Összességében azonban adataink arra utalnak, hogy a rezisztencia mind helyi, mind transznacionális, ami kiemeli az új rovarirtó termékek több régióban történő tesztelésének szükségességét.
Közzététel ideje: 2025. márc. 24.