Malaria er fortsatt en viktig årsak til dødsfall og sykdom i Afrika, med den største belastningen blant barn under 5 år. Det mest effektive middelet for å forhindre sykdommen er insektdrepende vektorkontrollmidler som retter seg mot voksne Anopheles-mygg. Som et resultat av den utbredte bruken av disse intervensjonene, er motstand mot de mest brukte klassene av insektmidler nå utbredt over hele Afrika. Å forstå de underliggende mekanismene som fører til denne fenotypen er avgjørende både for å spore spredningen av resistens og for å utvikle nye verktøy for å overvinne den.
I denne studien sammenlignet vi mikrobiomsammensetningen av insektmiddelresistente Anopheles gambiae, Anopheles cruzi og Anopheles arabiensis-populasjoner fra Burkina Faso med insektmiddelfølsomme populasjoner, også fra Etiopia.
Vi fant ingen forskjeller i mikrobiotasammensetningen mellom insektmiddelresistente oginsektmiddel- mottakelige bestander i Burkina Faso. Dette resultatet ble bekreftet av laboratoriestudier av kolonier fra to Burkina Faso-land. I kontrast, hos Anopheles arabiensis-mygg fra Etiopia, ble det observert klare forskjeller i mikrobiotasammensetningen mellom de som døde og de som overlevde eksponering for insektmidler. For ytterligere å undersøke resistensen til denne Anopheles arabiensis-populasjonen, utførte vi RNA-sekvensering og fant differensiell uttrykk for avgiftningsgener assosiert med insekticidresistens, samt endringer i respiratoriske, metabolske og synaptiske ionekanaler.
Våre resultater tyder på at mikrobiotaen i noen tilfeller kan bidra til utvikling av insektmiddelresistens, i tillegg til transkriptomendringer.
Selv om resistens ofte beskrives som en genetisk komponent i Anopheles-vektoren, har nyere studier vist at mikrobiomet endres som respons på insektmiddeleksponering, noe som antyder en rolle for disse organismene i resistens. Faktisk har studier av Anopheles gambiae myggvektorer i Sør- og Mellom-Amerika vist betydelige endringer i det epidermale mikrobiomet etter eksponering for pyretroider, så vel som endringer i det totale mikrobiomet etter eksponering for organofosfater. I Afrika har pyretroidresistens blitt assosiert med endringer i sammensetningen av mikrobiotaen i Kamerun, Kenya og Elfenbenskysten, mens laboratorietilpassede Anopheles gambiae har vist endringer i mikrobiotaen deres etter seleksjon for pyretroidresistens. Videre viste eksperimentell behandling med antibiotika og tilsetning av kjente bakterier i laboratoriekoloniserte Anopheles arabiensis-mygg økt toleranse for pyretroider. Sammen antyder disse dataene at insektmiddelresistens kan være knyttet til myggmikrobiomet og at dette aspektet av insektmiddelresistens kan utnyttes for sykdomsvektorkontroll.
I denne studien brukte vi 16S-sekvensering for å bestemme om mikrobiotaen til laboratoriekoloniserte og feltinnsamlede mygg i Vest- og Øst-Afrika var forskjellig mellom de som overlevde og de som døde etter eksponering for pyretroiddeltametrin. I sammenheng med resistens mot insektmidler, kan sammenligning av mikrobiota fra forskjellige regioner i Afrika med forskjellige arter og nivåer av resistens bidra til å forstå regionale påvirkninger på mikrobielle samfunn. Laboratoriekoloniene var fra Burkina Faso og oppdrettet i to forskjellige europeiske laboratorier (An. coluzzii i Tyskland og An. arabiensis i Storbritannia), mygg fra Burkina Faso representerte alle tre artene av An. gambiae artskompleks, og mygg fra Etiopia representerte An. arabiensis. Her viser vi at Anopheles arabiensis fra Etiopia hadde distinkte mikrobiotasignaturer i levende og døde mygg, mens Anopheles arabiensis fra Burkina Faso og to laboratorier ikke hadde det. Målet med denne studien er å undersøke videre resistens mot insektmidler. Vi utførte RNA-sekvensering på Anopheles arabiensis-populasjonene og fant at gener assosiert med insektmiddelresistens ble oppregulert, mens respirasjonsrelaterte gener generelt ble endret. Integrasjon av disse dataene med en andre befolkning fra Etiopia identifiserte viktige avgiftningsgener i regionen. Ytterligere sammenligning med Anopheles arabiensis fra Burkina Faso avslørte betydelige forskjeller i transkriptomprofiler, men identifiserte fortsatt fire viktige avgiftningsgener som ble overuttrykt over hele Afrika.
Levende og døde mygg av hver art fra hver region ble deretter sekvensert ved bruk av 16S-sekvensering og relative mengder ble beregnet. Ingen forskjeller i alfa-diversitet ble observert, noe som indikerer ingen forskjeller i operasjonell taksonomisk enhet (OTU) rikdom; beta-mangfoldet varierte imidlertid betydelig mellom land, og interaksjonsvilkår for land og levende/død-status (PANOVA = henholdsvis 0,001 og 0,008) indikerte at det eksisterte mangfold mellom disse faktorene. Ingen forskjeller i beta-varians ble observert mellom landene, noe som indikerer lignende varianser mellom grupper. Bray-Curtis multivariate skaleringsplott (Figur 2A) viste at prøvene i stor grad var segregerte etter plassering, men det var noen bemerkelsesverdige unntak. Flere prøver fra An. arabiensis-samfunnet og en prøve fra An. coluzzii-samfunnet overlappet med en prøve fra Burkina Faso, mens en prøve fra An. arabiensis-prøver fra Burkina Faso overlappet med An. arabiensis samfunnsprøve, noe som kan indikere at den opprinnelige mikrobiotaen ble tilfeldig opprettholdt over mange generasjoner og på tvers av flere regioner. Burkina Faso-prøvene var ikke tydelig atskilt etter art; denne mangelen på segregering var forventet siden individer senere ble samlet til tross for at de kom fra forskjellige larvemiljøer. Studier har faktisk vist at deling av en økologisk nisje under vannstadiet kan påvirke sammensetningen av mikrobiotaen betydelig [50]. Interessant nok, mens Burkina Faso-myggprøvene og samfunnene ikke viste noen forskjeller i myggoverlevelse eller dødelighet etter insektmiddeleksponering, var de etiopiske prøvene tydelig segregerte, noe som tyder på at mikrobiotasammensetningen i disse Anopheles-prøvene er assosiert med insektmiddelresistens. Prøvene ble samlet fra samme sted, noe som kan forklare den sterkere assosiasjonen.
Resistens mot pyretroide insekticider er en kompleks fenotype, og mens endringer i metabolisme og mål er relativt godt studert, begynner endringer i mikrobiotaen bare å bli utforsket. I denne studien viser vi at endringer i mikrobiotaen kan være viktigere i visse populasjoner; vi karakteriserer videre insektmiddelresistens i Anopheles arabiensis fra Bahir Dar og viser endringer i kjente resistensassosierte transkripsjoner, samt betydelige endringer i respirasjonsrelaterte gener som også var tydelige i en tidligere RNA-seq-studie av Anopheles arabiensis-populasjoner fra Etiopia. Sammen antyder disse resultatene at insektmiddelresistens hos disse myggene kan avhenge av en kombinasjon av genetiske og ikke-genetiske faktorer, sannsynligvis fordi symbiotiske forhold med urfolksbakterier kan komplementere insektmiddelnedbrytning i populasjoner med lavere nivåer av resistens.
Nyere studier har koblet økt respirasjon til insektmiddelresistens, i samsvar med de berikede ontologibegrepene i Bahir Dar RNAseq og de integrerte etiopiske dataene som er oppnådd her; igjen antyder at motstand resulterer i økt respirasjon, enten som en årsak eller konsekvens av denne fenotypen. Hvis disse endringene fører til forskjeller i reaktivt oksygen- og nitrogenarterpotensial, som tidligere antydet, kan dette påvirke vektorkompetanse og mikrobiell kolonisering gjennom differensiell bakteriell resistens mot ROS-oppfanging av langsiktige kommensale bakterier.
Dataene som presenteres her gir bevis på at mikrobiotaen kan påvirke insektmiddelresistens i visse miljøer. Vi demonstrerte også at An. arabiensis-mygg i Etiopia viser lignende transkriptomendringer som gir insektmiddelresistens; Imidlertid er antallet gener som tilsvarer de i Burkina Faso lite. Det gjenstår flere forbehold når det gjelder konklusjonene her og i andre studier. For det første må en årsakssammenheng mellom pyretroids overlevelse og mikrobiota demonstreres ved hjelp av metabolomiske studier eller mikrobiotatransplantasjon. I tillegg må validering av nøkkelkandidater i flere populasjoner fra forskjellige regioner demonstreres. Til slutt vil kombinasjon av transkriptomdata med mikrobiotadata gjennom målrettede posttransplantasjonsstudier gi mer detaljert informasjon om hvorvidt mikrobiotaen direkte påvirker myggtranskriptomet med hensyn til pyretroidresistens. Samlet tyder imidlertid dataene våre på at resistens er både lokal og transnasjonal, noe som understreker behovet for å teste nye insektmiddelprodukter i flere regioner.
Innleggstid: 24. mars 2025