Malaria on edelleen merkittävä kuolinsyy ja sairaus Afrikassa, ja suurin taakka on alle 5-vuotiaiden lasten keskuudessa. Tehokkain tapa ehkäistä tautia ovat hyönteisten torjunta-aineet, jotka kohdistuvat aikuisiin Anopheles-hyttysiin. Näiden interventioiden laajan käytön seurauksena resistenssi yleisimmin käytettyjä hyönteismyrkkyluokkia kohtaan on nyt laajalle levinnyt kaikkialla Afrikassa. Tähän fenotyyppiin johtavien taustalla olevien mekanismien ymmärtäminen on välttämätöntä sekä resistenssin leviämisen seuraamiseksi että uusien työkalujen kehittämiseksi sen voittamiseksi.
Tässä tutkimuksessa vertailimme hyönteismyrkkyille vastustuskykyisten Anopheles gambiae-, Anopheles cruzi- ja Anopheles arabiensis -populaatioiden mikrobiomikoostumusta Burkina Fasosta hyönteismyrkkyille herkkiin populaatioihin, myös Etiopiasta.
Emme löytäneet eroja mikrobiotan koostumuksessa hyönteismyrkkyresistenttien jahyönteismyrkky-herkät populaatiot Burkina Fasossa. Tämä tulos vahvistettiin kahdesta Burkina Fason maasta peräisin olevien pesäkkeiden laboratoriotutkimuksilla. Sitä vastoin Etiopiasta peräisin olevissa Anopheles arabiensis -hyttysissä havaittiin selkeitä eroja mikrobiston koostumuksessa kuolleiden ja hyönteismyrkkyaltistuksen selviytyneiden välillä. Tämän Anopheles arabiensis -populaation resistenssin tutkimiseksi edelleen suoritimme RNA-sekvensoinnin ja havaitsimme hyönteismyrkkyresistenssiin liittyvien detoksifikaatiogeenien erilaista ilmentymistä sekä muutoksia hengitys-, metabolisissa ja synaptisissa ionikanavissa.
Tuloksemme viittaavat siihen, että joissakin tapauksissa mikrobiota voi myötävaikuttaa hyönteismyrkkyresistenssin kehittymiseen transkriptiomuutosten lisäksi.
Vaikka resistenssiä kuvataan usein Anopheles-vektorin geneettiseksi komponentiksi, viimeaikaiset tutkimukset ovat osoittaneet, että mikrobiomi muuttuu vasteena hyönteismyrkkyaltistukselle, mikä viittaa näiden organismien rooliin vastustuskyvyssä. Itse asiassa Anopheles gambiae -hyttysvektoreiden tutkimukset Etelä- ja Keski-Amerikassa ovat osoittaneet merkittäviä muutoksia orvaskeden mikrobiomissa pyretroideille altistumisen jälkeen sekä muutoksia yleisessä mikrobiomissa organofosfaateille altistumisen jälkeen. Afrikassa pyretroidiresistenssiin on liitetty muutoksia mikrobiotan koostumuksessa Kamerunissa, Keniassa ja Norsunluurannikolla, kun taas laboratorioon mukautetut Anopheles gambiae ovat osoittaneet muutoksia mikrobiotassaan pyretroidiresistenssin valinnan jälkeen. Lisäksi kokeellinen hoito antibiooteilla ja tunnettujen bakteerien lisääminen laboratoriossa kolonisoituihin Anopheles arabiensis -hyttysiin osoitti lisääntynyttä sietokykyä pyretroideille. Yhdessä nämä tiedot viittaavat siihen, että hyönteisten torjunta-aineresistenssi voi olla yhteydessä hyttysen mikrobiomiin ja että tätä hyönteismyrkkyresistenssin näkökohtaa voitaisiin hyödyntää taudinvektorien torjunnassa.
Tässä tutkimuksessa käytimme 16S-sekvensointia määrittääksemme, eroaako Länsi- ja Itä-Afrikan laboratoriossa kolonisoitujen ja kentältä kerättyjen hyttysten mikrobiota elossa olevien ja pyretroidideltametriinille altistumisen jälkeen kuolleiden hyttysten välillä. Hyönteisten torjunta-aineresistenssin yhteydessä Afrikan eri alueiden mikrobiston vertaaminen eri lajien ja resistenssitasojen kanssa voi auttaa ymmärtämään alueellisia vaikutuksia mikrobiyhteisöihin. Laboratoriopesäkkeet olivat kotoisin Burkina Fasosta, ja niitä kasvatettiin kahdessa eri eurooppalaisessa laboratoriossa (An. coluzzii Saksassa ja An. arabiensis Yhdistyneessä kuningaskunnassa), Burkina Fason hyttyset edustivat kaikkia kolmea An. gambiae-lajikompleksi, ja Etiopiasta peräisin olevat hyttyset edustivat An. arabiensis. Tässä osoitamme, että Etiopiasta peräisin olevalla Anopheles arabiensis -bakteerilla oli selkeät mikrobioot elävissä ja kuolleissa hyttysissä, kun taas Burkina Fasosta ja kahdessa laboratoriossa ei ollut Anopheles arabiensiksellä. Tämän tutkimuksen tavoitteena on edelleen tutkia hyönteismyrkkyresistenssiä. Suoritimme RNA-sekvensoinnin Anopheles arabiensis -populaatioille ja havaitsimme, että hyönteismyrkkyresistenssiin liittyvät geenit lisääntyivät, kun taas hengitykseen liittyvät geenit yleensä muuttuivat. Näiden tietojen yhdistäminen toiseen Etiopiasta kotoisin olevaan populaatioon tunnisti tärkeimmät vieroitusgeenit alueella. Lisävertailu Burkina Fason Anopheles arabiensikseen paljasti merkittäviä eroja transkriptioprofiileissa, mutta tunnisti silti neljä keskeistä detoksifikaatiogeeniä, jotka yli-ilmennettiin kaikkialla Afrikassa.
Kunkin lajin elävät ja kuolleet hyttyset jokaiselta alueelta sekvensoitiin käyttämällä 16S-sekvensointia ja suhteellinen runsaus laskettiin. Alfa-diversiteetissä ei havaittu eroja, mikä viittaa siihen, ettei operatiivisen taksonomisen yksikön (OTU) rikkaudessa ole eroja; beetan monimuotoisuus vaihteli kuitenkin merkittävästi maiden välillä, ja vuorovaikutustermit maan ja elävien/kuolleiden tilalle (PANOVA = 0,001 ja 0,008, vastaavasti) osoittivat, että näiden tekijöiden välillä oli eroja. Maiden välillä ei havaittu eroja beeta-varianssissa, mikä viittaa samanlaisiin vaihteluihin ryhmien välillä. Bray-Curtis-monimuuttuja skaalauskäyrä (kuva 2A) osoitti, että näytteet olivat suurelta osin erillään sijainnin mukaan, mutta oli joitain merkittäviä poikkeuksia. Useita näytteitä An. arabiensis-yhteisö ja yksi näyte An. coluzzii-yhteisö oli päällekkäinen Burkina Fason näytteen kanssa, kun taas yksi näyte An. arabiensis -näytteet Burkina Fasosta olivat päällekkäisiä An. arabiensis-yhteisön näyte, mikä saattaa viitata siihen, että alkuperäinen mikrobiota säilytettiin satunnaisesti useiden sukupolvien ajan ja useilla alueilla. Burkina Fason näytteitä ei eroteltu selkeästi lajeittain; tämä segregaation puute oli odotettavissa, koska yksilöt yhdistettiin myöhemmin huolimatta siitä, että ne olivat peräisin erilaisista toukkaympäristöistä. Tutkimukset ovatkin osoittaneet, että ekologisen markkinaraon jakaminen vesivaiheen aikana voi vaikuttaa merkittävästi mikrobiotan koostumukseen [50]. Mielenkiintoista on, että vaikka Burkina Fason hyttysnäytteet ja -yhteisöt eivät osoittaneet eroja hyttysten selviytymisessä tai kuolleisuudessa hyönteisten torjunta-ainealtistuksen jälkeen, Etiopian näytteet erottuivat selvästi, mikä viittaa siihen, että näiden Anopheles-näytteiden mikrobiotan koostumus liittyy hyönteismyrkkyresistenssiin. Näytteet kerättiin samasta paikasta, mikä saattaa selittää vahvemman yhteyden.
Resistenssi pyretroidihyönteisten torjunta-aineille on monimutkainen fenotyyppi, ja vaikka muutoksia aineenvaihdunnassa ja kohteissa on tutkittu suhteellisen hyvin, mikrobiotan muutoksia ollaan vasta alkamassa tutkia. Tässä tutkimuksessa osoitamme, että muutokset mikrobiotassa voivat olla tärkeämpiä tietyissä populaatioissa; karakterisoimme edelleen hyönteismyrkkyresistenssiä Anopheles arabiensisissä Bahir Darista ja osoitamme muutoksia tunnetuissa resistenssiin liittyvissä transkripteissä sekä merkittäviä muutoksia hengitykseen liittyvissä geeneissä, jotka olivat myös ilmeisiä aiemmassa RNA-seq-tutkimuksessa Anopheles arabiensis -populaatioista Etiopiasta. Yhdessä nämä tulokset viittaavat siihen, että näiden hyttysten hyönteismyrkkyresistenssi voi riippua geneettisten ja ei-geneettisten tekijöiden yhdistelmästä, todennäköisesti koska symbioottiset suhteet alkuperäiskansojen bakteereihin voivat täydentää hyönteismyrkkyjen hajoamista populaatioissa, joiden vastustuskyky on alhaisempi.
Viimeaikaiset tutkimukset ovat yhdistäneet lisääntyneen hengityksen hyönteismyrkkyresistenssiin, mikä on yhdenmukainen Bahir Dar RNAseqin rikastetun ontologian termien ja tästä saatujen integroitujen etiopialaisten tietojen kanssa; viittaa jälleen siihen, että resistenssi johtaa lisääntyneeseen hengitykseen, joko tämän fenotyypin syynä tai seurauksena. Jos nämä muutokset johtavat eroihin reaktiivisten happi- ja typpilajien potentiaalissa, kuten aiemmin ehdotettiin, tämä voi vaikuttaa vektoreiden kompetenssiin ja mikrobien kolonisaatioon bakteerien erilaisen vastustuskyvyn kautta pitkäaikaisten kommensaalibakteerien ROS-poistolle.
Tässä esitetyt tiedot osoittavat, että mikrobiota voi vaikuttaa hyönteismyrkkyresistenssiin tietyissä ympäristöissä. Osoitimme myös, että An. arabiensis-hyttysillä Etiopiassa on samanlaisia transkriptiomuutoksia, jotka antavat vastustuskykyä hyönteismyrkkyille; kuitenkin Burkina Fason geenien määrä on pieni. Tässä ja muissa tutkimuksissa tehtyihin päätelmiin liittyy useita varoituksia. Ensinnäkin syy-yhteys pyretroidien eloonjäämisen ja mikrobiotan välillä on osoitettava käyttämällä metabolomisia tutkimuksia tai mikrobiotan siirtoa. Lisäksi on osoitettava keskeisten ehdokkaiden validointi useissa eri alueiden populaatioissa. Lopuksi, transkriptiotietojen yhdistäminen mikrobiotatietoihin kohdistettujen transplantaation jälkeisten tutkimusten avulla antaa yksityiskohtaisempaa tietoa siitä, vaikuttaako mikrobiota suoraan hyttysen transkriptiin pyretroidiresistenssin suhteen. Yhdessä tietomme viittaavat kuitenkin siihen, että resistenssi on sekä paikallista että kansainvälistä, mikä korostaa tarvetta testata uusia hyönteismyrkkytuotteita useilla alueilla.
Postitusaika: 24.3.2025