Malaria on edelleen merkittävä kuolinsyy ja sairauksien aiheuttaja Afrikassa, ja suurin taakka on alle 5-vuotiailla lapsilla. Tehokkain keino ehkäistä tautia ovat aikuisiin Anopheles-hyttysiin kohdistuvat hyönteismyrkkyvektorien torjunta-aineet. Näiden toimenpiteiden laajan käytön seurauksena resistenssi yleisimmin käytetyille hyönteismyrkkyluokille on nyt laajalle levinnyttä kaikkialla Afrikassa. Tämän fenotyypin taustalla olevien mekanismien ymmärtäminen on olennaista sekä resistenssin leviämisen seuraamiseksi että uusien työkalujen kehittämiseksi sen voittamiseksi.
Tässä tutkimuksessa vertasimme Burkina Fasosta kotoisin olevien hyönteismyrkkyresistenttien Anopheles gambiae-, Anopheles cruzi- ja Anopheles arabiensis -populaatioiden mikrobiomikoostumusta hyönteismyrkkyherkkien, myös Etiopiasta kotoisin olevien populaatioiden mikrobiomikoostumukseen.
Emme havainneet eroja mikrobiston koostumuksessa hyönteismyrkkyjä kestävien jahyönteismyrkky-herkät populaatiot Burkina Fasossa. Tämä tulos vahvistettiin laboratoriotutkimuksilla, joissa tutkittiin yhdyskuntia kahdesta Burkina Fason maasta. Sitä vastoin Etiopiassa asuvilla Anopheles arabiensis -hyttysillä havaittiin selkeitä eroja mikrobiston koostumuksessa kuolleiden ja hyönteismyrkkyaltistuksesta selvinneiden välillä. Tutkiaksemme tarkemmin tämän Anopheles arabiensis -populaation resistenssiä, suoritimme RNA-sekvensoinnin ja havaitsimme hyönteismyrkkyresistenssiin liittyvien vieroitusgeenien erilaista ilmentymistä sekä muutoksia hengitystie-, aineenvaihdunta- ja synaptisissa ionikanavissa.
Tuloksemme viittaavat siihen, että joissakin tapauksissa mikrobiota voi transkriptomimuutosten lisäksi vaikuttaa hyönteismyrkkyresistenssin kehittymiseen.
Vaikka resistenssiä usein kuvataan Anopheles-vektorin geneettiseksi komponentiksi, viimeaikaiset tutkimukset ovat osoittaneet, että mikrobiomi muuttuu vasteena hyönteismyrkkyaltistukselle, mikä viittaa näiden organismien rooliin resistenssissä. Anopheles gambiae -hyttysvektoreita koskevat tutkimukset Etelä- ja Keski-Amerikassa ovat osoittaneet merkittäviä muutoksia epidermaalisessa mikrobiomissa pyretroideille altistumisen jälkeen sekä muutoksia koko mikrobiomissa organofosfaateille altistumisen jälkeen . Afrikassa pyretroidiresistenssi on yhdistetty mikrobiotan koostumuksen muutoksiin Kamerunissa, Keniassa ja Norsunluurannikolla, kun taas laboratoriossa sopeutettujen Anopheles gambiae -hyttysten mikrobiotassa on havaittu muutoksia pyretroidiresistenssin valinnan jälkeen . Lisäksi kokeellinen antibioottihoito ja tunnettujen bakteerien lisääminen laboratoriossa kolonisoituihin Anopheles arabiensis -hyttysiin osoitti lisääntynyttä pyretroidien sietokykyä. Yhdessä nämä tiedot viittaavat siihen, että hyönteismyrkkyresistenssi voi liittyä hyttysten mikrobiomiin ja että tätä hyönteisresistenssin puolta voitaisiin hyödyntää tautivektorien torjunnassa.
Tässä tutkimuksessa käytimme 16S-sekvensointia selvittääksemme, erosivatko Länsi- ja Itä-Afrikassa laboratoriossa kolonisoitujen ja kentältä kerättyjen hyttysten mikrobisto selviytyneiden ja pyretroidi-deltametriinille altistumisen jälkeen kuolleiden välillä. Hyönteismyrkkyresistenssin yhteydessä eri Afrikan alueiden mikrobiston vertailu eri lajien ja resistenssitasojen kanssa voi auttaa ymmärtämään alueellisia vaikutuksia mikrobiyhteisöihin. Laboratorioyhdyskunnat olivat 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 -lajikompleksin lajia, ja Etiopian hyttyset edustivat An. arabiensis -hyttystä. Tässä tutkimuksessa osoitamme, että Etiopiasta peräisin olevalla Anopheles arabiensis -bakteerilla oli erilliset mikrobiston allekirjoitukset elävissä ja kuolleissa hyttysissä, kun taas Burkina Fasosta ja kahdesta laboratoriosta peräisin olevalla Anopheles arabiensis -bakteerilla ei ollut. Tämän tutkimuksen tavoitteena on tutkia tarkemmin hyönteismyrkkyresistenssiä. Suoritimme RNA-sekvensoinnin Anopheles arabiensis -populaatioille ja havaitsimme, että hyönteismyrkkyresistenssiin liittyvien geenien ilmentyminen oli lisääntynyt, kun taas hengitykseen liittyvät geenit olivat yleisesti muuttuneet. Näiden tietojen integrointi toiseen Etiopiasta peräisin olevaan populaatioon tunnisti alueen keskeiset vieroitusgeenit. Lisävertailu Burkina Fasosta peräisin olevaan Anopheles arabiensis -lajiin paljasti merkittäviä eroja transkriptomiprofiileissa, mutta silti tunnistettiin neljä keskeistä vieroitusgeeniä, joita ilmentyi liikaa kaikkialla Afrikassa.
Kunkin lajin elävät ja kuolleet hyttyset kultakin alueelta sekvensoitiin sitten 16S-sekvensoinnilla ja suhteelliset runsaudet laskettiin. Alfa-monimuotoisuudessa ei havaittu eroja, mikä viittaa siihen, ettei operatiivisen taksonomisen yksikön (OTU) rikkaudessa ollut eroja. Beeta-monimuotoisuus vaihteli kuitenkin merkittävästi maiden välillä, ja maiden ja elävien/kuolleiden tilan vuorovaikutustermit (PANOVA = 0,001 ja 0,008) osoittivat, että näiden tekijöiden välillä oli monimuotoisuutta. Beeta-varianssissa ei havaittu eroja maiden välillä, mikä viittaa samankaltaisiin vaihteluihin ryhmien välillä. Bray-Curtisin monimuuttuja-skaalakaavio (kuva 2A) osoitti, että näytteet olivat pitkälti eriytyneet sijainnin mukaan, mutta joitakin merkittäviä poikkeuksia oli. Useat An. arabiensis -yhteisön näytteet ja yksi An. coluzzii -yhteisön näyte olivat päällekkäisiä Burkina Fason näytteen kanssa, kun taas yksi Burkina Fason An. arabiensis -näytteistä oli päällekkäisiä An. arabiensis -yhteisön näytteen kanssa, mikä voi viitata siihen, että alkuperäinen mikrobiota säilyi satunnaisesti useiden sukupolvien ajan ja useilla alueilla. Burkina Fason näytteet eivät olleet selvästi eriytyneet lajin mukaan; Tämä segregaation puute oli odotettavissa, koska yksilöt myöhemmin yhdistettiin, vaikka ne olivat peräisin eri toukkaympäristöistä. Tutkimukset ovat itse asiassa osoittaneet, että saman ekologisen lokeron jakaminen vesivaiheessa voi vaikuttaa merkittävästi mikrobiston koostumukseen [50]. Mielenkiintoista on, että vaikka Burkina Fason hyttysnäytteet ja -yhteisöt eivät osoittaneet eroja hyttysten eloonjäämisessä tai kuolleisuudessa hyönteismyrkkyaltistuksen jälkeen, Etiopian näytteet olivat selvästi segregoituneita, mikä viittaa siihen, että näiden Anopheles-näytteiden mikrobiston koostumus liittyy hyönteismyrkkyresistenssiin. Näytteet kerättiin samasta paikasta, mikä saattaa selittää vahvemman yhteyden.
Pyretroidisten hyönteismyrkkyjen vastustuskyky on monimutkainen fenotyyppi, ja vaikka aineenvaihdunnan ja kohteiden muutoksia on tutkittu suhteellisen hyvin, mikrobiston muutoksia vasta aletaan tutkia. Tässä tutkimuksessa osoitamme, että mikrobiotan muutokset voivat olla merkittävämpiä tietyissä populaatioissa; karakterisoimme tarkemmin Bahir Darissa esiintyvän Anopheles arabiensis -hyönteismyrkkyresistenssiä ja osoitamme muutoksia tunnetuissa resistenssiin liittyvissä transkripteissa sekä merkittäviä muutoksia hengitykseen liittyvissä geeneissä, jotka olivat ilmeisiä myös aiemmassa Etiopian Anopheles arabiensis -populaatioiden RNA-sekvensointitutkimuksessa. Yhdessä nämä tulokset viittaavat siihen, että näiden hyttysten hyönteismyrkkyresistenssi voi riippua geneettisten ja ei-geneettisten tekijöiden yhdistelmästä, todennäköisesti siksi, että symbioottiset suhteet alkuperäisten bakteerien kanssa voivat täydentää hyönteismyrkkyjen hajoamista populaatioissa, joilla on alhaisempi resistenssitaso.
Viimeaikaiset tutkimukset ovat yhdistäneet lisääntyneen hengityksen hyönteismyrkkyresistenssiin , mikä on yhdenmukaista Bahir Dar RNAseq:n rikastettujen ontologisten termien ja tässä saatujen integroitujen Etiopian tietojen kanssa; mikä jälleen viittaa siihen, että resistenssi johtaa lisääntyneeseen hengitykseen joko tämän fenotyypin syynä tai seurauksena. Jos nämä muutokset johtavat reaktiivisten happi- ja typpilajien potentiaalin eroihin, kuten aiemmin on ehdotettu , tämä voi vaikuttaa vektorien kompetenssiin ja mikrobien kolonisaatioon bakteerien erilaisen resistenssin kautta pitkäaikaisten kommensaalibakteerien ROS-sieppaukselle .
Tässä esitetyt tiedot osoittavat, että mikrobiota voi vaikuttaa hyönteismyrkkyresistenssiin tietyissä ympäristöissä. Osoitimme myös, että An. arabiensis -hyttysillä Etiopiassa on samanlaisia transkriptomimuutoksia, jotka aiheuttavat hyönteismyrkkyresistenssin; Burkina Fasossa havaittuja geenejä vastaavien geenien määrä on kuitenkin pieni. Tässä ja muissa tutkimuksissa tehtyihin johtopäätöksiin liittyy edelleen useita varaumia. Ensinnäkin pyretroidien eloonjäämisen ja mikrobiotan välinen syy-yhteys on osoitettava metabolomiikkatutkimusten tai mikrobiotan siirron avulla. Lisäksi on osoitettava keskeisten ehdokkaiden validointi useissa eri alueiden populaatioissa. Lopuksi transkriptomidatan yhdistäminen mikrobiotadataan kohdennettujen siirron jälkeisten tutkimusten avulla antaa yksityiskohtaisempaa tietoa siitä, vaikuttaako mikrobiota suoraan hyttysten transkriptomiin pyretroidiresistenssin osalta. Yhteenvetona voidaan kuitenkin todeta, että datamme viittaa siihen, että resistenssi on sekä paikallista että kansainvälistä, mikä korostaa tarvetta testata uusia hyönteismyrkkytuotteita useilla alueilla.
Julkaisun aika: 24.3.2025