Malaria kekal sebagai penyebab utama kematian dan penyakit di Afrika, dengan beban terbesar di kalangan kanak-kanak di bawah umur 5 tahun. Cara paling berkesan untuk mencegah penyakit ini ialah agen kawalan vektor insektisida yang menyasarkan nyamuk Anopheles dewasa. Hasil daripada penggunaan intervensi ini secara meluas, rintangan terhadap kelas insektisida yang paling biasa digunakan kini meluas di seluruh Afrika. Memahami mekanisme asas yang membawa kepada fenotip ini adalah penting untuk menjejaki penyebaran rintangan dan untuk membangunkan alat baharu untuk mengatasinya.
Dalam kajian ini, kami membandingkan komposisi mikrobiom populasi Anopheles gambiae, Anopheles cruzi, dan Anopheles arabiensis yang tahan racun serangga dari Burkina Faso dengan populasi sensitif racun serangga, juga dari Ethiopia.
Kami tidak menemui perbezaan dalam komposisi mikrobiota antara tahan racun serangga danracun serangga-populasi yang mudah terdedah di Burkina Faso. Keputusan ini disahkan oleh kajian makmal terhadap koloni dari dua negara Burkina Faso. Sebaliknya, dalam nyamuk Anopheles arabiensis dari Ethiopia, perbezaan yang jelas dalam komposisi mikrobiota diperhatikan antara nyamuk yang mati dan nyamuk yang terselamat daripada pendedahan racun serangga. Untuk menyiasat lebih lanjut tentang rintangan populasi Anopheles arabiensis ini, kami menjalankan penjujukan RNA dan menemui ekspresi berbeza gen detoksifikasi yang berkaitan dengan rintangan racun serangga, serta perubahan dalam saluran ion pernafasan, metabolik dan sinaptik.
Keputusan kami menunjukkan bahawa dalam beberapa kes, mikrobiota boleh menyumbang kepada perkembangan rintangan racun serangga, sebagai tambahan kepada perubahan transkriptom.
Walaupun rintangan sering digambarkan sebagai komponen genetik vektor Anopheles, kajian terbaru menunjukkan bahawa mikrobiom berubah sebagai tindak balas terhadap pendedahan racun serangga, menunjukkan peranan organisma ini dalam rintangan. Malah, kajian terhadap vektor nyamuk Anopheles gambiae di Amerika Selatan dan Tengah telah menunjukkan perubahan ketara dalam mikrobiom epidermis berikutan pendedahan kepada piretroid, serta perubahan dalam keseluruhan mikrobiom berikutan pendedahan kepada organofosfat. Di Afrika, rintangan piretroid telah dikaitkan dengan perubahan dalam komposisi mikrobiota di Cameroon, Kenya dan Côte d'Ivoire, manakala Anopheles gambiae yang diadaptasi makmal telah menunjukkan perubahan dalam mikrobiota mereka berikutan pemilihan untuk rintangan piretroid. Tambahan pula, rawatan eksperimen dengan antibiotik dan penambahan bakteria yang diketahui dalam nyamuk Anopheles arabiensis yang dijajah di makmal menunjukkan peningkatan toleransi terhadap piretroid. Secara keseluruhan, data ini menunjukkan bahawa rintangan racun serangga mungkin dikaitkan dengan mikrobiom nyamuk dan aspek rintangan racun serangga ini boleh dieksploitasi untuk kawalan vektor penyakit.
Dalam kajian ini, kami menggunakan penjujukan 16S untuk menentukan sama ada mikrobiota nyamuk yang dijajah di makmal dan dikumpul di lapangan di Afrika Barat dan Timur berbeza antara yang terselamat dan yang mati selepas terdedah kepada piretroid deltametrin. Dalam konteks rintangan racun serangga, membandingkan mikrobiota dari kawasan Afrika yang berbeza dengan spesies dan tahap rintangan yang berbeza dapat membantu memahami pengaruh serantau terhadap komuniti mikrob. Koloni makmal berasal dari Burkina Faso dan diternak di dua makmal Eropah yang berbeza (An. coluzzii di Jerman dan An. arabiensis di United Kingdom), nyamuk dari Burkina Faso mewakili ketiga-tiga spesies kompleks spesies An. gambiae, dan nyamuk dari Ethiopia mewakili An. arabiensis. Di sini, kami menunjukkan bahawa Anopheles arabiensis dari Ethiopia mempunyai tandatangan mikrobiota yang berbeza dalam nyamuk hidup dan mati, manakala Anopheles arabiensis dari Burkina Faso dan dua makmal tidak. Tujuan kajian ini adalah untuk menyiasat lebih lanjut rintangan racun serangga. Kami menjalankan penjujukan RNA pada populasi Anopheles arabiensis dan mendapati bahawa gen yang berkaitan dengan rintangan racun serangga telah meningkat, manakala gen yang berkaitan dengan respirasi secara amnya diubah. Integrasi data ini dengan populasi kedua dari Ethiopia telah mengenal pasti gen detoksifikasi utama di rantau ini. Perbandingan lanjut dengan Anopheles arabiensis dari Burkina Faso mendedahkan perbezaan yang ketara dalam profil transkriptom, tetapi masih mengenal pasti empat gen detoksifikasi utama yang diekspresikan secara berlebihan di seluruh Afrika.
Nyamuk hidup dan mati bagi setiap spesies dari setiap rantau kemudiannya dijujukan menggunakan penjujukan 16S dan kelimpahan relatif dikira. Tiada perbezaan dalam kepelbagaian alfa diperhatikan, menunjukkan tiada perbezaan dalam kekayaan unit taksonomi operasi (OTU); walau bagaimanapun, kepelbagaian beta berbeza dengan ketara antara negara, dan istilah interaksi untuk negara dan status hidup/mati (PANOVA = 0.001 dan 0.008, masing-masing) menunjukkan bahawa kepelbagaian wujud antara faktor-faktor ini. Tiada perbezaan dalam varians beta diperhatikan antara negara, menunjukkan varians yang serupa antara kumpulan. Plot penskalaan multivariat Bray-Curtis (Rajah 2A) menunjukkan bahawa sampel sebahagian besarnya diasingkan mengikut lokasi, tetapi terdapat beberapa pengecualian yang ketara. Beberapa sampel daripada komuniti An. arabiensis dan satu sampel daripada komuniti An. coluzzii bertindih dengan sampel dari Burkina Faso, manakala satu sampel daripada sampel An. arabiensis dari Burkina Faso bertindih dengan sampel komuniti An. arabiensis, yang mungkin menunjukkan bahawa mikrobiota asal dikekalkan secara rawak selama beberapa generasi dan merentasi pelbagai rantau. Sampel Burkina Faso tidak diasingkan dengan jelas mengikut spesies; Kekurangan pengasingan ini dijangkakan kerana individu kemudiannya dikumpulkan walaupun berasal dari persekitaran larva yang berbeza. Malah, kajian telah menunjukkan bahawa perkongsian niche ekologi semasa peringkat akuatik boleh mempengaruhi komposisi mikrobiota dengan ketara [50]. Menariknya, walaupun sampel dan komuniti nyamuk Burkina Faso tidak menunjukkan perbezaan dalam kelangsungan hidup atau kematian nyamuk selepas pendedahan racun serangga, sampel Ethiopia telah diasingkan dengan jelas, menunjukkan bahawa komposisi mikrobiota dalam sampel Anopheles ini dikaitkan dengan rintangan racun serangga. Sampel dikumpulkan dari lokasi yang sama, yang mungkin menjelaskan kaitan yang lebih kuat.
Rintangan terhadap insektisida piretroid merupakan fenotip yang kompleks, dan walaupun perubahan dalam metabolisme dan sasaran dikaji dengan agak baik, perubahan dalam mikrobiota baru mula diterokai. Dalam kajian ini, kami menunjukkan bahawa perubahan dalam mikrobiota mungkin lebih penting dalam populasi tertentu; kami mencirikan lagi rintangan insektisida dalam Anopheles arabiensis dari Bahir Dar dan menunjukkan perubahan dalam transkrip berkaitan rintangan yang diketahui, serta perubahan ketara dalam gen berkaitan pernafasan yang juga terbukti dalam kajian RNA-seq sebelumnya terhadap populasi Anopheles arabiensis dari Ethiopia. Secara keseluruhan, keputusan ini menunjukkan bahawa rintangan insektisida dalam nyamuk ini mungkin bergantung pada gabungan faktor genetik dan bukan genetik, mungkin kerana hubungan simbiotik dengan bakteria asli boleh melengkapi degradasi insektisida dalam populasi dengan tahap rintangan yang lebih rendah.
Kajian terbaru telah mengaitkan peningkatan respirasi dengan rintangan racun serangga, selaras dengan istilah ontologi yang diperkaya dalam Bahir Dar RNAseq dan data bersepadu Ethiopia yang diperoleh di sini; sekali lagi mencadangkan bahawa rintangan mengakibatkan peningkatan respirasi, sama ada sebagai punca atau akibat daripada fenotip ini. Jika perubahan ini membawa kepada perbezaan dalam potensi spesies oksigen reaktif dan nitrogen, seperti yang dicadangkan sebelum ini, ini boleh memberi kesan kepada kecekapan vektor dan penjajahan mikrob melalui rintangan bakteria yang berbeza terhadap pemusnahan ROS oleh bakteria komensal jangka panjang.
Data yang dikemukakan di sini memberikan bukti bahawa mikrobiota boleh mempengaruhi rintangan racun serangga dalam persekitaran tertentu. Kami juga menunjukkan bahawa nyamuk An. arabiensis di Ethiopia menunjukkan perubahan transkriptom yang serupa yang memberikan rintangan racun serangga; walau bagaimanapun, bilangan gen yang sepadan dengan yang ada di Burkina Faso adalah kecil. Beberapa kaveat masih ada mengenai kesimpulan yang dicapai di sini dan dalam kajian lain. Pertama, hubungan kausal antara kemandirian piretroid dan mikrobiota perlu ditunjukkan menggunakan kajian metabolomik atau pemindahan mikrobiota. Di samping itu, pengesahan calon utama dalam pelbagai populasi dari kawasan yang berbeza perlu ditunjukkan. Akhir sekali, menggabungkan data transkriptom dengan data mikrobiota melalui kajian pasca pemindahan yang disasarkan akan memberikan maklumat yang lebih terperinci tentang sama ada mikrobiota secara langsung mempengaruhi transkriptom nyamuk berkenaan dengan rintangan piretroid. Walau bagaimanapun, jika digabungkan, data kami menunjukkan bahawa rintangan adalah tempatan dan transnasional, yang menonjolkan keperluan untuk menguji produk racun serangga baharu di pelbagai kawasan.
Masa siaran: 24 Mac 2025