Malaria kekal sebagai punca 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 racun serangga yang menyasarkan nyamuk Anopheles dewasa. Hasil daripada penggunaan meluas campur tangan ini, penentangan terhadap kelas racun serangga yang paling biasa digunakan kini meluas di seluruh Afrika. Memahami mekanisme asas yang membawa kepada fenotip ini adalah penting untuk mengesan 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 mendapati tiada perbezaan dalam komposisi mikrobiota antara tahan racun serangga danracun serangga-populasi mudah terdedah di Burkina Faso. Keputusan ini disahkan oleh kajian makmal koloni dari dua negara Burkina Faso. Sebaliknya, dalam nyamuk Anopheles arabiensis dari Ethiopia, perbezaan jelas dalam komposisi mikrobiota diperhatikan antara mereka yang mati dan mereka yang terselamat daripada pendedahan racun serangga. Untuk menyiasat lebih lanjut tentang rintangan populasi Anopheles arabiensis ini, kami melakukan penjujukan RNA dan mendapati ekspresi pembezaan gen detoksifikasi yang dikaitkan dengan rintangan insektisida, serta perubahan dalam saluran ion pernafasan, metabolik dan sinaptik.
Keputusan kami menunjukkan bahawa dalam beberapa kes mikrobiota boleh menyumbang kepada pembangunan rintangan insektisida, sebagai tambahan kepada perubahan transkrip.
Walaupun rintangan sering digambarkan sebagai komponen genetik vektor Anopheles, kajian baru-baru ini telah menunjukkan bahawa mikrobiom berubah sebagai tindak balas kepada pendedahan racun serangga, mencadangkan peranan untuk 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 disesuaikan dengan 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 makmal menunjukkan peningkatan toleransi terhadap piretroid . Bersama-sama, data ini mencadangkan bahawa rintangan racun serangga mungkin dikaitkan dengan mikrobiom nyamuk dan bahawa 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 makmal dan kutipan lapangan di Afrika Barat dan Timur berbeza antara yang terselamat dan yang mati selepas terdedah kepada deltamethrin pyrethroid. Dalam konteks rintangan racun serangga, membandingkan mikrobiota dari kawasan yang berbeza di Afrika dengan spesies dan tahap rintangan yang berbeza boleh membantu memahami pengaruh serantau terhadap komuniti mikrob. Koloni makmal berasal dari Burkina Faso dan dibesarkan di dua makmal Eropah yang berbeza (An. coluzzii di Jerman dan An. arabiensis di United Kingdom), nyamuk dari Burkina Faso mewakili ketiga-tiga spesies An. kompleks spesies 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. Matlamat kajian ini adalah untuk menyiasat lagi rintangan racun serangga. Kami melakukan penjujukan RNA pada populasi Anopheles arabiensis dan mendapati bahawa gen yang dikaitkan dengan rintangan insektisida telah dikawal, manakala gen yang berkaitan dengan pernafasan secara amnya diubah. Penyepaduan data ini dengan populasi kedua dari Ethiopia mengenal pasti gen detoksifikasi utama di rantau ini. Perbandingan lanjut dengan Anopheles arabiensis dari Burkina Faso mendedahkan perbezaan ketara dalam profil transkrip, 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 disusun menggunakan jujukan 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 ini. Tiada perbezaan dalam varians beta diperhatikan antara negara, menunjukkan varians yang sama antara kumpulan. Plot penskalaan multivariate Bray-Curtis (Rajah 2A) menunjukkan bahawa sampel sebahagian besarnya diasingkan mengikut lokasi, tetapi terdapat beberapa pengecualian yang ketara. Beberapa sampel dari An. komuniti arabiensis dan satu sampel daripada kumpulan An. komuniti coluzzii bertindih dengan sampel dari Burkina Faso, manakala satu sampel dari An. sampel arabiensis dari Burkina Faso bertindih dengan sampel An. sampel komuniti arabiensis, yang mungkin menunjukkan bahawa mikrobiota asal dikekalkan secara rawak selama beberapa generasi dan merentasi pelbagai wilayah. Sampel Burkina Faso tidak diasingkan dengan jelas mengikut spesies; kekurangan pengasingan ini dijangka kerana individu kemudiannya dikumpulkan walaupun berasal dari persekitaran larva yang berbeza. Malah, kajian telah menunjukkan bahawa perkongsian ceruk ekologi semasa peringkat akuatik boleh mempengaruhi komposisi mikrobiota dengan ketara [50]. Menariknya, walaupun sampel dan komuniti nyamuk Burkina Faso tidak menunjukkan perbezaan dalam survival 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 persatuan yang lebih kuat.
Rintangan terhadap racun serangga pyrethroid adalah fenotip yang kompleks, dan sementara perubahan dalam metabolisme dan sasaran secara relatifnya dikaji dengan baik, perubahan dalam mikrobiota hanya mula diterokai. Dalam kajian ini, kami menunjukkan bahawa perubahan dalam mikrobiota mungkin lebih penting dalam populasi tertentu; kami selanjutnya mencirikan 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 sebelum populasi Anopheles arabiensis dari Ethiopia . Bersama-sama, keputusan ini menunjukkan bahawa rintangan racun serangga dalam nyamuk ini mungkin bergantung pada gabungan faktor genetik dan bukan genetik, mungkin kerana hubungan simbiotik dengan bakteria asli mungkin melengkapkan degradasi racun serangga dalam populasi dengan tahap rintangan yang lebih rendah.
Kajian terkini telah mengaitkan peningkatan pernafasan kepada rintangan racun serangga, selaras dengan istilah ontologi yang diperkaya dalam Bahir Dar RNAseq dan data Ethiopia bersepadu yang diperoleh di sini; sekali lagi mencadangkan bahawa rintangan mengakibatkan peningkatan pernafasan, sama ada sebagai punca atau akibat fenotip ini. Jika perubahan ini membawa kepada perbezaan dalam oksigen reaktif dan potensi spesies nitrogen, seperti yang dicadangkan sebelum ini , ini boleh memberi kesan kepada kecekapan vektor dan penjajahan mikrob melalui rintangan bakteria pembezaan terhadap pemusnahan ROS oleh bakteria komensal jangka panjang.
Data yang dibentangkan di sini memberikan bukti bahawa mikrobiota boleh mempengaruhi rintangan insektisida dalam persekitaran tertentu. Kami juga menunjukkan bahawa An. nyamuk arabiensis di Ethiopia memaparkan perubahan transkrip yang serupa yang memberikan rintangan racun serangga; bagaimanapun, bilangan gen yang sepadan dengan gen di Burkina Faso adalah kecil. Beberapa kaveat kekal mengenai kesimpulan yang dicapai di sini dan dalam kajian lain. Pertama, hubungan sebab akibat antara survival pyrethroid dan mikrobiota perlu ditunjukkan menggunakan kajian metabolomik atau pemindahan mikrobiota. Di samping itu, pengesahan calon utama dalam berbilang populasi dari wilayah yang berbeza perlu ditunjukkan. Akhir sekali, menggabungkan data transkrip dengan data mikrobiota melalui kajian pasca pemindahan yang disasarkan akan memberikan maklumat yang lebih terperinci sama ada mikrobiota secara langsung mempengaruhi transkriptom nyamuk berkenaan dengan rintangan pyrethroid. Walau bagaimanapun, secara bersama-sama, data kami mencadangkan bahawa rintangan adalah tempatan dan transnasional, menonjolkan keperluan untuk menguji produk racun serangga baharu di pelbagai wilayah.
Masa siaran: Mac-24-2025