Η ελονοσία παραμένει μια σημαντική αιτία θανάτου και ασθένειας στην Αφρική, με το μεγαλύτερο βάρος να αφορά τα παιδιά κάτω των 5 ετών. Το πιο αποτελεσματικό μέσο πρόληψης της νόσου είναι τα εντομοκτόνα μέσα ελέγχου φορέων που στοχεύουν τα ενήλικα κουνούπια Anopheles. Ως αποτέλεσμα της ευρείας χρήσης αυτών των παρεμβάσεων, η αντοχή στις πιο συχνά χρησιμοποιούμενες κατηγορίες εντομοκτόνων είναι πλέον ευρέως διαδεδομένη σε όλη την Αφρική. Η κατανόηση των υποκείμενων μηχανισμών που οδηγούν σε αυτόν τον φαινότυπο είναι απαραίτητη τόσο για την παρακολούθηση της εξάπλωσης της αντοχής όσο και για την ανάπτυξη νέων εργαλείων για την υπερνίκηση της.
Σε αυτήν τη μελέτη, συγκρίναμε τη σύνθεση του μικροβιώματος των ανθεκτικών στα εντομοκτόνα πληθυσμών Anopheles gambiae, Anopheles cruzi και Anopheles arabiensis από την Μπουρκίνα Φάσο με πληθυσμούς ευαίσθητους στα εντομοκτόνα, επίσης από την Αιθιοπία.
Δεν διαπιστώσαμε διαφορές στη σύνθεση του μικροβιώματος μεταξύ ανθεκτικών στα εντομοκτόνα καιεντομοκτόνο-ευαίσθητους πληθυσμούς στην Μπουρκίνα Φάσο. Αυτό το αποτέλεσμα επιβεβαιώθηκε από εργαστηριακές μελέτες αποικιών από δύο χώρες της Μπουρκίνα Φάσο. Αντίθετα, στα κουνούπια Anopheles arabiensis από την Αιθιοπία, παρατηρήθηκαν σαφείς διαφορές στη σύνθεση της μικροχλωρίδας μεταξύ εκείνων που πέθαναν και εκείνων που επέζησαν από την έκθεση σε εντομοκτόνα. Για να διερευνήσουμε περαιτέρω την αντοχή αυτού του πληθυσμού Anopheles arabiensis, πραγματοποιήσαμε αλληλούχιση RNA και βρήκαμε διαφορική έκφραση γονιδίων αποτοξίνωσης που σχετίζονται με την αντοχή στα εντομοκτόνα, καθώς και αλλαγές στα αναπνευστικά, μεταβολικά και συναπτικά κανάλια ιόντων.
Τα αποτελέσματά μας υποδηλώνουν ότι σε ορισμένες περιπτώσεις η μικροχλωρίδα μπορεί να συμβάλλει στην ανάπτυξη αντοχής στα εντομοκτόνα, εκτός από τις αλλαγές στα μεταγραφώματα.
Παρόλο που η αντοχή συχνά περιγράφεται ως γενετικό συστατικό του φορέα Anopheles, πρόσφατες μελέτες έχουν δείξει ότι το μικροβίωμα αλλάζει ως απόκριση στην έκθεση σε εντομοκτόνα, υποδηλώνοντας έναν ρόλο για αυτούς τους οργανισμούς στην αντοχή. Πράγματι, μελέτες φορέων κουνουπιών Anopheles gambiae στη Νότια και Κεντρική Αμερική έχουν δείξει σημαντικές αλλαγές στο επιδερμικό μικροβίωμα μετά από έκθεση σε πυρεθροειδή, καθώς και αλλαγές στο συνολικό μικροβίωμα μετά από έκθεση σε οργανοφωσφορικά. Στην Αφρική, η αντοχή στα πυρεθροειδή έχει συσχετιστεί με μεταβολές στη σύνθεση της μικροχλωρίδας στο Καμερούν, την Κένυα και την Ακτή Ελεφαντοστού, ενώ τα Anopheles gambiae που έχουν προσαρμοστεί στο εργαστήριο έχουν δείξει μεταβολές στη μικροχλωρίδα τους μετά από επιλογή για αντοχή στα πυρεθροειδή. Επιπλέον, η πειραματική θεραπεία με αντιβιοτικά και η προσθήκη γνωστών βακτηρίων σε κουνούπια Anopheles arabiensis που έχουν αποικιστεί στο εργαστήριο έδειξαν αυξημένη ανοχή στα πυρεθροειδή. Συνολικά, αυτά τα δεδομένα υποδηλώνουν ότι η αντοχή στα εντομοκτόνα μπορεί να συνδέεται με το μικροβίωμα των κουνουπιών και ότι αυτή η πτυχή της αντοχής στα εντομοκτόνα θα μπορούσε να αξιοποιηθεί για τον έλεγχο των φορέων ασθενειών.
Σε αυτήν τη μελέτη, χρησιμοποιήσαμε αλληλούχιση 16S για να προσδιορίσουμε εάν η μικροχλωρίδα των κουνουπιών που αποικίστηκαν σε εργαστήριο και συλλέχθηκαν στο πεδίο στη Δυτική και Ανατολική Αφρική διέφερε μεταξύ εκείνων που επέζησαν και εκείνων που πέθαναν μετά την έκθεση στο πυρεθροειδές δελταμεθρίνη. Στο πλαίσιο της αντοχής στα εντομοκτόνα, η σύγκριση της μικροχλωρίδας από διαφορετικές περιοχές της Αφρικής με διαφορετικά είδη και επίπεδα αντοχής μπορεί να βοηθήσει στην κατανόηση των περιφερειακών επιρροών στις μικροβιακές κοινότητες. Οι εργαστηριακές αποικίες προέρχονταν από την Μπουρκίνα Φάσο και εκτράφηκαν σε δύο διαφορετικά ευρωπαϊκά εργαστήρια (An. coluzzii στη Γερμανία και An. arabiensis στο Ηνωμένο Βασίλειο), τα κουνούπια από την Μπουρκίνα Φάσο αντιπροσώπευαν και τα τρία είδη του συμπλέγματος ειδών An. gambiae, και τα κουνούπια από την Αιθιοπία αντιπροσώπευαν το An. arabiensis. Εδώ, δείχνουμε ότι το Anopheles arabiensis από την Αιθιοπία είχε διακριτές υπογραφές μικροχλωρίδας σε ζωντανά και νεκρά κουνούπια, ενώ το Anopheles arabiensis από την Μπουρκίνα Φάσο και δύο εργαστήρια όχι. Στόχος της παρούσας μελέτης είναι η περαιτέρω διερεύνηση της αντοχής στα εντομοκτόνα. Πραγματοποιήσαμε προσδιορισμό αλληλουχίας RNA στους πληθυσμούς του Anopheles arabiensis και διαπιστώσαμε ότι τα γονίδια που σχετίζονται με την αντοχή στα εντομοκτόνα ήταν προς τα πάνω, ενώ τα γονίδια που σχετίζονται με την αναπνοή ήταν γενικά τροποποιημένα. Η ενσωμάτωση αυτών των δεδομένων με έναν δεύτερο πληθυσμό από την Αιθιοπία εντόπισε βασικά γονίδια αποτοξίνωσης στην περιοχή. Περαιτέρω σύγκριση με το Anopheles arabiensis από την Μπουρκίνα Φάσο αποκάλυψε σημαντικές διαφορές στα προφίλ των μεταγραφωμάτων, αλλά εξακολουθήσαμε να εντόπισα τέσσερα βασικά γονίδια αποτοξίνωσης που υπερεκφράζονταν σε όλη την Αφρική.
Τα ζωντανά και νεκρά κουνούπια κάθε είδους από κάθε περιοχή στη συνέχεια αλληλουχήθηκαν χρησιμοποιώντας αλληλούχιση 16S και υπολογίστηκαν οι σχετικές αφθονίες. Δεν παρατηρήθηκαν διαφορές στην ποικιλομορφία άλφα, γεγονός που υποδηλώνει ότι δεν υπάρχουν διαφορές στον πλούτο των λειτουργικών ταξινομικών μονάδων (OTU). Ωστόσο, η ποικιλομορφία βήτα διέφερε σημαντικά μεταξύ των χωρών και οι όροι αλληλεπίδρασης για τη χώρα και την κατάσταση ζωντανών/νεκρών (PANOVA = 0,001 και 0,008, αντίστοιχα) έδειξαν ότι υπήρχε ποικιλομορφία μεταξύ αυτών των παραγόντων. Δεν παρατηρήθηκαν διαφορές στην διακύμανση βήτα μεταξύ των χωρών, γεγονός που υποδηλώνει παρόμοιες διακυμάνσεις μεταξύ των ομάδων. Το πολυπαραμετρικό διάγραμμα κλιμάκωσης Bray-Curtis (Σχήμα 2Α) έδειξε ότι τα δείγματα ήταν σε μεγάλο βαθμό διαχωρισμένα ανά τοποθεσία, αλλά υπήρχαν κάποιες αξιοσημείωτες εξαιρέσεις. Αρκετά δείγματα από την κοινότητα An. arabiensis και ένα δείγμα από την κοινότητα An. coluzzii επικαλύπτονταν με ένα δείγμα από την Μπουρκίνα Φάσο, ενώ ένα δείγμα από τα δείγματα An. arabiensis από την Μπουρκίνα Φάσο επικαλύπτονταν με το δείγμα της κοινότητας An. arabiensis, γεγονός που μπορεί να υποδηλώνει ότι η αρχική μικροχλωρίδα διατηρήθηκε τυχαία σε πολλές γενιές και σε πολλαπλές περιοχές. Τα δείγματα της Μπουρκίνα Φάσο δεν ήταν σαφώς διαχωρισμένα ανά είδος. Αυτή η έλλειψη διαχωρισμού ήταν αναμενόμενη, καθώς τα άτομα στη συνέχεια συγκεντρώθηκαν σε ομάδες παρά το γεγονός ότι προέρχονταν από διαφορετικά περιβάλλοντα προνυμφών. Πράγματι, μελέτες έχουν δείξει ότι η κοινή χρήση μιας οικολογικής θέσης κατά το υδάτινο στάδιο μπορεί να επηρεάσει σημαντικά τη σύνθεση της μικροχλωρίδας [50]. Είναι ενδιαφέρον ότι, ενώ τα δείγματα και οι κοινότητες κουνουπιών της Μπουρκίνα Φάσο δεν έδειξαν διαφορές στην επιβίωση ή τη θνησιμότητα των κουνουπιών μετά την έκθεση σε εντομοκτόνα, τα δείγματα της Αιθιοπίας ήταν σαφώς διαχωρισμένα, γεγονός που υποδηλώνει ότι η σύνθεση της μικροχλωρίδας σε αυτά τα δείγματα Anopheles σχετίζεται με την αντοχή στα εντομοκτόνα. Τα δείγματα συλλέχθηκαν από την ίδια τοποθεσία, γεγονός που μπορεί να εξηγήσει την ισχυρότερη συσχέτιση.
Η αντοχή στα πυρεθροειδή εντομοκτόνα είναι ένας σύνθετος φαινότυπος και, ενώ οι αλλαγές στον μεταβολισμό και τους στόχους έχουν μελετηθεί σχετικά καλά, οι αλλαγές στο μικροβίωμα μόλις αρχίζουν να διερευνώνται. Σε αυτή τη μελέτη, δείχνουμε ότι οι αλλαγές στο μικροβίωμα μπορεί να είναι πιο σημαντικές σε ορισμένους πληθυσμούς. Χαρακτηρίζουμε περαιτέρω την αντοχή στα εντομοκτόνα στο Anopheles arabiensis από το Bahir Dar και παρουσιάζουμε αλλαγές σε γνωστά μεταγραφήματα που σχετίζονται με την αντοχή, καθώς και σημαντικές αλλαγές σε γονίδια που σχετίζονται με την αναπνοή, οι οποίες ήταν επίσης εμφανείς σε μια προηγούμενη μελέτη RNA-seq πληθυσμών Anopheles arabiensis από την Αιθιοπία. Συνολικά, αυτά τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι η αντοχή στα εντομοκτόνα σε αυτά τα κουνούπια μπορεί να εξαρτάται από έναν συνδυασμό γενετικών και μη γενετικών παραγόντων, πιθανώς επειδή οι συμβιωτικές σχέσεις με τα αυτόχθονα βακτήρια μπορεί να συμπληρώνουν την αποικοδόμηση των εντομοκτόνων σε πληθυσμούς με χαμηλότερα επίπεδα αντοχής.
Πρόσφατες μελέτες έχουν συνδέσει την αυξημένη αναπνοή με την αντοχή στα εντομοκτόνα, σύμφωνα με τους εμπλουτισμένους οντολογικούς όρους στο Bahir Dar RNAseq και τα ολοκληρωμένα αιθιοπικά δεδομένα που ελήφθησαν εδώ, γεγονός που υποδηλώνει και πάλι ότι η αντοχή οδηγεί σε αυξημένη αναπνοή, είτε ως αιτία είτε ως συνέπεια αυτού του φαινοτύπου. Εάν αυτές οι αλλαγές οδηγήσουν σε διαφορές στο δυναμικό των αντιδραστικών ειδών οξυγόνου και αζώτου, όπως έχει προταθεί προηγουμένως, αυτό θα μπορούσε να επηρεάσει την ικανότητα των φορέων και τον μικροβιακό αποικισμό μέσω της διαφορικής βακτηριακής αντοχής στην δέσμευση ROS από μακροχρόνια συμβιωτικά βακτήρια.
Τα δεδομένα που παρουσιάζονται εδώ παρέχουν στοιχεία ότι η μικροχλωρίδα μπορεί να επηρεάσει την αντοχή στα εντομοκτόνα σε ορισμένα περιβάλλοντα. Επίσης, καταδείξαμε ότι τα κουνούπια An. arabiensis στην Αιθιοπία εμφανίζουν παρόμοιες αλλοιώσεις στα μεταγραφώματα που προσδίδουν αντοχή στα εντομοκτόνα. Ωστόσο, ο αριθμός των γονιδίων που αντιστοιχούν σε αυτά στην Μπουρκίνα Φάσο είναι μικρός. Αρκετές επιφυλάξεις παραμένουν σχετικά με τα συμπεράσματα που εξήχθησαν εδώ και σε άλλες μελέτες. Πρώτον, πρέπει να αποδειχθεί μια αιτιώδης σχέση μεταξύ της επιβίωσης των πυρεθροειδών και της μικροχλωρίδας χρησιμοποιώντας μεταβολομικές μελέτες ή μεταμόσχευση μικροχλωρίδας. Επιπλέον, πρέπει να αποδειχθεί η επικύρωση βασικών υποψηφίων σε πολλαπλούς πληθυσμούς από διαφορετικές περιοχές. Τέλος, ο συνδυασμός δεδομένων μεταγραφώματος με δεδομένα μικροχλωρίδας μέσω στοχευμένων μελετών μετά τη μεταμόσχευση θα παρέχει πιο λεπτομερείς πληροφορίες σχετικά με το εάν η μικροχλωρίδα επηρεάζει άμεσα το μεταγραφώμα κουνουπιού σε σχέση με την αντοχή στα πυρεθροειδή. Ωστόσο, συνολικά, τα δεδομένα μας υποδηλώνουν ότι η αντοχή είναι τόσο τοπική όσο και διακρατική, υπογραμμίζοντας την ανάγκη δοκιμής νέων εντομοκτόνων προϊόντων σε πολλαπλές περιοχές.
Ώρα δημοσίευσης: 24 Μαρτίου 2025