A malaria segue sendo a principal causa de morte e enfermidade en África, sendo a maior carga entre os nenos menores de 5 anos. Os medios máis eficaces para previr a enfermidade son os axentes de control de vectores insecticidas que teñen como obxectivo os mosquitos Anopheles adultos. Como resultado do uso xeneralizado destas intervencións, a resistencia ás clases de insecticidas máis utilizadas está agora estendida por toda África. Comprender os mecanismos subxacentes que conducen a este fenotipo é esencial tanto para rastrexar a propagación da resistencia como para desenvolver novas ferramentas para superala.
Neste estudo, comparamos a composición do microbioma das poboacións de Anopheles gambiae, Anopheles cruzi e Anopheles arabiensis resistentes aos insecticidas de Burkina Faso con poboacións sensibles aos insecticidas, tamén de Etiopía.
Non atopamos diferenzas na composición da microbiota entre resistentes aos insecticidas einsecticida-poboacións susceptibles en Burkina Faso. Este resultado foi confirmado por estudos de laboratorio de colonias de dous países de Burkina Faso. En cambio, nos mosquitos Anopheles arabiensis de Etiopía observáronse claras diferenzas na composición da microbiota entre os que morreron e os que sobreviviron á exposición a insecticidas. Para investigar aínda máis a resistencia desta poboación de Anopheles arabiensis, realizamos a secuenciación de ARN e atopamos expresión diferencial de xenes de desintoxicación asociados á resistencia aos insecticidas, así como cambios nas canles iónicas respiratorias, metabólicas e sinápticas.
Os nosos resultados suxiren que nalgúns casos a microbiota pode contribuír ao desenvolvemento da resistencia aos insecticidas, ademais dos cambios no transcriptoma.
Aínda que a resistencia se describe a miúdo como un compoñente xenético do vector Anopheles, estudos recentes demostraron que o microbioma cambia en resposta á exposición a insecticidas, o que suxire un papel destes organismos na resistencia. De feito, os estudos dos mosquitos vectores Anopheles gambiae en América do Sur e Centro mostraron cambios significativos no microbioma epidérmico tras a exposición a piretroides, así como cambios no microbioma global tras a exposición a organofosforados. En África, a resistencia aos piretroides asociouse con cambios na composición da microbiota en Camerún, Kenia e Costa de Marfil, mentres que Anopheles gambiae adaptado en laboratorio mostrou cambios na súa microbiota tras a selección da resistencia aos piretroides. Ademais, o tratamento experimental con antibióticos e a adición de bacterias coñecidas en mosquitos Anopheles arabiensis colonizados en laboratorio mostraron unha maior tolerancia aos piretroides. En conxunto, estes datos suxiren que a resistencia aos insecticidas pode estar ligada ao microbioma dos mosquitos e que este aspecto da resistencia aos insecticidas podería ser explotado para o control de vectores de enfermidades.
Neste estudo, utilizamos a secuenciación 16S para determinar se a microbiota dos mosquitos colonizados en laboratorio e recollidos en campo en África occidental e oriental difiría entre os que sobreviviron e os que morreron despois da exposición á deltametrina piretroide. No contexto da resistencia aos insecticidas, comparar a microbiota de diferentes rexións de África con diferentes especies e niveis de resistencia pode axudar a comprender as influencias rexionais sobre as comunidades microbianas. As colonias de laboratorio eran de Burkina Faso e criadas en dous laboratorios europeos diferentes (An. coluzzii en Alemaña e An. arabiensis no Reino Unido), os mosquitos de Burkina Faso representaban as tres especies de An. gambiae, e os mosquitos de Etiopía representaban a An. arabiensis. Aquí, mostramos que Anopheles arabiensis de Etiopía tiña sinaturas de microbiota distintas en mosquitos vivos e mortos, mentres que Anopheles arabiensis de Burkina Faso e dous laboratorios non o tiñan. O obxectivo deste estudo é investigar máis a resistencia aos insecticidas. Realizamos a secuenciación de ARN nas poboacións de Anopheles arabiensis e descubrimos que os xenes asociados coa resistencia aos insecticidas estaban regulados, mentres que os xenes relacionados coa respiración estaban alterados en xeral. A integración destes datos cunha segunda poboación de Etiopía identificou xenes clave de desintoxicación na rexión. Unha comparación adicional con Anopheles arabiensis de Burkina Faso revelou diferenzas significativas nos perfís do transcriptoma, pero aínda se identificaron catro xenes clave de desintoxicación que estaban sobreexpresados en África.
A continuación secuencióronse os mosquitos vivos e mortos de cada especie de cada rexión mediante a secuenciación 16S e calculáronse as abundancias relativas. Non se observaron diferenzas na diversidade alfa, o que indica que non hai diferenzas na riqueza das unidades taxonómicas operativas (OTU); con todo, a diversidade beta variou significativamente entre os países e os termos de interacción para o país e o estado de vivo/morto (PANOVA = 0,001 e 0,008, respectivamente) indicaron que existía diversidade entre estes factores. Non se observaron diferenzas na varianza beta entre os países, o que indica variacións similares entre os grupos. O gráfico de escala multivariado de Bray-Curtis (Figura 2A) mostrou que as mostras estaban en gran parte segregadas por localización, pero houbo algunhas excepcións notables. Varias mostras do An. arabiensis e unha mostra da comunidade An. coluzzii solapouse cunha mostra de Burkina Faso, mentres que unha mostra de An. arabiensis de Burkina Faso superpoñéronse co An. arabiensis, o que pode indicar que a microbiota orixinal mantívose aleatoriamente durante moitas xeracións e en varias rexións. As mostras de Burkina Faso non estaban claramente segregadas por especies; esta falta de segregación era de esperar xa que os individuos foron posteriormente agrupados a pesar de ser orixinarios de diferentes ambientes larvarios. De feito, os estudos demostraron que compartir un nicho ecolóxico durante a etapa acuática pode influír significativamente na composición da microbiota [50]. Curiosamente, aínda que as mostras e comunidades de mosquitos de Burkina Faso non mostraron diferenzas na supervivencia ou mortalidade dos mosquitos despois da exposición a insecticidas, as mostras etíopes estaban claramente segregadas, o que suxire que a composición da microbiota destas mostras de Anopheles está asociada coa resistencia aos insecticidas. As mostras recolléronse do mesmo lugar, o que pode explicar a asociación máis forte.
A resistencia aos insecticidas piretroides é un fenotipo complexo, e aínda que os cambios no metabolismo e nas dianas están relativamente ben estudados, os cambios na microbiota só comezan a ser explorados. Neste estudo, demostramos que os cambios na microbiota poden ser máis importantes en determinadas poboacións; caracterizamos ademais a resistencia aos insecticidas en Anopheles arabiensis de Bahir Dar e mostramos cambios nas transcricións coñecidas relacionadas coa resistencia, así como cambios significativos nos xenes relacionados coa respiración que tamén foron evidentes nun estudo previo de ARN-seq de poboacións de Anopheles arabiensis de Etiopía. Xuntos, estes resultados suxiren que a resistencia aos insecticidas destes mosquitos pode depender dunha combinación de factores xenéticos e non xenéticos, probablemente porque as relacións simbióticas coas bacterias autóctonas poden complementar a degradación dos insecticidas en poboacións con niveis máis baixos de resistencia.
Estudos recentes relacionaron o aumento da respiración coa resistencia aos insecticidas, de acordo cos termos de ontoloxía enriquecida en Bahir Dar RNAseq e os datos etíopes integrados obtidos aquí; de novo suxerindo que a resistencia produce un aumento da respiración, xa sexa como causa ou consecuencia deste fenotipo. Se estes cambios conducen a diferenzas no potencial de especies reactivas de osíxeno e nitróxeno, como se suxeriu anteriormente, isto podería afectar a competencia do vector e a colonización microbiana a través da resistencia bacteriana diferencial á eliminación de ROS por parte das bacterias comensais a longo prazo.
Os datos aquí presentados proporcionan evidencia de que a microbiota pode influír na resistencia aos insecticidas en certos ambientes. Tamén demostramos que An. os mosquitos arabiensis en Etiopía presentan alteracións do transcriptoma similares que confiren resistencia aos insecticidas; porén, o número de xenes correspondentes aos de Burkina Faso é pequeno. Quedan varias salvedades respecto das conclusións ás que se chegou aquí e noutros estudos. En primeiro lugar, hai que demostrar unha relación causal entre a supervivencia dos piretroides e a microbiota mediante estudos metabolómicos ou transplante de microbiota. Ademais, cómpre demostrar a validación de candidatos clave en varias poboacións de diferentes rexións. Finalmente, a combinación de datos do transcriptoma con datos de microbiota mediante estudos específicos posteriores ao transplante proporcionará información máis detallada sobre se a microbiota inflúe directamente no transcriptoma do mosquito con respecto á resistencia aos piretroides. Non obstante, en conxunto, os nosos datos suxiren que a resistencia é local e transnacional, o que destaca a necesidade de probar novos produtos insecticidas en varias rexións.
Hora de publicación: 24-mar-2025