A malaria segue a ser unha das principais causas de morte e enfermidade en África, sendo a maior carga a que afecta aos nenos menores de 5 anos. O medio máis eficaz para previr a enfermidade son os axentes insecticidas para o control de vectores que se dirixen aos mosquitos adultos do xénero Anopheles. Como resultado do uso xeneralizado destas intervencións, a resistencia ás clases de insecticidas máis utilizadas está agora moi estendida en 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 coas poboacións sensibles aos insecticidas, tamén de Etiopía.
Non atopamos diferenzas na composición da microbiota entre as especies resistentes aos insecticidas e asinsecticidapoboacións susceptibles en Burkina Faso. Este resultado foi confirmado por estudos de laboratorio de colonias de dous países de Burkina Faso. Pola contra, 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 máis a fondo a resistencia desta poboación de Anopheles arabiensis, realizamos a secuenciación de ARN e atopamos a expresión diferencial de xenes de desintoxicación asociados coa resistencia a insecticidas, así como cambios nos canais iónicos respiratorios, metabólicos e sinápticos.
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, estudos de vectores de mosquitos Anopheles gambiae en América do Sur e Central mostraron cambios significativos no microbioma epidérmico tras a exposición a piretroides, así como cambios no microbioma xeral tras a exposición a organofosforados. En África, a resistencia aos piretroides asociouse con cambios na composición da microbiota en Camerún, Kenya e Costa de Marfil, mentres que Anopheles gambiae adaptado ao laboratorio mostrou cambios na súa microbiota tras a selección para a 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. Conxuntamente, estes datos suxiren que a resistencia aos insecticidas pode estar ligada ao microbioma do mosquito e que este aspecto da resistencia aos insecticidas podería aproveitarse para o control de vectores de enfermidades.
Neste estudo, empregamos a secuenciación 16S para determinar se a microbiota dos mosquitos colonizados en laboratorio e recollidos no campo en África occidental e oriental difería entre os que sobreviviron e os que morreron despois da exposición ao piretroide deltametrina. 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 nas comunidades microbianas. As colonias de laboratorio eran de Burkina Faso e criáronse en dous laboratorios europeos diferentes (An. coluzzii en Alemaña e An. arabiensis no Reino Unido), os mosquitos de Burkina Faso representaban as tres especies do complexo de especies de An. gambiae e os mosquitos de Etiopía representaban o An. arabiensis. Aquí, mostramos que o *Anopheles arabiensis* de Etiopía tiña sinaturas de microbiota distintas en mosquitos vivos e mortos, mentres que o *Anopheles arabiensis* de Burkina Faso e dous laboratorios non as tiña. O obxectivo deste estudo é investigar máis a fondo 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 positivamente, mentres que os xenes relacionados coa respiración estaban xeralmente alterados. A integración destes datos cunha segunda poboación de Etiopía identificou xenes de desintoxicación clave na rexión. Unha comparación posterior con *Anopheles arabiensis* de Burkina Faso revelou diferenzas significativas nos perfís do transcriptoma, pero aínda así identificou catro xenes de desintoxicación clave que estaban sobreexpresados en toda África.
Secuenciáronse 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 da unidade taxonómica operativa (OTU); non obstante, a diversidade beta variou significativamente entre países, e os termos de interacción para o estado do país e o estado vivo/morto (PANOVA = 0,001 e 0,008, respectivamente) indicaron que existía diversidade entre estes factores. Non se observaron diferenzas na varianza beta entre países, o que indica varianzas similares entre grupos. O gráfico de escala multivariante de Bray-Curtis (Figura 2A) mostrou que as mostras estaban en gran parte segregadas por localización, pero houbo algunhas excepcións notables. Varias mostras da comunidade de An. arabiensis e unha mostra da comunidade de An. coluzzii solapáronse cunha mostra de Burkina Faso, mentres que unha mostra das mostras de An. arabiensis de Burkina Faso solapouse coa mostra da comunidade de An. arabiensis, o que pode indicar que a microbiota orixinal se mantivo aleatoriamente durante moitas xeracións e en múltiples rexións. As mostras de Burkina Faso non estaban claramente segregadas por especies; Esta falta de segregación era agardada xa que os individuos foron agrupados posteriormente a pesar de proceder de diferentes ambientes larvarios. De feito, os estudos demostraron que compartir un nicho ecolóxico durante a fase acuática pode influír significativamente na composición da microbiota [50]. Curiosamente, mentres que as mostras e comunidades de mosquitos de Burkina Faso non mostraron diferenzas na supervivencia ou mortaldade dos mosquitos despois da exposición aos insecticidas, as mostras etíopes estaban claramente segregadas, o que suxire que a composición da microbiota nestas mostras de Anopheles está asociada coa resistencia aos insecticidas. As mostras foron recollidas no 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 nos obxectivos están relativamente ben estudados, os cambios na microbiota apenas están a comezar a explorarse. Neste estudo, demostramos que os cambios na microbiota poden ser máis importantes en certas poboacións; caracterizamos ademais a resistencia aos insecticidas en Anopheles arabiensis de Bahir Dar e mostramos cambios nos transcritos coñecidos asociados á resistencia, así como cambios significativos nos xenes relacionados coa respiración que tamén foron evidentes nun estudo previo de secuenciación de ARN das poboacións de Anopheles arabiensis de Etiopía. Conxuntamente, estes resultados suxiren que a resistencia aos insecticidas nestes 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, o que é consistente cos termos ontolóxicos enriquecidos na RNAseq de Bahir Dar e os datos etíopes integrados obtidos aquí; o que suxire de novo que a resistencia resulta nun aumento da respiración, xa sexa como causa ou consecuencia deste fenotipo. Se estes cambios levan a diferenzas no potencial das especies reactivas de osíxeno e nitróxeno, como se suxeriu anteriormente, isto podería afectar á competencia dos vectores e á colonización microbiana a través da resistencia bacteriana diferencial á eliminación de ROS por parte de bacterias comensais a longo prazo.
Os datos presentados aquí proporcionan evidencias de que a microbiota pode influír na resistencia aos insecticidas en certos ambientes. Tamén demostramos que os mosquitos *An. arabiensis* en Etiopía presentan alteracións transcriptómicas similares que confiren resistencia aos insecticidas; non obstante, o número de xenes correspondentes aos de Burkina Faso é pequeno. Quedan varias advertencias con respecto ás conclusións ás que se chegou aquí e noutros estudos. En primeiro lugar, é necesario demostrar unha relación causal entre a supervivencia dos piretroides e a microbiota mediante estudos metabolómicos ou transplante de microbiota. Ademais, é necesario demostrar a validación de candidatos clave en múltiples poboacións de diferentes rexións. Finalmente, a combinación de datos transcriptómicos con datos de microbiota mediante estudos posteriores ao transplante específicos proporcionará información máis detallada sobre se a microbiota inflúe directamente no transcriptoma dos mosquitos con respecto á resistencia aos piretroides. Non obstante, en conxunto, os nosos datos suxiren que a resistencia é tanto local como transnacional, o que destaca a necesidade de probar novos produtos insecticidas en múltiples rexións.
Data de publicación: 24 de marzo de 2025