La malària continua sent una de les principals causes de mort i malaltia a l'Àfrica, i la càrrega més gran es concentra en els nens menors de 5 anys. El mitjà més eficaç per prevenir la malaltia són els agents insecticides per al control de vectors que es dirigeixen als mosquits adults Anopheles. Com a resultat de l'ús generalitzat d'aquestes intervencions, la resistència a les classes d'insecticides més utilitzades ara està molt estesa a tota l'Àfrica. Comprendre els mecanismes subjacents que condueixen a aquest fenotip és essencial tant per rastrejar la propagació de la resistència com per desenvolupar noves eines per superar-la.
En aquest estudi, vam comparar la composició del microbioma de poblacions d'Anopheles gambiae, Anopheles cruzi i Anopheles arabiensis resistents als insecticides de Burkina Faso amb poblacions sensibles als insecticides, també d'Etiòpia.
No vam trobar diferències en la composició de la microbiota entre els resistents als insecticides i elsinsecticida-poblacions susceptibles a Burkina Faso. Aquest resultat va ser confirmat per estudis de laboratori de colònies de dos països de Burkina Faso. En canvi, en els mosquits Anopheles arabiensis d'Etiòpia, es van observar clares diferències en la composició de la microbiota entre els que van morir i els que van sobreviure a l'exposició a insecticides. Per investigar més a fons la resistència d'aquesta població d'Anopheles arabiensis, vam realitzar una seqüenciació d'ARN i vam trobar l'expressió diferencial de gens de desintoxicació associats amb la resistència als insecticides, així com canvis en els canals iònics respiratoris, metabòlics i sinàptics.
Els nostres resultats suggereixen que, en alguns casos, la microbiota pot contribuir al desenvolupament de la resistència als insecticides, a més dels canvis en el transcriptoma.
Tot i que la resistència sovint es descriu com un component genètic del vector Anopheles, estudis recents han demostrat que el microbioma canvia en resposta a l'exposició als insecticides, cosa que suggereix un paper d'aquests organismes en la resistència. De fet, estudis de vectors de mosquits Anopheles gambiae a Amèrica del Sud i Central han mostrat canvis significatius en el microbioma epidèrmic després de l'exposició als piretroides, així com canvis en el microbioma general després de l'exposició als organofosfats. A l'Àfrica, la resistència als piretroides s'ha associat amb canvis en la composició de la microbiota al Camerun, Kenya i Costa d'Ivori, mentre que Anopheles gambiae adaptat al laboratori ha mostrat canvis en la seva microbiota després de la selecció per a la resistència als piretroides. A més, el tractament experimental amb antibiòtics i l'addició de bacteris coneguts en mosquits Anopheles arabiensis colonitzats al laboratori van mostrar una major tolerància als piretroides. En conjunt, aquestes dades suggereixen que la resistència als insecticides pot estar relacionada amb el microbioma del mosquit i que aquest aspecte de la resistència als insecticides es podria explotar per al control de vectors de malalties.
En aquest estudi, vam utilitzar la seqüenciació 16S per determinar si la microbiota dels mosquits colonitzats al laboratori i recollits al camp a l'Àfrica occidental i oriental diferia entre els que van sobreviure i els que van morir després de l'exposició al piretroide deltametrina. En el context de la resistència als insecticides, la comparació de la microbiota de diferents regions d'Àfrica amb diferents espècies i nivells de resistència pot ajudar a comprendre les influències regionals en les comunitats microbianes. Les colònies de laboratori eren de Burkina Faso i es van criar en dos laboratoris europeus diferents (An. coluzzii a Alemanya i An. arabiensis al Regne Unit), els mosquits de Burkina Faso representaven les tres espècies del complex d'espècies An. gambiae, i els mosquits d'Etiòpia representaven An. arabiensis. Aquí, mostrem que Anopheles arabiensis d'Etiòpia tenia signatures de microbiota diferents en mosquits vius i morts, mentre que Anopheles arabiensis de Burkina Faso i dos laboratoris no. L'objectiu d'aquest estudi és investigar més a fons la resistència als insecticides. Vam realitzar la seqüenciació d'ARN a les poblacions d'Anopheles arabiensis i vam trobar que els gens associats amb la resistència als insecticides estaven regulats a l'alça, mentre que els gens relacionats amb la respiració estaven generalment alterats. La integració d'aquestes dades amb una segona població d'Etiòpia va identificar gens clau de desintoxicació a la regió. Una comparació més detallada amb Anopheles arabiensis de Burkina Faso va revelar diferències significatives en els perfils del transcriptoma, però tot i així va identificar quatre gens clau de desintoxicació que estaven sobreexpressats a tot Àfrica.
Els mosquits vius i morts de cada espècie de cada regió es van seqüenciar mitjançant la seqüenciació 16S i es van calcular les abundàncies relatives. No es van observar diferències en la diversitat alfa, cosa que indica que no hi ha diferències en la riquesa de la unitat taxonòmica operativa (OTU); no obstant això, la diversitat beta va variar significativament entre països, i els termes d'interacció per al país i l'estat viu/mort (PANOVA = 0,001 i 0,008, respectivament) van indicar que existia diversitat entre aquests factors. No es van observar diferències en la variància beta entre països, cosa que indica variàncies similars entre grups. El diagrama d'escalat multivariant de Bray-Curtis (Figura 2A) va mostrar que les mostres estaven en gran part segregades per ubicació, però hi va haver algunes excepcions notables. Diverses mostres de la comunitat d'An. arabiensis i una mostra de la comunitat d'An. coluzzii es van superposar amb una mostra de Burkina Faso, mentre que una mostra de les mostres d'An. arabiensis de Burkina Faso es va superposar amb la mostra de la comunitat d'An. arabiensis, cosa que pot indicar que la microbiota original es va mantenir aleatòriament durant moltes generacions i a través de múltiples regions. Les mostres de Burkina Faso no estaven clarament segregades per espècie; Aquesta manca de segregació era esperada, ja que els individus es van agrupar posteriorment tot i provenir de diferents ambients larvaris. De fet, els estudis han demostrat que compartir un nínxol ecològic durant l'etapa aquàtica pot influir significativament en la composició de la microbiota [50]. Curiosament, mentre que les mostres i comunitats de mosquits de Burkina Faso no van mostrar diferències en la supervivència o la mortalitat dels mosquits després de l'exposició als insecticides, les mostres etíops estaven clarament segregades, cosa que suggereix que la composició de la microbiota en aquestes mostres d'Anopheles està associada amb la resistència als insecticides. Les mostres es van recollir del mateix lloc, cosa que pot explicar l'associació més forta.
La resistència als insecticides piretroides és un fenotip complex, i mentre que els canvis en el metabolisme i les dianes estan relativament ben estudiats, els canvis en la microbiota tot just comencen a explorar-se. En aquest estudi, mostrem que els canvis en la microbiota poden ser més importants en certes poblacions; caracteritzem més la resistència als insecticides en Anopheles arabiensis de Bahir Dar i mostrem canvis en les transcripcions conegudes associades a la resistència, així com canvis significatius en els gens relacionats amb la respiració que també eren evidents en un estudi previ de seqüenciació d'ARN de poblacions d'Anopheles arabiensis d'Etiòpia. En conjunt, aquests resultats suggereixen que la resistència als insecticides en aquests mosquits pot dependre d'una combinació de factors genètics i no genètics, probablement perquè les relacions simbiòtiques amb els bacteris autòctons poden complementar la degradació dels insecticides en poblacions amb nivells més baixos de resistència.
Estudis recents han vinculat l'augment de la respiració amb la resistència als insecticides, d'acord amb els termes d'ontologia enriquits a la RNAseq de Bahir Dar i les dades etíops integrades obtingudes aquí; cosa que suggereix de nou que la resistència provoca un augment de la respiració, ja sigui com a causa o conseqüència d'aquest fenotip. Si aquests canvis condueixen a diferències en el potencial d'espècies reactives d'oxigen i nitrogen, com s'ha suggerit anteriorment, això podria afectar la competència del vector i la colonització microbiana a través de la resistència bacteriana diferencial a la detecció de ROS per part de bacteris comensals a llarg termini.
Les dades presentades aquí proporcionen proves que la microbiota pot influir en la resistència als insecticides en certs entorns. També vam demostrar que els mosquits An. arabiensis a Etiòpia presenten alteracions transcriptomiques similars que confereixen resistència als insecticides; tanmateix, el nombre de gens corresponents als de Burkina Faso és petit. Queden diverses advertències sobre les conclusions a les quals s'ha arribat aquí i en altres estudis. En primer lloc, cal demostrar una relació causal entre la supervivència dels piretroides i la microbiota mitjançant estudis metabolòmics o trasplantament de microbiota. A més, cal demostrar la validació de candidats clau en múltiples poblacions de diferents regions. Finalment, la combinació de dades del transcriptoma amb dades de microbiota mitjançant estudis posttrasplantament específics proporcionarà informació més detallada sobre si la microbiota influeix directament en el transcriptoma dels mosquits pel que fa a la resistència als piretroides. Tanmateix, en conjunt, les nostres dades suggereixen que la resistència és tant local com transnacional, cosa que destaca la necessitat de provar nous productes insecticides en múltiples regions.
Data de publicació: 24 de març de 2025