ეთიოპიიდან, მაგრამ არა ბურკინა ფასოდან, ინსექტიციდების მიმართ რეზისტენტული ანოფელესის კოღოები ინსექტიციდების ზემოქმედების შემდეგ მიკრობიოტის შემადგენლობაში ცვლილებებს ავლენენ | პარაზიტები და ვექტორები

მალარია აფრიკაში სიკვდილიანობისა და ავადმყოფობის ერთ-ერთ მთავარ მიზეზად რჩება, ყველაზე დიდი ტვირთი კი 5 წლამდე ასაკის ბავშვებშია. დაავადების პრევენციის ყველაზე ეფექტური საშუალებაა ინსექტიციდური ვექტორების კონტროლის საშუალებები, რომლებიც ზრდასრულ ანოფელესის კოღოებს ებრძვიან. ამ ინტერვენციების ფართოდ გამოყენების შედეგად, ინსექტიციდების ყველაზე ხშირად გამოყენებული კლასების მიმართ რეზისტენტობა ამჟამად მთელ აფრიკაშია გავრცელებული. ამ ფენოტიპის გამომწვევი ძირითადი მექანიზმების გაგება აუცილებელია როგორც რეზისტენტობის გავრცელების თვალყურის დევნებისთვის, ასევე მისი დასაძლევად ახალი ინსტრუმენტების შემუშავებისთვის.
ამ კვლევაში ჩვენ შევადარეთ ბურკინა-ფასოდან ინსექტიციდების მიმართ რეზისტენტული Anopheles gambiae-ს, Anopheles cruzi-ს და Anopheles arabiensis-ის პოპულაციების მიკრობიომის შემადგენლობა ეთიოპიიდან ინსექტიციდების მიმართ მგრძნობიარე პოპულაციებს.
მიკრობიოტის შემადგენლობაში განსხვავებები ინსექტიციდების მიმართ რეზისტენტულ და...ინსექტიციდი-მგრძნობიარე პოპულაციები ბურკინა ფასოში. ეს შედეგი დადასტურდა ბურკინა ფასოს ორი ქვეყნის კოლონიების ლაბორატორიული კვლევებით. ამის საპირისპიროდ, ეთიოპიიდან აღებულ Anopheles arabiensis-ის კოღოებში მიკრობიოტის შემადგენლობაში აშკარა განსხვავებები დაფიქსირდა გარდაცვლილ და ინსექტიციდების ზემოქმედებისგან გადარჩენილ კოღოებს შორის. Anopheles arabiensis-ის ამ პოპულაციის რეზისტენტობის შემდგომი შესწავლის მიზნით, ჩვენ ჩავატარეთ რნმ-ის სეკვენირება და აღმოვაჩინეთ ინსექტიციდების მიმართ რეზისტენტობასთან დაკავშირებული დეტოქსიკაციის გენების დიფერენციალური ექსპრესია, ასევე რესპირატორული, მეტაბოლური და სინაფსური იონური არხების ცვლილებები.
ჩვენი შედეგები მიუთითებს, რომ ზოგიერთ შემთხვევაში, ტრანსკრიპტომის ცვლილებებთან ერთად, მიკრობიოტამ შეიძლება წვლილი შეიტანოს ინსექტიციდების მიმართ რეზისტენტობის განვითარებაში.
მიუხედავად იმისა, რომ რეზისტენტობა ხშირად აღწერილია, როგორც ანოფელესის ვექტორის გენეტიკური კომპონენტი, ბოლოდროინდელმა კვლევებმა აჩვენა, რომ მიკრობიომი იცვლება ინსექტიციდების ზემოქმედების საპასუხოდ, რაც მიუთითებს ამ ორგანიზმების როლზე რეზისტენტობაში. მართლაც, სამხრეთ და ცენტრალურ ამერიკაში Anopheles gambiae კოღოს ვექტორების კვლევებმა აჩვენა მნიშვნელოვანი ცვლილებები ეპიდერმულ მიკრობიომში პირეტროიდების ზემოქმედების შემდეგ, ასევე ცვლილებები საერთო მიკრობიომში ორგანოფოსფატების ზემოქმედების შემდეგ. აფრიკაში პირეტროიდების მიმართ რეზისტენტობა დაკავშირებულია მიკრობიოტის შემადგენლობის ცვლილებებთან კამერუნში, კენიასა და კოტ-დ’ივუარში, ხოლო ლაბორატორიაში ადაპტირებულ Anopheles gambiae-ში გამოვლინდა ცვლილებები მათ მიკრობიოტაში პირეტროიდების მიმართ რეზისტენტობის შერჩევის შემდეგ. გარდა ამისა, ანტიბიოტიკებით ექსპერიმენტულმა მკურნალობამ და ლაბორატორიაში კოლონიზებული Anopheles arabiensis კოღოებში ცნობილი ბაქტერიების დამატებამ აჩვენა პირეტროიდების მიმართ ტოლერანტობის ზრდა. ეს მონაცემები ერთად მიუთითებს, რომ ინსექტიციდების მიმართ რეზისტენტობა შეიძლება დაკავშირებული იყოს კოღოს მიკრობიომასთან და რომ ინსექტიციდების მიმართ რეზისტენტობის ეს ასპექტი შეიძლება გამოყენებულ იქნას დაავადების ვექტორების კონტროლისთვის.
ამ კვლევაში, ჩვენ გამოვიყენეთ 16S სეკვენირება იმის დასადგენად, განსხვავდებოდა თუ არა დასავლეთ და აღმოსავლეთ აფრიკაში ლაბორატორიულად კოლონიზებული და საველე პირობებში შეგროვებული კოღოების მიკრობიოტა პირეტროიდ დელტამეთრინის ზემოქმედების შემდეგ გადარჩენილ და გარდაცვლილ კოღოებს შორის. ინსექტიციდების მიმართ რეზისტენტობის კონტექსტში, აფრიკის სხვადასხვა რეგიონიდან სხვადასხვა სახეობისა და რეზისტენტობის დონის მქონე მიკრობიოტას შედარება დაგვეხმარება მიკრობულ საზოგადოებებზე რეგიონული გავლენის გაგებაში. ლაბორატორიული კოლონიები ბურკინა ფასოდან იყვნენ და გამოყვანილი იყვნენ ორ სხვადასხვა ევროპულ ლაბორატორიაში (An. coluzzii გერმანიაში და An. arabiensis გაერთიანებულ სამეფოში), ბურკინა ფასოდან კოღოები წარმოადგენდნენ An. gambiae სახეობათა კომპლექსის სამივე სახეობას, ხოლო ეთიოპიიდან კოღოები წარმოადგენდნენ An. arabiensis-ს. აქ ჩვენ ვაჩვენებთ, რომ ეთიოპიიდან Anopheles arabiensis-ს ჰქონდა განსხვავებული მიკრობიოტას ნიშნები ცოცხალ და მკვდარ კოღოებში, ხოლო ბურკინა ფასოდან და ორი ლაბორატორიიდან Anopheles arabiensis-ს - არა. ამ კვლევის მიზანია ინსექტიციდების მიმართ რეზისტენტობის შემდგომი შესწავლა. ჩვენ ჩავატარეთ რნმ-ის სეკვენირება Anopheles arabiensis-ის პოპულაციებზე და აღმოვაჩინეთ, რომ ინსექტიციდების მიმართ რეზისტენტობასთან დაკავშირებული გენები ზედმეტად იყო გამოხატული, ხოლო სუნთქვასთან დაკავშირებული გენები ზოგადად შეცვლილი. ამ მონაცემების ეთიოპიიდან აღებულ მეორე პოპულაციასთან ინტეგრაციის შედეგად გამოვლინდა რეგიონში დეტოქსიკაციის ძირითადი გენები. ბურკინა-ფასოდან აღებულ Anopheles arabiensis-თან შემდგომმა შედარებამ გამოავლინა მნიშვნელოვანი განსხვავებები ტრანსკრიპტომების პროფილებში, მაგრამ მაინც გამოვლინდა ოთხი ძირითადი დეტოქსიკაციის გენი, რომლებიც ზედმეტად იყო გამოხატული მთელ აფრიკაში.
თითოეული რეგიონიდან თითოეული სახეობის ცოცხალი და მკვდარი კოღოები შემდეგ სეკვენირებული იქნა 16S სეკვენირების გამოყენებით და გამოითვალა ფარდობითი სიმრავლე. ალფა მრავალფეროვნებაში განსხვავებები არ დაფიქსირებულა, რაც მიუთითებს ოპერაციული ტაქსონომიური ერთეულების (OTU) სიმდიდრის განსხვავებაზე; თუმცა, ბეტა მრავალფეროვნება მნიშვნელოვნად განსხვავდებოდა ქვეყნებს შორის და ქვეყნისა და ცოცხალი/მკვდარი სტატუსის ურთიერთქმედების პირობები (PANOVA = 0.001 და 0.008, შესაბამისად) მიუთითებდა, რომ ამ ფაქტორებს შორის მრავალფეროვნება არსებობდა. ბეტა ვარიაციაში განსხვავებები ქვეყნებს შორის არ დაფიქსირებულა, რაც მიუთითებს ჯგუფებს შორის მსგავს ვარიაციაზე. ბრეი-კურტისის მრავალვარიანტული მასშტაბირების დიაგრამამ (სურათი 2A) აჩვენა, რომ ნიმუშები ძირითადად დაყოფილი იყო ადგილმდებარეობის მიხედვით, მაგრამ იყო რამდენიმე აღსანიშნავი გამონაკლისი. An. arabiensis-ის თანასაზოგადოებიდან რამდენიმე ნიმუში და An. coluzzii-ის თანასაზოგადოებიდან ერთი ნიმუში ემთხვეოდა ბურკინა ფასოდან აღებულ ნიმუშს, მაშინ როდესაც ბურკინა ფასოდან აღებული An. arabiensis-ის ნიმუშებიდან ერთი ნიმუში ემთხვეოდა An. arabiensis-ის თანასაზოგადოებიდან აღებულ ნიმუშს, რაც შეიძლება მიუთითებდეს, რომ ორიგინალური მიკრობიოტა შემთხვევით შენარჩუნდა მრავალი თაობის განმავლობაში და მრავალ რეგიონში. ბურკინა ფასოდან აღებული ნიმუშები არ იყო მკაფიოდ დაყოფილი სახეობების მიხედვით; სეგრეგაციის ეს არარსებობა მოსალოდნელი იყო, რადგან ინდივიდები შემდგომში გაერთიანდნენ, მიუხედავად იმისა, რომ ისინი სხვადასხვა ლარვული გარემოდან იყვნენ წარმოშობილი. მართლაც, კვლევებმა აჩვენა, რომ წყლის სტადიაზე ეკოლოგიური ნიშის გაზიარებამ შეიძლება მნიშვნელოვნად იმოქმედოს მიკრობიოტის შემადგენლობაზე [50]. საინტერესოა, რომ მიუხედავად იმისა, რომ ბურკინა ფასოს კოღოს ნიმუშებსა და თემებში ინსექტიციდების ზემოქმედების შემდეგ კოღოების გადარჩენასა და სიკვდილიანობაში განსხვავებები არ აღინიშნა, ეთიოპიის ნიმუშები აშკარად იყო სეგრეგირებული, რაც იმაზე მიუთითებს, რომ ანოფელესის ამ ნიმუშებში მიკრობიოტის შემადგენლობა დაკავშირებულია ინსექტიციდების მიმართ რეზისტენტობასთან. ნიმუშები ერთი და იგივე ადგილიდან იქნა აღებული, რაც შეიძლება ხსნიდეს უფრო ძლიერ კავშირს.
პირეტროიდული ინსექტიციდების მიმართ რეზისტენტობა რთული ფენოტიპია და მიუხედავად იმისა, რომ მეტაბოლიზმისა და სამიზნეების ცვლილებები შედარებით კარგად არის შესწავლილი, მიკრობიოტაში ცვლილებების შესწავლა მხოლოდ ახლა იწყება. ამ კვლევაში ჩვენ ვაჩვენებთ, რომ მიკრობიოტაში ცვლილებები შეიძლება უფრო მნიშვნელოვანი იყოს გარკვეულ პოპულაციებში; ჩვენ დამატებით ვახასიათებთ ბაჰირ დარის Anopheles arabiensis-ის ინსექტიციდების მიმართ რეზისტენტობას და ვაჩვენებთ ცვლილებებს ცნობილ რეზისტენტობასთან დაკავშირებულ ტრანსკრიპტებში, ასევე სუნთქვასთან დაკავშირებულ გენებში მნიშვნელოვან ცვლილებებს, რომლებიც ასევე აშკარა იყო ეთიოპიიდან Anopheles arabiensis-ის პოპულაციების წინა RNA-seq კვლევაში. ეს შედეგები ერთად მიუთითებს, რომ ამ კოღოებში ინსექტიციდების მიმართ რეზისტენტობა შეიძლება დამოკიდებული იყოს გენეტიკური და არაგენეტიკური ფაქტორების კომბინაციაზე, სავარაუდოდ იმიტომ, რომ ადგილობრივ ბაქტერიებთან სიმბიოზური ურთიერთობები შეიძლება ავსებდეს ინსექტიციდების დეგრადაციას რეზისტენტობის დაბალი დონის მქონე პოპულაციებში.
ბოლოდროინდელმა კვლევებმა სუნთქვის გაძლიერება ინსექტიციდების მიმართ რეზისტენტობასთან დააკავშირა, რაც შეესაბამება Bahir Dar RNAseq-ის გამდიდრებულ ონტოლოგიურ ტერმინებს და აქ მიღებულ ინტეგრირებულ ეთიოპიურ მონაცემებს; რაც კვლავ მიუთითებს, რომ რეზისტენტობა იწვევს სუნთქვის გაძლიერებას, როგორც ამ ფენოტიპის მიზეზი, ასევე შედეგი. თუ ეს ცვლილებები რეაქტიული ჟანგბადის და აზოტის სახეობების პოტენციალის განსხვავებებს გამოიწვევს, როგორც ადრე იყო ვარაუდი, ამან შეიძლება გავლენა მოახდინოს ვექტორულ კომპეტენციასა და მიკრობულ კოლონიზაციაზე, ხანგრძლივი კომენსალური ბაქტერიების მიერ ROS-ის შეწოვის მიმართ დიფერენციალური ბაქტერიული რეზისტენტობის გზით.
აქ წარმოდგენილი მონაცემები ადასტურებს, რომ მიკრობიოტას შეუძლია გავლენა მოახდინოს ინსექტიციდების მიმართ რეზისტენტობაზე გარკვეულ გარემოში. ჩვენ ასევე ვაჩვენეთ, რომ ეთიოპიაში An. arabiensis-ის კოღოები ავლენენ მსგავს ტრანსკრიპტომულ ცვლილებებს, რაც იწვევს ინსექტიციდების მიმართ რეზისტენტობას; თუმცა, ბურკინა ფასოში არსებული კოღოების შესაბამისი გენების რაოდენობა მცირეა. აქ და სხვა კვლევებში მიღებულ დასკვნებთან დაკავშირებით რამდენიმე გაფრთხილება რჩება. პირველ რიგში, პირეტროიდების გადარჩენასა და მიკრობიოტას შორის მიზეზობრივი კავშირი უნდა დადასტურდეს მეტაბოლომიური კვლევების ან მიკრობიოტას ტრანსპლანტაციის გამოყენებით. გარდა ამისა, უნდა დადასტურდეს ძირითადი კანდიდატების ვალიდაცია სხვადასხვა რეგიონის მრავალ პოპულაციაში. და ბოლოს, ტრანსპლანტაციის შემდგომი მიზნობრივი კვლევების მეშვეობით ტრანსპლანტაციის მონაცემებისა და მიკრობიოტას მონაცემების გაერთიანება უფრო დეტალურ ინფორმაციას მოგაწვდით იმის შესახებ, პირდაპირ მოქმედებს თუ არა მიკრობიოტა კოღოს ტრანსკრიპტომზე პირეტროიდების მიმართ რეზისტენტობასთან დაკავშირებით. თუმცა, ერთად აღებული, ჩვენი მონაცემები მიუთითებს, რომ რეზისტენტობა როგორც ადგილობრივი, ასევე ტრანსნაციონალურია, რაც ხაზს უსვამს ახალი ინსექტიციდების პროდუქტების მრავალ რეგიონში ტესტირების აუცილებლობას.