ინსექტიციდ-რეზისტენტული Anopheles კოღოები ეთიოპიიდან, მაგრამ არა ბურკინა-ფასოდან, აჩვენებენ ცვლილებებს მიკრობიოტის შემადგენლობაში ინსექტიციდის ზემოქმედების შემდეგ | პარაზიტები და ვექტორები

მალარია რჩება სიკვდილის და ავადმყოფობის მთავარ მიზეზად აფრიკაში, ყველაზე დიდი ტვირთი 5 წლამდე ასაკის ბავშვებში. დაავადების პრევენციის ყველაზე ეფექტური საშუალებაა ინსექტიციდური ვექტორის კონტროლის აგენტები, რომლებიც მიზნად ისახავს ზრდასრულ ანოფელეს კოღოებს. ამ ინტერვენციების ფართო გამოყენების შედეგად, ყველაზე ხშირად გამოყენებული ინსექტიციდების კლასების წინააღმდეგობა ახლა ფართოდაა გავრცელებული მთელ აფრიკაში. ძირითადი მექანიზმების გაგება, რომლებიც იწვევს ამ ფენოტიპს, აუცილებელია როგორც წინააღმდეგობის გავრცელების თვალყურის დევნებისთვის, ასევე მის დასაძლევად ახალი ინსტრუმენტების შემუშავებისთვის.
ამ კვლევაში ჩვენ შევადარეთ ინსექტიციდის მიმართ რეზისტენტული Anopheles gambiae, Anopheles cruzi და Anopheles arabiensis პოპულაციების მიკრობიომის შემადგენლობა ბურკინა-ფასოდან ინსექტიციდისადმი მგრძნობიარე პოპულაციებით, ასევე ეთიოპიიდან.
ჩვენ არ აღმოვაჩინეთ განსხვავება მიკრობიოტას შემადგენლობაში ინსექტიციდის რეზისტენტულ დაინსექტიციდი- მგრძნობიარე პოპულაციები ბურკინა ფასოში. ეს შედეგი დადასტურდა ბურკინა-ფასოს ორი ქვეყნის კოლონიების ლაბორატორიული კვლევებით. ამის საპირისპიროდ, Anopheles arabiensis კოღოებში ეთიოპიიდან, მიკრობიოტის შემადგენლობაში აშკარა განსხვავებები დაფიქსირდა მათ შორის, ვინც მოკვდა და მათ, ვინც გადაურჩა ინსექტიციდის ზემოქმედებას. ამ Anopheles arabiensis-ის პოპულაციის რეზისტენტობის შემდგომი გამოსაკვლევად, ჩვენ ჩავატარეთ რნმ-ის თანმიმდევრობა და აღმოვაჩინეთ დეტოქსიკაციის გენების დიფერენციალური გამოხატულება, რომელიც დაკავშირებულია ინსექტიციდების წინააღმდეგობასთან, ასევე ცვლილებებთან რესპირატორულ, მეტაბოლურ და სინაფსურ იონურ არხებში.
ჩვენი შედეგები ვარაუდობს, რომ ზოგიერთ შემთხვევაში მიკრობიოტამ შესაძლოა ხელი შეუწყოს ინსექტიციდების წინააღმდეგობის განვითარებას, გარდა ტრანსკრიპტომის ცვლილებებისა.
მიუხედავად იმისა, რომ რეზისტენტობა ხშირად აღწერილია, როგორც ანოფელეს ვექტორის გენეტიკური კომპონენტი, ბოლო კვლევებმა აჩვენა, რომ მიკრობიომი იცვლება ინსექტიციდის ზემოქმედების საპასუხოდ, რაც მიუთითებს ამ ორგანიზმების როლზე რეზისტენტობაში. მართლაც, სამხრეთ და ცენტრალურ ამერიკაში Anopheles gambiae კოღოს ვექტორების კვლევებმა აჩვენა მნიშვნელოვანი ცვლილებები ეპიდერმისის მიკრობიომში პირეტროიდების ზემოქმედების შემდეგ, ისევე როგორც მთლიან მიკრობიომში ცვლილებები ორგანოფოსფატების ზემოქმედების შემდეგ. აფრიკაში, პირეტროიდული რეზისტენტობა დაკავშირებულია მიკრობიოტის შემადგენლობის ცვლილებასთან კამერუნში, კენიასა და კოტ დ'ივუარში, მაშინ როცა ლაბორატორიულად ადაპტირებული Anopheles gambiae აჩვენა ცვლილებები მათ მიკრობიოტაში პირეტროიდული რეზისტენტობის შერჩევის შემდეგ. გარდა ამისა, ექსპერიმენტულმა მკურნალობამ ანტიბიოტიკებით და ცნობილი ბაქტერიების დამატებით ლაბორატორიაში კოლონიზებულ Anopheles arabiensis კოღოებში აჩვენა გაზრდილი ტოლერანტობა პირეტროიდების მიმართ. ერთად, ეს მონაცემები ვარაუდობს, რომ ინსექტიციდის წინააღმდეგობა შეიძლება დაკავშირებული იყოს კოღოს მიკრობიომთან და რომ ინსექტიციდის წინააღმდეგობის ეს ასპექტი შეიძლება გამოყენებულ იქნას დაავადების ვექტორის კონტროლისთვის.
ამ კვლევაში ჩვენ გამოვიყენეთ 16S თანმიმდევრობა იმის დასადგენად, განსხვავდება თუ არა დასავლეთ და აღმოსავლეთ აფრიკაში ლაბორატორიაში კოლონიზებული და მინდორში შეგროვებული კოღოების მიკრობიოტა მათ შორის, ვინც გადარჩა და მათ შორის, რომლებიც დაიღუპნენ პირეტროიდ დელტამეტრინის ზემოქმედების შემდეგ. ინსექტიციდების წინააღმდეგობის კონტექსტში, აფრიკის სხვადასხვა რეგიონის მიკრობიოტას შედარება სხვადასხვა სახეობებთან და რეზისტენტობის დონესთან, დაგეხმარებათ გაიგოთ რეგიონალური გავლენა მიკრობულ თემებზე. ლაბორატორიული კოლონიები იყო ბურკინა-ფასოდან და იზრდებოდა ორ სხვადასხვა ევროპულ ლაბორატორიაში (An. coluzzii გერმანიაში და An. arabiensis გაერთიანებულ სამეფოში). კოღოები ბურკინა-ფასოდან წარმოადგენდნენ An-ის სამივე სახეობას. gambiae სახეობების კომპლექსი და კოღოები ეთიოპიიდან წარმოადგენდნენ ან. arabiensis. აქ ჩვენ ვაჩვენებთ, რომ Anopheles arabiensis-ს ეთიოპიიდან ჰქონდა მკაფიო მიკრობიოტის ხელმოწერები ცოცხალ და მკვდარ კოღოებში, ხოლო Anopheles arabiensis-ს ბურკინა-ფასოდან და ორ ლაბორატორიაში არა. ამ კვლევის მიზანია ინსექტიციდების წინააღმდეგობის შემდგომი გამოკვლევა. ჩვენ ჩავატარეთ რნმ-ის თანმიმდევრობა Anopheles arabiensis-ის პოპულაციებზე და აღმოვაჩინეთ, რომ ინსექტიციდების წინააღმდეგობასთან დაკავშირებული გენები ზერეგულირებული იყო, ხოლო სუნთქვასთან დაკავშირებული გენები ზოგადად შეიცვალა. ამ მონაცემების ინტეგრაციამ მეორე პოპულაციასთან ეთიოპიიდან გამოავლინა რეგიონში ძირითადი დეტოქსიკაციის გენები. შემდგომმა შედარებამ Anopheles arabiensis-თან ბურკინა-ფასოდან გამოავლინა მნიშვნელოვანი განსხვავებები ტრანსკრიპტომის პროფილებში, მაგრამ მაინც გამოავლინა ოთხი ძირითადი დეტოქსიკაციის გენი, რომლებიც ზედმეტად გამოხატული იყო მთელ აფრიკაში.
ყოველი რეგიონის თითოეული სახეობის ცოცხალი და მკვდარი კოღოები შემდეგ დაიცვეს 16S თანმიმდევრობის გამოყენებით და გამოითვალა შედარებითი სიმრავლე. ალფა მრავალფეროვნებაში განსხვავებები არ დაფიქსირებულა, რაც არ მიუთითებს სხვაობაზე ოპერაციული ტაქსონომიური ერთეულის (OTU) სიმდიდრეში; თუმცა, ბეტა მრავალფეროვნება მნიშვნელოვნად იცვლებოდა ქვეყნებს შორის და ურთიერთქმედების ტერმინები ქვეყნისა და ცოცხალი/მკვდარი სტატუსისთვის (PANOVA = 0.001 და 0.008, შესაბამისად) მიუთითებდა, რომ მრავალფეროვნება არსებობდა ამ ფაქტორებს შორის. ქვეყნებს შორის ბეტა ვარიაციების განსხვავება არ დაფიქსირებულა, რაც მიუთითებს ჯგუფებს შორის მსგავს დისპერსიებზე. ბრეი-კურტისის მრავალვარიანტული სკალირების დიაგრამა (სურათი 2A) აჩვენა, რომ ნიმუშები ძირითადად იყო გამოყოფილი მდებარეობის მიხედვით, მაგრამ იყო რამდენიმე მნიშვნელოვანი გამონაკლისი. რამდენიმე ნიმუში ან. arabiensis თემი და ერთი ნიმუში ან. coluzzii თემი გადაფარავდა ნიმუშს ბურკინა ფასოდან, ხოლო ერთი ნიმუში An. arabiensis-ის ნიმუშები ბურკინა ფასოდან გადახურულია An. arabiensis საზოგადოების ნიმუში, რომელიც შეიძლება მიუთითებდეს, რომ ორიგინალური მიკრობიოტა შემთხვევითად იყო შენახული მრავალი თაობის განმავლობაში და მრავალ რეგიონში. ბურკინა ფასოს ნიმუშები მკაფიოდ არ იყო გამოყოფილი სახეობების მიხედვით; სეგრეგაციის ეს ნაკლებობა მოსალოდნელი იყო, ვინაიდან ინდივიდები შემდგომში გაერთიანდნენ, მიუხედავად იმისა, რომ წარმოშობილი იყვნენ სხვადასხვა ლარვის გარემოდან. მართლაც, კვლევებმა აჩვენა, რომ წყლის სტადიაზე ეკოლოგიური ნიშის გაზიარებამ შეიძლება მნიშვნელოვანი გავლენა მოახდინოს მიკრობიოტის შემადგენლობაზე [50]. საინტერესოა, რომ მაშინ, როცა ბურკინა ფასოს კოღოს ნიმუშებმა და თემებმა არ აჩვენეს განსხვავება კოღოს გადარჩენაში ან სიკვდილიანობაში ინსექტიციდის ზემოქმედების შემდეგ, ეთიოპიის ნიმუშები აშკარად იყო სეგრეგირებული, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ მიკრობიოტას შემადგენლობა ამ ანოფელეს ნიმუშებში ასოცირდება ინსექტიციდის წინააღმდეგობასთან. ნიმუშები შეგროვდა იმავე ადგილიდან, რამაც შეიძლება ახსნას უფრო ძლიერი ასოციაცია.
პირეტროიდული ინსექტიციდების მიმართ რეზისტენტობა რთული ფენოტიპია და მიუხედავად იმისა, რომ მეტაბოლიზმისა და სამიზნეების ცვლილებები შედარებით კარგად არის შესწავლილი, მიკრობიოტაში ცვლილებები მხოლოდ დაწყებულია შესწავლა. ამ კვლევაში ჩვენ ვაჩვენებთ, რომ მიკრობიოტაში ცვლილებები შეიძლება უფრო მნიშვნელოვანი იყოს გარკვეულ პოპულაციაში; ჩვენ შემდგომ ვახასიათებთ ინსექტიციდის წინააღმდეგობას Anopheles arabiensis-ში ბაჰირ დარიდან და ვაჩვენებთ ცვლილებებს რეზისტენტობასთან ასოცირებულ ცნობილ ტრანსკრიპტებში, ასევე მნიშვნელოვან ცვლილებებს სუნთქვასთან დაკავშირებულ გენებში, რაც ასევე აშკარა იყო Anopheles arabiensis-ის პოპულაციების წინა RNA-seq კვლევაში ეთიოპიიდან. ერთად, ეს შედეგები ვარაუდობს, რომ ინსექტიციდების წინააღმდეგობა ამ კოღოებში შეიძლება დამოკიდებული იყოს გენეტიკური და არაგენეტიკური ფაქტორების ერთობლიობაზე, სავარაუდოდ იმიტომ, რომ სიმბიოზურმა ურთიერთობამ ადგილობრივ ბაქტერიებთან შეიძლება შეავსოს ინსექტიციდის დეგრადაცია პოპულაციებში, რომლებსაც აქვთ რეზისტენტობის დაბალი დონე.
ბოლო კვლევებმა აკავშირებს სუნთქვის გაძლიერებას ინსექტიციდების წინააღმდეგობასთან, რაც შეესაბამება Bahir Dar RNAseq-ის გამდიდრებულ ონტოლოგიურ ტერმინებს და აქ მოპოვებულ ინტეგრირებულ ეთიოპიურ მონაცემებს; კიდევ ერთხელ ვარაუდობს, რომ წინააღმდეგობა იწვევს სუნთქვის გაზრდას, როგორც ამ ფენოტიპის მიზეზი ან შედეგი. თუ ეს ცვლილებები იწვევს რეაქტიული ჟანგბადისა და აზოტის სახეობების პოტენციალის განსხვავებებს, როგორც ადრე იყო ვარაუდი, ამან შეიძლება გავლენა მოახდინოს ვექტორის კომპეტენციაზე და მიკრობული კოლონიზაციაზე დიფერენციალური ბაქტერიების წინააღმდეგობის გამო ROS-ის დაგროვების გრძელვადიანი კომენსალური ბაქტერიების მიერ.
აქ წარმოდგენილი მონაცემები იძლევა იმის მტკიცებულებას, რომ მიკრობიოტას შეუძლია გავლენა მოახდინოს ინსექტიციდების წინააღმდეგობაზე გარკვეულ გარემოში. ჩვენ ასევე ვაჩვენეთ, რომ ან. arabiensis კოღოები ეთიოპიაში აჩვენებენ ტრანსკრიპტომის მსგავს ცვლილებებს, რაც ანიჭებს ინსექტიციდურ წინააღმდეგობას; თუმცა, ბურკინა ფასოში გენების შესაბამისი გენების რაოდენობა მცირეა. აქ და სხვა კვლევებში მიღებულ დასკვნებთან დაკავშირებით რჩება რამდენიმე გაფრთხილება. პირველ რიგში, საჭიროა მიზეზობრივი კავშირი პირეტროიდების გადარჩენასა და მიკრობიოტას შორის მეტაბოლური კვლევების ან მიკრობიოტის ტრანსპლანტაციის გამოყენებით. გარდა ამისა, საჭიროა საკვანძო კანდიდატების დადასტურება სხვადასხვა რეგიონიდან მრავალ პოპულაციაში. დაბოლოს, ტრანსკრიპტომის მონაცემების მიკრობიოტის მონაცემებთან გაერთიანება მიზნობრივი პოსტტრანსპლანტაციის კვლევების მეშვეობით უზრუნველყოფს უფრო დეტალურ ინფორმაციას იმის შესახებ, მოქმედებს თუ არა მიკრობიოტა პირდაპირ გავლენას კოღოს ტრანსკრიპტომზე პირეტროიდული წინააღმდეგობის მიმართ. თუმცა, ერთად აღებული, ჩვენი მონაცემები ვარაუდობს, რომ რეზისტენტობა არის როგორც ადგილობრივი, ასევე ტრანსნაციონალური, რაც ხაზს უსვამს ახალი ინსექტიციდების პროდუქტების გამოცდის აუცილებლობას მრავალ რეგიონში.