גנטיקה כלל-גנומית של אוכלוסיות וניטור מולקולרי של עמידות לקוטלי חרקים ביתושי אנופלס בסבטקילו, אוואש, אתיופיה

מאז גילויו בג'יבוטי בשנת 2012, יתוש האנופלס סטפנסי האסייתי התפשט ברחבי קרן אפריקה. וקטור פולשני זה ממשיך להתפשט ברחבי היבשת, ומהווה איום חמור על תוכניות לבקרת מלריה. שיטות הדברה של וקטורים, כולל רשתות מיטה שטופלו בקוטלי חרקים וריסוס שאריות בתוך הבית, הפחיתו משמעותית את נטל המלריה. עם זאת, השכיחות הגוברת של יתושים עמידים לקוטלי חרקים, כולל אוכלוסיות של אנופלס סטפנסי, פוגעת במאמצי חיסול המלריה המתמשכים. הבנת מבנה האוכלוסייה, זרימת גנים בין אוכלוסיות והתפלגות מוטציות עמידות לקוטלי חרקים חיונית להנחיית אסטרטגיות יעילות לבקרת מלריה.
שיפור הבנתנו כיצד התבסס פטריית An. stephensi באזור HOA הוא קריטי לחיזוי התפשטותה הפוטנציאלית לאזורים חדשים. גנטיקה של אוכלוסיות שימשה רבות לחקר מינים וקטוריים כדי לקבל תובנות לגבי מבנה האוכלוסייה, הברירה המתמשכת וזרימת גנים 18,19. עבור פטריית An. stephensi, לימוד מבנה האוכלוסייה ומבנה הגנום יכול לסייע בהבהרת נתיב הפלישה שלה וכל אבולוציה אדפטיבית שעשויה להתרחש מאז הופעתה. בנוסף לזרימת גנים, הברירה חשובה במיוחד משום שהיא יכולה לזהות אללים הקשורים לעמידות לחומרי הדברה ולשפוך אור על האופן שבו אללים אלה מתפשטים באוכלוסייה 20.
עד כה, בדיקות של סמני עמידות לחומרי הדברה וגנטיקה של אוכלוסיות במין הפולש Anopheles stephensi הוגבלו למספר מצומצם של גנים מועמדים. הופעתו של המין באפריקה אינה מובנת במלואה, אך השערה אחת היא שהוא הוכנס על ידי בני אדם או בעלי חיים. תיאוריות אחרות כוללות נדידה למרחקים ארוכים באמצעות רוח. הבידודים האתיופים ששימשו במחקר זה נאספו באוואש סבט קילו, עיירה הממוקמת 200 ק"מ מזרחית לאדיס אבבה ועל מסדרון התחבורה הראשי מאדיס אבבה לג'יבוטי. אוואש סבט קילו הוא אזור עם שיעור תחלואה גבוה של מלריה ויש בו אוכלוסייה גדולה של Anopheles stephensi, אשר דווח כי הוא עמיד לקוטלי חרקים, מה שהופך אותו לאתר חשוב לחקר הגנטיקה של האוכלוסייה של Anopheles stephensi8.
מוטציית העמידות לקוטלי חרקים kdr L1014F זוהתה בתדירות נמוכה באוכלוסייה האתיופית ולא זוהתה בדגימות השטח בהודו. מוטציית kdr זו מקנה עמידות לפירתרואידים ול-DDT וזוהתה בעבר באוכלוסיות של An. stephensi שנאספו בהודו בשנת 2016 ובאפגניסטן בשנת 2018.31,32 למרות עדויות לעמידות נרחבת לפירתרואידים בשתי הערים, מוטציית kdr L1014F לא זוהתה באוכלוסיות מנגלור ובנגלור שנותחו כאן. השיעור הנמוך של בידודים אתיופים הנושאים SNP זה שהיו הטרוזיגוטיים מצביע על כך שהמוטציה התפתחה לאחרונה באוכלוסייה זו. ממצאים אלה נתמכים על ידי מחקר קודם שנערך ב-Awash, שלא מצא עדות למוטציה kdr בדגימות שנאספו בשנה שקדמה לאלו שנותחו כאן.18 זיהינו בעבר את המוטציה kdr L1014F הזו בתדירות נמוכה בקבוצת דגימות מאותו אזור/שנה באמצעות גישת גילוי אמפליקון.28 בהינתן העמידות הפנוטיפית באתרי הדגימה, תדירות האללים הנמוכה של סמן עמידות זה מצביעה על כך שמנגנונים אחרים מלבד שינוי באתר המטרה אחראים לפנוטיפ שנצפה זה.
מגבלה של מחקר זה היא היעדר נתונים פנוטיפיים על תגובת קוטלי חרקים. יש צורך במחקרים נוספים המשלבים ריצוף גנום שלם (WGS) או ריצוף אמפליקונים ממוקד בשילוב עם מבחני רגישות כדי לחקור את השפעת המוטציות הללו על תגובת קוטלי חרקים. יש למקד את SNPs החדשים הללו בעלי חוסר תחושה שעשויים להיות קשורים לעמידות עבור מבחני מולקולריים בעלי תפוקה גבוהה כדי לתמוך בניטור ולהקל על עבודה פונקציונלית להבנה ולאמת מנגנונים פוטנציאליים הקשורים לפנוטיפים של עמידות.
לסיכום, מחקר זה מספק הבנה מעמיקה יותר של הגנטיקה של אוכלוסיות יתושי אנופלס ביבשות שונות. יישום ניתוח ריצוף גנום שלם (WGS) על קבוצות גדולות יותר של דגימות באזורים גיאוגרפיים שונים יהיה המפתח להבנת זרימת גנים ולזיהוי סמנים של עמידות לחומרי הדברה. ידע זה יאפשר לרשויות בריאות הציבור לקבל החלטות מושכלות במעקב אחר וקטורים ובשימוש בקוטלי חרקים.
השתמשנו בשתי גישות כדי לזהות שינויים במספר העותקים במערך נתונים זה. ראשית, השתמשנו בגישה מבוססת כיסוי שהתמקדה באשכולות גנים של CYP שזוהו בגנום (טבלה משלימה S5). כיסוי הדגימה ממוצע על פני מיקומי איסוף וחולק לארבע קבוצות: אתיופיה, שדות הודיים, מושבות הודיות ומושבות פקיסטניות. הכיסוי עבור כל קבוצה מנורמל באמצעות החלקת גרעינים ולאחר מכן הוצג בגרף לפי עומק כיסוי הגנום החציוני עבור אותה קבוצה.