יתושי אנופלס עמידים לחומרי הדברה מאתיופיה, אך לא מבורקינה פאסו, מציגים שינויים בהרכב המיקרוביוטה לאחר חשיפה לחומרי הדברה | טפילים ווקטורים

מלריה נותרה גורם מרכזי למוות ולתחלואה באפריקה, כאשר הנטל הגדול ביותר הוא בקרב ילדים מתחת לגיל 5. האמצעים היעילים ביותר למניעת המחלה הם חומרי הדברה קוטלי חרקים המכוונים ליתושי אנופלס בוגרים. כתוצאה מהשימוש הנרחב בהתערבויות אלו, עמידות לסוגי קוטלי החרקים הנפוצים ביותר נפוצה כיום ברחבי אפריקה. הבנת המנגנונים הבסיסיים המובילים לפנוטיפ זה חיונית הן למעקב אחר התפשטות העמידות והן לפיתוח כלים חדשים להתגברות עליה.
במחקר זה, השוונו את הרכב המיקרוביום של אוכלוסיות של Anopheles gambiae, Anopheles cruzi ו-Anopheles arabiensis עמידות לקוטלי חרקים מבורקינה פאסו עם אוכלוסיות רגישות לקוטלי חרקים, גם הן מאתיופיה.
לא מצאנו הבדלים בהרכב המיקרוביוטה בין עמידים לחומרי הדברה לביןקוטל חרקיםאוכלוסיות רגישות בבורקינה פאסו. תוצאה זו אושרה על ידי מחקרי מעבדה של מושבות משתי מדינות בבורקינה פאסו. לעומת זאת, ביתושי אנופלס אראביינסיס מאתיופיה, נצפו הבדלים ברורים בהרכב המיקרוביוטה בין אלו שמתו לבין אלו ששרדו חשיפה לחומרי הדברה. כדי לחקור עוד יותר את העמידות של אוכלוסיית אנופלס אראביינסיס זו, ביצענו ריצוף RNA ומצאנו ביטוי דיפרנציאלי של גנים לניקוי רעלים הקשורים לעמידות לחומרי הדברה, כמו גם שינויים בתעלות יונים נשימתיות, מטבוליות וסינפטיות.
תוצאותינו מצביעות על כך שבמקרים מסוימים המיקרוביוטה עשויה לתרום להתפתחות עמידות לקוטלי חרקים, בנוסף לשינויים בטרנסקריפטומים.
למרות שעמידות מתוארת לעתים קרובות כמרכיב גנטי של וקטור האנופלס, מחקרים אחרונים הראו כי המיקרוביום משתנה בתגובה לחשיפה לקוטלי חרקים, דבר המצביע על תפקידם של אורגניזמים אלה בעמידות. ואכן, מחקרים של וקטורי יתושים מסוג Anopheles gambiae בדרום ומרכז אמריקה הראו שינויים משמעותיים במיקרוביום האפידרמלי בעקבות חשיפה לפירתרואידים, כמו גם שינויים במיקרוביום הכללי בעקבות חשיפה לפוספטים אורגניים. באפריקה, עמידות לפירתרואידים נקשרה לשינויים בהרכב המיקרוביוטה בקמרון, קניה וחוף השנהב, בעוד שאנופלס gambiae שעברו עיבוד מעבדה הראו שינויים במיקרוביוטה שלהם בעקבות ברירה לעמידות לפירתרואידים. יתר על כן, טיפול ניסיוני באנטיביוטיקה והוספת חיידקים ידועים ליתושי אנופלס אראביינסיס שהותיישבו במעבדה הראו סבילות מוגברת לפירתרואידים. יחד, נתונים אלה מצביעים על כך שעמידות לחומרי חרקים עשויה להיות קשורה למיקרוביום של היתושים וכי היבט זה של עמידות לחומרי חרקים יכול להיות מנוצל לבקרת וקטורי מחלות.
במחקר זה, השתמשנו בריצוף 16S כדי לקבוע האם המיקרוביוטה של ​​יתושים שהותיישבו במעבדה ונאספו בשטח במערב ובמזרח אפריקה הייתה שונה בין אלו ששרדו לבין אלו שמתו לאחר חשיפה לפירתרואיד דלתאמתרין. בהקשר של עמידות לקוטלי חרקים, השוואת מיקרוביוטה מאזורים שונים באפריקה עם מינים ורמות עמידות שונות יכולה לסייע בהבנת השפעות אזוריות על קהילות מיקרוביאליות. מושבות המעבדה היו מבורקינה פאסו וגודלו בשתי מעבדות אירופאיות שונות (An. coluzzii בגרמניה ו-An. arabiensis בבריטניה), יתושים מבורקינה פאסו ייצגו את כל שלושת המינים של קומפלקס המינים An. gambiae, ויתושים מאתיופיה ייצגו את An. arabiensis. כאן, אנו מראים כי לאנופלס arabiensis מאתיופיה היו חתימות מיקרוביוטה שונות ביתושים חיים ומתים, בעוד שאנופלס arabiensis מבורקינה פאסו ומשתי מעבדות לא היו כאלה. מטרת מחקר זה היא לחקור עוד יותר את העמידות לקוטלי חרקים. ביצענו ריצוף RNA על אוכלוסיות של Anopheles arabiensis ומצאנו שגנים הקשורים לעמידות לחומרי הדברה היו מווסתים כלפי מעלה, בעוד שגנים הקשורים לנשימה השתנו באופן כללי. שילוב נתונים אלה עם אוכלוסייה שנייה מאתיופיה זיהה גנים מרכזיים לניקוי רעלים באזור. השוואה נוספת עם Anopheles arabiensis מבורקינה פאסו חשפה הבדלים משמעותיים בפרופילי הטרנסקריפטומים, אך עדיין זיהינו ארבעה גנים מרכזיים לניקוי רעלים שהיו בביטוי יתר ברחבי אפריקה.
יתושים חיים ומתים מכל מין מכל אזור רוצפו לאחר מכן באמצעות ריצוף 16S וחושבו שכיחותם היחסית. לא נצפו הבדלים בגיוון אלפא, דבר המצביע על כך שאין הבדלים בעושר היחידות הטקסונומיות התפעוליות (OTU); עם זאת, גיוון בטא השתנה באופן משמעותי בין מדינות, ומונחי אינטראקציה עבור מדינה ומצב חיים/מתים (PANOVA = 0.001 ו-0.008, בהתאמה) הצביעו על קיומו של גיוון בין גורמים אלה. לא נצפו הבדלים בשונות בטא בין מדינות, דבר המצביע על שונות דומה בין הקבוצות. גרף קנה המידה הרב-משתני של Bray-Curtis (איור 2A) הראה כי הדגימות הופרדו במידה רבה לפי מיקום, אך היו כמה יוצאים מן הכלל בולטים. מספר דגימות מקהילת An. arabiensis ודגימה אחת מקהילת An. coluzzii חפפו לדגימה מבורקינה פאסו, בעוד שדגימה אחת מדגימות An. arabiensis מבורקינה פאסו חפפה לדגימה של קהילת An. arabiensis, דבר שעשוי להעיד על כך שהמיקרוביוטה המקורית נשמרה באופן אקראי לאורך דורות רבים ועל פני אזורים מרובים. דגימות בורקינה פאסו לא הופרדו באופן ברור לפי מינים; חוסר הפרדה זה היה צפוי מכיוון שפרטים נאספו לאחר מכן למרות שמוצאם מסביבות זחל שונות. ואכן, מחקרים הראו כי שיתוף נישה אקולוגית בשלב המימי יכול להשפיע באופן משמעותי על הרכב המיקרוביוטה [50]. מעניין לציין, שבעוד שדגימות וקהילות יתושים מבורקינה פאסו לא הראו הבדלים בהישרדות או בתמותה של יתושים לאחר חשיפה לחומרי הדברה, הדגימות האתיופיות היו באופן ברור מופרדות, דבר המצביע על כך שהרכב המיקרוביוטה בדגימות אנופלס אלו קשור לעמידות לחומרי הדברה. הדגימות נאספו מאותו מיקום, דבר שעשוי להסביר את הקשר החזק יותר.
עמידות לקוטלי חרקים ממשפחת פירתרואידים היא פנוטיפ מורכב, ובעוד ששינויים בחילוף החומרים ובמטרות נחקרים יחסית היטב, שינויים במיקרוביוטה רק מתחילים להיחקר. במחקר זה, אנו מראים כי שינויים במיקרוביוטה עשויים להיות חשובים יותר באוכלוסיות מסוימות; אנו מאפיינים עוד יותר עמידות לחומרי חרקים באנופלס אראביינסיס מבהר דאר ומראים שינויים בתעתיקים ידועים הקשורים לעמידות, כמו גם שינויים משמעותיים בגנים הקשורים לנשימה שהיו ניכרים גם במחקר RNA-seq קודם של אוכלוסיות אנופלס אראביינסיס מאתיופיה. יחד, תוצאות אלו מצביעות על כך שעמידות לחומרי חרקים ביתושים אלה עשויה להיות תלויה בשילוב של גורמים גנטיים ולא גנטיים, ככל הנראה משום שיסביונים סימביוטיים עם חיידקים מקומיים עשויים להשלים את פירוק קוטלי החרקים באוכלוסיות עם רמות נמוכות יותר של עמידות.
מחקרים אחרונים קישרו נשימה מוגברת לעמידות לקוטלי חרקים, בהתאם למונחי האונטולוגיה המועשרים ב-Bahir Dar RNAseq ולנתונים האתיופיים המשולבים שהתקבלו כאן; דבר המצביע שוב על כך שעמידות גורמת לנשימה מוגברת, בין אם כסיבה ובין אם כתוצאה של פנוטיפ זה. אם שינויים אלה יובילו להבדלים בפוטנציאל של מיני חמצן וחנקן ריאקטיביים, כפי שהוצע בעבר, הדבר עלול להשפיע על כשירות הווקטורים ועל התיישבות המיקרוביאלית באמצעות עמידות חיידקית דיפרנציאלית לאכילת ROS על ידי חיידקי קומנסליים ארוכי טווח.
הנתונים המוצגים כאן מספקים ראיות לכך שהמיקרוביוטה יכולה להשפיע על עמידות לחומרי הדברה בסביבות מסוימות. כמו כן, הראינו כי יתושי An. arabiensis באתיופיה מציגים שינויים דומים בטרנסקריפטום המקנים עמידות לחומרי הדברה; עם זאת, מספר הגנים התואמים לאלה שבבורקינה פאסו קטן. נותרו מספר הסתייגויות בנוגע למסקנות שהושגו כאן ובמחקרים אחרים. ראשית, יש להדגים קשר סיבתי בין הישרדות פירתרואידים למיקרוביוטה באמצעות מחקרים מטבולומיים או השתלת מיקרוביוטה. בנוסף, יש להדגים אימות של מועמדים מרכזיים באוכלוסיות מרובות מאזורים שונים. לבסוף, שילוב נתוני טרנסקריפטום עם נתוני מיקרוביוטה באמצעות מחקרים ממוקדים לאחר השתלה יספק מידע מפורט יותר האם המיקרוביוטה משפיעה ישירות על הטרנסקריפטום של היתוש ביחס לעמידות לחומרי הדברה. עם זאת, יחד, הנתונים שלנו מצביעים על כך שהעמידות היא גם מקומית וגם טרנס-לאומית, מה שמדגיש את הצורך לבחון מוצרי חרקים חדשים באזורים מרובים.