پشه‌های آنوفل مقاوم به حشره‌کش از اتیوپی، اما نه بورکینافاسو، تغییراتی را در ترکیب میکروبیوتا پس از قرار گرفتن در معرض حشره‌کش نشان می‌دهند | انگل ها و ناقلان

مالاریا یکی از علل اصلی مرگ و میر و بیماری در آفریقا است و بیشترین بار در میان کودکان زیر 5 سال وجود دارد. موثرترین وسیله برای پیشگیری از بیماری، عوامل کنترل کننده ناقل حشره کش هستند که پشه های بالغ آنوفل را هدف قرار می دهند. در نتیجه استفاده گسترده از این مداخلات، مقاومت در برابر رایج‌ترین کلاس‌های حشره‌کش در حال حاضر در سراسر آفریقا گسترده شده است. درک مکانیسم های اساسی که منجر به این فنوتیپ می شود، هم برای پیگیری گسترش مقاومت و هم برای توسعه ابزارهای جدید برای غلبه بر آن ضروری است.
در این مطالعه، ما ترکیب میکروبیوم جمعیت‌های Anopheles gambiae، Anopheles cruzi و Anopheles arabiensis مقاوم به حشره‌کش از بورکینافاسو را با جمعیت‌های حساس به حشره‌کش، همچنین از اتیوپی مقایسه کردیم.
ما هیچ تفاوتی در ترکیب میکروبیوتا بین مقاوم به حشره کش وحشره کشجمعیت های حساس در بورکینافاسو این نتیجه توسط مطالعات آزمایشگاهی مستعمرات از دو کشور بورکینافاسو تایید شد. در مقابل، در پشه‌های Anopheles arabiensis از اتیوپی، تفاوت‌های واضحی در ترکیب میکروبیوتا بین آنهایی که مرده‌اند و آنهایی که از قرار گرفتن در معرض حشره‌کش جان سالم به در برده‌اند، مشاهده شد. برای بررسی بیشتر مقاومت این جمعیت Anopheles arabiensis، ما توالی‌یابی RNA را انجام دادیم و بیان متفاوتی از ژن‌های سم‌زدایی مرتبط با مقاومت به حشره‌کش، و همچنین تغییرات در کانال‌های یونی تنفسی، متابولیک و سیناپسی را یافتیم.
نتایج ما نشان می دهد که در برخی موارد میکروبیوتا ممکن است علاوه بر تغییرات رونوشت، به ایجاد مقاومت به حشره کش کمک کند.
اگرچه مقاومت اغلب به عنوان یک جزء ژنتیکی ناقل آنوفل توصیف می شود، مطالعات اخیر نشان داده اند که میکروبیوم در پاسخ به قرار گرفتن در معرض حشره کش تغییر می کند و نقش این موجودات را در مقاومت نشان می دهد. در واقع، مطالعات بر روی ناقل های پشه آنوفل گامبیا در آمریکای جنوبی و مرکزی تغییرات قابل توجهی را در میکروبیوم اپیدرم به دنبال قرار گرفتن در معرض پیرتروئیدها و همچنین تغییرات در میکروبیوم کلی بدن به دنبال قرار گرفتن در معرض ارگانوفسفره ها نشان داده است. در آفریقا، مقاومت پیرتروئیدی با تغییراتی در ترکیب میکروبیوتا در کامرون، کنیا و ساحل عاج همراه است، در حالی که آنوفل گامبیای سازگار با آزمایشگاه تغییراتی را در میکروبیوتای خود پس از انتخاب برای مقاومت به پیرتروئید نشان داده است. علاوه بر این، درمان تجربی با آنتی‌بیوتیک‌ها و افزودن باکتری‌های شناخته شده در پشه‌های Anopheles arabiensis کلونیزه‌شده در آزمایشگاه، تحمل بیشتری به پیرتروئیدها نشان داد. این داده ها با هم نشان می دهد که مقاومت به حشره کش ممکن است با میکروبیوم پشه مرتبط باشد و این جنبه از مقاومت به حشره کش می تواند برای کنترل ناقل بیماری مورد استفاده قرار گیرد.
در این مطالعه، ما از توالی‌یابی 16S برای تعیین اینکه آیا میکروبیوتا پشه‌های مستعمره‌شده آزمایشگاهی و جمع‌آوری‌شده در مزرعه در غرب و شرق آفریقا بین آنهایی که زنده مانده‌اند و آنهایی که پس از قرار گرفتن در معرض پیرتروئید دلتامترین مرده‌اند، متفاوت است یا خیر، استفاده کردیم. در زمینه مقاومت به حشره کش ها، مقایسه میکروبیوتا از مناطق مختلف آفریقا با گونه ها و سطوح مختلف مقاومت می تواند به درک تأثیرات منطقه ای بر جوامع میکروبی کمک کند. مستعمرات آزمایشگاهی از بورکینافاسو بودند و در دو آزمایشگاه اروپایی مختلف (An. coluzzii در آلمان و An. arabiensis در بریتانیا) پرورش یافتند. پشه‌های بورکینافاسو هر سه گونه از آن را نشان می‌دادند. مجموعه گونه های gambiae و پشه های اتیوپی نشان دهنده An. arabiensis در اینجا، نشان می‌دهیم که Anopheles arabiensis از اتیوپی دارای امضای میکروبیوتای متمایز در پشه‌های زنده و مرده است، در حالی که Anopheles arabiensis از بورکینافاسو و دو آزمایشگاه فاقد آن هستند. هدف از این مطالعه بررسی بیشتر مقاومت به حشره کش ها می باشد. ما توالی‌یابی RNA را روی جمعیت‌های Anopheles arabiensis انجام دادیم و دریافتیم که ژن‌های مرتبط با مقاومت به حشره‌کش‌ها تنظیم مثبتی داشتند، در حالی که ژن‌های مربوط به تنفس عموماً تغییر می‌کردند. ادغام این داده ها با جمعیت دوم از اتیوپی، ژن های کلیدی سم زدایی را در منطقه شناسایی کرد. مقایسه بیشتر با Anopheles arabiensis از بورکینافاسو تفاوت های قابل توجهی را در پروفایل های رونوشت نشان داد، اما همچنان چهار ژن کلیدی سم زدایی را شناسایی کرد که در سراسر آفریقا بیش از حد بیان شده بودند.
پشه های زنده و مرده هر گونه از هر منطقه با استفاده از توالی یابی 16S تعیین توالی شدند و فراوانی نسبی محاسبه شد. هیچ تفاوتی در تنوع آلفا مشاهده نشد، که نشان دهنده هیچ تفاوتی در غنای واحد طبقه بندی عملیاتی (OTU) نیست. با این حال، تنوع بتا به طور قابل توجهی بین کشورها متفاوت است، و شرایط تعامل برای کشور و وضعیت زنده/مرده (به ترتیب PANOVA = 0.001 و 0.008) نشان داد که تنوع بین این عوامل وجود دارد. هیچ تفاوتی در واریانس بتا بین کشورها مشاهده نشد که نشان دهنده واریانس مشابه بین گروه ها است. نمودار مقیاس بندی چند متغیره Bray-Curtis (شکل 2A) نشان داد که نمونه ها تا حد زیادی بر اساس مکان تفکیک شده اند، اما برخی استثناهای قابل توجه وجود دارد. چندین نمونه از An. جامعه arabiensis و یک نمونه از An. جامعه coluzzii با نمونه ای از بورکینافاسو همپوشانی داشت، در حالی که یک نمونه از An. نمونه‌های arabiensis از بورکینافاسو با An همپوشانی داشتند. نمونه جامعه arabiensis، که ممکن است نشان دهد که میکروبیوتای اصلی به طور تصادفی در طی چندین نسل و در مناطق مختلف نگهداری شده است. نمونه های بورکینافاسو به وضوح بر اساس گونه ها تفکیک نشدند. این عدم تفکیک از آنجایی که افراد متعاقباً با وجود نشات گرفته از محیط های مختلف لاروی ادغام شدند، انتظار می رفت. در واقع، مطالعات نشان داده اند که به اشتراک گذاشتن یک طاقچه اکولوژیکی در طول مرحله آبی می تواند به طور قابل توجهی بر ترکیب میکروبیوتا تأثیر بگذارد [50]. جالب توجه است، در حالی که نمونه‌ها و جوامع پشه بورکینافاسو هیچ تفاوتی در بقای پشه یا مرگ و میر پس از قرار گرفتن در معرض حشره‌کش نشان ندادند، نمونه‌های اتیوپی به وضوح از هم جدا شدند، که نشان می‌دهد ترکیب میکروبیوتا در این نمونه‌های آنوفل با مقاومت به حشره‌کش مرتبط است. نمونه‌ها از همان مکان جمع‌آوری شدند، که ممکن است ارتباط قوی‌تر را توضیح دهد.
مقاومت در برابر حشره‌کش‌های پیرتروئید یک فنوتیپ پیچیده است و در حالی که تغییرات در متابولیسم و ​​اهداف نسبتاً به خوبی مورد مطالعه قرار گرفته‌اند، تغییرات در میکروبیوتا تازه شروع به بررسی شده‌اند. در این مطالعه، ما نشان می‌دهیم که تغییرات در میکروبیوتا ممکن است در جمعیت‌های خاص مهم‌تر باشد. ما بیشتر مقاومت حشره‌کش را در Anopheles arabiensis از باهیر دار مشخص می‌کنیم و تغییراتی را در رونوشت‌های مرتبط با مقاومت شناخته شده، و همچنین تغییرات قابل‌توجهی در ژن‌های مربوط به تنفس نشان می‌دهیم که در مطالعه قبلی RNA-seq روی جمعیت‌های Anopheles arabiensis از اتیوپی نیز مشهود بود. با هم، این نتایج نشان می‌دهد که مقاومت حشره‌کش‌ها در این پشه‌ها ممکن است به ترکیبی از عوامل ژنتیکی و غیر ژنتیکی بستگی داشته باشد، احتمالاً زیرا روابط همزیستی با باکتری‌های بومی ممکن است تکمیل کننده تخریب حشره‌کش در جمعیت‌هایی با سطوح مقاومت پایین‌تر باشد.
مطالعات اخیر افزایش تنفس را با مقاومت به حشره‌کش مرتبط دانسته‌اند که مطابق با اصطلاحات هستی‌شناسی غنی‌شده در Bahir Dar RNAseq و داده‌های یکپارچه اتیوپی به‌دست‌آمده در اینجا است. مجدداً نشان می دهد که مقاومت منجر به افزایش تنفس می شود، چه به عنوان علت یا پیامد این فنوتیپ. اگر این تغییرات منجر به تفاوت‌هایی در پتانسیل گونه‌های اکسیژن فعال و نیتروژن شود، همانطور که قبلاً پیشنهاد شد، این می‌تواند بر شایستگی ناقل و کلونیزاسیون میکروبی از طریق مقاومت باکتریایی متفاوت در برابر مهار ROS توسط باکتری‌های کامنزال طولانی مدت تأثیر بگذارد.
داده های ارائه شده در اینجا شواهدی ارائه می دهد که میکروبیوتا می تواند بر مقاومت حشره کش در محیط های خاص تأثیر بگذارد. ما همچنین نشان دادیم که An. پشه‌های arabiensis در اتیوپی تغییرات رونوشت‌های مشابهی را نشان می‌دهند که مقاومت به حشره‌کش‌ها را ایجاد می‌کنند. با این حال، تعداد ژن های مربوط به ژن های موجود در بورکینافاسو کم است. اخطارهای متعددی در رابطه با نتایج به دست آمده در اینجا و سایر مطالعات باقی مانده است. ابتدا، یک رابطه علی بین بقای پیرتروئید و میکروبیوتا باید با استفاده از مطالعات متابولومیک یا پیوند میکروبیوتا نشان داده شود. علاوه بر این، اعتبار کاندیداهای کلیدی در چند جمعیت از مناطق مختلف باید نشان داده شود. در نهایت، ترکیب داده‌های رونوشت با داده‌های میکروبیوتا از طریق مطالعات هدفمند پس از پیوند، اطلاعات دقیق‌تری در مورد اینکه آیا میکروبیوتا مستقیماً بر رونوشت پشه با توجه به مقاومت پیرتروئیدی تأثیر می‌گذارد، ارائه می‌کند. با این حال، روی هم رفته، داده‌های ما نشان می‌دهد که مقاومت هم محلی و هم فراملی است و نیاز به آزمایش محصولات حشره‌کش جدید در مناطق مختلف را برجسته می‌کند.