پشه‌های آنوفل مقاوم به حشره‌کش از اتیوپی، اما نه بورکینافاسو، پس از قرار گرفتن در معرض حشره‌کش، تغییراتی در ترکیب میکروبیوتا نشان می‌دهند | انگل‌ها و ناقلین

مالاریا همچنان یکی از علل اصلی مرگ و میر و بیماری در آفریقا است و بیشترین بار آن در بین کودکان زیر 5 سال است. مؤثرترین وسیله برای پیشگیری از این بیماری، عوامل کنترل ناقل حشره‌کش هستند که پشه‌های آنوفل بالغ را هدف قرار می‌دهند. در نتیجه استفاده گسترده از این مداخلات، مقاومت در برابر رایج‌ترین دسته‌های حشره‌کش‌ها اکنون در سراسر آفریقا گسترده شده است. درک مکانیسم‌های اساسی که منجر به این فنوتیپ می‌شوند، هم برای ردیابی گسترش مقاومت و هم برای توسعه ابزارهای جدید برای غلبه بر آن ضروری است.
در این مطالعه، ما ترکیب میکروبیوم جمعیت‌های آنوفل گامبیا، آنوفل کروزی و آنوفل عربینسیس مقاوم به حشره‌کش از بورکینافاسو را با جمعیت‌های حساس به حشره‌کش، که آنها نیز از اتیوپی هستند، مقایسه کردیم.
ما هیچ تفاوتی در ترکیب میکروبیوتا بین گونه‌های مقاوم به حشره‌کش و گونه‌های مقاوم به حشره‌کش پیدا نکردیم.حشره کشجمعیت‌های حساس در بورکینافاسو. این نتیجه با مطالعات آزمایشگاهی روی کلونی‌های دو کشور بورکینافاسو تأیید شد. در مقابل، در پشه‌های آنوفل عربینسیس از اتیوپی، تفاوت‌های آشکاری در ترکیب میکروبیوتا بین آن‌هایی که مردند و آن‌هایی که از مواجهه با حشره‌کش جان سالم به در بردند، مشاهده شد. برای بررسی بیشتر مقاومت این جمعیت آنوفل عربینسیس، ما توالی‌یابی RNA را انجام دادیم و بیان متفاوتی از ژن‌های سم‌زدایی مرتبط با مقاومت به حشره‌کش و همچنین تغییرات در کانال‌های یونی تنفسی، متابولیکی و سیناپسی را یافتیم.
نتایج ما نشان می‌دهد که در برخی موارد، میکروبیوتا علاوه بر تغییرات رونوشت، ممکن است در ایجاد مقاومت به حشره‌کش‌ها نقش داشته باشد.
اگرچه مقاومت اغلب به عنوان یک جزء ژنتیکی ناقل آنوفل توصیف می‌شود، مطالعات اخیر نشان داده‌اند که میکروبیوم در پاسخ به قرار گرفتن در معرض حشره‌کش‌ها تغییر می‌کند، که نشان‌دهنده نقش این ارگانیسم‌ها در مقاومت است. در واقع، مطالعات روی ناقلین پشه آنوفل گامبیا در آمریکای جنوبی و مرکزی، تغییرات قابل توجهی را در میکروبیوم اپیدرمی پس از قرار گرفتن در معرض پیرتروئیدها و همچنین تغییرات در میکروبیوم کلی پس از قرار گرفتن در معرض ارگانوفسفات‌ها نشان داده است. در آفریقا، مقاومت به پیرتروئید با تغییراتی در ترکیب میکروبیوتا در کامرون، کنیا و ساحل عاج مرتبط بوده است، در حالی که آنوفل گامبیاهای سازگار با آزمایشگاه، پس از انتخاب برای مقاومت به پیرتروئید، تغییراتی را در میکروبیوتای خود نشان داده‌اند. علاوه بر این، درمان آزمایشی با آنتی‌بیوتیک‌ها و افزودن باکتری‌های شناخته شده در پشه‌های آنوفل عربینسیس کلونیزه شده در آزمایشگاه، تحمل بیشتری را نسبت به پیرتروئیدها نشان داد. روی هم رفته، این داده‌ها نشان می‌دهند که مقاومت به حشره‌کش‌ها ممکن است با میکروبیوم پشه‌ها مرتبط باشد و این جنبه از مقاومت به حشره‌کش‌ها می‌تواند برای کنترل ناقل بیماری مورد استفاده قرار گیرد.
در این مطالعه، ما از توالی‌یابی 16S برای تعیین اینکه آیا میکروبیوتای پشه‌های کلونیزه شده در آزمایشگاه و پشه‌های جمع‌آوری‌شده از مزرعه در غرب و شرق آفریقا، بین آنهایی که زنده ماندند و آنهایی که پس از قرار گرفتن در معرض دلتامترین پیرتروئید مردند، متفاوت است یا خیر، استفاده کردیم. در زمینه مقاومت به حشره‌کش‌ها، مقایسه میکروبیوتا از مناطق مختلف آفریقا با گونه‌ها و سطوح مختلف مقاومت می‌تواند به درک تأثیرات منطقه‌ای بر جوامع میکروبی کمک کند. کلونی‌های آزمایشگاهی از بورکینافاسو بودند و در دو آزمایشگاه مختلف اروپایی (An. coluzzii در آلمان و An. arabiensis در بریتانیا) پرورش داده شدند، پشه‌های بورکینافاسو نماینده هر سه گونه از مجموعه گونه‌های An. gambiae بودند و پشه‌های اتیوپی نماینده An. arabiensis بودند. در اینجا، ما نشان می‌دهیم که Anopheles arabiensis از اتیوپی دارای نشانه‌های میکروبیوتای متمایزی در پشه‌های زنده و مرده بود، در حالی که Anopheles arabiensis از بورکینافاسو و دو آزمایشگاه این ویژگی را نداشتند. هدف از این مطالعه بررسی بیشتر مقاومت به حشره‌کش‌ها است. ما توالی‌یابی RNA را روی جمعیت‌های آنوفل عربینسیس انجام دادیم و دریافتیم که ژن‌های مرتبط با مقاومت به حشره‌کش‌ها افزایش بیان داشته‌اند، در حالی که ژن‌های مرتبط با تنفس عموماً تغییر یافته‌اند. ادغام این داده‌ها با جمعیت دوم از اتیوپی، ژن‌های کلیدی سم‌زدایی را در منطقه شناسایی کرد. مقایسه بیشتر با آنوفل عربینسیس از بورکینافاسو تفاوت‌های قابل توجهی را در پروفایل‌های رونوشت نشان داد، اما همچنان چهار ژن کلیدی سم‌زدایی را شناسایی کرد که در سراسر آفریقا بیش از حد بیان شده بودند.
سپس پشه‌های زنده و مرده هر گونه از هر منطقه با استفاده از توالی‌یابی 16S توالی‌یابی و فراوانی نسبی محاسبه شد. هیچ تفاوتی در تنوع آلفا مشاهده نشد که نشان‌دهنده عدم تفاوت در غنای واحد طبقه‌بندی عملیاتی (OTU) است. با این حال، تنوع بتا بین کشورها به طور قابل توجهی متفاوت بود و عبارات تعاملی 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 نشان‌دهنده واریانس‌های مشابه بین گروه‌ها است. نمودار مقیاس‌بندی چند متغیره Bray-Curtis (شکل 2A) نشان داد که نمونه‌ها تا حد زیادی بر اساس مکان از هم جدا شده‌اند، اما استثنائات قابل توجهی وجود داشت. چندین نمونه از جامعه An. arabiensis و یک نمونه از جامعه An. coluzzii با نمونه‌ای از بورکینافاسو همپوشانی داشتند، در حالی که یک نمونه از نمونه‌های An. arabiensis از بورکینافاسو با نمونه جامعه An. arabiensis همپوشانی داشت که ممکن است نشان دهد میکروبیوتای اصلی به طور تصادفی در طول نسل‌های متمادی و در مناطق متعدد حفظ شده است. نمونه‌های بورکینافاسو به وضوح بر اساس گونه‌ها تفکیک نشده بودند؛ این عدم تفکیک قابل انتظار بود زیرا افراد با وجود اینکه از محیط‌های لاروی مختلف منشأ گرفته بودند، متعاقباً با هم ترکیب شدند. در واقع، مطالعات نشان داده‌اند که اشتراک‌گذاری یک جایگاه اکولوژیکی در طول مرحله آبزی می‌تواند به طور قابل توجهی بر ترکیب میکروبیوتا تأثیر بگذارد [50]. جالب توجه است که در حالی که نمونه‌ها و جوامع پشه بورکینافاسو هیچ تفاوتی در بقا یا مرگ و میر پشه پس از قرار گرفتن در معرض حشره‌کش نشان ندادند، نمونه‌های اتیوپی به وضوح تفکیک شده بودند، 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 پایرتروئید 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 کرده‌اند. در این مطالعه، ما نشان می‌دهیم که تغییرات در میکروبیوتا ممکن است در جمعیت‌های خاص اهمیت بیشتری داشته باشد. ما مقاومت به حشره‌کش‌ها را در آنوفل عربینسیس از بهیر دار بیشتر توصیف می‌کنیم و تغییرات در رونوشت‌های شناخته شده مرتبط با مقاومت و همچنین تغییرات قابل توجه در ژن‌های مرتبط با تنفس را نشان می‌دهیم که در یک مطالعه قبلی RNA-seq از جمعیت‌های آنوفل عربینسیس از اتیوپی نیز مشهود بود. در مجموع، این نتایج نشان می‌دهد که مقاومت به حشره‌کش‌ها در این پشه‌ها ممکن است به ترکیبی از عوامل ژنتیکی و غیر ژنتیکی بستگی داشته باشد، احتمالاً به این دلیل که روابط همزیستی با باکتری‌های بومی ممکن است تجزیه حشره‌کش‌ها را در جمعیت‌هایی با سطوح پایین‌تر مقاومت تکمیل کند.
مطالعات اخیر، افزایش تنفس را به مقاومت در برابر حشره‌کش‌ها مرتبط دانسته‌اند، که با اصطلاحات هستی‌شناسی غنی‌شده در Bahir Dar RNAseq و داده‌های یکپارچه اتیوپیایی به‌دست‌آمده در اینجا سازگار است؛ و بار دیگر نشان می‌دهد که مقاومت منجر به افزایش تنفس می‌شود، چه به‌عنوان علت و چه به‌عنوان پیامد این فنوتیپ. اگر این تغییرات منجر به تفاوت در پتانسیل گونه‌های فعال اکسیژن و نیتروژن شود، همانطور که قبلاً پیشنهاد شد، این امر می‌تواند از طریق مقاومت متفاوت باکتری‌ها در برابر جمع‌آوری ROS توسط باکتری‌های هم‌زیست بلندمدت، بر توانایی ناقل و کلونیزاسیون میکروبی تأثیر بگذارد.
داده‌های ارائه شده در اینجا شواهدی ارائه می‌دهند که نشان می‌دهد میکروبیوتا می‌تواند در محیط‌های خاص بر مقاومت به حشره‌کش‌ها تأثیر بگذارد. ما همچنین نشان دادیم که پشه‌های An. arabiensis در اتیوپی تغییرات رونویسی مشابهی را نشان می‌دهند که باعث مقاومت به حشره‌کش‌ها می‌شود. با این حال، تعداد ژن‌های مربوط به این تغییرات در بورکینافاسو کم است. در مورد نتیجه‌گیری‌های به دست آمده در اینجا و سایر مطالعات، چندین نکته باقی می‌ماند. اول، باید با استفاده از مطالعات متابولومیک یا پیوند میکروبیوتا، رابطه علی بین بقای پیرتروئید و میکروبیوتا نشان داده شود. علاوه بر این، اعتبارسنجی کاندیداهای کلیدی در جمعیت‌های مختلف از مناطق مختلف باید نشان داده شود. در نهایت، ترکیب داده‌های رونویسی با داده‌های میکروبیوتا از طریق مطالعات هدفمند پس از پیوند، اطلاعات دقیق‌تری در مورد اینکه آیا میکروبیوتا مستقیماً بر رونویسی پشه در رابطه با مقاومت به پیرتروئید تأثیر می‌گذارد یا خیر، ارائه می‌دهد. با این حال، 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.