La malaria rimane una delle principali cause di morte e malattia in Africa, con un'incidenza maggiore tra i bambini sotto i 5 anni. Il mezzo più efficace per prevenire la malattia sono gli agenti insetticidi per il controllo dei vettori che prendono di mira le zanzare adulte del genere Anopheles. Grazie all'uso diffuso di questi interventi, la resistenza alle classi di insetticidi più comunemente utilizzate è ormai diffusa in tutta l'Africa. Comprendere i meccanismi alla base di questo fenotipo è essenziale sia per monitorare la diffusione della resistenza sia per sviluppare nuovi strumenti per superarla.
In questo studio abbiamo confrontato la composizione del microbioma delle popolazioni di Anopheles gambiae, Anopheles cruzi e Anopheles arabiensis resistenti agli insetticidi del Burkina Faso con quelle di popolazioni sensibili agli insetticidi, sempre provenienti dall'Etiopia.
Non abbiamo trovato differenze nella composizione del microbiota tra batteri resistenti agli insetticidi einsetticidapopolazioni sensibili agli insetti in Burkina Faso. Questo risultato è stato confermato da studi di laboratorio su colonie provenienti da due paesi del Burkina Faso. Al contrario, nelle zanzare Anopheles arabiensis dell'Etiopia, sono state osservate chiare differenze nella composizione del microbiota tra quelle morte e quelle sopravvissute all'esposizione agli insetticidi. Per indagare ulteriormente la resistenza di questa popolazione di Anopheles arabiensis, abbiamo eseguito il sequenziamento dell'RNA e abbiamo riscontrato un'espressione differenziale dei geni di detossificazione associati alla resistenza agli insetticidi, nonché alterazioni nei canali ionici respiratori, metabolici e sinaptici.
I nostri risultati suggeriscono che in alcuni casi il microbiota può contribuire allo sviluppo della resistenza agli insetticidi, oltre alle modifiche del trascrittoma.
Sebbene la resistenza sia spesso descritta come una componente genetica del vettore Anopheles, studi recenti hanno dimostrato che il microbioma cambia in risposta all'esposizione agli insetticidi, suggerendo un ruolo di questi organismi nella resistenza. Infatti, studi su vettori di zanzare Anopheles gambiae in America meridionale e centrale hanno mostrato cambiamenti significativi nel microbioma epidermico a seguito dell'esposizione a piretroidi, così come cambiamenti nel microbioma complessivo a seguito dell'esposizione a organofosfati. In Africa, la resistenza ai piretroidi è stata associata a cambiamenti nella composizione del microbiota in Camerun, Kenya e Costa d'Avorio, mentre le Anopheles gambiae adattate in laboratorio hanno mostrato cambiamenti nel loro microbiota a seguito della selezione per la resistenza ai piretroidi. Inoltre, il trattamento sperimentale con antibiotici e l'aggiunta di batteri noti in zanzare Anopheles arabiensis colonizzate in laboratorio hanno mostrato una maggiore tolleranza ai piretroidi. Nel complesso, questi dati suggeriscono che la resistenza agli insetticidi potrebbe essere collegata al microbioma delle zanzare e che questo aspetto della resistenza agli insetticidi potrebbe essere sfruttato per il controllo dei vettori delle malattie.
In questo studio, abbiamo utilizzato il sequenziamento 16S per determinare se il microbiota di zanzare colonizzate in laboratorio e raccolte sul campo in Africa occidentale e orientale differisse tra quelle sopravvissute e quelle decedute dopo l'esposizione al piretroide deltametrina. Nel contesto della resistenza agli insetticidi, il confronto del microbiota di diverse regioni africane con diverse specie e livelli di resistenza può aiutare a comprendere le influenze regionali sulle comunità microbiche. Le colonie di laboratorio provenivano dal Burkina Faso e allevate in due diversi laboratori europei (An. coluzzii in Germania e An. arabiensis nel Regno Unito); le zanzare del Burkina Faso rappresentavano tutte e tre le specie del complesso di An. gambiae e le zanzare dell'Etiopia rappresentavano An. arabiensis. In questo studio, dimostriamo che le zanzare Anopheles arabiensis dell'Etiopia presentavano firme microbiche distinte nelle zanzare vive e morte, mentre le Anopheles arabiensis del Burkina Faso e di due laboratori non presentavano tali caratteristiche. Lo scopo di questo studio è approfondire ulteriormente la resistenza agli insetticidi. Abbiamo eseguito il sequenziamento dell'RNA sulle popolazioni di Anopheles arabiensis e abbiamo scoperto che i geni associati alla resistenza agli insetticidi erano sovraespressi, mentre i geni correlati alla respirazione risultavano generalmente alterati. L'integrazione di questi dati con una seconda popolazione etiope ha identificato geni chiave per la detossificazione nella regione. Un ulteriore confronto con Anopheles arabiensis del Burkina Faso ha rivelato differenze significative nei profili trascrittomici, ma ha comunque identificato quattro geni chiave per la detossificazione sovraespressi in tutta l'Africa.
Zanzare vive e morte di ciascuna specie da ciascuna regione sono state quindi sequenziate utilizzando il sequenziamento 16S e ne sono state calcolate le abbondanze relative. Non sono state osservate differenze nella diversità alfa, indicando l'assenza di differenze nella ricchezza di unità tassonomiche operative (OTU); tuttavia, la diversità beta variava significativamente tra i paesi e i termini di interazione per paese e stato vivo/morto (PANOVA = 0,001 e 0,008, rispettivamente) indicavano l'esistenza di diversità tra questi fattori. Non sono state osservate differenze nella varianza beta tra i paesi, indicando varianze simili tra i gruppi. Il grafico di scala multivariata di Bray-Curtis (Figura 2A) ha mostrato che i campioni erano ampiamente segregati per posizione, ma c'erano alcune eccezioni degne di nota. Diversi campioni della comunità di An. arabiensis e un campione della comunità di An. coluzzii si sovrapponevano a un campione del Burkina Faso, mentre un campione dei campioni di An. arabiensis del Burkina Faso si sovrapponeva a quello di An. arabiensis, il che potrebbe indicare che il microbiota originale è stato mantenuto in modo casuale per molte generazioni e in più regioni. I campioni del Burkina Faso non erano chiaramente segregati per specie; questa mancanza di segregazione era prevista poiché gli individui sono stati successivamente raggruppati nonostante provenissero da diversi ambienti larvali. In effetti, studi hanno dimostrato che la condivisione di una nicchia ecologica durante la fase acquatica può influenzare significativamente la composizione del microbiota [50]. È interessante notare che, mentre i campioni e le comunità di zanzare del Burkina Faso non hanno mostrato differenze nella sopravvivenza o mortalità delle zanzare dopo l'esposizione agli insetticidi, i campioni etiopi erano chiaramente segregati, suggerendo che la composizione del microbiota in questi campioni di Anopheles è associata alla resistenza agli insetticidi. I campioni sono stati raccolti dalla stessa posizione, il che potrebbe spiegare la più forte associazione.
La resistenza agli insetticidi piretroidi è un fenotipo complesso e, mentre i cambiamenti nel metabolismo e nei bersagli sono relativamente ben studiati, i cambiamenti nel microbiota stanno solo iniziando a essere esplorati. In questo studio, dimostriamo che i cambiamenti nel microbiota possono essere più importanti in alcune popolazioni; caratterizziamo ulteriormente la resistenza agli insetticidi in Anopheles arabiensis di Bahir Dar e mostriamo cambiamenti nei trascritti noti associati alla resistenza, così come cambiamenti significativi nei geni correlati alla respirazione che erano evidenti anche in un precedente studio di RNA-seq su popolazioni di Anopheles arabiensis dall'Etiopia. Insieme, questi risultati suggeriscono che la resistenza agli insetticidi in queste zanzare può dipendere da una combinazione di fattori genetici e non genetici, probabilmente perché le relazioni simbiotiche con i batteri indigeni possono integrare la degradazione degli insetticidi in popolazioni con livelli di resistenza inferiori.
Studi recenti hanno collegato l'aumento della respirazione alla resistenza agli insetticidi, in linea con i termini ontologici arricchiti in Bahir Dar RNAseq e i dati etiopi integrati ottenuti qui; suggerendo ancora una volta che la resistenza si traduce in un aumento della respirazione, sia come causa che come conseguenza di questo fenotipo. Se questi cambiamenti portano a differenze nel potenziale di specie reattive dell'ossigeno e dell'azoto, come precedentemente suggerito, ciò potrebbe influire sulla competenza del vettore e sulla colonizzazione microbica attraverso una resistenza batterica differenziale all'eliminazione dei ROS da parte di batteri commensali a lungo termine.
I dati qui presentati dimostrano che il microbiota può influenzare la resistenza agli insetticidi in determinati ambienti. Abbiamo anche dimostrato che le zanzare An. arabiensis in Etiopia presentano alterazioni del trascrittoma simili che conferiscono resistenza agli insetticidi; tuttavia, il numero di geni corrispondenti a quelli del Burkina Faso è esiguo. Rimangono diverse riserve riguardo alle conclusioni raggiunte in questo e in altri studi. In primo luogo, è necessario dimostrare una relazione causale tra la sopravvivenza dei piretroidi e il microbiota utilizzando studi metabolomici o il trapianto di microbiota. Inoltre, è necessario dimostrare la validazione di candidati chiave in più popolazioni di diverse regioni. Infine, la combinazione dei dati del trascrittoma con i dati del microbiota attraverso studi post-trapianto mirati fornirà informazioni più dettagliate sull'influenza diretta del microbiota sul trascrittoma delle zanzare in relazione alla resistenza ai piretroidi. Tuttavia, nel complesso, i nostri dati suggeriscono che la resistenza è sia locale che transnazionale, evidenziando la necessità di testare nuovi prodotti insetticidi in più regioni.
Data di pubblicazione: 24-03-2025