Malaría er enn helsta orsök dauðsfalla og veikinda í Afríku, með mestu byrðina meðal barna yngri en 5 ára. Áhrifaríkasta leiðin til að koma í veg fyrir sjúkdóminn eru skordýraeyðandi smitberar sem beinast gegn fullorðnum Anopheles moskítóflugum. Vegna mikillar notkunar þessara inngripa er ónæmi fyrir algengustu flokkum skordýraeiturs nú útbreitt um alla Afríku. Skilningur á undirliggjandi aðferðum sem leiða til þessarar svipgerðar er nauðsynleg bæði til að fylgjast með útbreiðslu ónæmis og til að þróa ný tæki til að sigrast á henni.
Í þessari rannsókn bárum við saman örverusamsetningu skordýraeiturþolinna Anopheles gambiae, Anopheles cruzi og Anopheles arabiensis stofna frá Búrkína Fasó við skordýraeiturnæma íbúa, einnig frá Eþíópíu.
Við fundum engan mun á samsetningu örvera á milli skordýraeiturþolinna ogskordýraeitur-næmar íbúar í Búrkína Fasó. Þessi niðurstaða var staðfest með rannsóknarstofurannsóknum á nýlendum frá tveimur Burkina Faso löndum. Aftur á móti sást í Anopheles arabiensis moskítóflugum frá Eþíópíu greinilegur munur á samsetningu örvera á milli þeirra sem dóu og þeirra sem lifðu af útsetningu fyrir skordýraeitri. Til að kanna frekar viðnám þessa Anopheles arabiensis þýðis, gerðum við RNA raðgreiningu og fundum mismunandi tjáningu á afeitrunargenum sem tengjast skordýraeiturþoli, sem og breytingar á öndunar-, efnaskipta- og taugamótajónagöngum.
Niðurstöður okkar benda til þess að í sumum tilfellum geti örveran stuðlað að þróun skordýraeiturþols, auk umritabreytinga.
Þrátt fyrir að ónæmi sé oft lýst sem erfðafræðilegum þáttum Anopheles ferjunnar, hafa nýlegar rannsóknir sýnt að örveran breytist sem svar við útsetningu skordýraeiturs, sem bendir til hlutverks þessara lífvera í ónæmi. Reyndar hafa rannsóknir á Anopheles gambiae moskítóferjum í Suður- og Mið-Ameríku sýnt verulegar breytingar á húðþekju örveru eftir útsetningu fyrir pyrethroids, sem og breytingar á heildar örveru eftir útsetningu fyrir lífrænum fosfötum. Í Afríku hefur pýretróíðónæmi verið tengt breytingum á samsetningu örveru í Kamerún, Kenýa og Fílabeinsströndinni, á meðan Anopheles gambiae aðlagaðar rannsóknarstofur hafa sýnt breytingar í örveru þeirra eftir val á pýretróíðónæmi. Ennfremur sýndi tilraunameðferð með sýklalyfjum og íblöndun þekktra baktería í Anopheles arabiensis moskítóflugum, sem nýlendu á rannsóknarstofu, aukið þol fyrir pyrethroids. Saman benda þessi gögn til þess að skordýraeiturþol gæti tengst moskítóörverunni og að hægt væri að nýta þennan þátt skordýraeiturþols til að stjórna sjúkdómsferjum.
Í þessari rannsókn notuðum við 16S raðgreiningu til að ákvarða hvort örvera moskítóflugna sem voru nýlendu á rannsóknarstofu og safnaðar á akri í Vestur- og Austur-Afríku væri mismunandi á milli þeirra sem lifðu af og þeirra sem dóu eftir útsetningu fyrir pýretróíð deltametríni. Í samhengi við skordýraeiturþol getur samanburður á örverum frá mismunandi svæðum í Afríku við mismunandi tegundir og stig ónæmis hjálpað til við að skilja svæðisbundin áhrif á örverusamfélög. Rannsóknarstofurnar voru frá Búrkína Fasó og ræktaðar í tveimur mismunandi evrópskum rannsóknarstofum (An. coluzzii í Þýskalandi og An. arabiensis í Bretlandi), moskítóflugur frá Búrkína Fasó voru fulltrúar allra þriggja tegunda An. gambiae tegundasamstæða og moskítóflugur frá Eþíópíu táknuðu An. arabiensis. Hér sýnum við að Anopheles arabiensis frá Eþíópíu hafði mismunandi örverumerki í lifandi og dauða moskítóflugum, en Anopheles arabiensis frá Búrkína Fasó og tveimur rannsóknarstofum ekki. Markmið þessarar rannsóknar er að kanna frekar skordýraeiturþol. Við gerðum RNA raðgreiningu á Anopheles arabiensis stofnunum og komumst að því að gen tengd skordýraeiturþoli voru uppstýrð, en öndunartengd gen voru almennt breytt. Samþætting þessara gagna við annan íbúa frá Eþíópíu benti á lykil afeitrunargen á svæðinu. Frekari samanburður við Anopheles arabiensis frá Búrkína Fasó leiddi í ljós marktækan mun á umritunarsniði, en samt greind fjögur lykil afeitrunargen sem voru oftjáð víðsvegar um Afríku.
Lifandi og dauðar moskítóflugur af hverri tegund frá hverju svæði voru síðan raðgreindar með 16S raðgreiningu og hlutfallslegt magn var reiknað út. Enginn munur sást á alfa fjölbreytileika, sem bendir til þess að enginn munur sé á ríkidæmi í rekstrarflokkunareiningum (OTU); þó var beta fjölbreytileiki verulega breytilegur milli landa og víxlverkunarskilmálar fyrir land og lifandi/dauða stöðu (PANOVA = 0,001 og 0,008, í sömu röð) bentu til þess að fjölbreytileiki væri á milli þessara þátta. Enginn munur kom fram á beta-dreifni milli landa, sem gefur til kynna svipaðan mun milli hópa. Bray-Curtis fjölbreytu mælikvarði (Mynd 2A) sýndi að sýni voru að mestu aðgreind eftir staðsetningu, en það voru nokkrar athyglisverðar undantekningar. Nokkur sýnishorn frá An. arabiensis samfélaginu og eitt sýni úr An. coluzzii samfélagið skarast við sýni frá Búrkína Fasó, en eitt sýni frá An. arabiensis sýni frá Búrkína Fasó skarast við An. arabiensis samfélagssýni, sem gæti bent til þess að upprunalegu örverunni hafi verið viðhaldið af handahófi í margar kynslóðir og á mörgum svæðum. Sýnin frá Búrkína Fasó voru ekki greinilega aðgreind eftir tegundum; Búist var við þessum skorti á aðskilnaði þar sem einstaklingum var síðan safnað saman þrátt fyrir að þeir ættu uppruna í mismunandi lirfuumhverfi. Reyndar hafa rannsóknir sýnt að það að deila vistfræðilegum sess á vatnastigi getur haft veruleg áhrif á samsetningu örverunnar [50]. Athyglisvert er að þó að moskítóflugnasýnin og samfélögin í Burkina Faso sýndu engan mun á lifun eða dánartíðni moskítóflugna eftir útsetningu fyrir skordýraeitri, voru sýnin frá Eþíópíu greinilega aðskilin, sem bendir til þess að samsetning örvera í þessum Anopheles sýnum tengist skordýraeiturþoli. Sýnunum var safnað frá sama stað, sem gæti skýrt sterkari tengslin.
Ónæmi fyrir pýretróíð skordýraeitri er flókin svipgerð og þótt breytingar á efnaskiptum og markmiðum séu tiltölulega vel rannsökuð er aðeins farið að kanna breytingar á örveru. Í þessari rannsókn sýnum við að breytingar á örveru geta verið mikilvægari í ákveðnum þýðum; við lýsum frekar skordýraeiturþoli í Anopheles arabiensis frá Bahir Dar og sýnum breytingar á þekktum ónæmistengdum umritum, sem og verulegar breytingar á öndunartengdum genum sem einnig komu fram í fyrri RNA-seq rannsókn á Anopheles arabiensis stofnum frá Eþíópíu. Saman benda þessar niðurstöður til þess að skordýraeiturþol í þessum moskítóflugum kunni að vera háð samsetningu erfðafræðilegra og óerfðafræðilegra þátta, líklega vegna þess að samlífstengsl við innfædda bakteríur geta bætt niðurbrot skordýraeiturs í þýðum með lægra ónæmi.
Nýlegar rannsóknir hafa tengt aukna öndun við skordýraeiturþol, í samræmi við auðgað verufræðiskilmála í Bahir Dar RNAseq og samþættum eþíópískum gögnum sem fengin eru hér; aftur sem bendir til þess að ónæmi leiði til aukinnar öndunar, annað hvort sem orsök eða afleiðing þessarar svipgerðar. Ef þessar breytingar leiða til mismunar á möguleikum hvarfgjarns súrefnis og köfnunarefnistegunda, eins og áður hefur verið lagt til, gæti þetta haft áhrif á hæfni smitbera og landnám örvera með mismunandi ónæmi baktería gegn ROS-hreinsun með langtíma commensal bakteríum.
Gögnin sem kynnt eru hér gefa vísbendingar um að örvera geti haft áhrif á skordýraeiturþol í ákveðnu umhverfi. Við sýndum líka fram á að An. arabiensis moskítóflugur í Eþíópíu sýna svipaðar umritabreytingar sem veita skordýraeiturþol; Hins vegar er fjöldi gena sem samsvara þeim í Búrkína Fasó lítill. Nokkrir fyrirvarar eru enn varðandi þær niðurstöður sem náðst hafa hér og í öðrum rannsóknum. Í fyrsta lagi þarf að sýna fram á orsakasamhengi milli lifun pýretróíða og örverunnar með efnaskiptarannsóknum eða örveruígræðslu. Að auki þarf að sýna fram á fullgildingu lykilumsækjenda í mörgum þýðum frá mismunandi svæðum. Að lokum mun það að sameina umritsgögn með örveruupplýsingum með markvissum rannsóknum eftir ígræðslu veita ítarlegri upplýsingar um hvort örveran hafi bein áhrif á moskítóafritið með tilliti til pýretróíðónæmis. Samt sem áður benda gögn okkar til þess að ónæmi sé bæði staðbundið og fjölþjóðlegt, sem undirstrikar nauðsyn þess að prófa nýjar skordýraeitur á mörgum svæðum.
Birtingartími: 24. mars 2025