بعوض الأنوفيلة المقاوم للمبيدات الحشرية من إثيوبيا، ولكن ليس من بوركينا فاسو، يُظهر تغيرات في تركيب ميكروباته بعد التعرض للمبيدات الحشرية | الطفيليات والناقلات

لا تزال الملاريا سببًا رئيسيًا للوفاة والمرض في أفريقيا، ويشكل الأطفال دون سن الخامسة العبء الأكبر منها. وتُعد عوامل مكافحة النواقل بالمبيدات الحشرية التي تستهدف بعوض الأنوفيلة البالغ أكثر الوسائل فعالية للوقاية من المرض. ونتيجةً للاستخدام الواسع لهذه التدخلات، انتشرت مقاومة أكثر أنواع المبيدات الحشرية استخدامًا في جميع أنحاء أفريقيا. ويُعد فهم الآليات الكامنة وراء هذا النمط الظاهري أمرًا ضروريًا لتتبع انتشار المقاومة وتطوير أدوات جديدة للتغلب عليها.
في هذه الدراسة، قمنا بمقارنة تكوين الميكروبيوم في مجموعات البعوض المقاومة للمبيدات الحشرية Anopheles gambiae وAnopheles cruzi وAnopheles arabiensis من بوركينا فاسو مع مجموعات البعوض الحساسة للمبيدات الحشرية، أيضًا من إثيوبيا.
لم نجد أي اختلافات في تركيب ميكروبيوتا بين البكتيريا المقاومة للمبيدات الحشرية والبكتيريا المقاومة للمبيدات الحشرية.مبيد حشريفي بوركينا فاسو، تم تأكيد هذه النتيجة من خلال دراسات مختبرية أجريت على مستعمرات من بلدين من بوركينا فاسو. في المقابل، لوحظت اختلافات واضحة في تركيب ميكروبيوتا بعوض الأنوفيليس أرابينسيس من إثيوبيا بين تلك التي ماتت وتلك التي نجت من التعرض للمبيدات الحشرية. لمزيد من البحث في مقاومة هذه المجموعة من بعوض الأنوفيليس أرابينسيس، أجرينا تسلسل الحمض النووي الريبوزي (RNA) ووجدنا اختلافًا في التعبير الجيني لجينات إزالة السموم المرتبطة بمقاومة المبيدات الحشرية، بالإضافة إلى تغيرات في قنوات الأيونات التنفسية والأيضية والتشابكية.
وتشير نتائجنا إلى أنه في بعض الحالات قد تساهم ميكروبات الأمعاء في تطوير مقاومة المبيدات الحشرية، بالإضافة إلى التغيرات في النسخ الجيني.
على الرغم من أن المقاومة غالبًا ما توصف بأنها مكون وراثي لناقل الأنوفيليس، فقد أظهرت الدراسات الحديثة أن الميكروبيوم يتغير استجابةً للتعرض للمبيدات الحشرية، مما يشير إلى دور هذه الكائنات الحية في المقاومة. في الواقع، أظهرت دراسات ناقلات البعوض من نوع الأنوفيليس الغامبية في أمريكا الجنوبية والوسطى تغييرات كبيرة في الميكروبيوم البشروي بعد التعرض للبيرثرويدات، بالإضافة إلى تغييرات في الميكروبيوم الكلي بعد التعرض للفوسفات العضوية. في أفريقيا، ارتبطت مقاومة البيرثرويد بتحولات في تكوين ميكروبيوتا في الكاميرون وكينيا وكوت ديفوار، بينما أظهرت الأنوفيليس الغامبية المتكيفة معمليًا تحولات في ميكروبيوتا بعد اختيار مقاومة البيرثرويد. علاوة على ذلك، أظهر العلاج التجريبي بالمضادات الحيوية وإضافة البكتيريا المعروفة في بعوض الأنوفيليس أرابينسيس المستعمر في المختبر زيادة في تحمل البيرثرويدات. وتشير هذه البيانات مجتمعة إلى أن مقاومة المبيدات الحشرية قد تكون مرتبطة بميكروبيوم البعوض وأن هذا الجانب من مقاومة المبيدات الحشرية يمكن استغلاله لمكافحة ناقلات الأمراض.
في هذه الدراسة، استخدمنا تسلسل 16S لتحديد ما إذا كانت ميكروبيوتا البعوض المستعمر في المختبرات والمجمع ميدانيًا في غرب وشرق إفريقيا تختلف بين تلك التي نجت وتلك التي ماتت بعد التعرض للبيرثرويد دلتامثرين. في سياق مقاومة المبيدات الحشرية، يمكن أن تساعد مقارنة ميكروبيوتا من مناطق مختلفة في إفريقيا مع أنواع ومستويات مختلفة من المقاومة في فهم التأثيرات الإقليمية على المجتمعات الميكروبية. كانت مستعمرات المختبر من بوركينا فاسو ورُبيت في مختبرين أوروبيين مختلفين (An. coluzzii في ألمانيا و An. arabiensis في المملكة المتحدة)، ومثل البعوض من بوركينا فاسو جميع الأنواع الثلاثة من مجموعة أنواع An. gambiae، ومثل البعوض من إثيوبيا An. arabiensis. هنا، نوضح أن بعوض Anopheles arabiensis من إثيوبيا كان له بصمات ميكروبيوتا مميزة في البعوض الحي والميت، بينما لم يكن لدى Anopheles arabiensis من بوركينا فاسو ومختبرين آخرين ذلك. تهدف هذه الدراسة إلى مواصلة البحث في مقاومة المبيدات الحشرية. أجرينا تسلسل الحمض النووي الريبوزي (RNA) على مجموعات بعوض الأنوفيليس أرابينسيس، ووجدنا أن الجينات المرتبطة بمقاومة المبيدات الحشرية شهدت ارتفاعًا في التنظيم، بينما طرأت تغييرات عامة على الجينات المرتبطة بالتنفس. وحدد دمج هذه البيانات مع مجموعة أخرى من إثيوبيا جينات رئيسية لإزالة السموم في المنطقة. وكشفت مقارنة أخرى مع بعوض الأنوفيليس أرابينسيس من بوركينا فاسو عن اختلافات كبيرة في أنماط النسخ الجيني، إلا أنها حددت أربعة جينات رئيسية لإزالة السموم كانت مفرطة التعبير في جميع أنحاء أفريقيا.
تم بعد ذلك تسلسل البعوض الحي والميت لكل نوع من كل منطقة باستخدام تسلسل 16S وحُسبت الوفرة النسبية. لم تُلاحظ أي اختلافات في تنوع ألفا، مما يشير إلى عدم وجود اختلافات في ثراء الوحدة التصنيفية التشغيلية (OTU)؛ ومع ذلك، تباين تنوع بيتا بشكل كبير بين البلدان، وأشارت شروط التفاعل للبلد وحالة الحي/الميت (PANOVA = 0.001 و0.008 على التوالي) إلى وجود تنوع بين هذه العوامل. لم تُلاحظ أي اختلافات في تباين بيتا بين البلدان، مما يشير إلى تباينات مماثلة بين المجموعات. أظهر مخطط القياس متعدد المتغيرات لبراي-كورتيس (الشكل 2أ) أن العينات كانت منفصلة إلى حد كبير حسب الموقع، ولكن كانت هناك بعض الاستثناءات الملحوظة. تداخلت عدة عينات من مجتمع أن. أرابينسيس وعينة واحدة من مجتمع أن. كولوزي مع عينة من بوركينا فاسو، بينما تداخلت عينة واحدة من عينات أن. أرابينسيس من بوركينا فاسو مع أن. عينة مجتمع بعوضة أرابينسيس، مما قد يشير إلى أن الميكروبيوتا الأصلية قد تم الحفاظ عليها عشوائيًا على مدى أجيال عديدة وعبر مناطق متعددة. لم يتم فصل عينات بوركينا فاسو بوضوح حسب النوع؛ وكان هذا النقص في الفصل متوقعًا حيث تم تجميع الأفراد لاحقًا على الرغم من أنهم نشأوا من بيئات يرقات مختلفة. في الواقع، أظهرت الدراسات أن مشاركة مكانة بيئية خلال المرحلة المائية يمكن أن يؤثر بشكل كبير على تكوين الميكروبيوتا [50]. ومن المثير للاهتمام، أنه في حين لم تظهر عينات ومجتمعات البعوض في بوركينا فاسو أي اختلافات في بقاء البعوض أو وفياته بعد التعرض للمبيدات الحشرية، كانت العينات الإثيوبية منفصلة بوضوح، مما يشير إلى أن تكوين الميكروبيوتا في عينات الأنوفيلة هذه يرتبط بمقاومة المبيدات الحشرية. تم جمع العينات من نفس الموقع، مما قد يفسر الارتباط الأقوى.
مقاومة مبيدات الحشرات البيرثرويدية هي نمط ظاهري معقد، وبينما تتم دراسة التغيرات في التمثيل الغذائي والأهداف بشكل جيد نسبيًا، فإن التغيرات في ميكروبيوتا بدأت للتو في الاستكشاف. في هذه الدراسة، نظهر أن التغيرات في ميكروبيوتا قد تكون أكثر أهمية في بعض السكان؛ كما نقوم بتوصيف مقاومة المبيدات الحشرية في Anopheles arabiensis من بحر دار وإظهار التغيرات في النسخ المرتبطة بالمقاومة المعروفة، بالإضافة إلى التغيرات الكبيرة في الجينات المرتبطة بالتنفس والتي كانت واضحة أيضًا في دراسة سابقة لتسلسل الحمض النووي الريبي لسكان Anopheles arabiensis من إثيوبيا. تشير هذه النتائج مجتمعة إلى أن مقاومة المبيدات الحشرية في هذه البعوض قد تعتمد على مزيج من العوامل الوراثية وغير الوراثية، ويرجع ذلك على الأرجح إلى أن العلاقات التكافلية مع البكتيريا الأصلية قد تكمل تحلل المبيدات الحشرية في السكان ذوي مستويات المقاومة المنخفضة.
ربطت دراسات حديثة زيادة التنفس بمقاومة المبيدات الحشرية، بما يتوافق مع مصطلحات علم الوجود المُثرى في RNAseq باهر دار والبيانات الإثيوبية المتكاملة المُستقاة هنا؛ مما يُشير مجددًا إلى أن المقاومة تُؤدي إلى زيادة التنفس، إما كسبب أو نتيجة لهذا النمط الظاهري. إذا أدت هذه التغييرات إلى اختلافات في إمكانات أنواع الأكسجين والنيتروجين التفاعلية، كما أُشير سابقًا، فقد يؤثر ذلك على كفاءة النواقل واستعمار الميكروبات من خلال المقاومة البكتيرية التفاضلية لاستخلاص أنواع الأكسجين التفاعلية بواسطة البكتيريا المُتعايشة طويلة الأمد.
تُقدم البيانات المعروضة هنا دليلاً على أن الميكروبيوتا يُمكن أن تُؤثر على مقاومة المبيدات الحشرية في بيئات مُعينة. كما أثبتنا أن بعوض الأنجلو أرابينسيس في إثيوبيا يُظهر تغيرات مُماثلة في النسخ الجيني تُؤدي إلى مقاومة المبيدات الحشرية؛ ومع ذلك، فإن عدد الجينات المُقابلة لتلك الموجودة في بوركينا فاسو قليل. لا تزال هناك عدة مُحاذير بشأن الاستنتاجات التي تم التوصل إليها هنا وفي دراسات أخرى. أولاً، يجب إثبات وجود علاقة سببية بين بقاء البيرثرويد والميكروبيوتا من خلال دراسات أيضية أو زرع الميكروبيوتا. بالإضافة إلى ذلك، يجب إثبات صحة المُرشحين الرئيسيين في مجموعات سكانية مُتعددة من مناطق مُختلفة. وأخيرًا، سيُوفر الجمع بين بيانات النسخ الجيني وبيانات الميكروبيوتا من خلال دراسات مُستهدفة لما بعد الزرع معلومات أكثر تفصيلاً حول ما إذا كانت الميكروبيوتا تُؤثر مُباشرةً على النسخ الجيني للبعوض فيما يتعلق بمقاومة البيرثرويد. ومع ذلك، تُشير بياناتنا مُجتمعةً إلى أن المقاومة محلية وعابرة للحدود الوطنية، مما يُبرز الحاجة إلى اختبار مُنتجات مُبيدات حشرية جديدة في مناطق مُتعددة.