أظهرت بعوضات الأنوفيلس المقاومة للمبيدات الحشرية في إثيوبيا، وليس في بوركينا فاسو، تغيرات في تركيبة الميكروبات بعد التعرض للمبيدات الحشرية | الطفيليات والنواقل

لا تزال الملاريا سببًا رئيسيًا للوفاة والمرض في أفريقيا، حيث يُشكل الأطفال دون سن الخامسة العبء الأكبر. وتُعدّ المبيدات الحشرية التي تستهدف بعوض الأنوفيلس البالغ الوسيلة الأكثر فعالية للوقاية من هذا المرض. ونتيجةً للاستخدام الواسع النطاق لهذه التدخلات، انتشرت مقاومة أنواع المبيدات الحشرية الأكثر شيوعًا في جميع أنحاء أفريقيا. ويُعدّ فهم الآليات الكامنة وراء هذه الظاهرة أمرًا بالغ الأهمية لتتبع انتشار المقاومة وتطوير أدوات جديدة للتغلب عليها.
في هذه الدراسة، قمنا بمقارنة تكوين الميكروبيوم لسلالات البعوض المقاومة للمبيدات الحشرية من نوع Anopheles gambiae و Anopheles cruzi و Anopheles arabiensis من بوركينا فاسو مع السلالات الحساسة للمبيدات الحشرية، والتي تنحدر أيضًا من إثيوبيا.
لم نجد أي اختلافات في تكوين الميكروبات بين المقاومة للمبيدات الحشرية ومبيد حشريأظهرت دراسات مخبرية أجريت على مستعمرات من دولتين في بوركينا فاسو حساسيةً تجاه المبيدات الحشرية. في المقابل، لوحظت اختلافات واضحة في تركيب الميكروبات لدى بعوض الأنوفيلس العربي في إثيوبيا، بين البعوض النافق والناجي من التعرض للمبيدات الحشرية. وللتحقق من مقاومة هذه المجموعة من بعوض الأنوفيلس العربي، 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.
تشير نتائجنا إلى أنه في بعض الحالات قد تساهم الميكروبات في تطور مقاومة المبيدات الحشرية، بالإضافة إلى تغييرات النسخ الجيني.
على الرغم من أن المقاومة تُوصف غالبًا بأنها عنصر وراثي في ​​ناقل الأنوفيلس، فقد أظهرت دراسات حديثة أن الميكروبيوم يتغير استجابةً للتعرض للمبيدات الحشرية، مما يشير إلى دور هذه الكائنات في المقاومة. في الواقع، أظهرت دراسات أجريت على نواقل بعوض الأنوفيلس الغامبي في أمريكا الجنوبية والوسطى تغيرات كبيرة في ميكروبيوم البشرة بعد التعرض للبيرثرويدات، بالإضافة إلى تغيرات في الميكروبيوم الكلي بعد التعرض للفوسفات العضوي. في أفريقيا، ارتبطت مقاومة البيرثرويدات بتحولات في تكوين الميكروبات في الكاميرون وكينيا وساحل العاج، بينما أظهرت بعوضات الأنوفيلس الغامبي المُكيَّفة مخبريًا تحولات في ميكروباتها بعد اختيار مقاومة البيرثرويدات. علاوة على ذلك، أظهر العلاج التجريبي بالمضادات الحيوية وإضافة بكتيريا معروفة في بعوض الأنوفيلس العربي المُستعمر مخبريًا زيادة في تحمل البيرثرويدات. تشير هذه البيانات مجتمعة إلى أن مقاومة المبيدات الحشرية قد تكون مرتبطة بالميكروبيوم الخاص بالبعوض، وأن هذا الجانب من مقاومة المبيدات الحشرية يمكن استغلاله للسيطرة على نواقل الأمراض.
في هذه الدراسة، استخدمنا تقنية تسلسل الحمض النووي الريبوزي 16S لتحديد ما إذا كانت الميكروبات الموجودة في البعوض المستعمر مخبريًا والمُجمّع ميدانيًا في غرب وشرق أفريقيا تختلف بين البعوض الذي نجا والبعوض الذي نفق بعد التعرض لمبيد دلتامثرين البيريثرويدي. في سياق مقاومة المبيدات الحشرية، يمكن أن تساعد مقارنة الميكروبات من مناطق مختلفة في أفريقيا، ذات أنواع ومستويات مقاومة مختلفة، في فهم التأثيرات الإقليمية على المجتمعات الميكروبية. كانت مستعمرات المختبر من بوركينا فاسو، وتمت تربيتها في مختبرين أوروبيين مختلفين (An. coluzzii في ألمانيا وAn. arabiensis في المملكة المتحدة). مثّل البعوض من بوركينا فاسو جميع أنواع معقد An. gambiae الثلاثة، بينما مثّل البعوض من إثيوبيا An. arabiensis. نُبين هنا أن بعوض Anopheles arabiensis من إثيوبيا كان له بصمات ميكروبية مميزة في البعوض الحي والميت، بينما لم يكن لبعوض Anopheles arabiensis من بوركينا فاسو والمختبرين الآخرين هذه البصمات. يهدف هذا البحث إلى مزيد من دراسة مقاومة المبيدات الحشرية. أجرينا تسلسل الحمض النووي الريبوزي (RNA) على مجموعات بعوضة الأنوفيلة العربية (Anopheles arabiensis)، ووجدنا أن الجينات المرتبطة بمقاومة المبيدات الحشرية قد زادت تعبيرها، بينما تغيرت الجينات المتعلقة بالتنفس بشكل عام. وقد ساهم دمج هذه البيانات مع مجموعة ثانية من إثيوبيا في تحديد جينات رئيسية لإزالة السموم في المنطقة. وكشفت مقارنة إضافية مع بعوضة الأنوفيلة العربية من بوركينا فاسو عن اختلافات كبيرة في أنماط التعبير الجيني، ولكنها مع ذلك حددت أربعة جينات رئيسية لإزالة السموم كانت مفرطة التعبير في جميع أنحاء أفريقيا.
تم بعد ذلك تسلسل جينوم البعوض الحي والميت من كل نوع من كل منطقة باستخدام تقنية تسلسل 16S، وحُسبت الوفرة النسبية. لم تُلاحظ أي اختلافات في التنوع ألفا، مما يشير إلى عدم وجود اختلافات في ثراء وحدات التصنيف التشغيلي (OTU). ومع ذلك، تباين التنوع بيتا بشكل ملحوظ بين البلدان، وأشارت معاملات التفاعل بين البلد وحالة البعوض (حي/ميت) (PANOVA = 0.001 و0.008 على التوالي) إلى وجود تنوع بين هذين العاملين. لم تُلاحظ أي اختلافات في تباين بيتا بين البلدان، مما يشير إلى تباينات متشابهة بين المجموعات. أظهر مخطط قياس براى-كورتيس متعدد المتغيرات (الشكل 2أ) أن العينات كانت منفصلة إلى حد كبير حسب الموقع، ولكن كانت هناك بعض الاستثناءات الملحوظة. تداخلت عدة عينات من مجتمع An. arabiensis وعينة واحدة من مجتمع An. coluzzii مع عينة من بوركينا فاسو، بينما تداخلت عينة واحدة من عينات An. arabiensis من بوركينا فاسو مع عينة من An. عينة مجتمع البعوض من نوع Anopheles arabiensis، مما قد يشير إلى أن الميكروبات الأصلية حافظت على تركيبها بشكل عشوائي عبر أجيال عديدة ومناطق متعددة. لم تكن عينات بوركينا فاسو مصنفة بوضوح حسب الأنواع؛ وكان هذا النقص في التصنيف متوقعًا نظرًا لتجميع الأفراد لاحقًا على الرغم من اختلاف بيئات اليرقات التي نشأت فيها. في الواقع، أظهرت الدراسات أن مشاركة نفس البيئة الإيكولوجية خلال المرحلة المائية يمكن أن تؤثر بشكل كبير على تكوين الميكروبات [50]. ومن المثير للاهتمام، أنه في حين لم تُظهر عينات ومجتمعات البعوض في بوركينا فاسو أي اختلافات في بقاء البعوض أو معدل وفياته بعد التعرض للمبيدات الحشرية، فقد كانت العينات الإثيوبية مصنفة بوضوح، مما يشير إلى أن تكوين الميكروبات في عينات Anopheles هذه مرتبط بمقاومة المبيدات الحشرية. جُمعت العينات من نفس الموقع، مما قد يفسر الارتباط الأقوى.
تُعدّ مقاومة المبيدات الحشرية البيريثرويدية نمطًا ظاهريًا معقدًا، وبينما دُرست التغيرات في عمليات الأيض والأهداف بشكلٍ وافٍ نسبيًا، فإن التغيرات في الميكروبات لا تزال في بدايات استكشافها. في هذه الدراسة، نُبين أن التغيرات في الميكروبات قد تكون أكثر أهمية في بعض التجمعات السكانية؛ كما نُحدد خصائص مقاومة المبيدات الحشرية في بعوضة الأنوفيلة العربية من بحر دار، ونُظهر تغيرات في النسخ الجينية المعروفة المرتبطة بالمقاومة، فضلًا عن تغيرات ملحوظة في الجينات المرتبطة بالتنفس، والتي كانت واضحة أيضًا في دراسة سابقة لتسلسل الحمض النووي الريبوزي (RNA-seq) لتجمعات بعوضة الأنوفيلة العربية من إثيوبيا. تشير هذه النتائج مجتمعةً إلى أن مقاومة المبيدات الحشرية في هذه البعوضة قد تعتمد على مزيج من العوامل الوراثية وغير الوراثية، على الأرجح لأن العلاقات التكافلية مع البكتيريا المحلية قد تُكمل عملية تحلل المبيدات الحشرية في التجمعات السكانية ذات مستويات المقاومة المنخفضة.
ربطت دراسات حديثة زيادة التنفس بمقاومة المبيدات الحشرية، وهو ما يتوافق مع مصطلحات علم الوجود المُثرية في بيانات تسلسل الحمض النووي الريبوزي (RNAseq) لمنطقة بحر دار والبيانات الإثيوبية المتكاملة التي تم الحصول عليها هنا؛ مما يشير مجددًا إلى أن المقاومة تؤدي إلى زيادة التنفس، إما كسبب أو نتيجة لهذه الظاهرة. إذا أدت هذه التغيرات إلى اختلافات في قدرة أنواع الأكسجين والنيتروجين التفاعلية، كما سبق اقتراحه، فقد يؤثر ذلك على كفاءة الناقل واستعمار الميكروبات من خلال اختلاف مقاومة البكتيريا لإزالة أنواع الأكسجين التفاعلية بواسطة البكتيريا المتعايشة طويلة الأمد.
تُقدّم البيانات المعروضة هنا دليلاً على أن الميكروبات المعوية قد تؤثر على مقاومة المبيدات الحشرية في بيئات معينة. كما أظهرنا أن بعوضة الأنوفيلس العربية في إثيوبيا تُظهر تغيرات مماثلة في النسخ الجيني تُكسبها مقاومة للمبيدات الحشرية؛ إلا أن عدد الجينات المُطابقة لتلك الموجودة في بوركينا فاسو قليل. ولا تزال هناك بعض التحفظات على الاستنتاجات التي تم التوصل إليها هنا وفي دراسات أخرى. أولاً، يلزم إثبات وجود علاقة سببية بين بقاء البعوضة على قيد الحياة بعد تعرضها للبيرثرويدات والميكروبات المعوية باستخدام دراسات الأيض أو زراعة الميكروبات. إضافةً إلى ذلك، يلزم التحقق من صحة المرشحين الرئيسيين في مجموعات سكانية متعددة من مناطق مختلفة. وأخيراً، سيُوفر دمج بيانات النسخ الجيني مع بيانات الميكروبات المعوية من خلال دراسات مُستهدفة بعد الزراعة معلومات أكثر تفصيلاً حول ما إذا كانت الميكروبات تؤثر بشكل مباشر على النسخ الجيني للبعوض فيما يتعلق بمقاومة البيرثرويدات. ومع ذلك، تُشير بياناتنا مجتمعةً إلى أن المقاومة محلية وعابرة للحدود، مما يُبرز الحاجة إلى اختبار منتجات المبيدات الحشرية الجديدة في مناطق متعددة.