ยุงก้นปล่องที่ต้านทานยาฆ่าแมลงจากเอธิโอเปียแต่ไม่ใช่บูร์กินาฟาโซแสดงการเปลี่ยนแปลงในองค์ประกอบของจุลินทรีย์หลังจากได้รับยาฆ่าแมลง | ปรสิตและพาหะ

โรคมาลาเรียเป็นสาเหตุหลักของการเสียชีวิตและการเจ็บป่วยในแอฟริกา โดยพบมากที่สุดในเด็กอายุต่ำกว่า 5 ปี วิธีป้องกันโรคที่มีประสิทธิผลมากที่สุดคือการใช้สารควบคุมแมลงที่มุ่งเป้าไปที่ยุงก้นปล่องตัวเต็มวัย ผลจากการใช้สารเหล่านี้อย่างแพร่หลาย ทำให้ปัจจุบันความต้านทานต่อยาฆ่าแมลงประเภทที่ใช้กันทั่วไปแพร่หลายไปทั่วแอฟริกา การทำความเข้าใจกลไกพื้นฐานที่นำไปสู่ปรากฏการณ์นี้ถือเป็นสิ่งสำคัญทั้งเพื่อติดตามการแพร่กระจายของความต้านทานและพัฒนาวิธีการใหม่ๆ เพื่อเอาชนะมัน
ในการศึกษาครั้งนี้ เราเปรียบเทียบองค์ประกอบของไมโครไบโอมของประชากร Anopheles gambiae, Anopheles cruzi และ Anopheles arabiensis ที่ต้านทานยาฆ่าแมลงจากประเทศบูร์กินาฟาโซ กับประชากรที่ไวต่อยาฆ่าแมลงจากประเทศเอธิโอเปียเช่นกัน
เราไม่พบความแตกต่างในองค์ประกอบของจุลินทรีย์ระหว่างสารต้านยาฆ่าแมลงและยาฆ่าแมลงประชากรที่อ่อนไหวต่อยาฆ่าแมลงในบูร์กินาฟาโซ ผลลัพธ์นี้ได้รับการยืนยันจากการศึกษาในห้องปฏิบัติการของกลุ่มประชากรจากสองประเทศในบูร์กินาฟาโซ ในทางตรงกันข้าม ในยุง Anopheles arabiensis จากเอธิโอเปีย พบว่ามีความแตกต่างที่ชัดเจนในองค์ประกอบของจุลินทรีย์ระหว่างยุงที่ตายและยุงที่รอดชีวิตจากการสัมผัสกับยาฆ่าแมลง เพื่อตรวจสอบความต้านทานของประชากร Anopheles arabiensis เพิ่มเติม เราได้ทำการจัดลำดับ RNA และพบการแสดงออกที่แตกต่างกันของยีนกำจัดพิษที่เกี่ยวข้องกับความต้านทานต่อยาฆ่าแมลง รวมถึงการเปลี่ยนแปลงในช่องไอออนของระบบทางเดินหายใจ ระบบเผาผลาญ และไซแนปส์
ผลลัพธ์ของเราชี้ให้เห็นว่าในบางกรณี จุลินทรีย์อาจมีส่วนช่วยในการพัฒนาความต้านทานต่อยาฆ่าแมลง นอกเหนือจากการเปลี่ยนแปลงของทรานสคริปโทมด้วย
แม้ว่าความต้านทานมักจะอธิบายว่าเป็นองค์ประกอบทางพันธุกรรมของยุง Anopheles แต่การศึกษาล่าสุดได้แสดงให้เห็นว่าไมโครไบโอมเปลี่ยนแปลงไปเมื่อตอบสนองต่อการสัมผัสกับยาฆ่าแมลง ซึ่งชี้ให้เห็นถึงบทบาทของสิ่งมีชีวิตเหล่านี้ในการต้านทาน แท้จริงแล้ว การศึกษายุง Anopheles gambiae ในอเมริกาใต้และอเมริกากลางได้แสดงให้เห็นถึงการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญในไมโครไบโอมของผิวหนังหลังจากได้รับสารไพรีทรอยด์ เช่นเดียวกับการเปลี่ยนแปลงในไมโครไบโอมโดยรวมหลังจากได้รับสารออร์กาโนฟอสเฟต ในแอฟริกา ความต้านทานต่อไพรีทรอยด์มีความเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงในองค์ประกอบของไมโครไบโอต้าในแคเมอรูน เคนยา และโกตดิวัวร์ ในขณะที่ Anopheles gambiae ที่ปรับตัวในห้องปฏิบัติการได้แสดงให้เห็นถึงการเปลี่ยนแปลงในไมโครไบโอต้าหลังจากการคัดเลือกให้ต้านทานไพรีทรอยด์ นอกจากนี้ การรักษาด้วยยาปฏิชีวนะในการทดลองและการเพิ่มแบคทีเรียที่รู้จักในยุง Anopheles arabiensis ที่อยู่ในห้องปฏิบัติการยังแสดงให้เห็นถึงความทนทานต่อไพรีทรอยด์ที่เพิ่มขึ้น ข้อมูลเหล่านี้เมื่อนำมารวมกันชี้ให้เห็นว่าความต้านทานต่อยาฆ่าแมลงอาจเชื่อมโยงกับไมโครไบโอมของยุง และด้านความต้านทานต่อยาฆ่าแมลงในแง่นี้อาจนำมาใช้ควบคุมพาหะนำโรคได้
ในการศึกษานี้ เราใช้การจัดลำดับ 16S เพื่อตรวจสอบว่าจุลินทรีย์ในยุงที่เพาะเลี้ยงในห้องปฏิบัติการและเก็บจากพื้นที่ในแอฟริกาตะวันตกและตะวันออกแตกต่างกันหรือไม่ระหว่างยุงที่รอดชีวิตและยุงที่ตายหลังจากได้รับสารไพรีทรอยด์เดลตาเมทริน ในบริบทของการดื้อยาฆ่าแมลง การเปรียบเทียบจุลินทรีย์จากภูมิภาคต่างๆ ของแอฟริกากับสายพันธุ์และระดับการดื้อยาที่แตกต่างกันจะช่วยให้เข้าใจอิทธิพลของภูมิภาคต่อชุมชนจุลินทรีย์ได้ อาณานิคมในห้องปฏิบัติการมาจากบูร์กินาฟาโซและเลี้ยงในห้องปฏิบัติการสองแห่งในยุโรป (An. coluzzii ในเยอรมนีและ An. arabiensis ในสหราชอาณาจักร) ยุงจากบูร์กินาฟาโซเป็นตัวแทนของยุงทั้งสามสายพันธุ์ในกลุ่มสายพันธุ์ An. gambiae และยุงจากเอธิโอเปียเป็นตัวแทนของยุง An. arabiensis ที่นี่ เราแสดงให้เห็นว่า Anopheles arabiensis จากเอธิโอเปียมีลายเซ็นของจุลินทรีย์ที่แตกต่างกันในยุงที่มีชีวิตและยุงที่ตายแล้ว ในขณะที่ Anopheles arabiensis จากบูร์กินาฟาโซและห้องปฏิบัติการอีกสองแห่งไม่มี จุดมุ่งหมายของการศึกษานี้คือเพื่อตรวจสอบความต้านทานต่อยาฆ่าแมลงเพิ่มเติม เราได้ทำการจัดลำดับ RNA ในกลุ่ม Anopheles arabiensis และพบว่ายีนที่เกี่ยวข้องกับความต้านทานต่อยาฆ่าแมลงถูกควบคุมขึ้น ในขณะที่ยีนที่เกี่ยวข้องกับการหายใจถูกเปลี่ยนแปลงโดยทั่วไป การรวมข้อมูลเหล่านี้เข้ากับกลุ่มประชากรที่สองจากเอธิโอเปียระบุยีนกำจัดพิษที่สำคัญในภูมิภาคนี้ การเปรียบเทียบเพิ่มเติมกับ Anopheles arabiensis จากบูร์กินาฟาโซเผยให้เห็นความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในโปรไฟล์ทรานสคริปโทม แต่ยังคงระบุยีนกำจัดพิษที่สำคัญสี่ยีนที่มีการแสดงออกมากเกินไปในแอฟริกา
จากนั้นจึงทำการจัดลำดับยุงที่มีชีวิตและยุงที่ตายแล้วของแต่ละสายพันธุ์จากแต่ละภูมิภาคโดยใช้การจัดลำดับ 16S และคำนวณความอุดมสมบูรณ์สัมพันธ์ ไม่พบความแตกต่างในความหลากหลายของอัลฟา ซึ่งบ่งชี้ว่าไม่มีความแตกต่างในความอุดมสมบูรณ์ของหน่วยอนุกรมวิธานปฏิบัติการ (OTU) อย่างไรก็ตาม ความหลากหลายของเบตาแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญระหว่างประเทศ และข้อกำหนดปฏิสัมพันธ์สำหรับประเทศและสถานะที่มีชีวิต/ตาย (PANOVA = 0.001 และ 0.008 ตามลำดับ) บ่งชี้ว่ามีความหลากหลายระหว่างปัจจัยเหล่านี้ ไม่พบความแตกต่างในความแปรปรวนของเบตาระหว่างประเทศ ซึ่งบ่งชี้ถึงความแปรปรวนที่คล้ายกันระหว่างกลุ่ม กราฟการปรับมาตราส่วนหลายตัวแปรของ Bray-Curtis (รูปที่ 2A) แสดงให้เห็นว่าตัวอย่างส่วนใหญ่ถูกแยกตามสถานที่ แต่มีข้อยกเว้นที่น่าสังเกตบางประการ ตัวอย่างหลายตัวอย่างจากชุมชน An. arabiensis และตัวอย่างหนึ่งจากชุมชน An. coluzzii ทับซ้อนกับตัวอย่างจากบูร์กินาฟาโซ ในขณะที่ตัวอย่างหนึ่งจากตัวอย่าง An. arabiensis จากบูร์กินาฟาโซทับซ้อนกับ An. ตัวอย่างชุมชน Arabiensis ซึ่งอาจบ่งชี้ว่าจุลินทรีย์ดั้งเดิมนั้นได้รับการรักษาไว้แบบสุ่มตลอดหลายชั่วอายุคนและในหลายภูมิภาค ตัวอย่างจากบูร์กินาฟาโซไม่ได้ถูกแยกตามสายพันธุ์อย่างชัดเจน การขาดการแยกนี้คาดว่าจะเกิดขึ้นเนื่องจากบุคคลต่างๆ ถูกนำมารวมกันในภายหลัง แม้ว่าจะมีต้นกำเนิดมาจากสภาพแวดล้อมของตัวอ่อนที่แตกต่างกันก็ตาม อันที่จริง การศึกษาได้แสดงให้เห็นว่าการอยู่ร่วมกันในระบบนิเวศในระยะน้ำสามารถส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อองค์ประกอบของจุลินทรีย์ [50] ที่น่าสนใจคือ แม้ว่าตัวอย่างยุงและชุมชนของบูร์กินาฟาโซจะไม่แสดงความแตกต่างในอัตราการรอดชีวิตหรืออัตราการตายของยุงหลังจากได้รับยาฆ่าแมลง แต่ตัวอย่างจากเอธิโอเปียกลับถูกแยกออกจากกันอย่างชัดเจน ซึ่งบ่งชี้ว่าองค์ประกอบของจุลินทรีย์ในตัวอย่างยุงก้นปล่องเหล่านี้เกี่ยวข้องกับความต้านทานต่อยาฆ่าแมลง ตัวอย่างเหล่านี้ถูกเก็บรวบรวมจากสถานที่เดียวกัน ซึ่งอาจอธิบายความสัมพันธ์ที่แข็งแกร่งกว่าได้
ความต้านทานต่อยาฆ่าแมลงไพรีทรอยด์เป็นลักษณะทางฟีโนไทป์ที่ซับซ้อน และในขณะที่การเปลี่ยนแปลงในการเผาผลาญและเป้าหมายได้รับการศึกษาค่อนข้างดี การเปลี่ยนแปลงในจุลินทรีย์เพิ่งจะเริ่มได้รับการสำรวจ ในการศึกษานี้ เราแสดงให้เห็นว่าการเปลี่ยนแปลงในจุลินทรีย์อาจมีความสำคัญมากกว่าในประชากรบางกลุ่ม นอกจากนี้ เรายังระบุลักษณะความต้านทานต่อยาฆ่าแมลงใน Anopheles arabiensis จาก Bahir Dar เพิ่มเติม และแสดงให้เห็นการเปลี่ยนแปลงในทรานสคริปต์ที่เกี่ยวข้องกับความต้านทานที่ทราบแล้ว รวมถึงการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญในยีนที่เกี่ยวข้องกับการหายใจ ซึ่งยังเห็นได้ชัดในการศึกษา RNA-seq ก่อนหน้านี้ของประชากร Anopheles arabiensis จากเอธิโอเปีย ผลลัพธ์เหล่านี้ร่วมกันชี้ให้เห็นว่าความต้านทานต่อยาฆ่าแมลงในยุงเหล่านี้อาจขึ้นอยู่กับปัจจัยทางพันธุกรรมและปัจจัยที่ไม่ใช่ทางพันธุกรรมร่วมกัน ซึ่งอาจเป็นเพราะความสัมพันธ์แบบพึ่งพาอาศัยกันกับแบคทีเรียพื้นเมืองอาจช่วยเสริมการย่อยสลายของยาฆ่าแมลงในประชากรที่มีระดับความต้านทานต่ำกว่า
การศึกษาเมื่อเร็วๆ นี้ได้เชื่อมโยงการหายใจที่เพิ่มขึ้นกับการดื้อยาฆ่าแมลง ซึ่งสอดคล้องกับเงื่อนไขออนโทโลยีที่เสริมใน Bahir Dar RNAseq และข้อมูลเอธิโอเปียแบบบูรณาการที่ได้รับที่นี่ ซึ่งแนะนำอีกครั้งว่าการดื้อยาส่งผลให้หายใจเพิ่มขึ้น ไม่ว่าจะเป็นสาเหตุหรือผลที่ตามมาของฟีโนไทป์นี้ หากการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้นำไปสู่ความแตกต่างในศักยภาพของสปีชีส์ออกซิเจนและไนโตรเจนที่ทำปฏิกิริยา ดังที่แนะนำไว้ก่อนหน้านี้ อาจส่งผลกระทบต่อความสามารถของพาหะและการตั้งรกรากของจุลินทรีย์ผ่านความต้านทานของแบคทีเรียต่อการกำจัด ROS ที่แตกต่างกันโดยแบคทีเรียคอมเมนซัลในระยะยาว
ข้อมูลที่นำเสนอที่นี่ให้หลักฐานว่าจุลินทรีย์สามารถมีอิทธิพลต่อการดื้อยาฆ่าแมลงในสภาพแวดล้อมบางอย่างได้ นอกจากนี้ เรายังแสดงให้เห็นด้วยว่ายุง An. arabiensis ในเอธิโอเปียแสดงการเปลี่ยนแปลงของทรานสคริปโตมที่คล้ายคลึงกันซึ่งส่งผลให้ดื้อยาฆ่าแมลง อย่างไรก็ตาม จำนวนยีนที่สอดคล้องกับยีนในบูร์กินาฟาโซนั้นมีจำนวนน้อย ยังคงมีข้อควรระวังหลายประการเกี่ยวกับข้อสรุปที่ได้ในที่นี้และในการศึกษาวิจัยอื่นๆ ประการแรก ความสัมพันธ์เชิงสาเหตุระหว่างการอยู่รอดของไพรีทรอยด์และจุลินทรีย์จำเป็นต้องได้รับการพิสูจน์โดยใช้การศึกษาเมตาโบโลมิกส์หรือการปลูกถ่ายจุลินทรีย์ นอกจากนี้ จำเป็นต้องพิสูจน์ความถูกต้องของผู้สมัครหลักในประชากรหลายกลุ่มจากภูมิภาคต่างๆ ในที่สุด การรวมข้อมูลทรานสคริปโตมเข้ากับข้อมูลจุลินทรีย์ผ่านการศึกษาวิจัยหลังการปลูกถ่ายแบบกำหนดเป้าหมายจะให้ข้อมูลโดยละเอียดมากขึ้นว่าจุลินทรีย์มีอิทธิพลโดยตรงต่อทรานสคริปโตมของยุงในแง่ของการดื้อยาฆ่าแมลงหรือไม่ อย่างไรก็ตาม เมื่อพิจารณาโดยรวมแล้ว ข้อมูลของเราชี้ให้เห็นว่าการดื้อยาเกิดขึ้นทั้งในระดับท้องถิ่นและระดับนานาชาติ ซึ่งเน้นย้ำถึงความจำเป็นในการทดสอบผลิตภัณฑ์กำจัดแมลงใหม่ในหลายภูมิภาค