ยุงอะโนเฟลส์ที่ดื้อต่อยาฆ่าแมลงจากเอธิโอเปีย แต่ไม่ใช่จากบูร์กินาฟาโซ แสดงให้เห็นการเปลี่ยนแปลงในองค์ประกอบของจุลินทรีย์ในร่างกายหลังจากการสัมผัสยาฆ่าแมลง | ปรสิตและพาหะ

โรคมาลาเรียยังคงเป็นสาเหตุสำคัญของการเสียชีวิตและการเจ็บป่วยในแอฟริกา โดยพบมากในเด็กอายุต่ำกว่า 5 ปี วิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุดในการป้องกันโรคนี้คือการใช้สารกำจัดแมลงที่เป็นพาหะนำโรค ซึ่งมุ่งเป้าไปที่ยุงอะโนเฟลส์ตัวเต็มวัย เนื่องจากการใช้มาตรการเหล่านี้อย่างแพร่หลาย ทำให้เกิดการดื้อต่อสารกำจัดแมลงที่ใช้กันทั่วไปอย่างกว้างขวางในแอฟริกา การทำความเข้าใจกลไกพื้นฐานที่นำไปสู่การดื้อยาจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งทั้งในการติดตามการแพร่กระจายของการดื้อยาและการพัฒนาเครื่องมือใหม่เพื่อเอาชนะการดื้อยานี้
ในการศึกษาครั้งนี้ เราได้เปรียบเทียบองค์ประกอบของไมโครไบโอมในประชากรยุง Anopheles gambiae, Anopheles cruzi และ Anopheles arabiensis ที่ต้านทานยาฆ่าแมลงจากประเทศบูร์กินาฟาโซ กับประชากรยุงที่ไวต่อยาฆ่าแมลงจากประเทศเอธิโอเปีย
เราไม่พบความแตกต่างในองค์ประกอบของจุลินทรีย์ในลำไส้ระหว่างหนูที่ต้านทานยาฆ่าแมลงและหนูที่ต้านทานยาฆ่าแมลงยาฆ่าแมลง-ประชากรที่อ่อนแอในบูร์กินาฟาโซ ผลลัพธ์นี้ได้รับการยืนยันจากการศึกษาในห้องปฏิบัติการของโคโลนีจากสองประเทศในบูร์กินาฟาโซ ในทางตรงกันข้าม ในยุง Anopheles arabiensis จากเอธิโอเปีย พบความแตกต่างอย่างชัดเจนในองค์ประกอบของจุลินทรีย์ระหว่างยุงที่ตายและยุงที่รอดชีวิตจากการสัมผัสยาฆ่าแมลง เพื่อตรวจสอบความต้านทานของประชากรยุง Anopheles arabiensis นี้เพิ่มเติม เราจึงทำการวิเคราะห์ลำดับ RNA และพบการแสดงออกที่แตกต่างกันของยีนล้างพิษที่เกี่ยวข้องกับความต้านทานต่อยาฆ่าแมลง รวมถึงการเปลี่ยนแปลงในช่องไอออนของระบบหายใจ ระบบเผาผลาญ และไซแนปส์
ผลการศึกษาของเราชี้ให้เห็นว่า ในบางกรณี จุลินทรีย์ในร่างกายอาจมีส่วนช่วยในการพัฒนาความต้านทานต่อยาฆ่าแมลง นอกเหนือจากการเปลี่ยนแปลงของทรานสคริปโตม
แม้ว่าความต้านทานมักถูกอธิบายว่าเป็นองค์ประกอบทางพันธุกรรมของยุงพาหะ Anopheles แต่การศึกษาล่าสุดแสดงให้เห็นว่าจุลินทรีย์ในร่างกายมีการเปลี่ยนแปลงตอบสนองต่อการสัมผัสยาฆ่าแมลง ซึ่งชี้ให้เห็นถึงบทบาทของจุลินทรีย์เหล่านี้ในการสร้างความต้านทาน ที่จริงแล้ว การศึกษาเกี่ยวกับยุงพาหะ Anopheles gambiae ในอเมริกาใต้และอเมริกากลางแสดงให้เห็นถึงการเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญในจุลินทรีย์บนผิวหนังหลังจากสัมผัสกับสารไพรีทรอยด์ เช่นเดียวกับการเปลี่ยนแปลงในจุลินทรีย์โดยรวมหลังจากสัมผัสกับสารออร์กาโนฟอสเฟต ในแอฟริกา ความต้านทานต่อไพรีทรอยด์มีความเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบของจุลินทรีย์ในแคเมรูน เคนยา และโกตดิวัวร์ ในขณะที่ยุง Anopheles gambiae ที่ปรับตัวในห้องปฏิบัติการแสดงให้เห็นถึงการเปลี่ยนแปลงในจุลินทรีย์ของพวกมันหลังจากการคัดเลือกเพื่อความต้านทานต่อไพรีทรอยด์ ยิ่งไปกว่านั้น การทดลองรักษาด้วยยาปฏิชีวนะและการเติมแบคทีเรียที่รู้จักในยุง Anopheles arabiensis ที่เลี้ยงในห้องปฏิบัติการแสดงให้เห็นถึงความทนทานต่อไพรีทรอยด์ที่เพิ่มขึ้น โดยรวมแล้ว ข้อมูลเหล่านี้ชี้ให้เห็นว่า ความต้านทานต่อยาฆ่าแมลงอาจเชื่อมโยงกับจุลินทรีย์ในร่างกายของยุง และแง่มุมของความต้านทานต่อยาฆ่าแมลงนี้อาจนำมาใช้ประโยชน์ในการควบคุมพาหะนำโรคได้
ในการศึกษาครั้งนี้ เราใช้การจัดลำดับดีเอ็นเอ 16S เพื่อตรวจสอบว่าจุลินทรีย์ในลำไส้ของยุงที่เลี้ยงในห้องปฏิบัติการและยุงที่เก็บจากภาคสนามในแอฟริกาตะวันตกและตะวันออกนั้นแตกต่างกันหรือไม่ระหว่างยุงที่รอดชีวิตและยุงที่ตายหลังจากสัมผัสกับสารกำจัดศัตรูพืชกลุ่มไพรีทรอยด์เดลตาเมทรีน ในบริบทของความต้านทานต่อยาฆ่าแมลง การเปรียบเทียบจุลินทรีย์ในลำไส้จากภูมิภาคต่างๆ ของแอฟริกาที่มีสายพันธุ์และระดับความต้านทานที่แตกต่างกันสามารถช่วยให้เข้าใจอิทธิพลของภูมิภาคต่อชุมชนจุลินทรีย์ได้ ยุงที่เลี้ยงในห้องปฏิบัติการมาจากบูร์กินาฟาโซและเลี้ยงในห้องปฏิบัติการสองแห่งในยุโรป (An. coluzzii ในเยอรมนีและ An. arabiensis ในสหราชอาณาจักร) ยุงจากบูร์กินาฟาโซเป็นตัวแทนของทั้งสามสายพันธุ์ในกลุ่ม An. gambiae และยุงจากเอธิโอเปียเป็นตัวแทนของ An. arabiensis ในที่นี้ เราแสดงให้เห็นว่า Anopheles arabiensis จากเอธิโอเปียมีลักษณะจุลินทรีย์ในลำไส้ที่แตกต่างกันในยุงที่ยังมีชีวิตและที่ตายแล้ว ในขณะที่ Anopheles arabiensis จากบูร์กินาฟาโซและห้องปฏิบัติการสองแห่งไม่มีลักษณะดังกล่าว จุดมุ่งหมายของการศึกษาครั้งนี้คือการศึกษาความต้านทานต่อยาฆ่าแมลงเพิ่มเติม เราทำการวิเคราะห์ลำดับ RNA ในประชากรยุง Anopheles arabiensis และพบว่ายีนที่เกี่ยวข้องกับความต้านทานต่อยาฆ่าแมลงมีการแสดงออกเพิ่มขึ้น ในขณะที่ยีนที่เกี่ยวข้องกับการหายใจมีการเปลี่ยนแปลงโดยทั่วไป การบูรณาการข้อมูลเหล่านี้กับประชากรกลุ่มที่สองจากเอธิโอเปียทำให้ระบุยีนสำคัญในการล้างพิษในภูมิภาคนี้ได้ การเปรียบเทียบเพิ่มเติมกับยุง Anopheles arabiensis จากบูร์กินาฟาโซเผยให้เห็นความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในโปรไฟล์ทรานสคริปโตม แต่ยังคงระบุยีนสำคัญในการล้างพิษสี่ตัวที่มีการแสดงออกมากเกินไปทั่วทวีปแอฟริกา
จากนั้นจึงนำยุงที่ยังมีชีวิตและที่ตายแล้วของแต่ละชนิดจากแต่ละภูมิภาคมาทำการลำดับดีเอ็นเอโดยใช้การลำดับ 16S และคำนวณความอุดมสมบูรณ์สัมพัทธ์ ไม่พบความแตกต่างในความหลากหลายอัลฟา ซึ่งบ่งชี้ว่าไม่มีความแตกต่างในความร่ำรวยของหน่วยอนุกรมวิธานปฏิบัติการ (OTU) อย่างไรก็ตาม ความหลากหลายเบตาแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญระหว่างประเทศ และพจน์ปฏิสัมพันธ์ระหว่างประเทศและสถานะมีชีวิต/ตาย (PANOVA = 0.001 และ 0.008 ตามลำดับ) บ่งชี้ว่ามีความหลากหลายระหว่างปัจจัยเหล่านี้ ไม่พบความแตกต่างในความแปรปรวนเบตาระหว่างประเทศ ซึ่งบ่งชี้ว่ามีความแปรปรวนที่คล้ายคลึงกันระหว่างกลุ่ม แผนภาพการปรับขนาดหลายตัวแปรของ Bray-Curtis (รูปที่ 2A) แสดงให้เห็นว่าตัวอย่างส่วนใหญ่แยกออกจากกันตามสถานที่ แต่ก็มีข้อยกเว้นที่น่าสังเกตอยู่บ้าง ตัวอย่างหลายตัวอย่างจากกลุ่ม An. arabiensis และตัวอย่างหนึ่งตัวอย่างจากกลุ่ม An. coluzzii ซ้อนทับกับตัวอย่างจากบูร์กินาฟาโซ ในขณะที่ตัวอย่างหนึ่งตัวอย่างจาก An. arabiensis จากบูร์กินาฟาโซซ้อนทับกับ An. ตัวอย่างชุมชน arabiensis ซึ่งอาจบ่งชี้ว่าจุลินทรีย์ดั้งเดิมได้รับการรักษาไว้แบบสุ่มตลอดหลายชั่วอายุคนและในหลายภูมิภาค ตัวอย่างจากบูร์กินาฟาโซไม่ได้แยกตามชนิดอย่างชัดเจน การขาดการแยกนี้เป็นไปตามที่คาดไว้ เนื่องจากแต่ละตัวถูกรวมเข้าด้วยกันในภายหลัง แม้ว่าจะมาจากสภาพแวดล้อมตัวอ่อนที่แตกต่างกันก็ตาม อันที่จริง การศึกษาแสดงให้เห็นว่าการใช้พื้นที่นิเวศวิทยาร่วมกันในช่วงระยะน้ำสามารถส่งผลต่อองค์ประกอบของจุลินทรีย์ได้อย่างมีนัยสำคัญ [50] ที่น่าสนใจคือ ในขณะที่ตัวอย่างและชุมชนยุงจากบูร์กินาฟาโซไม่แสดงความแตกต่างในการอยู่รอดหรือการตายของยุงหลังจากการสัมผัสยาฆ่าแมลง ตัวอย่างจากเอธิโอเปียกลับแยกออกจากกันอย่างชัดเจน ซึ่งบ่งชี้ว่าองค์ประกอบของจุลินทรีย์ในตัวอย่าง Anopheles เหล่านี้เกี่ยวข้องกับความต้านทานต่อยาฆ่าแมลง ตัวอย่างถูกเก็บรวบรวมจากสถานที่เดียวกัน ซึ่งอาจอธิบายถึงความสัมพันธ์ที่แข็งแกร่งกว่าได้
ความต้านทานต่อยาฆ่าแมลงกลุ่มไพรีทรอยด์เป็นลักษณะทางฟีโนไทป์ที่ซับซ้อน และในขณะที่การเปลี่ยนแปลงในกระบวนการเผาผลาญและเป้าหมายได้รับการศึกษาค่อนข้างดีแล้ว การเปลี่ยนแปลงในจุลินทรีย์ในร่างกายเพิ่งเริ่มได้รับการสำรวจ ในการศึกษานี้ เราแสดงให้เห็นว่าการเปลี่ยนแปลงในจุลินทรีย์ในร่างกายอาจมีความสำคัญมากกว่าในประชากรบางกลุ่ม เราได้ทำการศึกษาลักษณะเฉพาะของความต้านทานต่อยาฆ่าแมลงในยุง Anopheles arabiensis จากเมืองบาฮีร์ดาร์ และแสดงให้เห็นถึงการเปลี่ยนแปลงในยีนที่เกี่ยวข้องกับความต้านทานที่ทราบกันดีอยู่แล้ว รวมถึงการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญในยีนที่เกี่ยวข้องกับการหายใจ ซึ่งปรากฏให้เห็นอย่างชัดเจนในการศึกษา RNA-seq ก่อนหน้านี้ของประชากรยุง Anopheles arabiensis จากประเทศเอธิโอเปีย โดยรวมแล้ว ผลลัพธ์เหล่านี้ชี้ให้เห็นว่าความต้านทานต่อยาฆ่าแมลงในยุงเหล่านี้อาจขึ้นอยู่กับปัจจัยทางพันธุกรรมและไม่ใช่พันธุกรรมร่วมกัน ซึ่งอาจเป็นเพราะความสัมพันธ์แบบพึ่งพาอาศัยกันกับแบคทีเรียพื้นเมืองอาจช่วยเสริมการย่อยสลายยาฆ่าแมลงในประชากรที่มีระดับความต้านทานต่ำกว่า
การศึกษาล่าสุดเชื่อมโยงการหายใจที่เพิ่มขึ้นกับความต้านทานต่อยาฆ่าแมลง ซึ่งสอดคล้องกับคำศัพท์ทางออนโทโลยีที่เพิ่มขึ้นในข้อมูล RNAseq ของ Bahir Dar และข้อมูลเอธิโอเปียแบบบูรณาการที่ได้รับในที่นี้ ซึ่งชี้ให้เห็นอีกครั้งว่าความต้านทานส่งผลให้การหายใจเพิ่มขึ้น ไม่ว่าจะเป็นสาเหตุหรือผลที่ตามมาของลักษณะทางฟีโนไทป์นี้ หากการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ส่งผลให้เกิดความแตกต่างในศักยภาพของสารออกซิเจนและไนโตรเจนที่ว่องไว ดังที่เคยเสนอไว้ก่อนหน้านี้ สิ่งนี้อาจส่งผลกระทบต่อความสามารถของพาหะและการตั้งรกรากของจุลินทรีย์ผ่านความต้านทานของแบคทีเรียที่แตกต่างกันต่อการกำจัด ROS โดยแบคทีเรียที่อาศัยอยู่ร่วมกันในระยะยาว
ข้อมูลที่นำเสนอในที่นี้เป็นหลักฐานที่แสดงให้เห็นว่าจุลินทรีย์ในร่างกายสามารถส่งผลต่อความต้านทานต่อยาฆ่าแมลงในสภาพแวดล้อมบางอย่างได้ นอกจากนี้ เรายังแสดงให้เห็นว่ายุง An. arabiensis ในเอธิโอเปียมีการเปลี่ยนแปลงของทรานสคริปโตมที่คล้ายคลึงกันซึ่งส่งผลให้เกิดความต้านทานต่อยาฆ่าแมลง อย่างไรก็ตาม จำนวนยีนที่สอดคล้องกับที่พบในบูร์กินาฟาโซนั้นมีน้อย ยังมีข้อจำกัดหลายประการเกี่ยวกับข้อสรุปที่ได้ในที่นี้และในการศึกษาอื่นๆ ประการแรก ความสัมพันธ์เชิงสาเหตุระหว่างการอยู่รอดของยุงที่ทนต่อไพรีทรอยด์และจุลินทรีย์ในร่างกายจำเป็นต้องได้รับการพิสูจน์โดยใช้การศึกษาเมตาโบลิกหรือการปลูกถ่ายจุลินทรีย์ในร่างกาย นอกจากนี้ การตรวจสอบความถูกต้องของตัวเลือกหลักในประชากรหลายกลุ่มจากภูมิภาคต่างๆ จำเป็นต้องได้รับการพิสูจน์ สุดท้าย การรวมข้อมูลทรานสคริปโตมกับข้อมูลจุลินทรีย์ในร่างกายผ่านการศึกษาหลังการปลูกถ่ายแบบเจาะจงจะให้ข้อมูลที่ละเอียดมากขึ้นว่าจุลินทรีย์ในร่างกายมีอิทธิพลโดยตรงต่อทรานสคริปโตมของยุงในส่วนที่เกี่ยวกับความต้านทานต่อไพรีทรอยด์หรือไม่ อย่างไรก็ตาม โดยรวมแล้ว ข้อมูลของเราชี้ให้เห็นว่าความต้านทานนั้นเกิดขึ้นทั้งในระดับท้องถิ่นและระดับนานาชาติ ซึ่งเน้นย้ำถึงความจำเป็นในการทดสอบผลิตภัณฑ์ยาฆ่าแมลงใหม่ในหลายภูมิภาค