La malaria sigue siendo una de las principales causas de muerte y enfermedad en África, afectando especialmente a los niños menores de 5 años. El método más eficaz para prevenir la enfermedad son los insecticidas para el control de vectores, que actúan contra los mosquitos Anopheles adultos. Como consecuencia del uso generalizado de estas intervenciones, la resistencia a las clases de insecticidas más comunes se ha extendido por toda África. Comprender los mecanismos subyacentes que dan lugar a este fenómeno es fundamental tanto para rastrear la propagación de la resistencia como para desarrollar nuevas herramientas que permitan superarla.
En este estudio, comparamos la composición del microbioma de poblaciones de Anopheles gambiae, Anopheles cruzi y Anopheles arabiensis resistentes a los insecticidas, procedentes de Burkina Faso, con poblaciones sensibles a los insecticidas, también de Etiopía.
No encontramos diferencias en la composición de la microbiota entre los resistentes a los insecticidas yinsecticida-poblaciones susceptibles en Burkina Faso. Este resultado fue confirmado por estudios de laboratorio de colonias de dos países de Burkina Faso. En contraste, en mosquitos Anopheles arabiensis de Etiopía, se observaron claras diferencias en la composición de la microbiota entre los que murieron y los que sobrevivieron a la exposición a insecticidas. Para investigar más a fondo la resistencia de esta población de Anopheles arabiensis, realizamos secuenciación de ARN y encontramos expresión diferencial de genes de desintoxicación asociados con la resistencia a insecticidas, así como cambios en canales iónicos respiratorios, metabólicos y sinápticos.
Nuestros resultados sugieren que, en algunos casos, la microbiota puede contribuir al desarrollo de la resistencia a los insecticidas, además de los cambios en el transcriptoma.
Aunque la resistencia se describe a menudo como un componente genético del vector Anopheles, estudios recientes han demostrado que el microbioma cambia en respuesta a la exposición a insecticidas, lo que sugiere un papel de estos organismos en la resistencia. De hecho, estudios de mosquitos vectores Anopheles gambiae en América del Sur y Central han mostrado cambios significativos en el microbioma epidérmico tras la exposición a piretroides, así como cambios en el microbioma general tras la exposición a organofosforados. En África, la resistencia a los piretroides se ha asociado con cambios en la composición de la microbiota en Camerún, Kenia y Costa de Marfil, mientras que Anopheles gambiae adaptados a laboratorio han mostrado cambios en su microbiota tras la selección para la resistencia a los piretroides. Además, el tratamiento experimental con antibióticos y la adición de bacterias conocidas en mosquitos Anopheles arabiensis colonizados en laboratorio mostraron una mayor tolerancia a los piretroides. En conjunto, estos datos sugieren que la resistencia a los insecticidas puede estar relacionada con el microbioma del mosquito y que este aspecto de la resistencia a los insecticidas podría aprovecharse para el control de los vectores de enfermedades.
En este estudio, utilizamos la secuenciación del gen 16S para determinar si la microbiota de mosquitos colonizados en laboratorio y recolectados en el campo en África Occidental y Oriental difería entre los que sobrevivieron y los que murieron tras la exposición al piretroide deltametrina. En el contexto de la resistencia a los insecticidas, comparar la microbiota de diferentes regiones de África con distintas especies y niveles de resistencia puede ayudar a comprender las influencias regionales en las comunidades microbianas. Las colonias de laboratorio procedían de Burkina Faso y se criaron en dos laboratorios europeos diferentes (An. coluzzii en Alemania y An. arabiensis en el Reino Unido). Los mosquitos de Burkina Faso representaban las tres especies del complejo de especies An. gambiae, y los mosquitos de Etiopía representaban An. arabiensis. Aquí mostramos que Anopheles arabiensis de Etiopía tenía firmas microbianas distintas en mosquitos vivos y muertos, mientras que Anopheles arabiensis de Burkina Faso y de los dos laboratorios no las tenía. El objetivo de este estudio es investigar más a fondo la resistencia a los insecticidas. Realizamos una secuenciación de ARN en poblaciones de Anopheles arabiensis y observamos que los genes asociados con la resistencia a los insecticidas estaban sobreexpresados, mientras que los genes relacionados con la respiración presentaban alteraciones generales. La integración de estos datos con una segunda población de Etiopía permitió identificar genes clave de desintoxicación en la región. Una comparación posterior con Anopheles arabiensis de Burkina Faso reveló diferencias significativas en los perfiles transcriptómicos, pero aun así permitió identificar cuatro genes clave de desintoxicación que se sobreexpresaban en toda África.
Luego se secuenciaron mosquitos vivos y muertos de cada especie de cada región usando secuenciación 16S y se calcularon abundancias relativas. No se observaron diferencias en diversidad alfa, lo que indica que no hay diferencias en riqueza de unidades taxonómicas operativas (OTU); sin embargo, la diversidad beta varió significativamente entre países, y los términos de interacción para país y estado vivo/muerto (PANOVA = 0,001 y 0,008, respectivamente) indicaron que existía diversidad entre estos factores. No se observaron diferencias en varianza beta entre países, lo que indica varianzas similares entre grupos. El gráfico de escalamiento multivariado de Bray-Curtis (Figura 2A) mostró que las muestras estaban en gran medida segregadas por ubicación, pero hubo algunas excepciones notables. Varias muestras de la comunidad de An. arabiensis y una muestra de la comunidad de An. coluzzii se superpusieron con una muestra de Burkina Faso, mientras que una muestra de las muestras de An. arabiensis de Burkina Faso se superpuso con An. muestra de la comunidad arabiensis, lo que puede indicar que la microbiota original se mantuvo aleatoriamente durante muchas generaciones y en múltiples regiones. Las muestras de Burkina Faso no estaban claramente segregadas por especies; esta falta de segregación era esperada ya que los individuos se agruparon posteriormente a pesar de provenir de diferentes entornos larvarios. De hecho, los estudios han demostrado que compartir un nicho ecológico durante la etapa acuática puede influir significativamente en la composición de la microbiota [50]. Curiosamente, mientras que las muestras y comunidades de mosquitos de Burkina Faso no mostraron diferencias en la supervivencia o mortalidad de los mosquitos después de la exposición a insecticidas, las muestras de Etiopía estaban claramente segregadas, lo que sugiere que la composición de la microbiota en estas muestras de Anopheles está asociada con la resistencia a los insecticidas. Las muestras se recolectaron en la misma ubicación, lo que puede explicar la asociación más fuerte.
La resistencia a los insecticidas piretroides es un fenotipo complejo, y si bien los cambios en el metabolismo y los objetivos están relativamente bien estudiados, los cambios en la microbiota apenas comienzan a explorarse. En este estudio, demostramos que los cambios en la microbiota pueden ser más importantes en ciertas poblaciones; además, caracterizamos la resistencia a los insecticidas en Anopheles arabiensis de Bahir Dar y mostramos cambios en transcritos conocidos asociados a la resistencia, así como cambios significativos en genes relacionados con la respiración que también fueron evidentes en un estudio previo de secuenciación de ARN de poblaciones de Anopheles arabiensis de Etiopía. En conjunto, estos resultados sugieren que la resistencia a los insecticidas en estos mosquitos puede depender de una combinación de factores genéticos y no genéticos, probablemente porque las relaciones simbióticas con bacterias autóctonas pueden complementar la degradación de los insecticidas en poblaciones con niveles más bajos de resistencia.
Estudios recientes han vinculado el aumento de la respiración con la resistencia a los insecticidas, lo cual concuerda con los términos de ontología enriquecidos en Bahir Dar RNAseq y los datos etíopes integrados obtenidos aquí; lo que sugiere nuevamente que la resistencia produce un aumento de la respiración, ya sea como causa o consecuencia de este fenotipo. Si estos cambios conducen a diferencias en el potencial de especies reactivas de oxígeno y nitrógeno, como se sugirió anteriormente, esto podría afectar la competencia vectorial y la colonización microbiana a través de la resistencia bacteriana diferencial a la eliminación de especies reactivas de oxígeno por parte de bacterias comensales a largo plazo.
Los datos presentados aquí proporcionan evidencia de que la microbiota puede influir en la resistencia a los insecticidas en ciertos entornos. También demostramos que los mosquitos An. arabiensis en Etiopía presentan alteraciones transcriptómicas similares que confieren resistencia a los insecticidas; sin embargo, el número de genes correspondientes a los de Burkina Faso es pequeño. Persisten varias salvedades con respecto a las conclusiones alcanzadas aquí y en otros estudios. En primer lugar, es necesario demostrar una relación causal entre la supervivencia a los piretroides y la microbiota mediante estudios metabolómicos o trasplante de microbiota. Además, es necesario validar los candidatos clave en múltiples poblaciones de diferentes regiones. Finalmente, la combinación de datos transcriptómicos con datos de microbiota a través de estudios postrasplante específicos proporcionará información más detallada sobre si la microbiota influye directamente en el transcriptoma del mosquito con respecto a la resistencia a los piretroides. Sin embargo, en conjunto, nuestros datos sugieren que la resistencia es tanto local como transnacional, lo que subraya la necesidad de probar nuevos productos insecticidas en múltiples regiones.
Fecha de publicación: 24 de marzo de 2025