La malaria sigue siendo una de las principales causas de muerte y enfermedad en África, con la mayor incidencia entre los niños menores de 5 años. La forma más eficaz de prevenir la enfermedad son los agentes insecticidas de control de vectores dirigidos a los mosquitos Anopheles adultos. Gracias al uso generalizado de estas intervenciones, la resistencia a los insecticidas más utilizados se ha extendido por toda África. Comprender los mecanismos subyacentes que conducen a este fenotipo es esencial tanto para rastrear la propagación de la resistencia como para desarrollar nuevas herramientas para combatirla.
En este estudio, comparamos la composición del microbioma de poblaciones de Anopheles gambiae, Anopheles cruzi y Anopheles arabiensis resistentes a insecticidas de Burkina Faso con poblaciones sensibles a insecticidas, también de Etiopía.
No encontramos diferencias en la composición de la microbiota entre los resistentes a los insecticidas y losinsecticidaPoblaciones susceptibles en Burkina Faso. Este resultado fue confirmado por estudios de laboratorio en colonias de dos países de Burkina Faso. Por el contrario, 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 la expresión diferencial de genes de desintoxicación asociados con la resistencia a insecticidas, así como cambios en los canales iónicos respiratorios, metabólicos y sinápticos.
Nuestros resultados sugieren que en algunos casos la microbiota puede contribuir al desarrollo de resistencia a los insecticidas, además de cambios en el transcriptoma.
Aunque la resistencia a menudo se describe 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 para estos organismos en la resistencia. De hecho, estudios de vectores de mosquitos Anopheles gambiae en América del Sur y Central han mostrado cambios significativos en el microbioma epidérmico después de la exposición a piretroides, así como cambios en el microbioma general después de 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 los Anopheles gambiae adaptados en laboratorio han mostrado cambios en su microbiota después de 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 vinculada al microbioma del mosquito y que este aspecto de la resistencia a los insecticidas podría aprovecharse para el control de vectores de enfermedades.
En este estudio, utilizamos la secuenciación 16S para determinar si la microbiota de mosquitos colonizados en laboratorio y recolectados en campo en África occidental y oriental difería entre los que sobrevivieron y los que murieron después de la exposición al piretroide deltametrina. En el contexto de la resistencia a los insecticidas, comparar la microbiota de diferentes regiones de África con diferentes especies y niveles de resistencia puede ayudar a comprender las influencias regionales en las comunidades microbianas. Las colonias de laboratorio eran de Burkina Faso y criadas 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 de microbiota distintas en mosquitos vivos y muertos, mientras que Anopheles arabiensis de Burkina Faso y dos laboratorios no las tenían. El objetivo de este estudio es investigar más a fondo la resistencia a los insecticidas. Realizamos la secuenciación de ARN en las 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 identificó genes clave para la desintoxicación en la región. Una comparación adicional con Anopheles arabiensis de Burkina Faso reveló diferencias significativas en los perfiles transcriptómicos, pero aun así identificó cuatro genes clave para la desintoxicación que se sobreexpresaban en toda África.
Mosquitos vivos y muertos de cada especie de cada región fueron secuenciados usando secuenciación 16S y se calcularon abundancias relativas. No se observaron diferencias en diversidad alfa, indicando que no hay diferencias en riqueza de unidad taxonómica operativa (OTU); sin embargo, diversidad beta varió significativamente entre países, y 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, indicando varianzas similares entre grupos. El gráfico de escalamiento multivariado de Bray-Curtis (Figura 2A) mostró que las muestras fueron segregadas en gran medida por ubicación, pero hubo algunas excepciones notables. Varias muestras de la comunidad An. arabiensis y una muestra de la comunidad 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 la de An. Muestra de la comunidad de Anopheles arabiensis, lo que podría indicar que la microbiota original se mantuvo aleatoriamente a lo largo de muchas generaciones y en múltiples regiones. Las muestras de Burkina Faso no mostraron una clara segregación por especie; esta falta de segregación era esperable, ya que los individuos se agruparon posteriormente a pesar de provenir de diferentes entornos larvarios. De hecho, 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 mosquitos tras la exposición a insecticidas, las muestras de Etiopía mostraron una clara segregación, lo que sugiere que la composición de la microbiota en estas muestras de Anopheles está asociada con la resistencia a insecticidas. Las muestras se recolectaron en la misma ubicación, lo que podría explicar la mayor asociación.
La resistencia a los insecticidas piretroides es un fenotipo complejo, y mientras que los cambios en el metabolismo y los objetivos están relativamente bien estudiados, los cambios en la microbiota apenas están comenzando a explorarse. En este estudio, mostramos que los cambios en la microbiota pueden ser más importantes en ciertas poblaciones; caracterizamos aún más la resistencia a los insecticidas en Anopheles arabiensis de Bahir Dar y mostramos cambios en las transcripciones asociadas a la resistencia conocidas, así como cambios significativos en los genes relacionados con la respiración que también fueron evidentes en un estudio previo de RNA-seq de poblaciones de Anopheles arabiensis de Etiopía . Juntos, 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 indígenas pueden complementar la degradación de 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 ontológicos enriquecidos de Bahir Dar RNAseq y los datos etíopes integrados obtenidos aquí. Esto sugiere nuevamente que la resistencia resulta en 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 previamente, esto podría afectar la competencia vectorial y la colonización microbiana a través de la resistencia bacteriana diferencial a la eliminación de ROS 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 muestran alteraciones transcriptómicas similares que confieren resistencia a los insecticidas; sin embargo, el número de genes correspondientes a los de Burkina Faso es pequeño. Siguen existiendo 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 de los piretroides y la microbiota mediante estudios metabolómicos o trasplante de microbiota. Además, es necesario demostrar la validación de candidatos clave en múltiples poblaciones de diferentes regiones. Finalmente, la combinación de datos del transcriptoma con datos de la 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 destaca la necesidad de probar nuevos productos insecticidas en múltiples regiones.
Hora de publicación: 24 de marzo de 2025