A malária continua sendo uma das principais causas de morte e doença na África, com maior incidência entre crianças menores de 5 anos. O meio mais eficaz de prevenção da doença são os agentes de controle de vetores inseticidas que têm como alvo os mosquitos Anopheles adultos. Como resultado do uso generalizado dessas intervenções, a resistência às classes de inseticidas mais comumente utilizadas está disseminada por toda a África. Compreender os mecanismos subjacentes que levam a esse fenótipo é essencial tanto para rastrear a disseminação da resistência quanto para desenvolver novas ferramentas para superá-la.
Neste estudo, comparamos a composição do microbioma de populações de Anopheles gambiae, Anopheles cruzi e Anopheles arabiensis resistentes a inseticidas de Burkina Faso com populações sensíveis a inseticidas, também da Etiópia.
Não encontramos diferenças na composição da microbiota entre as espécies resistentes a inseticidas einseticidaPopulações suscetíveis em Burkina Faso. Este resultado foi confirmado por estudos laboratoriais em colônias de dois países de Burkina Faso. Em contraste, em mosquitos Anopheles arabiensis da Etiópia, foram observadas diferenças claras na composição da microbiota entre aqueles que morreram e aqueles que sobreviveram à exposição a inseticidas. Para investigar mais a fundo a resistência dessa população de Anopheles arabiensis, realizamos sequenciamento de RNA e encontramos expressão diferencial de genes de desintoxicação associados à resistência a inseticidas, bem como alterações nos canais iônicos respiratórios, metabólicos e sinápticos.
Nossos resultados sugerem que, em alguns casos, a microbiota pode contribuir para o desenvolvimento de resistência a inseticidas, além de alterações no transcriptoma.
Embora a resistência seja frequentemente descrita como um componente genético do vetor Anopheles, estudos recentes mostraram que o microbioma muda em resposta à exposição a inseticidas, sugerindo um papel para esses organismos na resistência. De fato, estudos de vetores de mosquitos Anopheles gambiae na América do Sul e Central mostraram mudanças significativas no microbioma epidérmico após exposição a piretróides, bem como mudanças no microbioma geral após exposição a organofosforados. Na África, a resistência a piretróides foi associada a mudanças na composição da microbiota em Camarões, Quênia e Costa do Marfim, enquanto Anopheles gambiae adaptados em laboratório mostraram mudanças em sua microbiota após seleção para resistência a piretróides. Além disso, o tratamento experimental com antibióticos e a adição de bactérias conhecidas em mosquitos Anopheles arabiensis colonizados em laboratório mostraram maior tolerância a piretróides. Juntos, esses dados sugerem que a resistência a inseticidas pode estar ligada ao microbioma do mosquito e que esse aspecto da resistência a inseticidas pode ser explorado para o controle de vetores de doenças.
Neste estudo, utilizamos o sequenciamento 16S para determinar se a microbiota de mosquitos colonizados em laboratório e coletados em campo na África Ocidental e Oriental diferia entre aqueles que sobreviveram e aqueles que morreram após a exposição ao piretroide deltametrina. No contexto da resistência a inseticidas, comparar a microbiota de diferentes regiões da África com diferentes espécies e níveis de resistência pode ajudar a entender as influências regionais nas comunidades microbianas. As colônias de laboratório eram de Burkina Faso e criadas em dois laboratórios europeus diferentes (An. coluzzii na Alemanha e An. arabiensis no Reino Unido); os mosquitos de Burkina Faso representavam todas as três espécies do complexo de espécies An. gambiae, e os mosquitos da Etiópia representavam An. arabiensis. Aqui, mostramos que o Anopheles arabiensis da Etiópia apresentou assinaturas de microbiota distintas em mosquitos vivos e mortos, enquanto o Anopheles arabiensis de Burkina Faso e dois laboratórios não apresentaram. O objetivo deste estudo é investigar mais a fundo a resistência a inseticidas. Realizamos sequenciamento de RNA nas populações de Anopheles arabiensis e constatamos que genes associados à resistência a inseticidas foram suprarregulados, enquanto genes relacionados à respiração foram, em geral, alterados. A integração desses dados com uma segunda população da Etiópia identificou genes-chave de desintoxicação na região. Uma comparação posterior com Anopheles arabiensis de Burkina Faso revelou diferenças significativas nos perfis do transcriptoma, mas ainda identificou quatro genes-chave de desintoxicação que foram superexpressos em toda a África.
Mosquitos vivos e mortos de cada espécie de cada região foram então sequenciados usando sequenciamento 16S e abundâncias relativas foram calculadas. Não foram observadas diferenças na diversidade alfa, indicando que não há diferenças na riqueza da unidade taxonômica operacional (OTU); no entanto, a diversidade beta variou significativamente entre os países, e os termos de interação para país e status vivo/morto (PANOVA = 0,001 e 0,008, respectivamente) indicaram que existia diversidade entre esses fatores. Não foram observadas diferenças na variância beta entre os países, indicando variâncias semelhantes entre os grupos. O gráfico de escala multivariada de Bray-Curtis (Figura 2A) mostrou que as amostras foram amplamente segregadas por localização, mas houve algumas exceções notáveis. Várias amostras da comunidade An. arabiensis e uma amostra da comunidade An. coluzzii se sobrepuseram a uma amostra de Burkina Faso, enquanto uma amostra das amostras de An. arabiensis de Burkina Faso se sobrepôs à de An. arabiensis, o que pode indicar que a microbiota original foi mantida aleatoriamente ao longo de muitas gerações e em múltiplas regiões. As amostras de Burkina Faso não foram claramente segregadas por espécie; essa falta de segregação era esperada, uma vez que os indivíduos foram posteriormente agrupados, apesar de serem originários de diferentes ambientes larvais. De fato, estudos mostraram que compartilhar um nicho ecológico durante o estágio aquático pode influenciar significativamente a composição da microbiota [50]. Curiosamente, enquanto as amostras e comunidades de mosquitos de Burkina Faso não mostraram diferenças na sobrevivência ou mortalidade de mosquitos após exposição a inseticidas, as amostras etíopes foram claramente segregadas, sugerindo que a composição da microbiota nessas amostras de Anopheles está associada à resistência a inseticidas. As amostras foram coletadas no mesmo local, o que pode explicar a associação mais forte.
A resistência a inseticidas piretróides é um fenótipo complexo e, embora as alterações no metabolismo e nos alvos sejam relativamente bem estudadas, as alterações na microbiota estão apenas começando a ser exploradas. Neste estudo, mostramos que as alterações na microbiota podem ser mais importantes em certas populações; caracterizamos ainda mais a resistência a inseticidas em Anopheles arabiensis de Bahir Dar e mostramos alterações em transcritos conhecidos associados à resistência, bem como alterações significativas em genes relacionados à respiração que também foram evidentes em um estudo anterior de RNA-seq de populações de Anopheles arabiensis da Etiópia. Juntos, esses resultados sugerem que a resistência a inseticidas nesses mosquitos pode depender de uma combinação de fatores genéticos e não genéticos, provavelmente porque as relações simbióticas com bactérias indígenas podem complementar a degradação de inseticidas em populações com níveis mais baixos de resistência.
Estudos recentes associaram o aumento da respiração à resistência a inseticidas, consistente com os termos ontológicos enriquecidos no RNAseq de Bahir Dar e os dados etíopes integrados obtidos aqui; sugerindo novamente que a resistência resulta em aumento da respiração, seja como causa ou consequência desse fenótipo. Se essas mudanças levarem a diferenças no potencial de espécies reativas de oxigênio e nitrogênio, como sugerido anteriormente, isso poderia impactar a competência do vetor e a colonização microbiana por meio da resistência bacteriana diferencial à eliminação de ROS por bactérias comensais de longo prazo.
Os dados apresentados aqui fornecem evidências de que a microbiota pode influenciar a resistência a inseticidas em certos ambientes. Também demonstramos que os mosquitos An. arabiensis na Etiópia apresentam alterações semelhantes no transcriptoma, conferindo resistência a inseticidas; no entanto, o número de genes correspondentes aos de Burkina Faso é pequeno. Várias ressalvas permanecem quanto às conclusões alcançadas aqui e em outros estudos. Primeiro, uma relação causal entre a sobrevivência de piretróides e a microbiota precisa ser demonstrada por meio de estudos metabolômicos ou transplante de microbiota. Além disso, a validação de candidatos-chave em múltiplas populações de diferentes regiões precisa ser demonstrada. Finalmente, a combinação de dados do transcriptoma com dados da microbiota por meio de estudos pós-transplante direcionados fornecerá informações mais detalhadas sobre se a microbiota influencia diretamente o transcriptoma do mosquito em relação à resistência a piretróides. No entanto, em conjunto, nossos dados sugerem que a resistência é tanto local quanto transnacional, destacando a necessidade de testar novos produtos inseticidas em múltiplas regiões.
Horário da publicação: 24/03/2025