A malária continua sendo uma das principais causas de morte e doença na África, afetando principalmente crianças menores de 5 anos. Os meios mais eficazes de prevenção da doença são os inseticidas vetoriais que atuam sobre os mosquitos Anopheles adultos. Como resultado do uso disseminado dessas intervenções, a resistência às classes de inseticidas mais comuns está agora disseminada por toda a África. Compreender os mecanismos subjacentes que levam a esse fenótipo é essencial tanto para monitorar 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 do Burkina Faso com populações sensíveis a inseticidas, também da Etiópia.
Não encontramos diferenças na composição da microbiota entre cepas resistentes a inseticidas einseticida- populações suscetíveis em Burkina Faso. Este resultado foi confirmado por estudos laboratoriais de 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 ao inseticida. 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 em 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 das alterações no transcriptoma.
Embora a resistência seja frequentemente descrita como um componente genético do vetor Anopheles, estudos recentes demonstraram que o microbioma se altera em resposta à exposição a inseticidas, sugerindo um papel desses organismos na resistência. De fato, estudos com mosquitos vetores Anopheles gambiae na América do Sul e Central mostraram alterações significativas no microbioma epidérmico após a exposição a piretroides, bem como alterações no microbioma geral após a exposição a organofosforados. Na África, a resistência a piretroides foi associada a mudanças na composição da microbiota em Camarões, Quênia e Costa do Marfim, enquanto Anopheles gambiae adaptados em laboratório apresentaram alterações em sua microbiota após a seleção para resistência a piretroides. Além disso, o tratamento experimental com antibióticos e a adição de bactérias conhecidas em mosquitos Anopheles arabiensis colonizados em laboratório demonstraram aumento da tolerância a piretroides. Em conjunto, esses dados sugerem que a resistência a inseticidas pode estar ligada ao microbioma do mosquito e que esse aspecto da resistência a inseticidas poderia ser explorado para o controle de vetores de doenças.
Neste estudo, utilizamos o sequenciamento do gene 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, a comparação da microbiota de diferentes regiões da África, com diferentes espécies e níveis de resistência, pode ajudar a compreender as influências regionais nas comunidades microbianas. As colônias de laboratório eram provenientes de Burkina Faso e foram criadas em dois laboratórios europeus distintos (An. coluzzii na Alemanha e An. arabiensis no Reino Unido). Os mosquitos de Burkina Faso representavam as três espécies do complexo de espécies An. gambiae, e os mosquitos da Etiópia representavam An. arabiensis. Demonstramos que Anopheles arabiensis da Etiópia apresentou assinaturas microbianas distintas em mosquitos vivos e mortos, enquanto Anopheles arabiensis de Burkina Faso e dos dois laboratórios não apresentaram essas diferenças. O objetivo deste estudo é investigar mais a fundo a resistência a inseticidas. Realizamos o sequenciamento de RNA em populações de Anopheles arabiensis e descobrimos que genes associados à resistência a inseticidas estavam superexpressos, enquanto genes relacionados à respiração apresentavam alterações generalizadas. A integração desses dados com uma segunda população da Etiópia identificou genes-chave de desintoxicação na região. Uma comparação adicional com Anopheles arabiensis de Burkina Faso revelou diferenças significativas nos perfis de transcriptoma, mas ainda identificou quatro genes-chave de desintoxicação superexpressos em toda a África.
Mosquitos vivos e mortos de cada espécie, provenientes de cada região, foram sequenciados utilizando o sequenciamento 16S e suas abundâncias relativas foram calculadas. Não foram observadas diferenças na diversidade alfa, indicando ausência de diferenças na riqueza de unidades taxonômicas operacionais (OTUs); contudo, a diversidade beta variou significativamente entre os países, e os termos de interação entre país e estado vivo/morto (PANOVA = 0,001 e 0,008, respectivamente) indicaram a existência de 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. Diversas amostras da comunidade de An. arabiensis e uma amostra da comunidade de An. coluzzii se sobrepuseram a uma amostra de Burkina Faso, enquanto uma amostra de An. arabiensis de Burkina Faso se sobrepôs à amostra da comunidade 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, visto que os indivíduos foram posteriormente agrupados, apesar de originários de diferentes ambientes larvais. De fato, estudos demonstraram que o compartilhamento de um nicho ecológico durante a fase aquática pode influenciar significativamente a composição da microbiota [50]. Curiosamente, enquanto as amostras e comunidades de mosquitos de Burkina Faso não apresentaram diferenças na sobrevivência ou mortalidade dos mosquitos após a exposição a inseticidas, as amostras da Etiópia 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 piretroides 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 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. Em conjunto, 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 nativas 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, o que está de acordo com os termos de ontologia enriquecidos no RNAseq de Bahir Dar e com os dados integrados da Etiópia obtidos neste estudo; sugerindo, mais uma vez, que a resistência resulta em aumento da respiração, seja como causa ou consequência desse fenótipo. Se essas alterações levarem a diferenças no potencial de espécies reativas de oxigênio e nitrogênio, como sugerido anteriormente, isso poderá impactar a competência vetorial e a colonização microbiana por meio da resistência bacteriana diferencial à eliminação de ROS por bactérias comensais de longa data.
Os dados aqui apresentados fornecem evidências de que a microbiota pode influenciar a resistência a inseticidas em determinados ambientes. Também demonstramos que mosquitos Anopheles arabiensis na Etiópia exibem alterações transcriptômicas semelhantes que conferem resistência a inseticidas; no entanto, o número de genes correspondentes aos encontrados em Burkina Faso é pequeno. Diversas ressalvas permanecem em relação às conclusões alcançadas aqui e em outros estudos. Primeiro, uma relação causal entre a sobrevivência a piretroides 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 transcriptômicos com dados de microbiota por meio de estudos direcionados pós-transplante fornecerá informações mais detalhadas sobre se a microbiota influencia diretamente o transcriptoma do mosquito em relação à resistência a piretroides. Contudo, em conjunto, nossos dados sugerem que a resistência é tanto local quanto transnacional, destacando a necessidade de testar novos produtos inseticidas em múltiplas regiões.
Data da publicação: 24/03/2025