Malaria tetap menjadi penyebab utama kematian dan penyakit di Afrika, dengan beban terbesar di antara anak-anak di bawah usia 5 tahun. Cara paling efektif untuk mencegah penyakit ini adalah dengan menggunakan agen pengendali vektor insektisida yang menargetkan nyamuk Anopheles dewasa. Akibat penggunaan intervensi ini secara luas, resistensi terhadap kelas insektisida yang paling umum digunakan kini tersebar luas di seluruh Afrika. Memahami mekanisme mendasar yang menyebabkan fenotipe ini sangat penting baik untuk melacak penyebaran resistensi maupun untuk mengembangkan alat baru untuk mengatasinya.
Dalam penelitian ini, kami membandingkan komposisi mikrobioma populasi Anopheles gambiae, Anopheles cruzi, dan Anopheles arabiensis yang resistan terhadap insektisida dari Burkina Faso dengan populasi yang sensitif terhadap insektisida, juga dari Ethiopia.
Kami tidak menemukan perbedaan dalam komposisi mikrobiota antara yang resisten terhadap insektisida daninsektisida-populasi yang rentan di Burkina Faso. Hasil ini dikonfirmasi oleh studi laboratorium terhadap koloni dari dua negara Burkina Faso. Sebaliknya, pada nyamuk Anopheles arabiensis dari Ethiopia, perbedaan yang jelas dalam komposisi mikrobiota diamati antara nyamuk yang mati dan yang selamat dari paparan insektisida. Untuk menyelidiki lebih lanjut resistensi populasi Anopheles arabiensis ini, kami melakukan pengurutan RNA dan menemukan ekspresi diferensial gen detoksifikasi yang terkait dengan resistensi insektisida, serta perubahan pada saluran ion pernapasan, metabolisme, dan sinaptik.
Hasil penelitian kami menunjukkan bahwa dalam beberapa kasus, mikrobiota dapat berkontribusi pada perkembangan resistensi insektisida, di samping perubahan transkriptom.
Meskipun resistensi sering digambarkan sebagai komponen genetik dari vektor Anopheles, studi terbaru menunjukkan bahwa mikrobioma berubah sebagai respons terhadap paparan insektisida, yang menunjukkan peran organisme ini dalam resistensi. Memang, studi terhadap vektor nyamuk Anopheles gambiae di Amerika Selatan dan Tengah telah menunjukkan perubahan signifikan pada mikrobioma epidermis setelah terpapar piretroid, serta perubahan pada mikrobioma secara keseluruhan setelah terpapar organofosfat. Di Afrika, resistensi piretroid telah dikaitkan dengan pergeseran komposisi mikrobiota di Kamerun, Kenya, dan Pantai Gading, sementara Anopheles gambiae yang diadaptasi di laboratorium telah menunjukkan pergeseran mikrobiota mereka setelah seleksi untuk resistensi piretroid. Lebih lanjut, pengobatan eksperimental dengan antibiotik dan penambahan bakteri yang diketahui pada nyamuk Anopheles arabiensis yang dikolonisasi di laboratorium menunjukkan peningkatan toleransi terhadap piretroid. Secara keseluruhan, data ini menunjukkan bahwa resistensi insektisida mungkin terkait dengan mikrobioma nyamuk dan bahwa aspek resistensi insektisida ini dapat dimanfaatkan untuk pengendalian vektor penyakit.
Dalam penelitian ini, kami menggunakan sekuensing 16S untuk menentukan apakah mikrobiota nyamuk yang dikolonisasi di laboratorium dan yang dikumpulkan di lapangan di Afrika Barat dan Timur berbeda antara nyamuk yang bertahan hidup dan yang mati setelah terpapar piretroid deltametrin. Dalam konteks resistensi insektisida, membandingkan mikrobiota dari berbagai wilayah di Afrika dengan spesies dan tingkat resistensi yang berbeda dapat membantu memahami pengaruh regional terhadap komunitas mikroba. Koloni laboratorium berasal dari Burkina Faso dan dibiakkan di dua laboratorium Eropa yang berbeda (An. coluzzii di Jerman dan An. arabiensis di Inggris), nyamuk dari Burkina Faso mewakili ketiga spesies kompleks spesies An. gambiae, dan nyamuk dari Ethiopia mewakili An. arabiensis. Di sini, kami menunjukkan bahwa Anopheles arabiensis dari Ethiopia memiliki ciri khas mikrobiota yang berbeda pada nyamuk hidup dan mati, sedangkan Anopheles arabiensis dari Burkina Faso dan dua laboratorium tidak. Tujuan penelitian ini adalah untuk menyelidiki lebih lanjut resistensi insektisida. Kami melakukan pengurutan RNA pada populasi Anopheles arabiensis dan menemukan bahwa gen yang terkait dengan resistensi insektisida mengalami peningkatan ekspresi, sementara gen yang terkait dengan respirasi umumnya mengalami perubahan. Integrasi data ini dengan populasi kedua dari Ethiopia mengidentifikasi gen detoksifikasi utama di wilayah tersebut. Perbandingan lebih lanjut dengan Anopheles arabiensis dari Burkina Faso mengungkapkan perbedaan signifikan dalam profil transkriptom, tetapi tetap mengidentifikasi empat gen detoksifikasi utama yang diekspresikan secara berlebihan di seluruh Afrika.
Nyamuk hidup dan mati dari setiap spesies dari setiap wilayah kemudian diurutkan menggunakan sekuensing 16S dan kelimpahan relatif dihitung. Tidak ada perbedaan dalam keanekaragaman alfa yang diamati, menunjukkan tidak ada perbedaan dalam kekayaan unit taksonomi operasional (OTU); namun, keanekaragaman beta bervariasi secara signifikan antar negara, dan istilah interaksi untuk negara dan status hidup/mati (PANOVA = 0,001 dan 0,008, masing-masing) menunjukkan bahwa keanekaragaman ada di antara faktor-faktor ini. Tidak ada perbedaan dalam varians beta yang diamati antar negara, menunjukkan varians yang serupa antar kelompok. Plot penskalaan multivariat Bray-Curtis (Gambar 2A) menunjukkan bahwa sampel sebagian besar terpisah berdasarkan lokasi, tetapi ada beberapa pengecualian yang mencolok. Beberapa sampel dari komunitas An. arabiensis dan satu sampel dari komunitas An. coluzzii tumpang tindih dengan sampel dari Burkina Faso, sedangkan satu sampel dari An. arabiensis dari Burkina Faso tumpang tindih dengan An. Sampel komunitas Anopheles arabiensis, yang mungkin menunjukkan bahwa mikrobiota asli dipertahankan secara acak selama beberapa generasi dan di berbagai wilayah. Sampel Burkina Faso tidak terpisah secara jelas berdasarkan spesies; kurangnya pemisahan ini diharapkan karena individu-individu tersebut kemudian dikumpulkan meskipun berasal dari lingkungan larva yang berbeda. Memang, penelitian telah menunjukkan bahwa berbagi ceruk ekologis selama tahap akuatik dapat secara signifikan memengaruhi komposisi mikrobiota [50]. Menariknya, sementara sampel dan komunitas nyamuk Burkina Faso tidak menunjukkan perbedaan dalam kelangsungan hidup atau kematian nyamuk setelah paparan insektisida, sampel Ethiopia terpisah secara jelas, menunjukkan bahwa komposisi mikrobiota dalam sampel Anopheles ini terkait dengan resistensi insektisida. Sampel dikumpulkan dari lokasi yang sama, yang mungkin menjelaskan asosiasi yang lebih kuat.
Resistensi terhadap insektisida piretroid merupakan fenotipe yang kompleks, dan meskipun perubahan metabolisme dan targetnya relatif telah dipelajari dengan baik, perubahan mikrobiota baru mulai dieksplorasi. Dalam studi ini, kami menunjukkan bahwa perubahan mikrobiota mungkin lebih penting pada populasi tertentu; kami lebih lanjut mengkarakterisasi resistensi insektisida pada Anopheles arabiensis dari Bahir Dar dan menunjukkan perubahan pada transkrip yang diketahui terkait dengan resistensi, serta perubahan signifikan pada gen yang terkait dengan respirasi yang juga terlihat dalam studi RNA-seq sebelumnya pada populasi Anopheles arabiensis dari Ethiopia. Secara bersamaan, hasil ini menunjukkan bahwa resistensi insektisida pada nyamuk ini mungkin bergantung pada kombinasi faktor genetik dan non-genetik, kemungkinan karena hubungan simbiosis dengan bakteri asli dapat melengkapi degradasi insektisida pada populasi dengan tingkat resistensi yang lebih rendah.
Studi terbaru telah mengaitkan peningkatan respirasi dengan resistensi insektisida, konsisten dengan istilah ontologi yang diperkaya dalam RNAseq Bahir Dar dan data Ethiopia terintegrasi yang diperoleh di sini; sekali lagi menunjukkan bahwa resistensi mengakibatkan peningkatan respirasi, baik sebagai penyebab atau konsekuensi dari fenotipe ini. Jika perubahan ini menyebabkan perbedaan potensi spesies oksigen dan nitrogen reaktif, seperti yang telah disarankan sebelumnya, hal ini dapat memengaruhi kompetensi vektor dan kolonisasi mikroba melalui resistensi bakteri yang berbeda terhadap pembersihan ROS oleh bakteri komensal jangka panjang.
Data yang disajikan di sini memberikan bukti bahwa mikrobiota dapat memengaruhi resistensi insektisida di lingkungan tertentu. Kami juga menunjukkan bahwa nyamuk An. arabiensis di Ethiopia menunjukkan perubahan transkriptom yang serupa yang menyebabkan resistensi insektisida; namun, jumlah gen yang sesuai dengan yang ada di Burkina Faso relatif kecil. Beberapa peringatan tetap ada mengenai kesimpulan yang dicapai di sini dan dalam studi lain. Pertama, hubungan sebab-akibat antara kelangsungan hidup piretroid dan mikrobiota perlu dibuktikan menggunakan studi metabolomik atau transplantasi mikrobiota. Selain itu, validasi kandidat kunci di berbagai populasi dari berbagai wilayah perlu dibuktikan. Terakhir, menggabungkan data transkriptom dengan data mikrobiota melalui studi pasca-transplantasi yang ditargetkan akan memberikan informasi yang lebih rinci tentang apakah mikrobiota secara langsung memengaruhi transkriptom nyamuk terkait resistensi piretroid. Namun, secara keseluruhan, data kami menunjukkan bahwa resistensi bersifat lokal dan transnasional, yang menyoroti perlunya pengujian produk insektisida baru di berbagai wilayah.
Waktu posting: 24 Maret 2025