Sốt rét vẫn là nguyên nhân chính gây tử vong và bệnh tật ở Châu Phi, với gánh nặng lớn nhất ở trẻ em dưới 5 tuổi. Biện pháp hiệu quả nhất để phòng ngừa bệnh là các tác nhân kiểm soát vectơ diệt côn trùng nhắm vào muỗi Anopheles trưởng thành. Do sử dụng rộng rãi các biện pháp can thiệp này, tình trạng kháng thuốc đối với các loại thuốc trừ sâu được sử dụng phổ biến nhất hiện đã lan rộng khắp Châu Phi. Việc hiểu được các cơ chế cơ bản dẫn đến kiểu hình này là điều cần thiết để theo dõi sự lây lan của tình trạng kháng thuốc và phát triển các công cụ mới để khắc phục tình trạng này.
Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã so sánh thành phần vi sinh vật của các quần thể Anopheles gambiae, Anopheles cruzi và Anopheles arabiensis kháng thuốc trừ sâu từ Burkina Faso với các quần thể nhạy cảm với thuốc trừ sâu, cũng từ Ethiopia.
Chúng tôi không tìm thấy sự khác biệt nào về thành phần vi khuẩn giữa vi khuẩn kháng thuốc trừ sâu vàthuốc trừ sâu- quần thể dễ bị nhiễm ở Burkina Faso. Kết quả này đã được xác nhận bằng các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm về các đàn muỗi từ hai quốc gia Burkina Faso. Ngược lại, ở muỗi Anopheles arabiensis từ Ethiopia, người ta quan sát thấy sự khác biệt rõ ràng về thành phần vi khuẩn giữa những con muỗi chết và những con muỗi sống sót sau khi tiếp xúc với thuốc trừ sâu. Để nghiên cứu sâu hơn về khả năng kháng thuốc của quần thể Anopheles arabiensis này, chúng tôi đã tiến hành giải trình tự RNA và phát hiện ra sự biểu hiện khác biệt của các gen giải độc liên quan đến khả năng kháng thuốc trừ sâu, cũng như những thay đổi trong các kênh ion hô hấp, chuyển hóa và synap.
Kết quả của chúng tôi cho thấy rằng trong một số trường hợp, hệ vi sinh vật có thể góp phần vào sự phát triển khả năng kháng thuốc trừ sâu, bên cạnh những thay đổi về phiên mã.
Mặc dù khả năng kháng thuốc thường được mô tả là thành phần di truyền của vectơ Anopheles, các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng hệ vi sinh vật thay đổi để đáp ứng với việc tiếp xúc với thuốc trừ sâu, cho thấy vai trò của những sinh vật này trong khả năng kháng thuốc. Thật vậy, các nghiên cứu về vectơ muỗi Anopheles gambiae ở Nam và Trung Mỹ đã chỉ ra những thay đổi đáng kể trong hệ vi sinh vật biểu bì sau khi tiếp xúc với pyrethroid, cũng như những thay đổi trong hệ vi sinh vật tổng thể sau khi tiếp xúc với organophosphates. Ở Châu Phi, khả năng kháng pyrethroid có liên quan đến sự thay đổi trong thành phần của hệ vi sinh vật ở Cameroon, Kenya và Bờ Biển Ngà, trong khi Anopheles gambiae thích nghi trong phòng thí nghiệm đã cho thấy sự thay đổi trong hệ vi sinh vật của chúng sau khi chọn lọc để kháng pyrethroid. Hơn nữa, điều trị thử nghiệm bằng kháng sinh và bổ sung vi khuẩn đã biết vào muỗi Anopheles arabiensis được nuôi trong phòng thí nghiệm cho thấy khả năng chịu đựng pyrethroid tăng lên. Cùng nhau, những dữ liệu này cho thấy khả năng kháng thuốc trừ sâu có thể liên quan đến hệ vi sinh vật của muỗi và khía cạnh kháng thuốc trừ sâu này có thể được khai thác để kiểm soát vectơ gây bệnh.
Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã sử dụng giải trình tự 16S để xác định xem hệ vi khuẩn của muỗi được thu thập ngoài đồng ruộng và trong phòng thí nghiệm ở Tây và Đông Phi có khác nhau giữa những con muỗi sống sót và những con muỗi chết sau khi tiếp xúc với pyrethroid deltamethrin hay không. Trong bối cảnh kháng thuốc trừ sâu, việc so sánh hệ vi khuẩn từ các vùng khác nhau của Châu Phi với các loài và mức độ kháng thuốc khác nhau có thể giúp hiểu được ảnh hưởng của từng khu vực đối với cộng đồng vi khuẩn. Các đàn muỗi trong phòng thí nghiệm đến từ Burkina Faso và được nuôi ở hai phòng thí nghiệm khác nhau tại Châu Âu (An. coluzzii ở Đức và An. arabiensis ở Vương quốc Anh), muỗi từ Burkina Faso đại diện cho cả ba loài của phức hợp loài An. gambiae và muỗi từ Ethiopia đại diện cho An. arabiensis. Ở đây, chúng tôi chỉ ra rằng Anopheles arabiensis từ Ethiopia có các dấu hiệu hệ vi khuẩn riêng biệt ở muỗi sống và muỗi chết, trong khi Anopheles arabiensis từ Burkina Faso và hai phòng thí nghiệm thì không. Mục đích của nghiên cứu này là để tiếp tục điều tra khả năng kháng thuốc trừ sâu. Chúng tôi đã thực hiện giải trình tự RNA trên quần thể Anopheles arabiensis và phát hiện ra rằng các gen liên quan đến khả năng kháng thuốc trừ sâu được điều chỉnh tăng lên, trong khi các gen liên quan đến hô hấp nói chung bị thay đổi. Việc tích hợp các dữ liệu này với quần thể thứ hai từ Ethiopia đã xác định được các gen giải độc quan trọng trong khu vực. So sánh thêm với Anopheles arabiensis từ Burkina Faso đã phát hiện ra sự khác biệt đáng kể trong hồ sơ phiên mã, nhưng vẫn xác định được bốn gen giải độc quan trọng được biểu hiện quá mức trên khắp Châu Phi.
Muỗi sống và chết của mỗi loài từ mỗi khu vực sau đó được giải trình tự bằng cách sử dụng giải trình tự 16S và độ phong phú tương đối được tính toán. Không có sự khác biệt nào về độ đa dạng alpha được quan sát thấy, cho thấy không có sự khác biệt nào về độ phong phú của đơn vị phân loại vận hành (OTU); tuy nhiên, độ đa dạng beta thay đổi đáng kể giữa các quốc gia và các điều khoản tương tác cho quốc gia và trạng thái sống/chết (PANOVA = 0,001 và 0,008, tương ứng) chỉ ra rằng có sự đa dạng giữa các yếu tố này. Không có sự khác biệt nào về phương sai beta được quan sát thấy giữa các quốc gia, cho thấy phương sai tương tự giữa các nhóm. Biểu đồ tỷ lệ đa biến Bray-Curtis (Hình 2A) cho thấy các mẫu phần lớn được phân tách theo vị trí, nhưng có một số trường hợp ngoại lệ đáng chú ý. Một số mẫu từ quần thể An. arabiensis và một mẫu từ quần thể An. coluzzii chồng lấn với một mẫu từ Burkina Faso, trong khi một mẫu từ các mẫu An. arabiensis từ Burkina Faso chồng lấn với mẫu cộng đồng An. arabiensis, điều này có thể chỉ ra rằng hệ vi sinh vật ban đầu được duy trì ngẫu nhiên qua nhiều thế hệ và trên nhiều khu vực. Các mẫu ở Burkina Faso không được phân loại rõ ràng theo loài; sự thiếu phân loại này đã được dự đoán trước vì các cá thể sau đó được gom lại mặc dù có nguồn gốc từ các môi trường ấu trùng khác nhau. Thật vậy, các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc chia sẻ một hốc sinh thái trong giai đoạn thủy sinh có thể ảnh hưởng đáng kể đến thành phần của hệ vi sinh vật [50]. Điều thú vị là, trong khi các mẫu muỗi và cộng đồng ở Burkina Faso không cho thấy sự khác biệt về khả năng sống sót hoặc tử vong của muỗi sau khi tiếp xúc với thuốc trừ sâu, thì các mẫu ở Ethiopia lại được phân loại rõ ràng, cho thấy thành phần hệ vi sinh vật trong các mẫu Anopheles này có liên quan đến khả năng kháng thuốc trừ sâu. Các mẫu được thu thập từ cùng một địa điểm, điều này có thể giải thích mối liên hệ chặt chẽ hơn.
Khả năng kháng thuốc trừ sâu pyrethroid là một kiểu hình phức tạp, và trong khi những thay đổi trong quá trình chuyển hóa và mục tiêu đã được nghiên cứu tương đối kỹ lưỡng, thì những thay đổi trong hệ vi sinh vật chỉ mới bắt đầu được khám phá. Trong nghiên cứu này, chúng tôi chỉ ra rằng những thay đổi trong hệ vi sinh vật có thể quan trọng hơn ở một số quần thể nhất định; chúng tôi tiếp tục mô tả đặc điểm khả năng kháng thuốc trừ sâu ở Anopheles arabiensis từ Bahir Dar và chỉ ra những thay đổi trong các bản sao liên quan đến khả năng kháng thuốc đã biết, cũng như những thay đổi đáng kể trong các gen liên quan đến hô hấp cũng đã được chứng minh trong một nghiên cứu RNA-seq trước đây về quần thể Anopheles arabiensis từ Ethiopia. Cùng nhau, những kết quả này cho thấy khả năng kháng thuốc trừ sâu ở những con muỗi này có thể phụ thuộc vào sự kết hợp của các yếu tố di truyền và không di truyền, có thể là do mối quan hệ cộng sinh với vi khuẩn bản địa có thể bổ sung cho quá trình phân hủy thuốc trừ sâu ở những quần thể có mức độ kháng thuốc thấp hơn.
Các nghiên cứu gần đây đã liên kết hô hấp tăng với khả năng kháng thuốc trừ sâu, phù hợp với các thuật ngữ ontology được làm giàu trong Bahir Dar RNAseq và dữ liệu Ethiopia tích hợp thu được tại đây; một lần nữa cho thấy khả năng kháng dẫn đến hô hấp tăng, là nguyên nhân hoặc hậu quả của kiểu hình này. Nếu những thay đổi này dẫn đến sự khác biệt về tiềm năng của các loài oxy phản ứng và nitơ, như đã đề xuất trước đây, điều này có thể ảnh hưởng đến khả năng vectơ và sự xâm chiếm của vi khuẩn thông qua khả năng kháng vi khuẩn khác nhau đối với quá trình dọn sạch ROS của vi khuẩn cộng sinh lâu dài.
Dữ liệu trình bày ở đây cung cấp bằng chứng cho thấy hệ vi sinh vật có thể ảnh hưởng đến khả năng kháng thuốc trừ sâu trong một số môi trường nhất định. Chúng tôi cũng chứng minh rằng muỗi An. arabiensis ở Ethiopia biểu hiện những biến đổi phiên mã tương tự gây ra khả năng kháng thuốc trừ sâu; tuy nhiên, số lượng gen tương ứng với những gen ở Burkina Faso là ít. Vẫn còn một số cảnh báo liên quan đến kết luận đạt được ở đây và trong các nghiên cứu khác. Đầu tiên, cần chứng minh mối quan hệ nhân quả giữa sự sống sót của pyrethroid và hệ vi sinh vật bằng cách sử dụng các nghiên cứu chuyển hóa hoặc cấy ghép hệ vi sinh vật. Ngoài ra, cần chứng minh tính xác thực của các ứng cử viên chính trong nhiều quần thể từ các khu vực khác nhau. Cuối cùng, việc kết hợp dữ liệu phiên mã với dữ liệu hệ vi sinh vật thông qua các nghiên cứu sau cấy ghép có mục tiêu sẽ cung cấp thông tin chi tiết hơn về việc liệu hệ vi sinh vật có ảnh hưởng trực tiếp đến phiên mã của muỗi liên quan đến khả năng kháng pyrethroid hay không. Tuy nhiên, xét về tổng thể, dữ liệu của chúng tôi cho thấy khả năng kháng thuốc vừa mang tính cục bộ vừa mang tính xuyên quốc gia, làm nổi bật nhu cầu thử nghiệm các sản phẩm thuốc trừ sâu mới ở nhiều khu vực.
Thời gian đăng: 24-03-2025