Sốt rét vẫn là nguyên nhân chính gây tử vong và bệnh tật ở châu Phi, với gánh nặng lớn nhất tập trung ở trẻ em dưới 5 tuổi. Biện pháp hiệu quả nhất để phòng ngừa bệnh là sử dụng thuốc diệt côn trùng để kiểm soát vật trung gian truyền bệnh, nhắm vào muỗi Anopheles trưởng thành. Do việc sử dụng rộng rãi các biện pháp can thiệp này, tình trạng kháng thuốc đối với các loại thuốc diệt côn trùng được sử dụng phổ biến nhất hiện nay đã lan rộng khắp châu Phi. Hiểu rõ các cơ chế cơ bản dẫn đến hiện tượng này là điều cần thiết để theo dõi sự lan rộng của tình trạng kháng thuốc và phát triển các công cụ mới để khắc phục nó.
Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã so sánh thành phần hệ vi sinh vật của quần thể muỗi Anopheles gambiae, Anopheles cruzi và Anopheles arabiensis kháng thuốc trừ sâu từ Burkina Faso với quần thể nhạy cảm với thuốc trừ sâu, cũng từ Ethiopia.
Chúng tôi không tìm thấy sự khác biệt nào về thành phần hệ vi sinh vật giữa các giống kháng thuốc trừ sâu vàthuốc trừ sâu- quần thể nhạy cảm ở Burkina Faso. Kết quả này đã được xác nhận bằng các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm trên các quần thể từ hai quốc gia thuộc Burkina Faso. Ngược lại, ở muỗi Anopheles arabiensis từ Ethiopia, sự khác biệt rõ rệt về thành phần hệ vi sinh vật đã được quan sát thấy giữa những con chết và những con sống sót sau khi tiếp xúc với thuốc trừ sâu. Để điều tra thêm về khả năng kháng thuốc của quần thể Anopheles arabiensis này, chúng tôi đã thực hiện giải trình tự RNA và tìm thấy 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 nghiên cứu 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 hệ gen biểu hiện.
Mặc dù khả năng kháng thuốc thường được mô tả là một thành phần di truyền của muỗi Anopheles, các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng hệ vi sinh vật thay đổi khi tiếp xúc với thuốc trừ sâu, cho thấy vai trò của các sinh vật này trong khả năng kháng thuốc. Thật vậy, các nghiên cứu về muỗi Anopheles gambiae ở Nam và Trung Mỹ đã cho thấy những thay đổi đáng kể trong hệ vi sinh vật biểu bì sau khi tiếp xúc với pyrethroid, cũng như những thay đổi trong toàn bộ hệ vi sinh vật sau khi tiếp xúc với organophosphate. Ở châu Phi, khả năng kháng pyrethroid có liên quan đến sự thay đổi thành phần hệ vi sinh vật ở Cameroon, Kenya và Côte d'Ivoire, trong khi muỗi Anopheles gambiae được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm cho thấy sự thay đổi trong hệ vi sinh vật của chúng sau khi được chọn lọc để kháng pyrethroid. Hơn nữa, việc điều trị thử nghiệm bằng kháng sinh và bổ sung các loại vi khuẩn đã biết vào muỗi Anopheles arabiensis được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm cho thấy khả năng chịu đựng pyrethroid tăng lên. Tóm lại, 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 này của khả năng kháng thuốc trừ sâu có thể được khai thác để kiểm soát vật trung gian truyền bệnh.
Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã sử dụng phương pháp giải trình tự 16S để xác định xem hệ vi sinh vật của muỗi được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm và muỗi thu thập ngoài tự nhiên ở Tây và Đông Phi có khác nhau giữa những con sống sót và những con chết sau khi tiếp xúc với thuốc trừ sâu pyrethroid deltamethrin hay không. Trong bối cảnh kháng thuốc trừ sâu, việc so sánh hệ vi sinh vật 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 vùng đối với cộng đồng vi sinh vật. Các quần thể muỗi trong phòng thí nghiệm đến từ Burkina Faso và được nuôi dưỡng tại hai phòng thí nghiệm khác nhau ở châu Âu (An. coluzzii ở Đức và An. arabiensis ở Vương quốc Anh), muỗi từ Burkina Faso đại diện cho cả ba loài thuộc phức hợp loài An. gambiae, và muỗi từ Ethiopia đại diện cho An. arabiensis. Ở đây, chúng tôi cho thấy rằng Anopheles arabiensis từ Ethiopia có dấu ấn hệ vi sinh vật khác biệt ở muỗi sống và muỗi chết, trong khi Anopheles arabiensis từ Burkina Faso và hai phòng thí nghiệm khác thì không. Mục đích của nghiên cứu này là để điều tra sâu hơn về khả năng kháng thuốc trừ sâu. Chúng tôi đã thực hiện giải trình tự RNA trên quần thể muỗi Anopheles arabiensis và phát hiện ra rằng các gen liên quan đến khả năng kháng thuốc trừ sâu được biểu hiện tăng cường, trong khi các gen liên quan đến hô hấp nhìn chung bị biến đổi. Việc tích hợp dữ liệu này với một quần thể thứ hai từ Ethiopia đã xác định được các gen giải độc quan trọng trong khu vực. So sánh thêm với muỗi Anopheles arabiensis từ Burkina Faso cho thấy 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 vùng sau đó được giải trình tự bằng phương pháp giải trình tự 16S và tính toán độ phong phú tương đối. Không quan sát thấy sự khác biệt về đa dạng alpha, cho thấy không có sự khác biệt về độ phong phú của đơn vị phân loại hoạt động (OTU); tuy nhiên, đa dạng beta khác nhau đáng kể giữa các quốc gia, và các thuật ngữ tương tác giữa quốc gia và trạng thái sống/chết (PANOVA = 0,001 và 0,008, tương ứng) cho thấy sự đa dạng tồn tại giữa các yếu tố này. Không quan sát thấy sự khác biệt về phương sai beta giữa các quốc gia, cho thấy phương sai tương tự giữa các nhóm. Biểu đồ phân tích đa biến Bray-Curtis (Hình 2A) cho thấy các mẫu chủ yếu được phân tách theo vị trí, nhưng có một số ngoại lệ đáng chú ý. Một số mẫu từ quần thể An. arabiensis và một mẫu từ quần thể An. coluzzii trùng lặp với một mẫu từ Burkina Faso, trong khi một mẫu An. arabiensis từ Burkina Faso trùng lặp với mẫu quần thể An. arabiensis, điều này có thể cho thấy hệ vi sinh vật ban đầu được duy trì ngẫu nhiên qua nhiều thế hệ và trên nhiều vùng. Các mẫu Burkina Faso không được phân tách rõ ràng theo loài; sự thiếu phân tách này là điều được dự đoán trước vì các cá thể sau đó được gộp 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 sống dưới nước có thể ảnh hưởng đáng kể đến thành phần của hệ vi sinh vật [50]. Điều thú vị là, trong khi các mẫu và quần thể muỗi Burkina Faso không cho thấy sự khác biệt về khả năng sống sót hoặc tỷ lệ tử vong của muỗi sau khi tiếp xúc với thuốc trừ sâu, các mẫu Ethiopia lại được phân tách rõ ràng, cho thấy rằng 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 mạnh mẽ hơn.
Khả năng kháng thuốc trừ sâu pyrethroid là một kiểu hình phức tạp, và trong khi những thay đổi về chuyển hóa và mục tiêu tác động đã được nghiên cứu tương đối kỹ lưỡng, thì những thay đổi trong hệ vi sinh vật mới chỉ 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 kháng thuốc trừ sâu ở muỗi Anopheles arabiensis từ Bahir Dar và cho thấy những thay đổi trong các bản sao liên quan đến kháng thuốc đã biết, cũng như những thay đổi đáng kể trong các gen liên quan đến hô hấp, điều này cũng đã được phát hiện trong một nghiên cứu RNA-seq trước đó về quần thể Anopheles arabiensis từ Ethiopia. Nhìn chung, những kết quả này cho thấy rằng khả năng kháng thuốc trừ sâu ở những loài muỗi này có thể phụ thuộc vào sự kết hợp của các yếu tố di truyền và phi di truyền, có lẽ 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 sự gia tăng hô hấp với khả năng kháng thuốc trừ sâu, phù hợp với các thuật ngữ phân loại phong phú trong dữ liệu RNAseq của Bahir Dar và dữ liệu tích hợp của Ethiopia thu được ở đây; một lần nữa cho thấy rằng khả năng kháng thuốc dẫn đến sự gia tăng hô hấp, hoặc là nguyên nhân hoặc là hậu quả của kiểu hình này. Nếu những thay đổi này dẫn đến sự khác biệt về tiềm năng của các loài oxy và nitơ phản ứng, như đã được đề xuất trước đây, điều này có thể ảnh hưởng đến khả năng truyền bệnh của vật chủ và sự xâm chiếm của vi sinh vật thông qua khả năng kháng thuốc khác nhau của vi khuẩn đối với việc loại bỏ ROS bởi các 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 thể hiện những thay đổi về hệ gen tương tự, dẫn đến khả năng kháng thuốc trừ sâu; tuy nhiên, số lượng gen tương ứng với các gen ở Burkina Faso là nhỏ. Vẫn còn một số hạn chế liên quan đến các kết luận đạt được ở đây và trong các nghiên cứu khác. Thứ nhất, cần phải chứng minh mối quan hệ nhân quả giữa khả năng sống sót sau khi tiếp xúc với pyrethroid và hệ vi sinh vật bằng các nghiên cứu chuyển hóa hoặc cấy ghép hệ vi sinh vật. Ngoài ra, cần phải 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 về hệ gen với dữ liệu về 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 hệ gen của muỗi liên quan đến khả năng kháng pyrethroid hay không. Tuy nhiên, nhìn chung, dữ liệu của chúng tôi cho thấy khả năng kháng thuốc vừa mang tính cục bộ vừa mang tính xuyên quốc gia, nhấn mạnh sự cần thiết phải thử nghiệm các sản phẩm thuốc trừ sâu mới ở nhiều khu vực.
Thời gian đăng bài: 24/03/2025