इथिओपियातील कीटकनाशक-प्रतिरोधक ॲनोफिलीस डासांमध्ये, कीटकनाशकांच्या संपर्कात आल्यानंतर मायक्रोबायोटाच्या रचनेत बदल दिसून येतो, परंतु बुर्किना फासोमध्ये असे होत नाही | पॅरासाइट्स अँड व्हेक्टर्स

आफ्रिकेत मलेरिया हे मृत्यू आणि आजारपणाचे एक प्रमुख कारण आहे, आणि याचा सर्वाधिक भार ५ वर्षांखालील मुलांवर आहे. प्रौढ ॲनोफिलीस डासांना लक्ष्य करणारे कीटकनाशक वाहक नियंत्रण घटक हे या रोगाला प्रतिबंध करण्याचे सर्वात प्रभावी उपाय आहेत. या उपायांच्या व्यापक वापरामुळे, सर्वाधिक वापरल्या जाणाऱ्या कीटकनाशकांच्या प्रकारांविरुद्धचा प्रतिकार आता संपूर्ण आफ्रिकेत मोठ्या प्रमाणावर पसरला आहे. या प्रतिकाराच्या प्रसाराचा मागोवा घेण्यासाठी आणि त्यावर मात करण्यासाठी नवीन साधने विकसित करण्याकरिता, या बदलास कारणीभूत असलेल्या मूळ यंत्रणा समजून घेणे आवश्यक आहे.
या अभ्यासात, आम्ही बुर्किना फासोमधील कीटकनाशक-प्रतिरोधक ॲनोफिलीस गॅम्बिया, ॲनोफिलीस क्रुझी आणि ॲनोफिलीस अराबिएन्सिस या डासांच्या समूहांच्या मायक्रोबायोम रचनेची तुलना इथिओपियामधीलच कीटकनाशक-संवेदनशील समूहांशी केली.
कीटकनाशक-प्रतिरोधक आणिकीटकनाशकबुर्किना फासोमधील संवेदनशील लोकसंख्या. या निष्कर्षाची पुष्टी बुर्किना फासोमधील दोन देशांतील वसाहतींच्या प्रयोगशाळेतील अभ्यासाद्वारे झाली. याउलट, इथिओपियातील ॲनोफिलीस अराबिएन्सिस डासांमध्ये, कीटकनाशकांच्या संपर्कात येऊन मरण पावलेल्या आणि वाचलेल्या डासांच्या मायक्रोबायोटा रचनेत स्पष्ट फरक दिसून आले. ॲनोफिलीस अराबिएन्सिसच्या या लोकसंख्येच्या प्रतिकारशक्तीचा अधिक तपास करण्यासाठी, आम्ही आरएनए सिक्वेन्सिंग केले आणि कीटकनाशक प्रतिकारशक्तीशी संबंधित डिटॉक्सिफिकेशन जनुकांची भिन्न अभिव्यक्ती, तसेच श्वसन, चयापचय आणि सिनॅप्टिक आयन चॅनेलमध्ये बदल आढळले.
आमच्या निष्कर्षांवरून असे सूचित होते की काही प्रकरणांमध्ये, ट्रान्सक्रिप्टोम बदलांव्यतिरिक्त, मायक्रोबायोटा कीटकनाशक प्रतिकारशक्तीच्या विकासात योगदान देऊ शकते.
जरी प्रतिकारशक्तीला अनेकदा ॲनोफिलीस वाहकाचा एक अनुवांशिक घटक मानले जात असले तरी, अलीकडील अभ्यासातून असे दिसून आले आहे की कीटकनाशकांच्या संपर्कात आल्यावर मायक्रोबायोममध्ये बदल होतो, ज्यामुळे प्रतिकारशक्तीमध्ये या जीवांची भूमिका असल्याचे सूचित होते. खरे तर, दक्षिण आणि मध्य अमेरिकेतील ॲनोफिलीस गॅम्बिया डासांच्या अभ्यासातून पायरेथ्रॉइड्सच्या संपर्कात आल्यानंतर त्वचेच्या मायक्रोबायोममध्ये लक्षणीय बदल, तसेच ऑर्गनोफॉस्फेट्सच्या संपर्कात आल्यानंतर एकूण मायक्रोबायोममध्ये बदल दिसून आले आहेत. आफ्रिकेत, कॅमेरून, केनिया आणि आयव्हरी कोस्टमध्ये पायरेथ्रॉइड प्रतिकारशक्ती मायक्रोबायोटाच्या रचनेतील बदलांशी संबंधित असल्याचे दिसून आले आहे, तर प्रयोगशाळेत अनुकूलित केलेल्या ॲनोफिलीस गॅम्बिया डासांमध्ये पायरेथ्रॉइड प्रतिकारशक्तीसाठी निवड केल्यानंतर त्यांच्या मायक्रोबायोटामध्ये बदल दिसून आले आहेत. याव्यतिरिक्त, प्रयोगशाळेत वसाहत केलेल्या ॲनोफिलीस अराबिएन्सिस डासांवर प्रतिजैविकांचे प्रायोगिक उपचार आणि ज्ञात जीवाणूंचा समावेश केल्याने पायरेथ्रॉइड्सप्रती वाढलेली सहनशीलता दिसून आली. एकत्रितपणे, ही माहिती असे सूचित करते की कीटकनाशक प्रतिकारशक्ती डासांच्या मायक्रोबायोमशी संबंधित असू शकते आणि कीटकनाशक प्रतिकारशक्तीच्या या पैलूचा उपयोग रोगवाहक नियंत्रणासाठी केला जाऊ शकतो.
या अभ्यासात, आम्ही १६एस सिक्वेन्सिंगचा वापर करून हे निश्चित केले की पश्चिम आणि पूर्व आफ्रिकेतील प्रयोगशाळेत वसाहत केलेल्या आणि क्षेत्रातून गोळा केलेल्या डासांमधील मायक्रोबायोटा, पायरेथ्रॉइड डेल्टामेथ्रिनच्या संपर्कात आल्यानंतर जगलेल्या आणि मेलेल्या डासांमध्ये भिन्न होते की नाही. कीटकनाशक प्रतिकारशक्तीच्या संदर्भात, आफ्रिकेच्या वेगवेगळ्या प्रदेशांतील, वेगवेगळ्या प्रजाती आणि प्रतिकारशक्तीच्या पातळ्या असलेल्या मायक्रोबायोटाची तुलना केल्याने सूक्ष्मजीव समुदायांवरील प्रादेशिक प्रभाव समजण्यास मदत होऊ शकते. प्रयोगशाळेतील वसाहती बुर्किना फासोमधून आणल्या होत्या आणि त्यांचे संगोपन दोन वेगवेगळ्या युरोपियन प्रयोगशाळांमध्ये केले गेले होते (जर्मनीमध्ये ॲनोफिलीस कोलुझी आणि युनायटेड किंगडममध्ये ॲनोफिलीस अराबिएन्सिस). बुर्किना फासोमधील डास ॲनोफिलीस गॅम्बिया प्रजाती समूहाच्या तिन्ही प्रजातींचे प्रतिनिधित्व करत होते, तर इथिओपियामधील डास ॲनोफिलीस अराबिएन्सिसचे प्रतिनिधित्व करत होते. येथे, आम्ही दाखवतो की इथिओपियामधील ॲनोफिलीस अराबिएन्सिसच्या जिवंत आणि मृत डासांमध्ये मायक्रोबायोटाची विशिष्ट वैशिष्ट्ये होती, तर बुर्किना फासो आणि दोन प्रयोगशाळांमधील ॲनोफिलीस अराबिएन्सिसमध्ये ती नव्हती. कीटकनाशक प्रतिकारशक्तीचा अधिक तपास करणे हा या अभ्यासाचा उद्देश आहे. आम्ही ॲनोफिलीस अराबिएन्सिसच्या समूहांवर आरएनए सिक्वेन्सिंग केले आणि असे आढळले की कीटकनाशक प्रतिकारशक्तीशी संबंधित जनुके अपरेग्युलेटेड होती, तर श्वसनाशी संबंधित जनुके सामान्यतः बदललेली होती. या माहितीचे इथिओपियातील दुसऱ्या समूहासोबत एकत्रीकरण केल्यावर, त्या प्रदेशातील प्रमुख विषहरण जनुके ओळखली गेली. बुर्किना फासोमधील ॲनोफिलीस अराबिएन्सिससोबत केलेल्या पुढील तुलनेतून ट्रान्सक्रिप्टोम प्रोफाइलमध्ये लक्षणीय फरक दिसून आले, परंतु तरीही संपूर्ण आफ्रिकेत अतिव्यक्त झालेली चार प्रमुख विषहरण जनुके ओळखली गेली.
त्यानंतर प्रत्येक प्रदेशातील प्रत्येक प्रजातीच्या जिवंत आणि मृत डासांचे १६एस सिक्वेन्सिंग वापरून सिक्वेन्सिंग करण्यात आले आणि त्यांची सापेक्ष विपुलता मोजण्यात आली. अल्फा विविधतेमध्ये कोणताही फरक आढळला नाही, ज्यामुळे ऑपरेशनल टॅक्सोनॉमिक युनिट (OTU) समृद्धीमध्ये कोणताही फरक नसल्याचे दिसून आले; तथापि, बीटा विविधता देशांनुसार लक्षणीयरीत्या भिन्न होती, आणि देश व जिवंत/मृत स्थितीसाठीच्या इंटरॅक्शन टर्म्स (PANOVA = अनुक्रमे ०.००१ आणि ०.००८) ने सूचित केले की या घटकांमध्ये विविधता अस्तित्वात होती. देशांनुसार बीटा व्हेरिएन्समध्ये कोणताही फरक आढळला नाही, ज्यामुळे गटांमध्ये समान व्हेरिएन्स असल्याचे दिसून आले. ब्रे-कर्टिस मल्टिव्हॅरिएट स्केलिंग प्लॉट (आकृती २अ) ने दाखवले की नमुने स्थानानुसार मोठ्या प्रमाणात विभागलेले होते, परंतु काही उल्लेखनीय अपवाद होते. ॲन. अराबिएन्सिस समुदायातील अनेक नमुने आणि ॲन. कोलुझी समुदायातील एक नमुना बुर्किना फासोमधील एका नमुन्याशी जुळले, तर बुर्किना फासोमधील ॲन. अराबिएन्सिस नमुन्यांपैकी एक नमुना ॲन. अराबिएन्सिस समुदायाच्या नमुन्याशी जुळला, जे सूचित करू शकते की मूळ मायक्रोबायोटा अनेक पिढ्यांपासून आणि अनेक प्रदेशांमध्ये यादृच्छिकपणे टिकून राहिला होता. बुर्किना फासोमधील नमुने प्रजातींनुसार स्पष्टपणे वेगळे केले गेले नव्हते; हे वेगळेपणाचा अभाव अपेक्षित होता कारण वेगवेगळ्या अळीच्या वातावरणातून आलेले असूनही व्यक्तींना नंतर एकत्र केले गेले होते. खरं तर, अभ्यासातून असे दिसून आले आहे की जलीय अवस्थेदरम्यान पर्यावरणीय स्थान सामायिक केल्याने मायक्रोबायोटाच्या रचनेवर लक्षणीय परिणाम होऊ शकतो [50]. विशेष म्हणजे, कीटकनाशकांच्या संपर्कात आल्यानंतर बुर्किना फासोमधील डासांच्या नमुन्यांमध्ये आणि समुदायांमध्ये डासांच्या जगण्यात किंवा मृत्यूदरात कोणताही फरक दिसून आला नाही, तर इथिओपियन नमुने स्पष्टपणे वेगळे केले गेले होते, जे सूचित करते की या ॲनोफिलीस नमुन्यांमधील मायक्रोबायोटाची रचना कीटकनाशक प्रतिकारशक्तीशी संबंधित आहे. हे नमुने एकाच ठिकाणाहून गोळा केले गेले होते, ज्यामुळे हा अधिक मजबूत संबंध स्पष्ट होऊ शकतो.
पायरेथ्रॉइड कीटकनाशकांना असलेला प्रतिकार हा एक गुंतागुंतीचा फिनोटाइप आहे, आणि चयापचय व लक्ष्यांमधील बदलांचा तुलनेने चांगला अभ्यास झाला असला तरी, मायक्रोबायोटामधील बदलांचा अभ्यास नुकताच सुरू झाला आहे. या अभ्यासात, आम्ही दाखवतो की काही विशिष्ट लोकसंख्येमध्ये मायक्रोबायोटामधील बदल अधिक महत्त्वाचे असू शकतात; आम्ही बाहिर दार येथील ॲनोफिलीस अराबिएन्सिसमधील कीटकनाशक प्रतिकाराचे अधिक वैशिष्ट्यीकरण करतो आणि प्रतिकाराशी संबंधित ज्ञात ट्रान्सक्रिप्ट्समधील बदल, तसेच श्वसनाशी संबंधित जनुकांमधील महत्त्वपूर्ण बदल दाखवतो, जे इथिओपियातील ॲनोफिलीस अराबिएन्सिसच्या लोकसंख्येवरील पूर्वीच्या RNA-seq अभ्यासातही दिसून आले होते. एकत्रितपणे, हे परिणाम सूचित करतात की या डासांमधील कीटकनाशक प्रतिकार अनुवांशिक आणि गैर-अनुवांशिक घटकांच्या संयोजनावर अवलंबून असू शकतो, कारण कमी प्रतिकार पातळी असलेल्या लोकसंख्येमध्ये स्थानिक जीवाणूंशी असलेले सहजीवी संबंध कीटकनाशकांच्या विघटनास पूरक ठरू शकतात.
अलिकडच्या अभ्यासांनी वाढलेल्या श्वसनाचा संबंध कीटकनाशक प्रतिकारशक्तीशी जोडला आहे, जो बाहिर दार आरएनएसीक (RNAseq) मधील समृद्ध ऑन्टोलॉजी संज्ञा आणि येथे प्राप्त झालेल्या एकात्मिक इथिओपियन डेटाशी सुसंगत आहे; पुन्हा असे सूचित होते की प्रतिकारशक्तीमुळे श्वसन वाढते, जे या फेनोटाइपचे कारण किंवा परिणाम असू शकते. जर या बदलांमुळे, पूर्वी सुचविल्याप्रमाणे, रिॲक्टिव्ह ऑक्सिजन आणि नायट्रोजन प्रजातींच्या क्षमतेमध्ये फरक पडत असेल, तर दीर्घकाळच्या सहजीवी जीवाणूंद्वारे आरओएस (ROS) स्कॅव्हेंजिंगला असलेल्या भिन्न जीवाणूंच्या प्रतिकारशक्तीमुळे याचा परिणाम वेक्टर सक्षमता आणि सूक्ष्मजीवांच्या वसाहतीवर होऊ शकतो.
येथे सादर केलेला डेटा पुरावा देतो की, विशिष्ट वातावरणात मायक्रोबायोटा कीटकनाशक प्रतिकारशक्तीवर प्रभाव टाकू शकतो. आम्ही हे देखील दाखवून दिले की, इथिओपियामधील ॲनोफिलीस अराबिएन्सिस डासांमध्ये कीटकनाशक प्रतिकारशक्ती देणारे समान ट्रान्सक्रिप्टोम बदल दिसून येतात; तथापि, बुर्किना फासोमधील जनुकांशी जुळणाऱ्या जनुकांची संख्या कमी आहे. येथे आणि इतर अभ्यासांमधून काढलेल्या निष्कर्षांबाबत अनेक मर्यादा आहेत. पहिली गोष्ट म्हणजे, मेटाबोलॉमिक अभ्यास किंवा मायक्रोबायोटा प्रत्यारोपणाचा वापर करून पायरेथ्रॉइड प्रतिकारशक्ती आणि मायक्रोबायोटा यांच्यातील कार्यकारण संबंध सिद्ध करणे आवश्यक आहे. याव्यतिरिक्त, विविध प्रदेशांतील अनेक लोकसंख्येमध्ये प्रमुख उमेदवारांची पडताळणी सिद्ध करणे आवश्यक आहे. शेवटी, प्रत्यारोपणानंतरच्या लक्ष्यित अभ्यासांद्वारे ट्रान्सक्रिप्टोम डेटा आणि मायक्रोबायोटा डेटा एकत्र केल्यास, पायरेथ्रॉइड प्रतिकारशक्तीच्या संदर्भात मायक्रोबायोटा डासांच्या ट्रान्सक्रिप्टोमवर थेट प्रभाव टाकतो की नाही याबद्दल अधिक तपशीलवार माहिती मिळेल. तथापि, एकत्रितपणे पाहता, आमचा डेटा सूचित करतो की ही प्रतिकारशक्ती स्थानिक आणि आंतरराष्ट्रीय दोन्ही आहे, ज्यामुळे नवीन कीटकनाशक उत्पादनांची अनेक प्रदेशांमध्ये चाचणी करण्याची गरज अधोरेखित होते.