マラリアはアフリカにおける主要な死因および疾病原因であり、特に5歳未満の子供たちの負担が大きい。マラリア予防に最も効果的な手段は、成虫のハマダラカを標的とする殺虫剤による媒介昆虫駆除である。しかし、これらの対策が広く用いられた結果、現在ではアフリカ全土で最も一般的に使用されている殺虫剤に対する耐性が蔓延している。この耐性発現のメカニズムを理解することは、耐性の拡大を追跡し、それを克服するための新たな手段を開発する上で不可欠である。
本研究では、ブルキナファソ産の殺虫剤耐性を持つAnopheles gambiae、Anopheles cruzi、およびAnopheles arabiensisの個体群と、同じくエチオピア産の殺虫剤感受性個体群のマイクロバイオーム構成を比較した。
殺虫剤耐性と殺虫剤ブルキナファソの感受性集団。この結果は、ブルキナファソの2つの国のコロニーの実験室研究によって確認されました。対照的に、エチオピアのAnopheles arabiensis蚊では、殺虫剤に曝露されて死亡した個体と生存した個体の間で、微生物叢の構成に明確な違いが見られました。このAnopheles arabiensis集団の抵抗性をさらに調査するために、RNAシーケンスを実施し、殺虫剤抵抗性に関連する解毒遺伝子の発現の差異、および呼吸、代謝、シナプスイオンチャネルの変化を発見しました。
我々の研究結果は、場合によっては、トランスクリプトームの変化に加えて、微生物叢が殺虫剤耐性の発達に寄与する可能性があることを示唆している。
抵抗性はアノフェレス属媒介蚊の遺伝的要素として説明されることが多いが、近年の研究では、殺虫剤への曝露に応じてマイクロバイオームが変化することが示されており、これらの微生物が抵抗性に関与している可能性が示唆されている。実際、南米および中米のアノフェレス・ガンビアエ蚊媒介蚊の研究では、ピレスロイド系殺虫剤への曝露後に表皮マイクロバイオームに大きな変化が見られ、有機リン系殺虫剤への曝露後にはマイクロバイオーム全体に変化が見られた。アフリカでは、ピレスロイド系殺虫剤への抵抗性は、カメルーン、ケニア、コートジボワールの微生物叢の構成の変化と関連付けられており、実験室で順応させたアノフェレス・ガンビアエ蚊は、ピレスロイド系殺虫剤への抵抗性の選択後に微生物叢の変化を示した。さらに、実験室でコロニー形成されたアノフェレス・アラビエンシス蚊に抗生物質を投与し、既知の細菌を添加すると、ピレスロイド系殺虫剤に対する耐性が増加することが示された。これらのデータは総合的に見て、殺虫剤耐性が蚊のマイクロバイオームと関連している可能性があり、この殺虫剤耐性の側面を病原体媒介生物の制御に利用できる可能性があることを示唆している。
この研究では、16S rRNA遺伝子配列決定法を用いて、西アフリカと東アフリカで実験室で飼育された蚊と野外で採取された蚊の微生物叢が、ピレスロイド系殺虫剤デルタメトリンに曝露された後に生存した蚊と死亡した蚊の間で異なるかどうかを調べた。殺虫剤耐性の文脈では、アフリカの異なる地域から異なる種と耐性レベルの微生物叢を比較することで、微生物群集に対する地域的影響を理解するのに役立つ。実験室コロニーはブルキナファソ産で、2つの異なるヨーロッパの研究所で飼育された（ドイツのAn. coluzziiと英国のAn. arabiensis）。ブルキナファソ産の蚊はAn. gambiae種複合体の3種すべてを代表し、エチオピア産の蚊はAn. arabiensisを代表していた。ここでは、エチオピア産のAnopheles arabiensisは生きた蚊と死んだ蚊で異なる微生物叢の特徴を示したが、ブルキナファソ産のAnopheles arabiensisと2つの研究所ではそうではなかったことを示す。本研究の目的は、殺虫剤耐性についてさらに詳しく調査することである。我々は、Anopheles arabiensis集団のRNAシーケンス解析を実施し、殺虫剤耐性に関連する遺伝子の発現が亢進している一方で、呼吸関連遺伝子は概して変化していることを発見した。これらのデータをエチオピアの別の集団のデータと統合することで、同地域における主要な解毒遺伝子を特定した。さらに、ブルキナファソのAnopheles arabiensisとの比較により、トランスクリプトームプロファイルに大きな違いが見られたが、それでもアフリカ全土で過剰発現している4つの主要な解毒遺伝子を特定した。
各地域の各種の生きた蚊と死んだ蚊を16Sシーケンスでシーケンスし、相対存在量を算出した。アルファ多様性に差は見られず、操作的分類単位（OTU）の豊富さに差がないことが示された。しかし、ベータ多様性は国によって大きく異なり、国と生死状態の相互作用項（PANOVA = 0.001および0.008）は、これらの要因間に多様性が存在することを示した。ベータ分散に国間で差は見られず、グループ間で同様の分散が示された。Bray-Curtis多変量スケーリングプロット（図2A）は、サンプルが場所によって大部分が分離されていることを示したが、注目すべき例外がいくつかあった。An. arabiensis群集からのいくつかのサンプルとAn. coluzzii群集からの1つのサンプルは、ブルキナファソからのサンプルと重複していたが、An. arabiensis群集からの1つのサンプルは、ブルキナファソからのAn. coluzzii群集からのサンプルと重複していた。 arabiensis コミュニティ サンプルでは、元の微生物叢が何世代にもわたり、複数の地域にわたってランダムに維持されてきたことが示唆される。ブルキナ ファソのサンプルは種ごとに明確に分離されていなかった。この分離の欠如は、幼虫の環境が異なるにもかかわらず、個体がその後プールされたため予想されたものである。実際、水生期に生態的ニッチを共有すると、微生物叢の構成に大きく影響することが研究で示されている [50]。興味深いことに、ブルキナ ファソの蚊のサンプルとコミュニティでは、殺虫剤曝露後の蚊の生存率や死亡率に違いは見られなかったが、エチオピアのサンプルでは明確に分離されており、これらの Anopheles サンプルの微生物叢の構成が殺虫剤耐性と関連していることが示唆された。サンプルは同じ場所から採取されたため、より強い関連性が説明できるかもしれない。
ピレスロイド系殺虫剤に対する抵抗性は複雑な表現型であり、代謝や標的の変化については比較的よく研究されているものの、微生物叢の変化については研究が始まったばかりである。本研究では、微生物叢の変化が特定の集団においてより重要である可能性を示し、バハルダール産のAnopheles arabiensisにおける殺虫剤抵抗性をさらに詳細に解析し、既知の抵抗性関連転写産物の変化に加え、エチオピア産Anopheles arabiensis集団の以前のRNA-seq研究でも明らかになった呼吸関連遺伝子の有意な変化を示した。これらの結果を総合すると、これらの蚊の殺虫剤抵抗性は遺伝的要因と非遺伝的要因の組み合わせに依存している可能性があり、これはおそらく、抵抗性レベルの低い集団では、在来細菌との共生関係が殺虫剤の分解を補完しているためと考えられる。
最近の研究では、呼吸量の増加と殺虫剤耐性との関連性が示されており、これはバヒルダールRNAシーケンスの豊富なオントロジー用語と、ここで得られた統合されたエチオピアのデータと一致しています。これは、耐性が呼吸量の増加をもたらし、それがこの表現型の原因または結果であることを示唆しています。これらの変化が、以前に示唆されたように、活性酸素種および活性窒素種のポテンシャルの違いにつながる場合、これは、長期共生細菌によるROS除去に対する細菌の異なる耐性を通じて、ベクター能力および微生物の定着に影響を与える可能性があります。
ここで提示されたデータは、特定の環境下では微生物叢が殺虫剤耐性に影響を与える可能性があることを示唆している。また、エチオピアのAn. arabiensis蚊が殺虫剤耐性を付与する同様のトランスクリプトーム変化を示すことも明らかにしたが、ブルキナファソの蚊に対応する遺伝子の数は少ない。ここで得られた結論および他の研究で得られた結論には、いくつかの注意点がある。まず、ピレスロイドの生存と微生物叢との因果関係を、メタボロミクス研究または微生物叢移植を用いて実証する必要がある。さらに、異なる地域の複数の集団における主要候補の検証も実証する必要がある。最後に、移植後の標的研究を通じてトランスクリプトームデータと微生物叢データを組み合わせることで、微生物叢がピレスロイド耐性に関して蚊のトランスクリプトームに直接影響を与えるかどうかについて、より詳細な情報が得られるだろう。しかし、総合的に見ると、我々のデータは耐性が地域的かつ国境を越えたものである可能性を示唆しており、複数の地域で新しい殺虫剤製品を試験する必要性を強調している。
投稿日時：2025年3月24日
