말라리아는 아프리카에서 주요 사망 및 질병 원인으로 남아 있으며, 특히 5세 미만 어린이에게 가장 큰 부담을 주고 있습니다. 이 질병을 예방하는 가장 효과적인 방법은 아노펠레스(Anopheles) 모기 성충을 표적으로 삼는 살충 매개체 방제제입니다. 이러한 개입이 널리 사용됨에 따라, 가장 흔히 사용되는 살충제 계열에 대한 내성이 아프리카 전역에 널리 퍼졌습니다. 이러한 표현형을 유발하는 근본적인 메커니즘을 이해하는 것은 내성 확산을 추적하고 이를 극복하기 위한 새로운 도구를 개발하는 데 필수적입니다.
이 연구에서 우리는 부르키나파소의 살충제 저항성 아노펠레스 감비아, 아노펠레스 크루지, 아노펠레스 아라비엔시스 개체군의 미생물 군집 구성을 역시 에티오피아의 살충제 민감성 개체군과 비교했습니다.
우리는 살충제 저항성과 내성성 사이의 미생물군 구성에 차이가 없음을 발견했습니다.살충-부르키나파소의 감수성 개체군. 이 결과는 부르키나파소 두 국가의 군집에 대한 실험실 연구를 통해 확인되었습니다. 이와 대조적으로, 에티오피아산 아노펠레스 아라비엔시스 모기에서는 살충제 노출 후 사망한 개체와 생존한 개체 간에 미생물총 구성에 명확한 차이가 관찰되었습니다. 이 아노펠레스 아라비엔시스 모기 개체군의 내성을 더 자세히 조사하기 위해 RNA 시퀀싱을 수행하여 살충제 내성과 관련된 해독 유전자의 발현 차이와 호흡, 대사 및 시냅스 이온 채널의 변화를 발견했습니다.
우리의 연구 결과는 전사체 변화 외에도 미생물군이 살충제 내성 발달에 영향을 미칠 수 있음을 시사합니다.
저항성은 종종 Anopheles 벡터의 유전적 구성 요소로 설명되지만 최근 연구에서는 살충제 노출에 반응하여 미생물 군집이 변화하는 것으로 나타나 이러한 유기체가 저항성에 중요한 역할을 하는 것으로 나타났습니다. 실제로 남미와 중미에서 Anopheles gambiae 모기 벡터에 대한 연구에서 피레트로이드에 노출된 후 표피 미생물 군집에서 상당한 변화가 나타났고 유기인산염에 노출된 후 전체 미생물 군집에서 변화가 나타났습니다. 아프리카에서 피레트로이드 저항성은 카메룬, 케냐, 코트디부아르의 미생물 군집 구성의 변화와 관련이 있는 반면 실험실에서 적응된 Anopheles gambiae는 피레트로이드 저항성에 대한 선택에 따라 미생물 군집에서 변화가 나타났습니다. 나아가 실험실에서 식민지화된 Anopheles arabiensis 모기에 항생제를 실험적으로 처리하고 알려진 박테리아를 첨가한 결과 피레트로이드에 대한 내성이 증가했습니다. 이러한 데이터를 종합해 보면 살충제 내성이 모기 미생물 군집과 관련이 있을 수 있으며, 살충제 내성의 이러한 측면을 질병 매개체 제어에 활용할 수 있음을 알 수 있습니다.
이 연구에서는 16S 시퀀싱을 사용하여 서부 및 동부 아프리카에서 실험실에서 식민지화되고 현장에서 수집된 모기의 미생물 군집이 피레트로이드 델타메트린에 노출된 후 생존한 모기와 사망한 모기 간에 차이가 있는지 확인했습니다. 살충제 내성의 맥락에서 종과 내성 수준이 다른 아프리카의 다른 지역의 미생물 군집을 비교하면 미생물 군집에 대한 지역적 영향을 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다. 실험실 군집은 부르키나파소에서 두 개의 다른 유럽 실험실(독일의 An. coluzzii와 영국의 An. arabiensis)에서 사육되었으며, 부르키나파소의 모기는 An. gambiae 종 복합체의 세 종을 모두 대표했고 에티오피아의 모기는 An. arabiensis를 대표했습니다. 본 연구에서는 에티오피아의 Anopheles arabiensis가 살아 있는 모기와 죽은 모기에서 뚜렷한 미생물 군집 특징을 보인 반면, 부르키나파소와 두 개의 실험실에서 사육된 Anopheles arabiensis는 그렇지 않았음을 보여줍니다. 본 연구의 목적은 살충제 저항성을 더욱 심층적으로 조사하는 것입니다. 아노펠레스 아라비엔시스(Anopheles arabiensis) 개체군에 대한 RNA 시퀀싱을 수행한 결과, 살충제 저항성 관련 유전자는 상향 조절된 반면, 호흡 관련 유전자는 전반적으로 변화된 것을 확인했습니다. 이 데이터를 에티오피아의 다른 개체군과 통합하여 해당 지역의 주요 해독 유전자를 확인했습니다. 부르키나파소의 아노펠레스 아라비엔시스와 추가 비교한 결과, 전사체 프로파일에는 유의미한 차이가 있었지만, 아프리카 전역에서 과발현되는 네 가지 주요 해독 유전자를 확인했습니다.
각 지역의 각 종의 살아 있는 모기와 죽은 모기를 16S 시퀀싱을 사용하여 시퀀싱하고 상대 풍부도를 계산했습니다. 알파 다양성에는 차이가 관찰되지 않았으며, 이는 운영 분류 단위(OTU) 풍부도에 차이가 없음을 나타냅니다. 그러나 베타 다양성은 국가 간에 유의미하게 달랐으며, 국가와 살아 있는/죽은 상태에 대한 상호 작용 항목(각각 PANOVA = 0.001 및 0.008)은 이러한 요인 간에 다양성이 존재함을 나타냈습니다. 국가 간에 베타 분산에는 차이가 관찰되지 않았으며, 이는 그룹 간에 유사한 분산을 나타냅니다. Bray-Curtis 다변량 척도화 플롯(그림 2A)은 샘플이 위치에 따라 크게 분리되었지만 몇 가지 주목할 만한 예외가 있음을 보여주었습니다. An. arabiensis 커뮤니티의 여러 샘플과 An. coluzzii 커뮤니티의 한 샘플은 부르키나파소의 샘플과 겹쳤지만, 부르키나파소의 An. arabiensis 샘플의 한 샘플은 An. arabiensis 군집 샘플은 원래 미생물 군집이 여러 세대와 여러 지역에 걸쳐 무작위로 유지되었음을 나타낼 수 있습니다.부르키나파소 샘플은 종별로 명확하게 분리되지 않았습니다.이러한 분리 부족은 개체가 서로 다른 유충 환경에서 유래했음에도 불구하고 이후에 풀링되었기 때문에 예상되었습니다.실제로 연구에 따르면 수생 단계에서 생태적 지위를 공유하는 것이 미생물 군집의 구성에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다[50].흥미롭게도 부르키나파소 모기 샘플과 군집은 살충제 노출 후 모기 생존 또는 사망률에 차이가 없었지만 에티오피아 샘플은 명확하게 분리되어 이 Anopheles 샘플의 미생물 군집 구성이 살충제 내성과 관련이 있음을 시사합니다.샘플은 동일한 위치에서 수집되었으며, 이것이 더 강한 연관성을 설명할 수 있습니다.
피레트로이드 살충제에 대한 내성은 복잡한 표현형이며, 대사 및 표적의 변화는 비교적 잘 연구되었지만 미생물총의 변화는 이제 막 탐구되기 시작했습니다.이 연구에서 우리는 미생물총의 변화가 특정 개체군에서 더 중요할 수 있음을 보여줍니다.우리는 바히르 다르의 아노펠레스 아라비엔시스에서 살충제 내성을 추가로 특성화하고 알려진 내성 관련 전사체의 변화와 에티오피아의 아노펠레스 아라비엔시스 개체군에 대한 이전 RNA-seq 연구에서도 분명했던 호흡 관련 유전자의 유의미한 변화를 보여줍니다.이러한 결과를 종합하면, 이러한 모기의 살충제 내성은 유전적 및 비유전적 요인의 조합에 의존할 수 있음을 시사하는데, 이는 토착 박테리아와의 공생 관계가 내성 수준이 낮은 개체군에서 살충제 분해를 보완할 수 있기 때문일 가능성이 높습니다.
최근 연구에서는 호흡 증가와 살충제 저항성을 연관시켰는데, 이는 바히르 다르 RNAseq의 풍부한 온톨로지 용어와 여기에서 얻은 통합 에티오피아 데이터와 일치합니다. 이는 저항성이 이러한 표현형의 원인 또는 결과로 호흡 증가를 초래함을 다시 한번 시사합니다. 만약 이러한 변화가 이전에 제시된 바와 같이 활성 산소 및 질소 종 잠재력의 차이로 이어진다면, 이는 장기 공생 박테리아의 ROS 소거에 대한 박테리아의 차등 저항성을 통해 매개체 역량 및 미생물 군집화에 영향을 미칠 수 있습니다.
본 연구에 제시된 데이터는 미생물총이 특정 환경에서 살충제 내성에 영향을 미칠 수 있다는 증거를 제공합니다. 또한 에티오피아의 아라비엔시스 모기가 살충제 내성을 부여하는 유사한 전사체 변형을 보임을 입증했습니다. 그러나 부르키나파소의 경우와 동일한 유전자의 수는 적습니다. 본 연구 및 다른 연구에서 도출된 결론과 관련하여 몇 가지 유의해야 할 점이 있습니다. 첫째, 피레스로이드 생존과 미생물총 간의 인과관계는 대사체 연구 또는 미생물총 이식을 통해 입증되어야 합니다. 또한, 다양한 지역의 여러 개체군에서 핵심 후보 물질의 검증도 필요합니다. 마지막으로, 표적 이식 후 연구를 통해 전사체 데이터와 미생물총 데이터를 결합하면 미생물총이 피레스로이드 내성과 관련하여 모기 전사체에 직접적인 영향을 미치는지 여부에 대한 더욱 자세한 정보를 얻을 수 있을 것입니다. 그러나 종합적으로 볼 때, 본 연구의 데이터는 내성이 지역적이면서도 국경을 넘나드는 것임을 시사하며, 이는 여러 지역에서 새로운 살충제 제품을 시험해 볼 필요성을 강조합니다.
게시 시간: 2025년 3월 24일