말라리아는 아프리카에서 여전히 주요 사망 및 질병 원인이며, 특히 5세 미만 어린이에게 가장 큰 부담을 주고 있습니다. 말라리아 예방에 가장 효과적인 방법은 성충 아노펠레스 모기를 표적으로 하는 살충제를 이용한 매개체 방제입니다. 이러한 방제법이 널리 사용됨에 따라, 가장 흔히 사용되는 살충제 계열에 대한 내성이 아프리카 전역에 만연하게 되었습니다. 이러한 내성 발현의 근본적인 메커니즘을 이해하는 것은 내성 확산을 추적하고 이를 극복할 새로운 방제 수단을 개발하는 데 필수적입니다.
본 연구에서는 부르키나파소에서 채집한 살충제 저항성 모기인 아노펠레스 감비아, 아노펠레스 크루지, 아라비엔시스 개체군의 미생물군 구성을 에티오피아에서 채집한 살충제 감수성 개체군과 비교하였다.
우리는 살충제 내성 품종과 다른 품종 간의 미생물군 구성에서 차이를 발견하지 못했습니다.살충부르키나파소의 모기 개체군은 살충제에 취약한 것으로 나타났습니다. 이 결과는 부르키나파소의 두 지역에서 채집한 모기 군집을 대상으로 한 실험실 연구를 통해 확인되었습니다. 반면, 에티오피아의 아로펠레스 아라비엔시스 모기에서는 살충제 노출 후 사망한 개체와 생존한 개체 간에 미생물군 구성에 뚜렷한 차이가 관찰되었습니다. 이 아로펠레스 아라비엔시스 개체군의 저항성을 더 자세히 조사하기 위해 RNA 시퀀싱을 수행한 결과, 살충제 저항성과 관련된 해독 유전자의 발현 차이뿐만 아니라 호흡, 대사 및 시냅스 이온 채널의 변화를 발견했습니다.
우리의 연구 결과는 경우에 따라 미생물총이 전사체 변화 외에도 살충제 내성 발달에 기여할 수 있음을 시사합니다.
저항성은 흔히 아노펠레스 모기 매개체의 유전적 요소로 설명되지만, 최근 연구들은 살충제 노출에 반응하여 미생물 군집이 변화한다는 것을 보여주며, 이러한 미생물들이 저항성에 관여한다는 것을 시사합니다. 실제로 남미와 중미의 아노펠레스 감비아 모기 매개체 연구에서는 피레트로이드계 살충제 노출 후 표피 미생물 군집에 상당한 변화가 나타났으며, 유기인계 살충제 노출 후에는 전체 미생물 군집에도 변화가 나타났습니다. 아프리카에서는 카메룬, 케냐, 코트디부아르에서 피레트로이드 저항성이 미생물 군집 구성의 변화와 관련이 있는 것으로 나타났으며, 실험실에서 피레트로이드 저항성을 갖도록 사육된 아노펠레스 감비아 모기에서도 미생물 군집의 변화가 관찰되었습니다. 또한, 실험실에서 사육된 아노펠레스 아라비엔시스 모기에 항생제를 투여하거나 특정 박테리아를 첨가하는 실험을 통해 피레트로이드에 대한 내성이 증가하는 것을 확인했습니다. 이러한 데이터들을 종합해 보면, 살충제 저항성은 모기 미생물군과 연관될 수 있으며, 이러한 살충제 저항성 양상을 질병 매개체 방제에 활용할 수 있음을 시사합니다.
본 연구에서는 16S 시퀀싱을 이용하여 서아프리카와 동아프리카에서 채집한 실험실 사육 모기와 야생 모기의 미생물군집이 피레트로이드계 살충제 델타메트린에 노출된 후 생존한 모기와 죽은 모기 간에 차이가 있는지 분석하였다. 살충제 내성과 관련하여, 아프리카의 여러 지역에서 서로 다른 종과 내성 수준을 가진 모기의 미생물군집을 비교하는 것은 미생물 군집에 대한 지역적 영향을 이해하는 데 도움이 될 수 있다. 실험실 사육 모기는 부르키나파소에서 채집하여 두 곳의 유럽 연구소(독일의 An. coluzzii와 영국의 An. arabiensis)에서 사육하였다. 부르키나파소에서 채집한 모기는 An. gambiae 종 복합체의 세 종 모두를 대표하였고, 에티오피아에서 채집한 모기는 An. arabiensis를 대표하였다. 본 연구 결과, 에티오피아에서 채집한 Anopheles arabiensis는 생존한 모기와 죽은 모기에서 뚜렷한 미생물군집 특징을 보인 반면, 부르키나파소와 두 연구소에서 채집한 Anopheles arabiensis는 이러한 특징을 보이지 않았다. 본 연구의 목적은 살충제 저항성을 더욱 심층적으로 조사하는 것입니다. 우리는 아로펠레스 아라비엔시스 모기 개체군을 대상으로 RNA 시퀀싱을 수행하여 살충제 저항성과 관련된 유전자들이 상향 조절된 반면, 호흡 관련 유전자들은 전반적으로 변화된 것을 발견했습니다. 이 데이터를 에티오피아의 다른 개체군 데이터와 통합하여 분석한 결과, 해당 지역에서 핵심적인 해독 관련 유전자들을 확인했습니다. 부르키나파소의 아로펠레스 아라비엔시스 개체군과의 추가 비교를 통해 전사체 프로파일에서 유의미한 차이가 나타났지만, 아프리카 전역에서 과발현된 네 가지 핵심 해독 관련 유전자를 여전히 확인할 수 있었습니다.
각 지역에서 채집한 각 종의 살아있는 모기와 죽은 모기를 16S 시퀀싱을 이용하여 분석하고 상대적 풍부도를 계산했습니다. 알파 다양성에서는 차이가 관찰되지 않아 작동 분류 단위(OTU) 풍부도에 차이가 없음을 나타냈습니다. 그러나 베타 다양성은 국가 간에 유의미한 차이를 보였으며, 국가와 생사 여부에 대한 상호작용 항(PANOVA = 0.001 및 0.008)은 이러한 요인들 간에 다양성이 존재함을 보여주었습니다. 베타 분산은 국가 간에 차이가 관찰되지 않아 그룹 간 분산이 유사함을 나타냈습니다. Bray-Curtis 다변량 스케일링 플롯(그림 2A)은 샘플이 지역별로 대체로 분리되어 있음을 보여주었지만, 몇 가지 주목할 만한 예외가 있었습니다. An. arabiensis 군집의 여러 샘플과 An. coluzzii 군집의 한 샘플이 부르키나파소의 샘플과 겹쳤고, 부르키나파소의 An. arabiensis 샘플 중 하나가 An. 아라비엔시스 군집 샘플은 원래의 미생물 군집이 여러 세대에 걸쳐 여러 지역에 걸쳐 무작위로 유지되었음을 나타낼 수 있습니다. 부르키나파소 샘플은 종별로 명확하게 구분되지 않았는데, 이는 서로 다른 유충 환경에서 유래했음에도 불구하고 개체들이 이후 통합되었기 때문에 예상되는 결과입니다. 실제로, 수생 단계에서 생태적 틈새를 공유하는 것이 미생물 군집 구성에 상당한 영향을 미칠 수 있다는 연구 결과가 있습니다[50]. 흥미롭게도, 부르키나파소 모기 샘플과 군집은 살충제 노출 후 모기의 생존 또는 사망률에서 차이를 보이지 않았지만, 에티오피아 샘플은 명확하게 구분되어 이 아노펠레스 모기 샘플의 미생물 군집 구성이 살충제 저항성과 관련이 있음을 시사합니다. 샘플들이 동일한 위치에서 채집되었기 때문에 이러한 강한 연관성이 나타난 것으로 설명할 수 있습니다.
피레트로이드계 살충제에 대한 저항성은 복잡한 표현형이며, 대사 및 표적 변화는 비교적 잘 연구되었지만, 미생물총의 변화는 이제 막 연구되기 시작했습니다. 본 연구에서는 특정 개체군에서 미생물총의 변화가 더 중요할 수 있음을 보여줍니다. 또한 바히르 다르에서 채집한 아로펠레스 아라비엔시스 모기의 살충제 저항성을 특성화하고, 알려진 저항성 관련 유전자 전사체의 변화뿐만 아니라 에티오피아 아로펠레스 아라비엔시스 개체군에 대한 이전 RNA-seq 연구에서도 나타났던 호흡 관련 유전자의 유의미한 변화를 확인했습니다. 이러한 결과는 해당 모기의 살충제 저항성이 유전적 요인과 비유전적 요인의 복합적인 작용에 의해 좌우될 수 있음을 시사하며, 저항성이 낮은 개체군에서는 토착 박테리아와의 공생 관계가 살충제 분해를 보완할 수 있기 때문일 가능성이 높습니다.
최근 연구에서는 호흡량 증가가 살충제 저항성과 관련이 있다는 사실이 밝혀졌으며, 이는 바히르 다르 RNAseq 데이터와 본 연구에서 얻은 에티오피아 통합 데이터에서 풍부하게 나타난 온톨로지 용어와 일치합니다. 이는 저항성이 호흡량 증가를 유발하며, 이러한 현상이 저항성의 원인이거나 결과일 수 있음을 시사합니다. 만약 이러한 변화가 이전에 제안된 바와 같이 활성산소 및 활성질소 생성 잠재력의 차이로 이어진다면, 이는 장기간 공생하는 세균에 의한 활성산소 제거에 대한 세균의 저항성 차이를 통해 매개체 감염 능력과 미생물 군집 형성에 영향을 미칠 수 있습니다.
본 연구에서 제시된 데이터는 미생물군집이 특정 환경에서 살충제 저항성에 영향을 미칠 수 있음을 시사합니다. 또한 에티오피아의 아라비엔시스 모기에서도 유사한 전사체 변화가 관찰되어 살충제 저항성을 나타내는 것으로 확인되었지만, 부르키나파소에서 나타난 변화와 일치하는 유전자 수는 적습니다. 본 연구 및 다른 연구에서 도출된 결론에는 몇 가지 한계점이 있습니다. 첫째, 피레트로이드계 살충제 생존과 미생물군집 간의 인과관계는 대사체학 연구 또는 미생물군집 이식 연구를 통해 입증되어야 합니다. 둘째, 주요 후보 유전자들을 다양한 지역의 여러 개체군에서 검증해야 합니다. 마지막으로, 표적 이식 후 연구를 통해 전사체 데이터와 미생물군집 데이터를 결합하면 미생물군집이 피레트로이드계 살충제 저항성과 관련하여 모기 전사체에 직접적인 영향을 미치는지 여부에 대한 보다 자세한 정보를 얻을 수 있을 것입니다. 이러한 점들을 종합해 볼 때, 본 연구 결과는 저항성이 지역적일 뿐만 아니라 국제적으로도 나타날 수 있음을 시사하며, 새로운 살충제 제품을 여러 지역에서 시험할 필요성을 강조합니다.
게시 시간: 2025년 3월 24일