Schemi di resistenza nei zanzare Culex: uno studio in Illinois
La ricerca mostra una resistenza agli insetticidi variabile nei zanzare Culex in Illinois.
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Indice
Le malattie trasmesse da vettori sono malattie che si diffondono tramite insetti, e sono un grosso problema in tutto il mondo. Queste malattie causano oltre il 17% di tutte le malattie infettive e hanno portato a quasi 850.000 morti nel 2021. Una delle malattie che preoccupano di più è il Virus del West Nile (WNV). Questo virus si diffonde principalmente tramite le zanzare Culex e può causare sintomi che vanno da una leggera febbre a gravi malattie cerebrali. Il WNV si trova in molte parti del mondo, inclusi Africa, Europa, Medio Oriente, Nord America e Asia Centrale. Negli Stati Uniti continentali, il WNV è la malattia trasmessa dalle zanzare più comune, con oltre 51.000 casi segnalati dal 1999 al 2019. Tuttavia, molti casi probabilmente non vengono riportati a causa di fattori come sintomi lievi o mancanza di accesso a cure mediche.
Attualmente, non ci sono vaccini o trattamenti specifici disponibili per il WNV. Per controllare la diffusione del virus, è fondamentale gestire le popolazioni di zanzare. Questo viene tipicamente fatto attraverso programmi di controllo delle zanzare che mirano a uccidere le larve nelle fonti d'acqua. In casi in cui ci sono picchi improvvisi di attività delle zanzare o casi umani segnalati, vengono impiegati metodi di controllo d'emergenza, come l'uso di pesticidi per uccidere le zanzare adulte. Tuttavia, fare affidamento su questi trattamenti chimici solleva preoccupazioni riguardo lo sviluppo di resistenza agli insetticidi nelle zanzare, che può verificarsi quando i pesticidi vengono sovrautilizzati.
Resistenza agli Insetticidi
La resistenza a insetticidi comuni, come i piretroidi e gli organofosfati, è stata notata nelle popolazioni di zanzare Culex in tutto il mondo. Vari meccanismi consentono a queste zanzare di sopravvivere all'esposizione agli insetticidi. Due tipologie principali di resistenza sono le mutazioni del sito target e la resistenza metabolica. Le mutazioni del sito target avvengono quando un gene cambia in un modo che rende l'insetticida inefficace. Ad esempio, un cambiamento specifico in un gene dei canali sodici consente ad alcune zanzare di resistere agli effetti dei piretroidi. Questo è noto come "resistenza al knockdown." Un'altra mutazione colpisce un enzima che gli insetticidi organofosfati mirano, rendendo l'enzima meno efficace.
La resistenza metabolica si verifica quando le zanzare possono degradare gli insetticidi più velocemente o immagazzinarli in modi che riducono il loro impatto. Questo spesso comporta cambiamenti in famiglie di geni specifici responsabili della disintossicazione.
Controllare le malattie trasmesse da zanzare su scala globale dipende principalmente da strategie basate sugli insetticidi. Poiché le opzioni di insetticidi disponibili sono limitate, monitorare e gestire la resistenza nelle popolazioni di zanzare è fondamentale. Alcuni studi hanno dimostrato che le popolazioni di Culex in Illinois hanno mostrato resistenza a permethrin e malathion, ma l'estensione di questa resistenza e i meccanismi sottostanti non sono completamente compresi.
Studio delle Popolazioni di Zanzare Culex in Illinois
Per comprendere meglio la resistenza agli insetticidi nelle zanzare Culex, i ricercatori hanno condotto studi in Illinois per tre stagioni di campionamento. L'obiettivo era misurare i livelli di resistenza e identificare le ragioni sottostanti a questa resistenza.
Raccolta Campioni
Per lo studio, sono state scelte località in base all'importanza per la salute pubblica, spesso vicino a trappole che rilevano il Virus del West Nile. I ricercatori hanno posizionato contenitori pieni di acqua e miscele di erba durante la notte per attirare le zanzare femmine Culex a deporre le uova. Il giorno successivo, è stata controllata la presenza di zattere di uova e queste zattere sono state raccolte per ulteriori studi.
Allevamento e Manutenzione
Una volta che le uova si sono schiuse in larve, i gruppi sono stati allevati in ambienti controllati dove sono stati nutriti con una dieta a base di cibo per pesci, lievito e cibo per conigli. Le larve sono state monitorate fino a quando non si sono sviluppate in zanzare adulte. Gli adulti sono stati tenuti in condizioni che imitano il loro habitat naturale, con accesso a acqua zuccherata per energia.
Test di Resistenza
I ricercatori hanno utilizzato test specifici per valutare la resistenza delle zanzare femmine di 3-5 giorni a permethrin e malathion. Hanno posizionato le zanzare in bottiglie rivestite con gli insetticidi e monitorato i loro tassi di mortalità nel tempo definito. Attraverso questo test, hanno determinato quante zanzare sono sopravvissute dopo l'esposizione agli insetticidi. Sono stati calcolati tassi di mortalità medi, con meno del 90% di mortalità a tempi specifici che indicano resistenza.
Analisi Genetica
Per indagare la base genetica della resistenza, i ricercatori hanno sequenziato un gene legato alla resistenza al knockdown. I campioni di zanzare sono stati preparati e processati con cura per estrarre il DNA. I dati genetici hanno permesso ai ricercatori di identificare mutazioni specifiche legate alla resistenza.
Test di Attività Enzimatica
Oltre all'analisi genetica, i ricercatori hanno testato un sottogruppo di zanzare per l'aumento dell'attività enzimatica utilizzando vari saggi biochimici. Questi test miravano a capire se determinati enzimi contribuissero all'abilità delle zanzare di resistere agli insetticidi.
Risultati
Lo studio ha rivelato una notevole variazione nella resistenza tra le popolazioni di Culex in Illinois. Alcune aree avevano alti livelli di resistenza a permethrin, mentre i tassi di mortalità per malathion erano più variabili. In generale, le zanzare Culex pipiens hanno mostrato maggiore resistenza rispetto a Culex restuans.
Schemi di Resistenza Genetica
Lo studio ha trovato che la mutazione di resistenza al knockdown era presente nella metà dei campioni sequenziati di Culex pipiens ma assente in Culex restuans. La frequenza di questa mutazione era più alta nelle parti meridionali dello stato, suggerendo differenze regionali nella resistenza agli insetticidi.
Meccanismi di Resistenza Biochimica
Le misurazioni dei livelli enzimatici hanno rivelato livelli elevati di α-esterasi in alcune popolazioni di Culex pipiens, suggerendo un collegamento tra questi enzimi e la resistenza al malathion. Tuttavia, le differenze nei livelli enzimatici variavano per regione, indicando che più fattori possono contribuire alla resistenza.
Conclusione
La ricerca evidenzia il complesso problema della resistenza agli insetticidi nelle zanzare Culex. I risultati sono fondamentali per le strategie di salute pubblica mirate a controllare le popolazioni di zanzare e gestire la diffusione di malattie come il Virus del West Nile.
Capire come si sviluppa e varia geograficamente la resistenza può aiutare a informare migliori pratiche di gestione e misure di controllo. Lo studio sottolinea la necessità di un monitoraggio continuo della resistenza agli insetticidi nelle zanzare per mantenere efficaci sforzi di controllo delle zanzare.
La ricerca enfatizza che sia fattori genetici che biochimici giocano ruoli nella determinazione dei livelli di resistenza, e ulteriori indagini sono necessarie per comprendere pienamente questi meccanismi. Questa conoscenza è essenziale per adattare le strategie per combattere la minaccia delle malattie trasmesse da vettori in Illinois e oltre.
Titolo: Mechanistic evidence of widespread insecticide resistance among Illinois West Nile virus vectors (Culex pipiens and Culex restuans)
Estratto: BackgroundMosquitoes are major vectors of arboviruses and other vector-borne diseases, making them a significant public health concern worldwide. Mitigation of arboviral outbreaks relies largely on the use of insecticides, but the effectiveness of such responses is threatened by the evolution of insecticide resistance. Monitoring mosquito susceptibility to different insecticides is therefore vital for informed decisions regarding outbreak responses. In this study, we elucidate the patterns of resistance to two insecticide classes within the primary vectors of West Nile virus in the northeast and midwestern regions of the continental United States, Culex pipiens and Culex restuans. Methodology/Principal FindingsEgg collections were performed throughout Illinois from 2018-2020, and adults were tested for insecticide resistance to permethrin and malathion. Individuals from each sampling location were sequenced to determine the presence of kdr target-site mutations, and biochemical assays were performed to determine increases in detoxification enzymes and insensitive acetylcholinesterase. Results from the bottle assays indicate variable resistance rates in Illinois, however lowered mortality was found in most of the regions that were tested. The kdr mutation (L1014F) was present in 50% of Culex pipiens sequenced, and more prevalent in southern Illinois compared with northern and central (p < 0.001). Different mechanisms were predictive of resistance by species and insecticide, with permethrin resistance being affected by kdr-allele frequency and oxidase levels and malathion resistance by - and {beta}-esterases in Cx. pipiens. For Cx. restuans -esterase and oxidase levels were predictive of permethrin resistance while {beta}-esterase and insensitive acetylcholinesterase levels were predictive of malathion resistance. Conclusions/SignificanceWe documented variation in insecticide resistance levels that appear to be driven by population differences in kdr mutation rates and metabolic resistance mechanisms. The presence of different mechanisms in species and regions has implications for approaches to resistance management and highlights the need to implement and maintain insecticide resistance monitoring practices. Author SummaryMosquitoes are the vectors of many major diseases including malaria, dengue, yellow fever, zika, and West Nile virus. Insecticides are often used to control mosquitoes and the outbreaks they cause. However, evidence has shown that populations of different mosquito species worldwide have developed resistance to our most common insecticides. This study shows that West Nile virus vectors in Illinois, (Culex pipiens and Culex restuans) are no exception to this trend. Egg collections were made throughout the state during the 2018-2020 field seasons and the resulting adults were tested for resistance to two common insecticides using the CDCs bottle bioassay protocol. The results indicate that rates of resistance vary throughout the state and population differences in resistance mechanisms are driving this variation.
Autori: Kylee Noel, C.-H. Kim, C. M. Stone
Ultimo aggiornamento: 2024-09-21 00:00:00
Lingua: English
URL di origine: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.09.17.613396
Fonte PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.09.17.613396.full.pdf
Licenza: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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