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蚊の抵抗力が高まる挑戦

蚊が殺虫剤に対して耐性を持つことが、病気対策に影響を与えてるんだ。

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蚊の抵抗性危機蚊の抵抗性危機ってる。殺虫剤耐性が世界中で病気対策の足かせにな
目次

蚊は、小さな飛ぶ虫で、病気を広めるのに重要な存在だよ。西ナイルウイルス、ジカウイルス、黄熱病、デング熱、マラリアなどの病気を運ぶことができる。特にマラリアは心配で、毎年数百万件のケースが報告されている。2019年だけでも、デング熱は約5600万件、マラリアは2億2900万件もあって、世界中で多くの人が亡くなったんだ。

ここ50年で、デング熱のケースは約30倍増えて、研究によると、世界中で新しい蚊の種が増える可能性があるから、今後数十年でデング熱が増えるかもしれないんだ。蚊が媒介する病気をコントロールする主な方法の一つは、殺虫剤を使うこと。ピレスロイド系の殺虫剤がよく使われていて、特に寝具のネットに使われて蚊を寄せ付けないんだけど、蚊はこれらの化学物質に耐性を持ち始めてる。この耐性の増加は、殺虫剤処理されたネットの効果を減少させていて、蚊が媒介する病気のコントロールを難しくしてるのが心配。

蚊が耐性を持つ理由は?

蚊は、いくつかのメカニズムを通じて殺虫剤に耐性を持つことができるんだ。最初のメカニズムは、標的耐性で、蚊の遺伝子に変化があって、殺虫剤への感受性が低くなること。これは、殺虫剤が攻撃するタンパク質を作る遺伝子に突然変異が起こったときに発生する。

もう一つの耐性の方法は、代謝耐性。ここでは、蚊の体が殺虫剤をもっと効果的に分解できるようになるんだ。これは、サイトクロームP450sのようなさまざまな酵素が関与していて、有害物質を解毒するのを助けるんだ。三つ目の方法は、キューティクル耐性で、蚊の外層が厚くなったり、特定の化学物質の沈着が増えて、殺虫剤が入りにくくなること。

蚊の脚に注目

研究で、蚊の脚が殺虫剤への耐性に重要な役割を果たしていることがわかったよ。脚は、最初に殺虫剤が塗布された表面に触れる部分だから、殺虫剤が蚊の体に侵入できるかどうかに影響を与えるんだ。もし殺虫剤が脚のキューティクルを通過できれば、蚊の神経系に影響を与えて、死に至らしめることができる。

いくつかの研究では、特定の酵素、特にサイトクロームP450sが蚊の脚に見つかることが示されている。最近の発見では、これらの酵素が単に存在するだけでなく、殺虫剤に耐性のある蚊ではさらに活発だということがわかった。

この研究では、デルタメトリン耐性の蚊の脚を特に調べたよ。トランスクリプトミクスやプロテオミクスのような方法を使って、これらの脚の遺伝子とタンパク質の発現を探ったんだ。このアプローチで、耐性メカニズムに関与する特定の酵素やタンパク質を特定することができた。

蚊の脚の遺伝子とタンパク質の発現を理解する

耐性のある蚊と敏感な蚊の脚の遺伝子発現を比較した結果、何千もの差異がある遺伝子が特定された。その中には、耐性の脚でアップレギュレーションされていたいくつかのサイトクロームP450遺伝子があった。これは、これらの遺伝子が耐性に関与している可能性を示唆してる。

特に、CYP325G4とCYP6AA9という二つの遺伝子が、敏感な蚊に比べて耐性のある蚊の脚ではかなり活性が高かった。これは、これらの遺伝子が殺虫剤を解毒するか、脚の構造を変えることで、蚊が耐性を持つのを助けている可能性があるってこと。

次に、タンパク質レベルでも、耐性のある蚊と敏感な蚊の間で発現が異なるいくつかのタンパク質を特定した。遺伝子発現の結果と同様に、特定のサイトクロームP450タンパク質も再び耐性のある脚で多く見つかった。

遺伝子とタンパク質の関連性

遺伝子とタンパク質の相関分析では、いくつかのタンパク質が両方のレベルで差異があることが示された。アップレギュレーションされたサイトクロームP450タンパク質のCYP325G4とCYP6AA9が再び強調されたよ。このmRNAとタンパク質レベルの一貫性は、これらの酵素が蚊の殺虫剤耐性に重要な役割を果たしていることを示唆している。

特定の酵素の役割

CYP325G4とCYP6AA9が耐性にどのように寄与するかを理解するために、蚊でこれらの遺伝子の発現をサイレンシングしたよ。この方法はRNA干渉と呼ばれ、研究者が特定の遺伝子の活動を減少または排除できるようにするんだ。これらの遺伝子をサイレンシングした後、蚊はデルタメトリンに対する感受性が増加するのを観察して、耐性への関与が確認された。

興味深いことに、CYP325G4のサイレンシングは、殺虫剤を解毒する酵素活性の低下をもたらした。これは、CYP325G4が代謝耐性にとって重要だということを示唆してる。一方、CYP6AA9をノックダウンすると、デルタメトリンに対する感受性が増加し、その役割も確認された。

キューティクル構造への影響

蚊の脚の構造を調べると、CYP325G4のサイレンシングがキューティクルを薄くすることがわかったよ。これは、CYP325G4が脚の保護外層の厚さを増すのに寄与している可能性を示している。厚いキューティクルは、殺虫剤に対して追加のバリアを提供できるんだ。

逆に、siCYP6AA9グループではキューティクル構造に有意な変化が見られなかったので、そちらはキューティクル形成よりも代謝経路に焦点を当てているかもしれないね。

炭化水素との関連を探る

蚊のキューティクルの構造と成分は、保護バリアを形成するのに重要な炭化水素の合成と密接に関連しているんだ。CYP325G4とCYP6AA9の酵素活性をノックダウンしたとき、炭化水素合成に関与するいくつかの重要な遺伝子の発現にどのように影響を与えるかを調べたよ。分析の結果、CYP325G4をサイレンシングすると、これらの炭化水素を作る遺伝子の発現が減少することがわかった。一方、CYP6AA9をサイレンシングすると、これらの遺伝子の一部が増加した。

耐性管理への影響

この研究の結果は、CYP325G4とCYP6AA9が蚊の耐性メカニズムに大きく寄与していることを示している。CYP325G4は代謝耐性とキューティクル構造の両方に役立っている可能性がある。一方、CYP6AA9は主に代謝耐性に関与しているようだ。

これらの酵素の特定の役割に焦点を当てることで、殺虫剤耐性を管理するための戦略が開発できるかもしれない。これらのメカニズムを理解することで、健康当局や研究者が蚊の個体数を制御し、これらの昆虫が広める病気の負担を減らすための良いアプローチを作れるかもしれないね。

結論

蚊が殺虫剤に耐性を持つことが増えてきたのは、病気のコントロールに大きな課題をもたらしている。特定の酵素の役割を調べることで、耐性メカニズムを理解し、これらの頑固な虫に立ち向かうための効果的な戦略を開発できそうだよ。蚊の脚の機能とそれが殺虫剤とどうやって相互作用するかを理解することが、今後のベクターコントロール手段を形作る鍵になるだろうね。

オリジナルソース

タイトル: The dual resistance mechanism of CYP325G4 and CYP6AA9 in Culex pipiens pallens legs according to transcriptome and proteome analysis

概要: Mosquitoes within the Culex pipiens complex play a crucial role in human disease transmission. Insecticides, especially pyrethroids, are used to control these vectors. Mosquito legs are the main entry point and barrier for insecticides to gain their neuronal targets. However, the resistance mechanism in mosquito legs is unclear. Herein, we employed transcriptomic analyses and isobaric tags for relative and absolute quantitation techniques to investigate the resistance mechanism, focusing on Cx. pipiens legs. We discovered 2346 differentially expressed genes (DEGs) between deltamethrin-resistant (DR) and deltamethrin-sensitive (DS) mosquito legs, including 41 cytochrome P450 genes. In the same comparison, we identified 228 differentially expressed proteins (DEPs), including six cytochrome P450 proteins). Combined transcriptome and proteome analysis revealed only two upregulated P450 genes, CYP325G4 and CYP6AA9. The main clusters of DEGs and DEPs were associated with metabolic processes, such as cytochrome P450-mediated metabolism of drugs and xenobiotics. Transcription analysis revealed high CYP325G4 and CYP6AA9 expression in the DR strain at 72 hours post-eclosion compared with that in the DS strain, particularly in the legs. Mosquitoes knocked down for CYP325G4 were more sensitive to deltamethrin than the controls. CYP325G4 knockdown reduced the expression of several chlorinated hydrocarbon (CHC)-related genes, which altered the cuticle thickness and structure. Conversely, CYP6AA9 knockdown increased CHC gene expression without altering cuticle thickness and structure. P450 activity analysis demonstrated that CYP325G4 and CYP6AA9 contributed to metabolic resistance in the midgut and legs. This study identified CYP325G4 as a novel mosquito deltamethrin resistance factor, being involved in both metabolic and cuticular resistance mechanisms. The previously identified CYP6AA9 was investigated for its involvement in metabolic resistance and potential cuticular resistance in mosquito legs. These findings enhance our comprehension of resistance mechanisms, identifying P450s as promising targets for the future management of mosquito vector resistance, and laying a theoretical groundwork for mosquito resistance management. Author SummaryCulex pipiens mosquitoes are the primary vector of the filamentous nematode, Wuchereria bancrofti and also involved in the transmission of other pathogens, such as West Nile virus (WNV), avian malarias, and avian pox virus. Insecticides, particularly pyrethroids, continue to be the primary method to control these significant vectors. Worryingly, resistance to insecticides has become widespread and is rapidly intensifying in Culex mosquitoes throughout China, posing a threat to the efficacy of insecticides. Legs are the main sites of contact with ITNs and sprayed insecticides, and the insecticides have to penetrate the leg cuticle to reach their targets.Therefore, the resistance mechanisms in mosquito legs deserve further investigation. Several reports have found a certain amount of P450 in insect legs. Unfortunately, none of the above reports have conducted further functional studies on P450s in the legs. Here, we have identified two P450 enzymes, CYP325G4 and CYP6AA9, through the integrated analysis of transcriptomics and proteomics. CYP325G4 enriched in the cuticle of resistant mosquitoes might possess a dual resistance mechanism involving metabolic resistance and cuticle resistance. CYP6AA9 was slightly different, possibly exerting metabolic resistance as its main function and also being involved in cuticle synthesis. Understanding the dual resistance mechanism of P450s in the metabolism of pyrethroid insecticides will have an important role in optimizing vector control strategies.

著者: Yan Sun, Y. Xu, J. Du, K. Zhang, J. Li, F. Zou, X. Li, Y. Meng, Y. Chen, L. Tao, F. Zhao, L. Ma, B. Shen, D. Zhou, G. Yan, C. Zhu

最終更新: 2024-05-14 00:00:00

言語: English

ソースURL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.05.13.593821

ソースPDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.05.13.593821.full.pdf

ライセンス: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。

オープンアクセスの相互運用性を利用させていただいた biorxiv に感謝します。

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