Комары-переносчики желтой лихорадки, Aedes aegypti, являются также основным переносчиком нескольких арбовирусов, вызывающих заболевания у людей, включая денге, чикунгунья и Зика.
Борьба с переносчиками остается важнейшим инструментом контроля распространения этих арбовирусов. В основном это опрыскивание взрослых особей на открытом воздухе и в помещениях, а также применение ларвицидов в местах размножения комаров. Эффективность наружного опрыскивания сомнительна, а возникновение резистентности ослабляет успех подходов, основанных на использовании инсектицидов. Поэтому необходимы более эффективные и экологически устойчивые технологии борьбы с переносчиками.
В настоящее время существует ряд методов борьбы с переносчиками, основанных на массовом выпуске самцов насекомых. К ним относится метод стерильных насекомых, который в конечном итоге приводит к сокращению популяции. Другие методы включают подходы, основанные на методе инфицирования насекомых бактериями Wolbachia или на самоограничивающих генетических конструкциях, которые вызывают летальность в последующих поколениях. Все эти методы требуют эффективного производства большого количества самцов. В связи с ростом числа вспышек трансмиссивных заболеваний ожидается увеличение спроса на эти новые методы борьбы. Поэтому понимание того, как мы можем максимизировать приспособленность взрослых особей и эффективность разведения путем манипулирования микробиомом, вероятно, будет иметь определенное практическое значение.
Бактериальные симбионты играют важную роль в приспособленности многих видов насекомых. Для Ae. aegypti бактериальные симбионты кишечника необходимы для завершения личиночного развития: стерильные насекомые не окукливаются. Хотя из кишечного тракта комаров был выделен целый ряд бактерий, мы не до конца понимаем роль различных микробов в этом симбиозе и даже то, являются ли одни бактерии в микробиоме мутуалистическими, а другие - паразитическими. Уксуснокислые бактерии (УКБ) из рода Asaia ранее были идентифицированы как кандидаты в полезные микробы у комаров. Например, у Anopheles инокуляция воды для выращивания личинок бактериями Asaia может ускорить темпы развития, гипотетически за счет модуляции транскрипционных генов хозяина, участвующих в структурных компонентах кутикулы. В настоящее время мы имеем минимальное представление о взаимоотношениях между Ae. aegypti и этой группой бактерий. Понимание того, какие симбионты способствуют здоровому росту насекомых, имеет большое значение для стратегий борьбы с вредителями, которые требуют массового выпуска самцов.
Помимо использования симбионтов для улучшения роста и развития, еще одним способом применения симбионтов для борьбы с переносчиками является «паратрансгенез» - модификация симбионта для снижения приспособленности насекомого или его способности к переносу. В качестве новых инструментов паратрансгенеза были исследованы УКБ из рода Asaia. Asaia bogorensis, например, использовалась в качестве средства доставки гетерологичных эффекторных белков, таких как антимикробные пептиды скорпены, известные своей способностью подавлять развитие и образование ооцист малярийного паразита Plasmodium berghei путем лизиса паразита. Другие подходы предполагают объединение свойств Asaia и симбионтов Wolbachia: экспрессия поверхностных белков Wolbachia в Asaia может вызывать врожденные иммунные реакции у Ae. aegypti и подавлять развитие паразита Dirofilaria immitis.
В целом о биологии Asaia spp. известно немного. Впервые представители рода были выделены из цветков различных тропических растений. Различные штаммы Asaia были обнаружены в качестве микроорганизмов, вызывающих порчу бутилированной воды, демонстрируя способность расти при низком pH и в присутствии нескольких консервантов. Asaia spp. также были обнаружены в микробиоме комаров Aedes и мошек Culicoides, но мы мало знаем о влиянии видов Asaia на биологию и развитие Ae. aegypti.
Учитывая разнообразные возможности применения Asaia в борьбе с комарами, целью нашего исследования было изучение взаимодействия между Ae. aegypti и этой группой бактерий. Во-первых, мы задались вопросом, можно ли манипулировать микробиомом насекомых, чтобы создать надежную и стабильную колонизацию Asaia spp. и проверить гипотезу о том, что изоляты этого рода действуют как мутуалисты для развития комаров. Поскольку мы также не знаем, является ли взаимодействие Asaia с комарами видоспецифичным, мы также проверили, различаются ли три разных вида Asaia по их влиянию на развитие хозяина. Многие исследования микробиома указывают на предполагаемое благотворное влияние микробов в сильно упрощенных или гнотобиотических условиях.
В данном случае мы стремились количественно оценить потенциальную пользу, используя насекомых, выращенных в условиях, близких к асептическим, а также насекомых с интактным микробиомом. Этим относительно легко манипулировать у Aedes, так как основной микробиом преимущественно приобретается с поверхности яиц через их обсеменение, а затем из окружающей среды при появлении личинок. Поэтому асептические личинки могут быть получены путем поверхностной стерилизации яиц и вылупления на стерильные источники пищи и воды. Околоасептическая и интактная обработка личинок позволила нам проверить, как межвидовая конкуренция влияет на сохранение каждого из трех видов Asaia spp. в микробиоме личинок. Кроме того, эти способы выращивания были необходимы для того, чтобы оценить, может ли воздействие Asaia spp. восстановить нормальное развитие личинок, лишенных интактного условно приобретенного микробиома. Демонстрация того, что бактерии рода Asaia полезны при добавлении к личинкам со сложным микробиомом, особенно важна при рассмотрении возможности их применения для борьбы с переносчиками заболеваний, поскольку на предприятиях массового разведения комаров не используются аксеничные условия производства.
Для того чтобы разделить прямое и косвенное влияние инокуляции Asaia на развитие хозяина, в экспериментах использовали насекомых с интактным микробиомом и насекомых, выращенных в условиях, близких к асептическим, а бактериальные сообщества и плотность Asaia мы характеризовали с помощью культурозависимых и независимых методов (секвенирование ампликонов 16S рРНК). Личинок-неонатов инокулировали Asaia spp. в течение 24 ч или оставляли в качестве неинокулированного контроля, все они были выращены на стерильном корме. Асептические личинки были получены путем поверхностной стерилизации яиц. Хотя все Asaia были преходящими членами кишечного сообщества, два вида ускоряли развитие личинок по сравнению с контролем. Эти два мутуалистических вида оказывали длительное воздействие на микробиом личинок, в основном изменяя относительное обилие доминирующих бактерий, а именно Klebsiella и Pseudomonas. У аксеничных личинок при инокуляции этим видом доминировала Asaia, но их развитие шло медленнее, чем у насекомых, выращенных обычным способом, что указывает на то, что одна Asaia не может восстановить нормальное развитие.
Таким образом, наши результаты показывают, что Asaia является плохим мутуалистом для Ae. aegypti, но имеет видоспецифичный положительный эффект на улучшение характеристик хозяина, опосредованный взаимодействием с другими бактериями.
