Published September 2, 2017 | Version v1
Publication Open

Mapping insecticide resistance and characterization of resistance mechanisms in Anopheles arabiensis (Diptera: Culicidae) in Ethiopia

Creators

  • 1. Jimma University
  • 2. Ghent University
  • 3. University of Crete
  • 4. Foundation for Research and Technology Hellas

Description

The emergence and spread of insecticide resistance in the major African malaria vectors Anopheles gambiae (s.s.) and An. arabiensis may compromise the current vector control interventions and threatens the global malaria control and elimination efforts. Insecticide resistance was monitored in several study sites in Ethiopia from 2013 to 2015 using papers impregnated with discriminating concentrations of DDT, deltamethrin, bendiocarb, propoxur, malathion, fenitrothion and pirimiphos-methyl, following the WHO insecticide susceptibility test procedure. Mosquitoes sampled from different localities for WHO bioassay were morphologically identified as An. gambiae (s.l.) using standard taxonomic keys. Samples were identified to species using species-specific polymerase chain reaction (PCR) and screened for the presence of target site mutations L1014F, L1014S and N1575Y in the voltage gated sodium channel (VGSC) gene and G119S in the acethylcholinesterase (AChE) gene using allele-specific PCR. Biochemical assays were performed to assess elevated levels of acetylcholinesterases, carboxylcholinesterases, glutathione-S-transferases (GSTs) and cytochrome P450s monooxygenases in wild populations of An. arabiensis, compared to the fully susceptible Sekoru An. arabiensis laboratory strain. Populations of An. arabiensis were resistant to DDT and deltamethrin but were susceptible to fenitrothion in all the study sites. Reduced susceptibility to malathion, pirimiphos-methyl, propoxur and bendiocarb was observed in some of the study sites. Knockdown resistance (kdr L1014F) was detected in all mosquito populations with allele frequency ranging from 42 to 91%. Elevated levels of glutathione-S-transferases (GSTs) were detected in some of the mosquito populations. However, no elevated levels of monooxygenases and esterases were detected in any of the populations assessed. Anopheles arabiensis populations from all surveyed sites in Ethiopia exhibited resistance against DDT and pyrethroids. Moreover, some mosquito populations exhibited resistance to propoxur and possible resistance to bendiocarb. Target site mutation kdr L1014F was detected in all mosquito populations while elevated levels of glutathione-S-transferases (GSTs) was detected in some mosquito populations. The reduced susceptibility of An. arabiensis to propoxur and bendiocarb, which are currently used for indoor residual spraying (IRS) in Ethiopia, calls for continuous resistance monitoring, in order to plan and implement evidence based insecticide resistance management.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

قد يؤدي ظهور وانتشار مقاومة المبيدات الحشرية في ناقلات الملاريا الأفريقية الرئيسية Anopheles gambiae (s.s.) و An. arabiensis إلى تعريض تدخلات مكافحة ناقلات الأمراض الحالية للخطر ويهدد الجهود العالمية لمكافحة الملاريا والقضاء عليها. تم رصد مقاومة المبيدات الحشرية في العديد من مواقع الدراسة في إثيوبيا في الفترة من 2013 إلى 2015 باستخدام أوراق مشربة بتركيزات مميزة من الـ دي .دي .تي والدلتامثرين والبنديوكارب والبروبوكسور والملاثيون والفينيتروثيون وبيريميفوس- ميثيل، باتباع إجراء اختبار قابلية المبيدات الحشرية لمنظمة الصحة العالمية. تم تحديد عينات البعوض المأخوذة من مواقع مختلفة لمنظمة الصحة العالمية من الناحية الشكلية على أنها AN. gambiae (s.l.) باستخدام مفاتيح تصنيفية قياسية. تم تحديد عينات للأنواع باستخدام تفاعل البوليميراز المتسلسل الخاص بالأنواع (PCR) وفحصها بحثًا عن وجود طفرات الموقع المستهدف L1014F و L1014S و N1575Y في جين قناة الصوديوم ذات بوابات الجهد (VGSC) و G119S في جين الأسيثيل كولينستراز (AChE) باستخدام تفاعل البوليميراز المتسلسل الخاص بالأليل. تم إجراء فحوصات كيميائية حيوية لتقييم المستويات المرتفعة من أستيل كولين ستراز، كربوكسيل كولين ستراز، الجلوتاثيون- S - ترانسفيراز (GSTs) و أحادي أكسجين السيتوكروم P450s في المجموعات البرية من السلالة العربية، مقارنة بسلالة سيكورو العربية المعملية المعرضة بالكامل. كان السكان من الفصيلة العربية مقاومين للـ دي .دي .تي والدلتامثرين ولكنهم كانوا عرضة للفينيتروثيون في جميع مواقع الدراسة. لوحظ انخفاض القابلية للإصابة بالملاثيون والبيريميفوس- ميثيل والبروبوكسور والبنديوكارب في بعض مواقع الدراسة. تم الكشف عن مقاومة الضربة القاضية (KDR L1014F) في جميع مجموعات البعوض مع تردد أليل يتراوح من 42 إلى 91 ٪. تم اكتشاف مستويات مرتفعة من ناقلات الجلوتاثيون- S (GSTs) في بعض مجموعات البعوض. ومع ذلك، لم يتم الكشف عن مستويات مرتفعة من أحاديات الأكسجين والإسترات في أي من المجموعات التي تم تقييمها. أظهرت مجموعات الأنوفيلة العربية من جميع المواقع التي شملتها الدراسة الاستقصائية في إثيوبيا مقاومة للـ دي .دي .تي والبيريثرويدات. علاوة على ذلك، أظهرت بعض مجموعات البعوض مقاومة للبروبوكسور ومقاومة محتملة للبنديوكارب. تم اكتشاف طفرة الموقع المستهدف KDR L1014F في جميع مجموعات البعوض بينما تم اكتشاف مستويات مرتفعة من ناقلات الجلوتاثيون- S (GSTs) في بعض مجموعات البعوض. يتطلب الحد من قابلية An. arabiensis للبروبوكسور و bendiocarb، والتي تستخدم حاليًا للرش الداخلي المتبقي (IRS) في إثيوبيا، مراقبة مستمرة للمقاومة، من أجل تخطيط وتنفيذ إدارة مقاومة المبيدات الحشرية القائمة على الأدلة.

Translated Description (French)

L'émergence et la propagation de la résistance aux insecticides chez les principaux vecteurs africains du paludisme, Anopheles gambiae (s.s.) et An. arabiensis, peuvent compromettre les interventions actuelles de lutte antivectorielle et menacer les efforts mondiaux de lutte et d'élimination du paludisme. La résistance aux insecticides a été surveillée dans plusieurs sites d'étude en Éthiopie de 2013 à 2015 à l'aide de papiers imprégnés de concentrations discriminantes de DDT, de deltaméthrine, de bendiocarbe, de propoxur, de malathion, de fénitrothion et de pirimiphos-méthyl, conformément à la procédure de test de sensibilité aux insecticides de l'OMS. Les moustiques échantillonnés dans différentes localités pour le bioessai de l'OMS ont été morphologiquement identifiés comme An. gambiae (s.l.) à l'aide de clés taxonomiques standard. Des échantillons ont été identifiés à des espèces à l'aide d'une réaction en chaîne de la polymérase (PCR) spécifique à l'espèce et criblés pour la présence de mutations du site cible L1014F, L1014S et N1575Y dans le gène du canal sodique voltage-dépendant (VGSC) et G119S dans le gène de l'acétylcholinestérase (AChE) à l'aide d'une PCR spécifique à l'allèle. Des essais biochimiques ont été effectués pour évaluer des niveaux élevés d'acétylcholinestérases, de carboxylcholinestérases, de glutathion-S-transférases (GST) et de monooxygénases du cytochrome P450 dans les populations sauvages d'An. arabiensis, par rapport à la souche de laboratoire Sekoru An. arabiensis entièrement sensible. Les populations d'An. arabiensis étaient résistantes au DDT et à la deltaméthrine, mais étaient sensibles au fénitrothion dans tous les sites d'étude. Une sensibilité réduite au malathion, au pirimiphos-méthyl, au propoxur et au bendiocarbe a été observée dans certains des sites d'étude. Une résistance aux chocs (kdr L1014F) a été détectée dans toutes les populations de moustiques avec une fréquence d'allèles allant de 42 à 91 %. Des niveaux élevés de glutathion-S-transférases (GST) ont été détectés dans certaines populations de moustiques. Cependant, aucun taux élevé de monooxygénases et d'estérases n'a été détecté dans aucune des populations évaluées. Les populations d'Anopheles arabiensis de tous les sites étudiés en Éthiopie présentaient une résistance au DDT et aux pyréthroïdes. De plus, certaines populations de moustiques présentaient une résistance au propoxur et une résistance possible au bendiocarbe. La mutation du site cible kdr L1014F a été détectée dans toutes les populations de moustiques, tandis que des niveaux élevés de glutathion-S-transférases (GST) ont été détectés dans certaines populations de moustiques. La sensibilité réduite d'An. arabiensis au propoxur et au bendiocarbe, qui sont actuellement utilisés pour la pulvérisation intradomiciliaire à effet rémanent (IRS) en Éthiopie, nécessite un suivi continu de la résistance, afin de planifier et de mettre en œuvre une gestion de la résistance aux insecticides fondée sur des données probantes.

Translated Description (Spanish)

La aparición y propagación de la resistencia a los insecticidas en los principales vectores africanos de la malaria, Anopheles gambiae (s.s.) y An. arabiensis, puede comprometer las intervenciones actuales de control de vectores y amenazar los esfuerzos mundiales de control y eliminación de la malaria. La resistencia a los insecticidas se monitoreó en varios sitios de estudio en Etiopía de 2013 a 2015 utilizando papeles impregnados con concentraciones discriminantes de DDT, deltametrina, bendiocarb, propoxur, malatión, fenitrotión y pirimifos-metilo, siguiendo el procedimiento de prueba de susceptibilidad a LOS insecticidas de la OMS. Los mosquitos muestreados de diferentes localidades para el bioensayo de la OMS se identificaron morfológicamente como An. gambiae (s.l.) utilizando claves taxonómicas estándar. Se identificaron muestras de especies utilizando la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) específica de la especie y se analizaron para detectar la presencia de mutaciones en el sitio diana L1014F, L1014S y N1575Y en el gen del canal de sodio regulado por voltaje (VGSC) y G119S en el gen de la acetilcolinesterasa (AChE) utilizando PCR específica de alelo. Se realizaron ensayos bioquímicos para evaluar niveles elevados de acetilcolinesterasas, carboxilcolinesterasas, glutatión-S-transferasas (GST) y citocromo P450s monooxigenasas en poblaciones silvestres de An. arabiensis, en comparación con la cepa de laboratorio totalmente susceptible Sekoru An. arabiensis. Las poblaciones de An. arabiensis eran resistentes al DDT y a la deltametrina, pero eran susceptibles al fenitrotión en todos los sitios de estudio. Se observó una susceptibilidad reducida al malatión, pirimifos-metilo, propoxur y bendiocarb en algunos de los sitios de estudio. Se detectó resistencia al knockdown (kdr L1014F) en todas las poblaciones de mosquitos con una frecuencia de alelos que varía de 42 a 91%. Se detectaron niveles elevados de glutatión-S-transferasas (GST) en algunas de las poblaciones de mosquitos. Sin embargo, no se detectaron niveles elevados de monooxigenasas y esterasas en ninguna de las poblaciones evaluadas. Las poblaciones de Anopheles arabiensis de todos los sitios estudiados en Etiopía mostraron resistencia contra el DDT y los piretroides. Además, algunas poblaciones de mosquitos mostraron resistencia al propoxur y posible resistencia a bendiocarb. Se detectó la mutación del sitio objetivo kdr L1014F en todas las poblaciones de mosquitos, mientras que se detectaron niveles elevados de glutatión-S-transferasas (GST) en algunas poblaciones de mosquitos. La susceptibilidad reducida de An. arabiensis al propoxur y bendiocarb, que actualmente se utilizan para la fumigación residual en interiores (IRS) en Etiopía, exige un monitoreo continuo de la resistencia, con el fin de planificar e implementar un manejo de la resistencia a los insecticidas basado en la evidencia.

Files

s13071-017-2342-y.pdf

Files (984.8 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:80ca2666947b0e764e8cadf2cc25ab0a
984.8 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
رسم خرائط مقاومة المبيدات الحشرية وتوصيف آليات المقاومة في الأنوفيلة العربية (Diptera: Culicidae) في إثيوبيا
Translated title (French)
Cartographie de la résistance aux insecticides et caractérisation des mécanismes de résistance chez Anopheles arabiensis (Diptera : Culicidae) en Éthiopie
Translated title (Spanish)
Mapeo de la resistencia a los insecticidas y caracterización de los mecanismos de resistencia en Anopheles arabiensis (Diptera: Culicidae) en Etiopía

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2752530114
DOI
10.1186/s13071-017-2342-y

Is supplement to
https://openalex.org/W3165635490 (Other)
https://openalex.org/W3084696836 (Other)
https://openalex.org/W2956545027 (Other)
https://openalex.org/W2937695064 (Other)
https://openalex.org/W2408942067 (Other)
https://openalex.org/W2204690665 (Other)
https://openalex.org/W2123396930 (Other)
https://openalex.org/W2110581052 (Other)
https://openalex.org/W2086196230 (Other)
https://openalex.org/W2065204464 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Ethiopia

References

  • https://openalex.org/W1560024057
  • https://openalex.org/W1729017034
  • https://openalex.org/W1877744176
  • https://openalex.org/W1922671475
  • https://openalex.org/W1965771056
  • https://openalex.org/W1985596043
  • https://openalex.org/W1993782327
  • https://openalex.org/W2000048173
  • https://openalex.org/W2003271727
  • https://openalex.org/W2004176106
  • https://openalex.org/W2013110849
  • https://openalex.org/W2015937705
  • https://openalex.org/W2025408345
  • https://openalex.org/W2027034212
  • https://openalex.org/W2028751344
  • https://openalex.org/W2030904136
  • https://openalex.org/W2046750818
  • https://openalex.org/W2067116859
  • https://openalex.org/W2071718890
  • https://openalex.org/W2098576362
  • https://openalex.org/W2104416728
  • https://openalex.org/W2110586022
  • https://openalex.org/W2110918782
  • https://openalex.org/W2111572642
  • https://openalex.org/W2121256782
  • https://openalex.org/W2123396930
  • https://openalex.org/W2123771845
  • https://openalex.org/W2128489222
  • https://openalex.org/W2130164188
  • https://openalex.org/W2133557446
  • https://openalex.org/W2135547884
  • https://openalex.org/W2143635137
  • https://openalex.org/W2146302435
  • https://openalex.org/W2146329352
  • https://openalex.org/W2149794468
  • https://openalex.org/W2159147345
  • https://openalex.org/W2164308282
  • https://openalex.org/W2171328983
  • https://openalex.org/W2171529384
  • https://openalex.org/W2175074924
  • https://openalex.org/W4239878210