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https://www.arca.fiocruz.br/handle/icict/39576
Tipo de documento
TeseDireito Autoral
Acesso restrito
Data de embargo
2100-01-01
Objetivos de Desenvolvimento Sustentável
03 Saúde e Bem-Estar13 Ação contra a mudança global do clima
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ADAPTAÇÃO CLIMÁTICA/MICROCLIMÁTICA E CAPACIDADE DE DOMICILIAÇÃO EM TRIATOMINAE
Doença de Chagas
Adaptação climática
Resistência à desidratação
Genética
Microclimática
Chagas disease
Climatic microclimatic adaptations
Dehydration resistance
Genetics
Brito, Raíssa Nogueira | Data do documento:
2019
Autor(es)
Orientador
Coorientador
Membros da banca
Afiliação
Fundação Oswaldo Cruz. Instituto René Rachou. Belo Horizonte, MG, Brasil.
Resumo
Triatomíneos são vetores de Trypanosoma cruzi, agente da doença de Chagas (DC); os motivos pelos quais apenas 10% das 152 espécies conhecidas colonizam domicílios (e são, portanto, de importância médica) são desconhecidos. Aqui, desenvolvemos/aplicamos uma metodologia para testar a hipótese que espécies de triatomíneos adaptadas a climas/microclimas mais secos têm maior capacidade de domiciliação. Utilizamos como modelo duas espécies irmãs e crípticas, mas com ecologia/comportamento diferentes: Rhodnius prolixus (um dos principais vetores da DC, com grande capacidade de domiciliação e adaptado a climas secos) e R. robustus I (que, como os demais membros da linhagem R. robustus [II-V], tem pouca importância epidemiológica, é estritamente silvestre, e adaptado a climas úmidos). O primeiro passo da metodologia consiste em resolver incertezas taxonômicas inerentes ao trabalho com espécies crípticas (neste caso, colônias morfologicamente identificadas como R. prolixus e R. robustus I); portanto, combinamos genotipagem convencional (PCR multiplex) e um protocolo, aqui desenvolvido, de identificação/comparação/quantificação de sequências in silico (PICQSS) usando dados de sequenciamento tradicional e de nova geração. Utilizando espécimes de colônias puras, testamos experimentalmente a predição de que espécies que domiciliam, como R. prolixus, são mais resistentes à desidratação (RD) que aquelas que não domiciliam, como R. robustus I. Estes testes mostraram que R. prolixus é mais RD que R. robustus I, sinalizando um traço adaptativo/evolutivo (i.e., com base genética) no processo de domiciliação em Triatominae. Este traço pode, em princípio, ser identificado/caracterizado por diferenças na estrutura de genes/proteínas e/ou na expressão gênica. Para avaliar esta possibilidade, revisamos sistematicamente a literatura sobre as bases genéticas da RD em insetos. Identificamos loci candidatos de RD, a maioria dos quais nunca foi investigada em vetores de doenças incluindo Triatominae. Selecionamos a sintetase de quitina 1 (CHS1), enzima que sintetiza quitina cuticular, crucial na RD em insetos, para identificar polimorfismos candidatos de RD em sua estrutura primária. Comparamos as sequências de CHS1 de 21 espécies de insetos que, como R. prolixus e R. robustus I, são filogeneticamente próximas, mas adaptadas a climas diferentes (secos vs. úmidos). Identificamos e caracterizamos 65 polimorfismos privativos, 21 deles nas espécies que mais radicalmente diferem de seus taxa irmãos nas suas adaptações climáticas-ecológicas; estes polimorfismos estão, portanto, potencialmente envolvidos na RD. Finalmente, sequenciamos 20 transcritomas de R. prolixus e R. robustus I para quantificar os efeitos da desidratação sobre a expressão gênica. Resultados preliminares mostram expressão diferencial de alguns dos loci candidatos de RD envolvidos na prevenção/reparo de danos celulares decorrentes da desidratação (p. ex. Tret1 que transporta trealose, Hsp70-binding protein 1 que inibe a ação da heat shock protein 70, e DRAM2 que regula a autofagia quando há danos no DNA). Esta tese fornece uma estratégia metodológica para investigar hipóteses evolutivo-adaptativas acerca de fenótipos complexos, e abre novas vias para compreender as bases genéticas das adaptações climáticas/microclimáticas em Triatominae. Isto, por sua vez, permite entender aspectos fundamentais da biologia destes vetores, incluindo as respostas às mudanças climáticas e a capacidade de domiciliação – um fenômeno de extrema importância epidemiológica, mas nunca, até agora, investigado de forma sistemática.
Resumo em Inglês
Triatomines are the vectors of Trypanosoma cruzi, which causes Chagas disease (CD); the reasons why only ~10% of the 151 known triatomine-bug species colonize in man-made habitats (and, hence, are more medically relevant) remains unknown. Here, we developed/applied a methodological strategy to test the hypothesis that triatomine species adapted to drier climates/microclimates are better house colonizers. We used two sibling, cryptic species with contrasting ecology/behavior: Rhodnius prolixus (a major domestic CD vector adapted to dry climate) and R. robustus I (which, like all other species in the R. robustus lineage [II-V], has little medical relevance, is strictly sylvatic, and is adapted to moister climates). The first step of our strategy is to solve taxonomic uncertainties inherent to working with cryptic species (and, in particular, with laboratory stocks morphologically identified as R. prolixus or R. robustus); we combined traditional genotyping (PCR multiplex) with a protocol, developed here, to identify/compare/quantify sequences in silico (PICQSS) using traditional and next-generation sequencing data. Using specimens from pure laboratory stocks, we experimentally tested the prediction that house-colonizing species, such as R. prolixus, are more dehydration resistant (DR) than non-house-colonizing species, such as R. robustus I. Our experiments showed that R. prolixus is more DR than R. robustus I, which suggests that an adaptive/evolutionary trait (with a genetic basis) is involved in house-colonization by Rhodnius spp. This trait can in principle be identified/characterized by assessing differences in gene/protein structure and/or expression. To investigate this, we then systematically reviewed the literature on the genetic bases of DR in insects. We found several candidate D-R loci, most of which have never been investigated in disease vectors including Triatominae. We selected chitin synthase 1 (CHS1), a key cuticular chitin-synthesis enzyme crucial for insect DR, to identify candidate D-R polymorphisms in its primary structure. We compared the CHS1 sequences of 21 insect species that, like R. prolixus and R. robustus I, are phylogenetically close but adapted to contrasting climates (dry vs. humid). We found 65 private polymorphisms in the studied species; 21 of them were in the species that differ most radically from their closest relatives in their climatic-ecological adaptations. These polymorphisms are, therefore, potentially involved in DR. Finally, we sequenced 20 transcriptomes of R. prolixus and R. robustus I to assess changes in gene expression related to dehydration. Preliminary results show differential expression of some candidate D-R loci identified in our systematic review – linked, e.g., are linked to cell prevention/repair of cell damage caused by dehydration stress (e.g., Tret1 that transports trehalose, Hsp70-binding protein 1 that inhibits heat shock protein 70, and the DNA damage-regulated autophagy 2, DRAM2). This thesis provides a strategy to investigate evolutionary-adaptive hypotheses about complex phenotypes, and improves our knowledge about the genetic underpinnings of climate/microclimate adaptations in Triatominae. This, in turn, will widen our understanding of some fundamental aspects of triatomine-bug biology, including their likely responses to climate change or their varying capacity to infest houses – a phenomenon of patent epidemiological relevance but so far never investigated systematically.
Palavras-chave
TriatominaeDoença de Chagas
Adaptação climática
Resistência à desidratação
Genética
Microclimática
Palavras-chave em inglês
TriatominaeChagas disease
Climatic microclimatic adaptations
Dehydration resistance
Genetics
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