La resistenza agli insetticidi è oggi la principale sfida per i programmi di controllo di insetti vettori e delle malattie da loro trasmesse. Obiettivo del presente progetto è determinare, nella zanzara Culex pipiens, l'effetto della resistenza all¿insetticida diflubenzuron sulla fitness e sui tratti di life-history degli individui, al fine di realizzare efficaci azioni di contenimento e prevenzione della resistenza nel territorio italiano ed europeo. Grazie allo sviluppo delle tecniche molecolari avvenuto negli ultimi anni, la nostra capacità di identificare la presenza degli alleli della resistenza nelle popolazioni della specie target è notevolmente aumentata. Tuttavia, ai fini del controllo, è necessario passare dalla descrizione dei pattern di distribuzione geografica della resistenza alla comprensione dei processi che li determinano. Nonostante l'importanza, tale passaggio è estremamente difficile a causa della molteplicità dei fattori coinvolti. La resistenza è il risultato infatti di dinamiche eco-evolutive, in cui un cambiamento ambientale (inizio dei trattamenti) promuove il cambiamento evolutivo (aumento in frequenza degli alleli resistenti) che, a sua volta, influenza altri processi ecologici (tassi di riproduzione, dinamica di popolazione). Un fattore chiave per determinare l'esito di tali dinamiche è il costo in fitness della resistenza. Gli alleli resistenti possono infatti causare disfunzioni nei processi fisiologici e portare significativi cambiamenti nei tratti di life-history. Nel presente progetto, attraverso test genetici, biologici e comportamentali verranno analizzati gli effetti della resistenza su: 1) tempi di sviluppo e longevità; 2) capacità di effettuare il pasto di sangue, fertilità e fecondità delle femmine; 3) predazione larvale a livello intra- e inter-specifico. I risultati attesi forniranno una solida base per comprendere il rischio di stabilità della resistenza nelle popolazioni e pianificare efficaci azioni di controllo.
La resistenza agli insetticidi, noto dagli anni '40, è stato una costante nella storia stessa della lotta chimica. Lo sviluppo di ogni nuovo principio attivo è stato infatti accompagnato dalla successiva scoperta di popolazioni resistenti ad esso. Ad oggi, la nostra conoscenza dei meccanismi molecolari alla base della resistenza è notevolmente cresciuta, così come la tipologia di strumenti diagnostici per individuare gli alleli resistenti in campo.
In termini di azioni di controllo, la visione dell'origine della resistenza come processo adattativo e il riconoscimento del costo in fitness che generalmente è associato ad essa, hanno portato alla pratica della rotazione degli insetticidi, quale strumento fondamentale di contenimento della resistenza. Conseguenza del costo in fitness è che gli individui resistenti, in assenza di insetticida, sono sfavoriti e mantenuti a bassa frequenza dalla selezione naturale. Da questo presupposto, la rotazione degli insetticidi (ossia la sostituzione dell¿insetticida con un altro appartenente ad una diversa classe), ridurrebbe il rischio di insorgenza della resistenza, così come, una volta insorta, la farebbe ritornare indietro, riducendo, con il cambio di insetticida, la frequenza degli individui resistenti. In questo modo, i diversi principi attivi possono essere riutilizzati sulle medesime popolazioni. In base a tale principio, gran parte della comunità scientifica ha indirizzato i suoi sforzi principalmente verso la ricerca di nuovi principi attivi di sintesi o naturali. Tuttavia, la resistenza continua ad insorgere contro vecchie e nuove molecole e a persistere nelle popolazioni nonostante le azioni di rotazione degli insetticidi.
La questione centrale è che l'evoluzione è un processo continuo e la resistenza agli insetticidi, come ogni processo adattativo, innesca dinamiche eco-evolutive i cui esiti sono specie e contesto-dipendenti. Relativamente al costo in fitness della resistenza, in populazioni di Cx. pipiens da Montpelier, l'allele Ester1, responsabile delle sovra-produzione di enzimi detossificanti è alla base della resistenza agli organofosfati. L'espressione di tale allele, tuttavia, conporta un alto costo metabolico e una conseguente riduzione di fitness. In tali popolazioni, l¿allele Ester1 è stato sostituito dall'allele Ester4, che conferisce la stessa protezione dagli insetticidi, ma ha un minor costo energetico (Labbé et al. 2009). A seguito di tale ulteriore processo adattativo, gli alleli resistenti persistono nella popolazione anche quando non viene più usato l'insetticida verso il quale è insorta, il che fa decadere il principio su cui si basa l¿efficacia della pratica della rotazione degli insetticidi. La situazione può essere anche peggiore nel caso in cui la resistenza non comporti alcun costo in fitness. In questo caso, l'allele resistente, ad alta frequenza nella popolazione perché selezionato positivamente in presenza di insetticida, con il cambio di insetticida a seguito della rotazione, non solo non dimunuirà in frequenza, ma potrà addirittura aumentare. Il trattamento con il nuovo insetticida, a cui la popolazione è suscettibile, produrrà temporanei colli di bottiglia nella popolazione in cui, per la riduzione della dimensione, porterà alla scompara degli alleli meno frequenti ( suscettibili al primo insetticida) e all'aumento o fissazione di quelli ad alta frequenza (appunto quelli resistenti). Si realizzerà, in altre parole, la condizione opposta a quella voluta, con conseguente impossibilità di riutilizzare l'insetticida iniziale nell'ambito della rotazione.
Allo stesso modo, relativamente alle dinamiche eco-evolutive innescate dall'insorgenza della resistenza, gli alleli resistenti possono portare significativi cambiamenti in tratti di life-history, dalla fecondità alla capacità di evitare i predatori o di sopravvivere alla stagione invernale (Kliot & Ghanim 2012). Tali effetti influenzano i processi ecologici dalla dinamica di popolazioni alle interazioni inter-specifiche fino, a cascata, alla struttura di comunità, innescando ulteriori risposte evolutive in termini di adattamento alle nuove condizioni. Se da un lato, la moltitudine di fattori coinvolti, rende imprevedibile l'applicazione di un modello semplice di previsione degli esiti, dall'altro la comprensione di tali processi offre l'opportunità di utilizzare questi stessi processi per sviluppare nuove strategie di controllo.
In tale contesto, la sfida per realizzare azioni di controllo efficaci, ad oggi, non è metodologica come quando era necessario prima di tutto capire come gli insetti divenivano resistenti, ma concettuale. È necessario riconoscere i processi evolutivi non solo come le cause del fallimento dei trattamenti, ma come la cornice entro la quale pianificare ogni azione di controllo. Il presente progetto vuole contribuire a percorrere questa via.
Bibliografia
Labbe P, et al. 2009 Genetics 182(1):303-12.
Kliot & Ghanim, 2012 Pest Manag Sci 68 :1431-1437