Le malattie trasmesse da insetti vettori sono un problema di salute pubblica globale. Nei paesi della UE, in particolare, si assiste al riemergere di virus trasmessi da zanzare del genere Culex, tra cui il West Nile Virus. In assenza di vaccini, il controllo del vettore tramite insetticidi rimane il principale strumento di prevenzione di tali malattie e l'insorgere di fenomeni di resistenza è dunque la principale sfida per i programmi di controllo. Il presente progetto, in continuità con il progetto Ateneo 2019, affronta il problema della resistenza al larvicida diflubenzuron (DFB) nella specie Culex pipiens, dovuta a mutazioni nella posizione 1043 del gene della chitina sintasi 1, il bersaglio molecolare del DFB. I risultati di nostri precedenti studi hanno evidenziato: la presenza degli alleli resistenti I1043M e I1043L ad alta frequenza nella Regione Emilia-Romagna e l'esistenza di una terza mutazione (I1043F), scoperta per la prima volta nel 2019; la presenza dell'allele I1043M anche in una località del sud della Francia, primo caso in Europa. Il quadro emerso è allarmante, sia per il rischio di diffusione della resistenza nel territorio nazionale ed europeo, sia per il numero limitato di larvicidi alternativi disponibili sul mercato. La resistenza al DFB potrebbe portare al ritorno di altri composti a maggiore impatto ambientale in termini di inquinamento e danni alla fauna non target. Nel presente progetto si intende: i) monitorare la distribuzione degli alleli della resistenza per analizzarne la variazione spazio-temporale dal 2015, anno del suo primo rilevamento; ii) ricostruire le relazioni filogenetiche tra gli alleli suscettibili e resistenti per determinarne l'origine e diffusione geografica; iii) analizzare l'effetto degli alleli resistenti sulla fitness degli individui. I risultati attesi forniranno una solida base per comprendere la stabilità della resistenza nelle popolazioni e pianificare efficaci azioni di controllo.
La resistenza agli insetticidi, nota dagli anni '40, è stata 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 il numero di individui resistenti. In questo modo, i diversi principi attivi possono essere riutilizzati sulle medesime popolazioni. Sulla base di questo 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 la 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 popolazioni 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, comporta 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 diminuirà in frequenza, ma potrà addirittura aumentare. Infatti, 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 (quelli 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 questi 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
Labbé P, et al. 2009 Genetics 182(1):303-12
Kliot & Ghanim, 2012 Pest Manag Sci 68 :1431-1437