Information

Hur exakt navigerar myggor direkt på målet?

Hur exakt navigerar myggor direkt på målet?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Det finns en fråga om myggorientering i mörker, men svaret tar inte upp det särskilt specifikt och jag är mer intresserad av myggans förmåga att låsa sig på mål än allmän navigering.

Jag vet att de använder sina antenner för att upptäcka CO2 och mjölksyra. Men lukten ensam verkar inte tillräckligt bra för exakt landning.

De har ögon, men de kan operera i totalt mörker vilket innebär att ögonen är överflödiga system för attacken.

De kan känna av värme, men de verkar inte attackera icke-brandbaserade värmekällor.

Så hur exakt lyckas en mygga landa på en bit av avtäckt hud? Säger detta oss något om att störa deras navigationssystem?


Myggor litar inte på en enda signal för att hitta sin värd. Det är kombinationen av CO2-, temperatur- och luktsignaler som gör mygga till en effektiv blodmatare. Dessa två papper kan hjälpa dig att förstå hur myggor riktar sig mot sina värdar.

Genetisk analys av myggdetektion av människor

Multimodal integration av koldioxid och andra sensoriska signaler driver mygga attraktion till människor


Hur exakt navigerar myggor direkt på målet? - Biologi

Allt innehåll Upphovsrättsskyddat 2020

Ett stort fokus för laboratoriet är karakteriseringen av specifika gener och deras produkter som styr viktiga beteendeprocesser i livscykeln för insekter som fungerar som sjukdomsvektorer. I detta ljus koncentrerar vi oss på värd (dvs. blodmjölskälla) som söker/selektion i myggan Anopheles gambiae som är den huvudsakliga vektorn för malaria i Afrika. Malaria orsakas av en protozoisk parasit av släktet Plasmodium som överförs till människor genom blodmatning av kvinnliga Anopheline-myggor.

I detta sammanhang undersöker vi luktens molekylära händelser eftersom denna känsla dominerar den övergripande värdpreferensen och andra väsentliga beteenden hos myggor och andra insekter. Denna aspekt av myggans beteende är särskilt viktig eftersom den ger ett betydande bidrag till vektorkapaciteten hos denna leddjursvektor, samt spelar en liknande roll i den övergripande effekten av många andra insekter av ekonomisk betydelse.

Vi använder molekylära och informatikbaserade metoder för att identifiera gener som är aktiva i luktsignaltransduktion i An. gambiae och andra sjukdomsvektormyggor. Den molekylära karakteriseringen av gener som medierar lukt i denna Anopheline-mygga har börjat med genereringen av cDNA-bibliotek som är specifikt härledda från lukt- (dvs. antenn- och käkpalper) och neurala (huvuden som har tagits bort från antenn- och överkäkspalper) hos vuxna kvinnliga strukturer. myggor. Dessa handdissekerade strukturer har använts som substrat för syntesen av subtraherade cDNA-bibliotek med användning av nya PCR-baserade metoder som är specifikt utformade för att underlätta användningen av pikogrammängder av mRNA-utgångsmaterial. På senare tid har vi fokuserat på genomikbaserade tillvägagångssätt som inkluderar genombrytning och djupsekvensering av olfaktoriska transkriptomer som således har resulterat i isoleringen av flera olfaktoriska gener från An. gambier som för närvarande karaktäriseras på molekylär och cellulär nivå.

Mycket av labbets fokus ligger på den molekylära, biokemiska och funktionella karakteriseringen av yttersta randområdena An. gambiae (AgOR). Under åren har "Team AgOR" gått från den ursprungliga karakteriseringen av AgOR när det gäller deras DNA-sekvens och organisation till detaljerade in vivo-expressionsstudier. Vi har utökat denna studie till att inkludera användningen av ex vivo-expressionssystem, elektrofysiologi, cellodling och transgena insektssystem (t.ex. Drosophila) för att studera de funktionella egenskaperna hos AgOR från specifika senoriska bihang till hela genomet breda tillvägagångssätt (se publikationslista) .

Ett långsiktigt mål för vårt arbete är den molekylära karakteriseringen av luktgenerna i allmänhet samt de mekanismer som är centrala i den markanta preferensen för mänskliga blodmåltider (antropofili) som är karakteristiska för An. gambiae s.s. Det är faktiskt denna komponent i myggans beteende som gör den till en så viktig sjukdomsvektor. Däremot har en preferens för nötkreatursblodmåltider (zoofili) observerats hos den icke-vektor syskonarten An. quadriannulatus. Genom att använda subtraktiv hybridisering kan det vara möjligt att framställa antropofila och zoofila anrikade cDNA-pooler från vilka en mer definierad pool av luktgener och andra beteendegener kan isoleras. För närvarande är vi engagerade i en serie studier för att isolera och karakterisera ortologa yttersta randområden från arter av antropofila och zoofila myggor såväl som från andra myggvektorer för andra mänskliga patogener. Dessa inkluderar Aedes aegypti, vektorn för dengue och gula febern som är utbredd i Central- och Sydamerika och Culex pipens, den nordamerikanska myggan som ansvarar för överföringen av West Nile Virus.

På den tillämpade sidan, från 2005-2015 hade vi förmånen att delta i ett brett internationellt nätverk av fem laboratorier (som omfattar Yale University, New Haven, CT Wageningen University, Nederländerna ICIPE, Kenya The MRC Laboratories, Gambia) som har valts ut för ett anslag från Bill och Melinda Gates Foundation Grand Challenge In Global Health för det specifika syftet att rikta in sig på luktreceptorer för att designa en ny generation myggmedel och attraherande medel. På senare tid fortsätter vi att arbeta tillsammans med kollegor vid Vanderbilt Institute for Chemical Biology för att använda toppmoderna molekylära och kemiska tillvägagångssätt som riktar sig till AgOR/AaOR för att designa en ny generation myggmedel och attraherande medel som skulle främja designen av nya program som inriktar sig på kemosensoriska vägar och de beteenden de kontrollerar i vektormyggor. Dessa kan också inkludera beteendestörande program baserade på specifika hämmare (aka "förvirrande medel") av OR-medierade luktvägar samt identifiering och intelligent design av nya och ekonomiskt syntetiserade myggattraherande och repellenter. Detta tillvägagångssätt skulle kunna utvidgas till även andra myggvektorer där minskningar av värdsökning (genom användning av förvirringsmedel eller repellanter) potentiellt skulle kunna påverka sjukdomsöverföring genom att rikta in sig på vuxen vektoriell kapacitet. Attraherande ämnen kan inkorporeras i nya mygghanteringsstrategier, dessa inkluderar: beten för att öka effektiviteten hos fällor för övervakning av vektorpopulationer och insekticidladdade myggfångningssystem för populationsminskning förstärkning av insekticidbehandlade nät (ITN)-baserade strategier också som annars möjliggör innovativa insekts-/sjukdomskontrollstrategier som fokuserar på att störa och/eller dra fördel av vektor-värdinteraktioner.

Hittills har denna ansträngning resulterat i identifieringen av flera aktiva ingredienser (AI) som attraherar och stöter bort myggor och andra insekter - och tilldelning av patent för många av dessa. Den mest lovande av dessa AI tillhör en ny klass av molekyler som direkt riktar sig mot insektsluktreceptorer som upptäckts här vid Vanderbilt University - Vanderbilt University Allosteric Agonists/Antagonists (VUAAs). Tillsammans med kollegor i den akademiska och privata sektorn arbetar vi med att utveckla VUAA-baserade insektsmedel för användning mot insekter som fungerar som skadedjur och sjukdomsvektorer inom jordbruket/industrin.

Vi har nyligen utvidgat våra intressen till att studera de kemosensoriska delarna av feromonbaserade eusociala interaktioner i två olika arter (Camponotus floridanus och Harpegnathos saltator) av myror. Detta initierades som en del av ett Collaborative Innovation Award från Howard Hughes Medical Institute (HHMI) och stöds nu av Vanderbilt University. I detta sammanhang har vi utökat våra studier om kemosensoriskt drivna beteenden hos myggor till eusociala myror för att dra fördel av den stora mängd arbete som tyder på att beteende och social organisation hos myror till stor del moduleras av kemosensorisk kommunikation, ofta kodad av komplexa blandningar av myror. flyktiga kutikulära kolväten (CHC). Myror är extremt intressanta eftersom de uppvisar den sofistikerade förmågan att särskilja och svara på en mängd socialt relevanta kemiska signaler som är mycket relaterade till strukturen. Genetiken och inneboende kretsar som stöder denna kapacitet kommer sannolikt att förse oss med en rik reservoar av information om utvecklingen och kast- och könsspecifik modulering av kemosensoriskt receptorutrymme, eftersom det gäller specifikt för social organisation - en extremt spännande fråga som inte är tillämpas på vektormyggor.


Två sätt att göra malariasäkra myggor

Genom att utnyttja mikroberna som lever inuti dessa blodsugande insekter försöker forskare hindra dem från att sprida sjukdomar.

Myggor bär på mikrober som orsakar förödande sjukdomar, från virusen bakom Zika, dengue och gula febern till Plasmodium parasiter som orsakar malaria. Men myggor, precis som alla andra djur, hyser också en mer godartad skara av bakterier. Och vissa medlemmar av denna mikrobiom, långt ifrån att orsaka sjukdomar, kan vara nycklarna till förebyggande dem.

När en mygga biter någon med malaria, Plasmodium parasiter rusar upp i nosen och hamnar i tarmen. Där parar sig parasiterna och förökar sig och skapar en ny generation som kan infektera nästa person som blir biten. Det är också där de möter resten av en myggas inhemska bakterier. Marcelo Jacobs-Lorena, från Johns Hopkins Bloomberg School of Public Health, resonerade att om han kunde konstruera dessa inhemska bakterier för att döda Plasmodium, han kunde stoppa myggor från att någonsin överföra malaria.

Hans team visade först att detta tillvägagångssätt kunde fungera 2012, genom att arbeta med en bakterie som kallas Pantoea, vilket är vanligt för myggor. Forskarna laddade bakterien med en arsenal av anti-Plasmodium gener. Vissa hindrar parasiten från att infektera en myggas tarm. Andra dödar parasiten direkt genom att föra in små porer i dess yta, vilket tvingar den att läcka okontrollerat. I laboratorieförsök minskade dessa konstruerade bakterier tillväxten av malariaparasiterna med upp till 98 procent och minskade andelen infekterade myggor med 84 procent.

Men oavsett hur effektiva de konstruerade mikroberna är i labbet, är de värdelösa om du inte kan hitta ett sätt att sprida dem genom vilda myggor. Det problemet störde Jacobs-Lorena i flera år, tills en av hans teammedlemmar, Sibao Wang, gjorde en slumpmässig upptäckt.

Wang dissekerade äggstockarna på en malariamygga i fångenskap när han märkte att vätskan som läckte ut från organen var lite grumlig. Och när han duttade vätskan på petriskålar fulla av näringsrik gelé började bakterier växa. Dessa bakterier var alla lika, och även om de tillhörde en grupp som kallas Serratia, de var också en del av en stam som ingen hade sett tidigare. Teamet kallade det AS1.

AS1 var allt laget kunde ha önskat sig. Den kan konstrueras för att bära samma anti-Plasmodium gener som laget lagt till Pantoea. Men till skillnad från den andra bakterien sprider sig AS1 som en löpeld. Det kan resa genom hela kroppen av en infekterad insekt. När det infekterar reproduktionskörtlarna hos mygghanar, kan det spridas till honor genom sex. När den infekterar äggstockarna på en hona kan den fastna på hennes ägg. Och när de äggen läggs i vatten simmar bakterierna runt och blir intagna av mygglarverna som så småningom kläcks.

Så AS1 kan spridas effektivt inom generationer och till nya. Wang visade detta genom att släppa ut infekterade myggor i burar med oinfekterade kamrater, som överträffade dem med 20 till en. Inom en enda generation bar varje mygga i buren Serratia.

Teamet planerar nu att ta sina myggor till en fältstation i Zambia och släppa ut dem i ett nättäckt växthus som innehåller vegetation och en liten hydda. De vill veta om AS1 fortfarande kommer att spridas effektivt i dessa mer realistiska miljöer.

Men Alison Isaacs, från London School of Hygiene and Tropical Medicine, konstaterar att AS1 är mycket lik Serratia stammar som är vanliga hos andra insekter. "Det kommer att vara viktigt att undersöka om de genetiskt modifierade bakterierna kan spridas bortom myggor och identifiera de associerade riskerna", säger hon. Ett sätt att förhindra sådana hopp mellan arter skulle vara att infoga de antimalariagener inte i en symbiotisk mikrob, utan direkt i myggornas genom. Jacobs-Lorenas grupp har också försökt göra det, och det har också ett annat team ledd av George Dimopoulos, från Johns Hopkins University.

2006 visade Dimopoulos team att när myggor invaderas med Plasmodium parasiter, sätter de upp ett immunsvar för att rensa infektionerna. Men de är vanligtvis för sena när de reagerar, parasiterna har redan koloniserat sina tarmar. Så teamet gav insekterna ett försprång genom att justera en gen som heter REL2, som sedan satte fart på deras immunförsvar så snart de började suga blod. Och dessa modifierade myggor var verkligen mer resistenta mot malaria.

För att kontrollera att de modifierade myggorna är lika friska som vanliga, stoppade teamet in båda sorterna i burar och lämnade dem i flera generationer. Enligt de vanliga arvslagarna ska den modifierade REL2-genen så småningom spridas till 75 procent av myggorna. Men till sin förvåning hittade Dimopoulos det i 90 procent av insekterna, efter bara en generation. På något sätt spred det sig i en otrolig takt. Hur?

Teamet insåg att genom att ändra REL2-genen hade de också förändrat samhället av mikrober i myggans tarm. Och dessa mikrober ändrade i sin tur myggornas sexuella preferenser - kanske genom att ändra hur de luktar. De modifierade hanarna föredrog att para sig med normala honor, medan normala hanar utvecklade en attraktion för modifierade honor. Så varje sexuellt möte sprider den modifierade genen till nästa generation. Dimopoulos vill, liksom Jacobs-Lorena, nu sätta in dessa myggor i mer realistiska inhägnader för att se om de beter sig på samma sätt.

Dessa studier visar "hur lite vi vet om den naturliga mikrobiotan i vektormyggor", säger Elena Levashina, från Max Planck Institute for Infection Biology. En handfull studier har visat att myggor behöver mikrober för att mogna, men behöver alla arter samma bakterier? En måltid med blod omformar bakterierna i en myggas tarm, men är dessa förändringar viktiga för insekterna?

Dessa kan verka som svåra frågor, men många oväntade fördelar har kommit genom den nyckfulla utforskningen av myggmikrober. Till exempel, 1924 upptäckte två forskare en bakterie som heter Wolbachia i cellerna i en Culex mygga. Andra visade det senare Wolbachia är utomordentligt bra på att sprida sig, och att det tar stopp Aedes myggor från att överföra virus bakom denguefeber och Zika. Det testas nu i tropiska städer runt om i världen, som ett lovande sätt att kontrollera dessa sjukdomar. Wolbachia kommer förmodligen inte att fungera för malaria, eftersom bakterien inte verkar motverka Plasmodium lika effektivt som dengue- och zikavirus. Men som Dimopoulos och Jacobs-Lorena har visat finns det andra bakterier som kan ta dess plats.

Deras upptäckter liknar gendrifter – fenomen där gener har mer än de vanliga 50-50 chanserna att komma in i nästa generation och kan zooma igenom populationer. Gendrift förekommer naturligt, men i en tid präglad av kraftfulla genredigeringsteknologier som CRISPR kan forskare medvetet konstruera dem. En grupp som heter Target Malaria vill använda dem för att driva malariamyggor till utrotning i Afrika söder om Sahara, genom att sprida en gen som steriliserar honorna.

Det är fortfarande långt kvar, med många tekniska hinder att övervinna och etiska debatter att brottas med. Till att börja med, detta tillvägagångssätt – precis som Dimopoulos och Jacobs-Lorenas projekt – involverar genetisk modifiering, vilket fortfarande är en fyllig och polariserande fråga. En nyligen genomförd undersökning visade att över en tredjedel av amerikanerna trodde – felaktigt – att genetiskt modifierade myggor var skyldiga till Zika-epidemin.

Några av farhågorna är sunda: Det är oklart om att utplåna en art – även sådana som är så problematiska som malariamyggor – skulle få oavsiktliga ekologiska konsekvenser. Det är därför Jacobs-Lorena föredrar tanken på att använda AS1. Han försöker inte döda några myggor. Han vill bara ersätta dem med individer som inte kan sprida malaria.

Ändå är "vårt tillvägagångssätt helt kompatibelt med gendrifter eller med insekticider", säger Jacobs-Lorena. "De kan förstärka varandra. Om vi ​​kan skära ner populationerna och göra de återstående myggorna oförmögna att överföra parasiten, skulle det vara ännu mer effektivt. Eller så kan vi sprida våra bakterier till myggor där malaria redan har eliminerats, för att minska risken för att en epidemi ska starta igen."

"Min insats är att ingen metod kommer att fungera ensam", säger Ravi Durvasula, från University of New Mexico. "Även om vi hade en strategi som en gendrift, skulle du fortfarande vilja använda sängnät och dränera vatten. Alla dessa saker hör ihop."


Utvecklande beteende

Allt eftersom åren har gått har stopp på spridningen av malaria kommit tillbaka på den globala agendan. Det senaste kapitlet, i början av detta århundrade, har varit introduktionen av behandlade sängnät. Näten dödar inte bara myggor vid kontakt, de utgör också en fysisk barriär på natten när människor är som mest sårbara. De håller länge – varje nät ger skydd i minst tre år, även med vanlig tvätt. Men forskare dokumenterar nu i en ständig tid av papper att myggor utvecklar motstånd mot nätens insekticider, precis som de gjorde mot DDT.

Sängnät har sänkt malariafrekvensen, men myggorna anpassar sig.

Vid det här laget är motståndet inte förvånande. Så här fungerar evolutionen: Liksom i fysiken har varje handling en lika och motsatt reaktion. Tryck på en pendel, se den svänga. Döda alla myggor som inte kan ta en insekticid, se deras överlevande bröder föröka sig. Det är dock möjligt att komma före motståndet om vi kan utöva tryck från tillräckligt många håll. Att förstå hur motstånd uppstår, och exakt vilken form det tar, krävs för att hjälpa till att planera våra motangrepp.

Det finns gott om forskning om hur myggor undslipper effekterna av insekticider, fysiologiskt sett. Det finns flera sätt de har anpassat sig: de gör fler enzymer för att bryta ner giftet innan det kan skada dem, de ändrar proteinerna som det riktar sig till så att de kan bli immuna, och så vidare. Men det finns mindre arbete om effekten Stone tänkte på i Ohio och som Taylor observerade mer än ett kvartssekel tidigare - problemet med beteende. Under de senaste åren har en handfull artiklar börjat närma sig det med fältexperiment, litteraturöversikter och matematiska modeller.


Kräsna svåra riktningar

Vad skulle hända om det fanns mer än bara två möjligheter i varje meddelande? Srinivasans team fick reda på det. De komplicerade foderodlarnas väg och gav därför bina fyra möjligheter.

"När vi sken polariserat ljus som var tvärsöver i den första delen av tunneln och in-line i den andra delen, simulerade vi för bina en L-formad resa där de initialt flög i en riktning vinkelrät mot solen (antingen till till vänster eller till höger om den) och senare i solens riktning (antingen mot eller bort från den)”, förklarar Srinivasan. "Detta skapade dilemmat att matkällan kunde finnas på en av fyra möjliga platser. Bina åtgärdade detta dilemma genom att informera sina bokamrater att söka i alla fyra möjliga riktningar."

Således kan bin helt enkelt söka upp och dela de sockerrika alternativen som finns tillgängliga under den molnigaste himlen. Queensland-teamet skriver, "Vi drar slutsatsen att flygande bin kan erhålla och signalera kompassinformation som enbart härrör från polariserat ljus. Dessutom hanterar de den riktade tvetydigheten som är inneboende i polariserat ljus genom att signalera alla möjliga platser för matkällan i deras danser, vilket maximerar chanserna att rekrytera [av ett bin] till den."

Hur lyckas bina registrera så komplex navigationsinformation? Som teamet skriver, "Våra resultat väcker frågan om hur "flera" lösningar på platsen för matkällan beräknas och representeras i hjärnans neurala maskineri."4

Teamet misstänker att nyckeln är en gen som bin delar med oss. Förra året rapporterade Institute for Genomic Biology vid University of Illinois att en gen känd som Egr (”early growth response protein 1”) är involverad i binas navigeringsaktivitet. Egr-1 är en regulatorisk gen. En homolog (motsvarande) gen uttrycks i hippocampus i däggdjurshjärnan när djur lär sig att hantera nya situationer. Forskare rapporterade i juninumret 2013 av Journal of Experimental Biology att en motsvarande regulatorisk gen aktiveras i bihjärnornas svampkroppar endast när de lär sig runt en obekant plats.5 Naturligtvis är det precis vad ett bi måste göra när du letar efter en ny källa till blomsocker.

Srinivasans team misstänker att det polariserade ljuset de ser stimulerar uttrycket av Egr-genen i små par av "platsceller"6 i svampkropparna i deras hjärnor när födosökarna flyger. Kanske aktiveras ett par sådana neuroner när ljuset är i linje med tunneln, ett annat om ljuset är orienterat i en vinkelrät riktning och så vidare för att kartlägga kompassen på ett bis lilla hjärna. Sedan kan biet presentera alla tillämpliga riktningsalternativ för sina kamrater när det återvänder till kupan. Teamet noterar att mer arbete kommer att behövas för att bekräfta denna idé och skriver: "Om det verkligen är så hjärnan representerar tvetydiga platser återstår att utforska."7


Myggspårarna

2016 skickade Stanfords infektionssjukdomsexpert Desiree LaBeaud, MD, team av skolbarn för att jaga efter mygglarver och puppor runt sina hem i kustnära Kenya. I synnerhet letade de efter omogna Aedes aegypti-myggor.

Barnen sa: 'Vi hittade massor. De är i alla dessa högar med skräp i slutet av varje block, säger LaBeaud, docent i pediatrik vid School of Medicine.

Desiree LaBeaud studerar hur myggor, människor och virus interagerar. (Brian Smale foto)

LaBeaud minns att han tänkte: "Åh, Gud, vad ska vi göra nu?"

De svart-vit-randiga myggorna sprider inte malaria, den mest kända myggburna sjukdomen, men de sprider flera andra, inklusive dengue, chikungunya och Zika, som orsakar miljontals mänskliga infektioner årligen över hela världen.

Och de älskar skräp. Tyvärr saknade de kenyanska samhällena på landsbygden program för insamling och återvinning av skräp. Mycket av det samlade skräpet bestod av kasserade, öppna plastbehållare som innehåller vatten, där mer än 80 procent av mygguppfödningen ägde rum, upptäckte barnen och forskarna.

Under de senaste åren har LaBeauds team studerat sjukdomar som sprids av Aedes aegypti och arbetat för att minska utbrott runt om i världen. Dengue dödar cirka 20 000 människor varje år Zika kan orsaka graviditetsförlust och allvarliga fosterskador och chikungunya producerar försvagande, långvarig artrit hos många människor. Läkemedel och vacciner mot virusen saknas, så det finns ett akut behov av att förstå hur myggor och människor interagerar för att förutsäga och förhindra utbrott. Detta är vad LaBeaud har bestämt sig för att göra.

LaBeaud, utbildad som specialist på infektionssjukdomar hos barn, sa att arbetet kräver att hon är "hälften ekolog, hälften antropolog." En mängd olika faktorer - såsom metoder för insamling av sopor, hushållens vattenkällor och nivåer av våld i grannskapet - kan alla påverka den lokala risken för virus i utvecklingsvärlden, lär hennes team.

Myggburna sjukdomar överförs av intima kedjor av insekter och människor: En infekterad mygga biter en person, som blir sjuk och blir biten av andra myggor, som blir smittade och biter fler människor. De flesta människor återhämtar sig så småningom, men myggorna tror inte att en infekterad insekt fortsätter att sprida sjukdomar tills den dör.

Virus på väg

LaBeauds intresse för myggburna sjukdomar började på en resa till Laos 2002. Hon hade nyligen avslutat läkarutbildningen och avslutade en pediatrikutbildning på Rainbow Babies & Children's Hospital i Cleveland, där hennes residencyprogram inkluderade ett internationellt hälsospår med rotationer i utvecklingsländer. Hennes två månader långa rotation till Sydostasien överlappade med monsunsäsongen och ett stort dengueutbrott.

"Jag behandlade många barn med dengue och såg många barn dö av dengue", sa LaBeaud. Även om många människor återhämtar sig helt, slår denguefeber hårt i utsatta befolkningsgrupper, inklusive spädbarn och barn. Det kan orsaka livshotande hemorragisk feber - med låga blodplättsnivåer och blödningar - såväl som farliga blodtrycksfall. "Det är fruktansvärt att behöva säga "Jag är ledsen, jag kan inte hjälpa", särskilt när jag är barnläkare."

Hennes unga laotiska patienters lidande motiverade LaBeaud att studera utbrott av försummade tropiska sjukdomar. Efter hennes uppehållstillstånd tog hennes gemenskap för infektionssjukdomar för barn henne till Kenya, där hon blev kär i komplexiteten i att ta reda på hur myggor, människor och insektsburna virus interagerar. "Dessa virus har både lömsk, lömsk överföring och stora, överväldigande utbrott," sa hon.

LaBeaud fick snart veta att insektsburna virus var på väg. Före 1970 hade svår denguefeber dokumenterats i nio länder. Idag finns det i mer än 100 länder, vilket utsätter mer än 40 procent av världens befolkning i riskzonen. Chikungunya fanns tidigare bara i Afrika, Asien och Indien, men rapporteras nu i Europa och i hela Amerika.

Zika har också blivit mer utbrett under de senaste åren, vilket orsakade en hälsonödsituation vid dess ankomst till Brasilien 2015, till exempel, där nästan 3 000 spädbarn vars mödrar smittades under graviditeten föddes med mikrocefali och andra allvarliga fosterskador.

Vacciner mot dengue, chikungunya och Zika är under utveckling, men komplexiteten i den virala biologin och begränsat ekonomiskt stöd till forskningen har bromsat arbetet. LaBeaud insåg att hjälp med att illustrera sjukdomarnas omfattning kan förbättra finansieringen och kunna hjälpa folkhälsotjänstemän att inrikta sig på myggkontrollinsatser.

Dolda utbrott

I sina tidiga skeden liknar både dengue och chikungunya malaria, en parasitisk myggburen sjukdom som är utbredd i många utvecklingsländer. Precis som malaria orsakar dengue och chikungunya höga feber, huvudvärk, frossa och muskelvärk - och eftersom det inte finns några billiga, exakta, snabba diagnostiska tester, i vissa regioner får alla som dyker upp på en hälsoklinik med dessa symtom automatiskt diagnosen malaria.

Sedan 2014 har LaBeauds team använt polymeraskedjereaktionsblodprover för att leta efter genetiskt material från dengue- och chikungunyavirusen och malariaparasiten i blodprover från barn som behandlats för feber kl.

Kenyanska hälsokliniker. Forskarnas tidiga data bekräftar deras misstankar om att dengue och chikungunya har gömt sig tydligt.

"I vissa av våra samhällen har 98 procent av barnen lite malaria-DNA som rinner genom deras ådror," sa LaBeaud och noterade att upp till 40 procent av barnen med en feberrelaterad sjukdom har dengue- eller chikungunyavirus i blodet. . Ungefär en tredjedel av kenyanska barn som är sjuka med feber har faktiskt virusinfektioner, uppskattar hon. "Det är stora nyheter", sa hon. "Innan denna forskning insåg det kenyanska hälsoministeriet inte att dengue och chikungunya var endemiska i landet."

Att identifiera varför barn blir sjuka är viktigt för att effektivt förhindra utbrott. Tidigare var insatser för myggkontroll i Kenya endast inriktade på malariabärande Anopheles-myggor, som biter på natten och häckar i vegeterade områden som risfält och träsk.

Men Anopheles-specifika förebyggande åtgärder, som att sova under insekticidbehandlade sängnät, erbjuder inte skydd mot dengue och chikungunya, som överförs av myggor som biter under dagen. Istället är det viktigt att rikta in sig på Aedes favoritmiljö, vattenbehållare.

I en tidning som publicerades i år i American Journal of Tropical Medicine and Hygiene, LaBeauds team visade att barn vars hushåll använde vattenbehållare - snarare än att få vatten från en kran eller brunn - var mer benägna att bli infekterade av virus.

"Människor känner inte igen att det finns många olika myggarter och alla olika myggor har sina egna små myggbeteenden," sa LaBeaud.

Syftet är viktigt

Även när myggornas beteende anses vara välförstått, kan en noggrann undersökning av deras interaktioner med människor ge överraskningar.

När LaBeaud och doktorand Jenna Forsyth bestämde sig för att involvera kenyanska skolbarn i kartläggningen av var Aedes-myggor häckade, trodde de att de visste vad de skulle hitta. De visste att Aedes-myggor gillar att häcka i containrar. På landsbygden där studien genomfördes, nära Kenyas kustlinje i Indiska oceanen, håller människor stora hushållsvattenbehållare till hands för att skydda sig mot opålitligheten hos lokala kranar och brunnar.

Eftersom myggorna inte flyger särskilt långt - de reser inom en radie av kanske några hundra meter under loppet av deras liv - ansåg forskarna att det var meningsfullt att spåra deras häckningsplatser med en undersökning från hus till hus.

"Vi gick in och tänkte," Det kommer att vara de framstående behållarna vi känner till, de stora dunkar som är 10 eller 20 liter, " sa Forsyth. Istället upptäckte de att 80 procent av mygguppfödningen ägde rum i "behållare utan syfte", av vilka många var skräp. Andra sådana containrar förvarades på en familjs gård "ifall de skulle behövas."

"Det visar sig att många av behållarna som används för att dricka och laga mat inte sitter kvar tillräckligt länge för att myggor ska kunna växa fram," sa Forsyth. När de designade nästa steg i projektet insåg de att de var tvungna att rikta in sig på de irreguljärt använda containrarna. "Det är meningslöst om vi bara säger, "Tömma dina hinkar."

Forskarna arbetade med lokala invånare för att vidta åtgärder som kunde minska myggaveln, som att lagra oanvända behållare upp och ner. And they challenged 250 children involved in the study to see who could collect the most no-purpose containers. The kids collected 1,000 kilograms of plastic waste, consisting of more than 17,000 containers. They used 4,000 of the containers to sprout native tree seedlings, which were planted around their communities.

“We pivoted our study the message really became about reducing and reusing plastics,” Forsyth said. The team is repeating the study in an urban region of Kenya and has obtained funding to collaborate with faculty at the Technical University of Mombasa to study how local entrepreneurs can simultaneously reuse plastic waste and alleviate poverty.

“The project goal is to engage entrepreneurs to collect trash for profit, to set up something that will continue without us,” said Amy Krystosik, PhD, a postdoctoral scholar with the LaBeaud lab who has been collaborating on the project. “We want to use innovation to get the community excited, to incentivize them to clean up the environment and protect their own health.”

Feeding on violence

But sometimes the barriers to lowering disease risk have a completely different shape. Krystosik was a graduate student working in Cali, Colombia, when community members told her that local violence might be increasing the spread of mosquito-borne disease.

Cali, a city of 2.4 million, is among the most violent in the world, with homicide regularly ranking as one of its top two causes of death. And Cali’s slums are full of mosquito habitat: Located near lagoons and rivers, they lack basic infrastructure and flood during the rainy season. People throw trash in the waterways, making them even more appealing to container-breeding Aedes mosquitoes.

When Krystosik, then a PhD student at Kent State University, proposed surveying the slums for mosquitoes in 2014, Colombian public health experts told her it would be tricky. She’d have to get help from locals to navigate “invisible borders” between territories controlled by competing gangs. The city’s public health efforts had already been hampered by gang violence city workers couldn’t check the function of local drains or set up mosquito-control methods that required them to go out into the community.

“I thought, ‘That’s crazy! We have methods to use for vector control, yet we can’t provide these services to communities that need them most,’” Krystosik said.

Her interest piqued, she began a project that continued when she moved to LaBeaud’s lab as a postdoctoral scholar in 2017. Using 2014-2016 data on homicides and cases of dengue, chikungunya and Zika, she mapped the overlap between community violence and illness in space and time.

The findings, published in 2018 in the International Journal of Environmental Research and Public Health, showed a statistically significant overlap between dengue infections and homicide risk. Homicides clustered in the central-eastern portion of the city, where dengue risk was also highest. The biggest surprise was that the statistical association persisted after controlling for poverty, itself a widely recognized risk factor for mosquito-borne disease.

“Everybody assumed disease risk would be in direct relation to socioeconomic status, but we found, independently, that violence was still a predictor of higher burdens of dengue,” Krystosik said.

Knowing more about the link between violence and mosquito-borne disease could help public health officials better predict outbreaks of disease and gauge the broader health benefit of communities becoming more peaceful. Right now, the combination of local violence and mosquito-borne disease is “a double burden on the population,” she added. “People are not going to be able to perform prevention and protect themselves from these viruses if they’re more interested in daily survival.”

Using climate data

On-the-ground mosquito hunts, as informative as they can be, are challenging to carry out on a large scale. So the research team recently took another approach for predicting where disease outbreaks could occur: building mathematical models that depend on climate data.

Ultimately, the team would like to be able to use remotely sensed data — from weather satellites for instance — to inform when and where mosquito-control strategies such as pesticides would be most effective.

“People don’t want to spray all the time it’s expensive and labor-intensive,” said postdoctoral scholar Jamie Caldwell, PhD, who is leading the work in collaboration with LaBeaud Erin Mordecai, PhD, assistant professor of biology at Stanford and Eric Lambin, PhD, professor of earth system science and a senior fellow at the Stanford Woods Institute for the Environment.

Targeting mosquito control to exactly when and where it’s needed could also reduce the chance that mosquitoes will become resistant to pesticides, as occurred with DDT. Such targeting strategies, Caldwell said, would mean the pesticides’ effects are more likely to last longer. “We’ll get more bang for our buck in lots of ways,” she said.

In addition to improving the effectiveness of pesticide use, the models could help spur community education at the right time. There could be TV and radio ads, signs at doctors’ offices or health clinics, and other outreach about what the mosquitoes look like and how to clean up possible habitats, LaBeaud said. Hospitals could also use climate prediction data to prepare for extra cases of illness, making sure they have supplies on hand to provide fluids to patients who become dehydrated, for instance.

“These diseases have really exponential spread, so anything you can do to prevent cases a few weeks before an outbreak can save a lot in terms of human health costs,” LaBeaud said.

Caldwell is building models that incorporate data on ambient temperature, humidity and rainfall, as well as non-climate factors such as degree of urbanization, land use and level of infrastructure. She’s validating the models with data from Kenya and Ecuador, and testing to see whether remote data alone will be enough to drive accurate outbreak prediction there.

The models could also help predict where the diseases will go next.

“In many places, the climate is getting less suitable for malaria, but may be getting more suitable for dengue and chikungunya,” Caldwell said.

That includes the United States. In 2017, the U.S. Centers for Disease Control and Prevention reported 156 cases of chikungunya, including 32 in California, and 437 cases of dengue, with 130 in California.

Those illnesses were confined to international travelers and don’t seem to have spread to U.S. mosquitoes — yet. But Aedes mosquitoes are here their presence has been recorded in 220 U.S. counties in 28 states, and the CDC estimates that their potential range “very likely” covers all the Southern states, much of the Midwest and Southwest, and nearly all of California. Local transmission of Zika was reported in parts of Florida and Texas in 2016 and 2017, and although no transmission was documented in the continental United States during 2018, Zika could return.

“Humans can get anywhere in the world in 24 hours, and so can these infections,” LaBeaud said. “They come in us. We go on vacation, the virus gets in our blood, we come home and, if the vectors are there, it’s a perfect storm waiting to happen.

“We can no longer take a, ‘We are here in America, and the diseases stop at the border’ attitude,” she added. “Because of global travel and the way we’re changing our planet, with climate change and extreme weather events, there’s a lot of potential for these mosquito habitats to shift and spread and grow.”


Delivery Methods for RNAi in Mosquito Larvae

Mosquito-transmitted diseases pose a threat for a great portion of the world population. Chemical insecticides are the main tool for mosquito control. Heavy dependence on chemicals created several problems such as resistance development in many mosquito species, environmental effects, and human health issues. Other tools for mosquito control were developed and used in some parts of the world. Ribonucleic acid interference (RNAi) is a reverse genetic mechanism that was recently introduced as a new tool for pest control. Regarding mosquito, RNAi was used to study gene function and to discover genes that can be used as targets for control purposes. Several delivery methods are used to induce RNAi in mosquito larvae. Some methods such as injection and soaking are used routinely in RNAi research but have no application in the field. Other methods such as nanoparticles and microbes have some characteristics that make them good candidates for field application. In this report, we will focus on delivery methods for RNAi in mosquito larvae and will give examples for each method.

The family Culicidae contains 3,570 valid species of mosquitoes including disease vectors such as Anopheles, Aedes, och Culex ( Harbach 2020). These mosquitoes are the vectors of numerous deadly diseases such as malaria, Zika fever, dengue fever, yellow fever, chikungunya, West Nile fever, and filariasis. About half of the world population is at risk of dengue with an estimated 100–400 million infections and 22,000 deaths each year ( CDC 2020). In 2018, malaria alone caused 405,000 deaths mostly in children ( WHO 2020). With every passing day, mosquitoes and mosquito-borne diseases are becoming more and more challenging because of their ability to adapt and thrive in every changing condition.

Mosquito control is a key component of disease control especially in the absence of effective vaccine or a cure for some mosquito-borne diseases ( Bourtzis et al. 2016). Chemical insecticides are the major means for mosquito control but their excessive use caused mosquito to develop resistance to almost all known classes of insecticides ( Liu 2015, Rubert et al. 2016). As mosquito resistance toward chemicals is becoming more challenging, alternative management tactics have been developed such as environmental modification, biological control, new methods of using chemical insecticides, and genetic modification of mosquito (summarized in McGraw and O’Neill 2013, Bourtzis et al. 2016).

Recently, reverse genetic studies based on ribonucleic acid interference (RNAi) have become an important tool to study gene function in living organisms through knockdown of the target genes ( Fire et al. 1998). The process starts with the introduction of double-stranded RNA (dsRNA) into the living cell which cleaves it by a specific RNase (Dicer) into short interfering RNAs (siRNAs) of size

21 nt. These siRNAs are then added into

550 kDa RNA-induced silencing complex (RISC), which degenerate the complementary mRNA, thus preventing the translation process ( Fjose et al. 2001, Agrawal et al. 2003).

Insects have the basic components that run the RNAi mechanism and there are many successful examples of RNAi in different insect orders ( Zhu and Palli 2020). The ability to downregulate target genes in insects led to proposing RNAi as a new tool for insect control ( Baum et al. 2007, Mao et al. 2007). Regarding mosquito, RNAi has been used extensively in functional characterization of mosquito genes and in studying the mosquito–pathogen interaction (summarized in Airs and Bartholomay 2017). RNAi in mosquito focused on the adult stage and the main delivery method was the direct injection into the body cavity. RNAi in adult mosquito through injection is a well-established method used routinely in mosquito research. Many reports showed the success of utilizing RNAi in the silencing of genes related to different physiological processes and in many tissues and organs in different mosquito species ( Drake et al. 2015, Lamacchia et al. 2013, Kim et al. 2020, Wu et al. 2020, and many others). Publication of the full genome sequence of different species such as An. gambiae ( Holt et al. 2002), Ae. aegypti ( Nene et al. 2007), and Cx. quinquefasiatus ( Arensburger et al. 2010) enabled researchers to identify more genes and to study their function through molecular tools such as RNAi. Recently, RNAi in mosquito larvae was achieved and showed success in downregulation of a lot of target genes. This downregulation was confirmed through molecular techniques such as qRT-PCR and phenotypic changes such as mortality. As in other insects, delivery method is a key player in the success of RNAi in mosquito larvae ( Whitten 2019). Several methods such as injection, soaking, nanoparticles, and microbial-based were adapted to deliver dsRNA into mosquito larvae. To the best of our knowledge, there are two reviews that discussed different aspects of RNAi in mosquito ( Airs and Bartholomay 2017, Balakrishna Pillai et al. 2017). Recently, Whitten (2019) discussed different methods for RNAi delivery in medical and veterinary pests. In spite of the importance of RNAi in mosquito larvae and increasing the number of published studies in recent years, there is no comprehensive collection of publications regarding this topic. Based on that, we will focus on the delivery methods for RNAi in mosquito larvae and will give examples of each method. A comprehensive collection of publications showing delivery methods and target genes will be presented in Table 1. In general, we divided delivery methods into two main categories nonmicrobial and microbial (presented in Fig. 1). Nonmicrobial delivery of the RNAi trigger (dsRNA, miRNA, shRNA) takes place through soaking, nanoparticles, injection, or osmotic treatment (dehydration and rehydration). On the other hand, microbial methods utilize microbes (bacteria, yeast, algae, and viruses) for both synthesis and delivery of the RNAi trigger. RNAi in mosquito larvae showed both local and systemic effects, for example, introduction of dsRNA through the larval gut affected genes in the gut cells as well as in other tissues such as the nervous system. It is worth mentioning that RNAi in larvae showed downregulation of target genes in both larval and adult stages. Such results give an opportunity to incorporate RNAi in some control programs targeting not only the larval stage but also the adult stage such as sterile insect technique (SIT).

Delivery methods, mosquito species, target genes, and RNAi trigger molecules

Delivery method . Species . Target gene . RNAi trigger . Referens .
Soaking Ae. aegyptiβ-tubulin, chitin synthase-1 and -2 (CHS1, 2), heat shock protein 83 (hsp83)dsRNA Singh et al. (2013)
Ae. aegyptiP-glycoproteindsRNA Figueira-Mansur et al. (2013)
Ae. aegyptiMethionine selective transporter (NAT5)dsRNA Meleshkevitch et al. (2013)
Ae. aegyptigrowth arrest-specific protein 8 (gas8), boule (bol), fuzzy onions (fzo), no-hitter (nht), zero population growth (zpg), female-specific doublesex (dsxF)dsRNA Whyard et al. (2015)
Ae. aegyptiVoltage-gated sodium channel (VGSC), cytochrome P450, P-glycoproteindsRNA Bona et al. (2016)
Ae. aegyptifasciculation and elongation protein zeta 2 (fez2), leukocyte receptor cluster (lrc) membersiRNA Hapairai et al. (2017)
An. gambiaesuppressor of actin (sac1), offtrack (otk), lrcsiRNA Mysore et al. (2017)
Ae. aegypti, Ae. albopictus, An. gambiae, Cx. quinquefasciatussynaptotagmin (syt)siRNA Mysore et al. (2019a)
Ae. aegypti, Ae. albopictus, An. gambiae, Cx. quinquefasciatussemaphorin-1a (sema1a)siRNA Mysore et al. (2019b)
Ae. aegyptiCHSA, BdsRNA Lopez et al. (2019)
An. stephensiATP binding cassette transporters 4 (ABCG4)siRNA Negri et al. (2019)
Ae. aegyptidopamine 1 receptor (dop1)siRNA Hapairai et al. (2020)
Nanoparticles An. gambiaeCHS1, 2dsRNA Zhang et al. (2010)
Ae. aegyptiMitogen-activated protein kinase p38 (MAPK p38)dsRNA Cancino-Rodezno et al. (2010)
Ae. aegyptiATP synthase beta subunit, actin and hsp90dsRNA Cancino-Rodezno et al. (2012)
Ae. aegyptiGPI-anchored alkaline phosphatase (alp1)dsRNA Jimenez et al. (2012)
Ae. aegyptiCadherin (cad)dsRNA Rodríguez-Almazán et al. (2012)
Ae. aegyptiinositol requiring enzyme 1(ire-1), x-box binding protein (xbp-1), caspase-1, scap, s2pdsRNA Bedoya-Pérez et al. (2013)
Ae. aegyptisema1asiRNA Mysore et al. (2013), ( 2014b)
Ae. aegyptisingle-minded (sim)siRNA Mysore et al. (2014a)
Ae. aegyptivacuolar-sorting protein (snf7), steroid receptor coactivator (src)dsRNA Das et al. (2015)
An. gambiaeCad1, Cad2siRNA Zhang et al. (2015a)
Ae. aegyptidsxsiRNA Mysore et al. (2015)
Ae. aegyptiwing development vestigial (vg)dsRNA Ramesh Kumar et al. (2016)
Ae. aegyptifez2 and lrcsiRNA Hapairai et al. (2017)
Ae. aegyptiinhibitor of apoptosis (iap), snakeskin (ssk), helicase at 25e (hel25e), membrane-spanning protein (mesh), snf7, src, lrc, otk, sac1dsRNA Dhandapani et al. (2019)
Ae. aegypti3,4-dihydroxyphenylacetaldehyde (DOPAL) synthasedsRNA Chen et al. (2019)
Dehydration and rehydration Cx. pipienshsp90dsRNA Lopez-Martinez et al. (2012)
Injection Ae. aegyptisterol carrier protein-2 (scp-2)dsRNA Blitzer et al. (2005)
An. gambiaeodorant receptor7 (or7), or40, ionotropic receptor (ir76b)siRNA Liu et al. (2010)
An. gambiaeTransient receptor potential subfamily A1 (TRPA1) channelsiRNA Liu and Zwiebel (2013)
An. gambiaesac1, lrc, otksiRNA Mysore et al. (2017)
Ae. aegyptifez2 and lrcsiRNA Hapairai et al. (2017)
Bacterial delivery Ae. aegyptigrowth arrest-specific protein 8 (gas8), boule (bol), fuzzy onions (fzo), no-hitter (nht), zero population growth (zpg), female-specific doublesex (dsxF)dsRNA Whyard et al. (2015)
Ae. aegyptiwing development vestigial (vg)dsRNA Ramesh Kumar et al. (2016)
An. gambiaesac1, lrc, otksiRNA Mysore et al. (2017)
Ae. aegyptifez2 and lrcdsRNA Hapairai et al. (2017)
An. gambiaedsxFdsRNA Taracena et al. (2019)
Ae. aegyptiCHSA, BdsRNA Lopez et al. (2019)
Algal delivery An. stephensi3-hydroxy kynurenine transaminase (3-HKT)dsRNA Kumar et al. (2013)
Viral delivery Ae. albopictusv-ATPase subunit A shRNA Gu et al. (2011)
Yeast delivery Ae. aegyptiJH acid methyltransferase (jhamt)lhRNA Van Ekert et al. (2014)
Ae. aegyptifez2 and lrcshRNA Hapairai et al. (2017)
An. gambiaesac1, lrc, otksiRNA Mysore et al. (2017)
Ae. aegypti, Ae. albopictus, An. gambiae, Cx. quinquefasciatussytshRNA Mysore et al. (2019a)
Ae. aegypti, Ae. albopictus, An. gambiae, Cx. quinquefasciatussema1ashRNA Mysore et al. (2019b)
Ae. aegypti, Ae. albopictus, An. gambiaedopamine 1 receptor (dop1)shRNA Hapairai et al. (2020)
Delivery method . Species . Target gene . RNAi trigger . Referens .
Soaking Ae. aegyptiβ-tubulin, chitin synthase-1 and -2 (CHS1, 2), heat shock protein 83 (hsp83)dsRNA Singh et al. (2013)
Ae. aegyptiP-glycoproteindsRNA Figueira-Mansur et al. (2013)
Ae. aegyptiMethionine selective transporter (NAT5)dsRNA Meleshkevitch et al. (2013)
Ae. aegyptigrowth arrest-specific protein 8 (gas8), boule (bol), fuzzy onions (fzo), no-hitter (nht), zero population growth (zpg), female-specific doublesex (dsxF)dsRNA Whyard et al. (2015)
Ae. aegyptiVoltage-gated sodium channel (VGSC), cytochrome P450, P-glycoproteindsRNA Bona et al. (2016)
Ae. aegyptifasciculation and elongation protein zeta 2 (fez2), leukocyte receptor cluster (lrc) membersiRNA Hapairai et al. (2017)
An. gambiaesuppressor of actin (sac1), offtrack (otk), lrcsiRNA Mysore et al. (2017)
Ae. aegypti, Ae. albopictus, An. gambiae, Cx. quinquefasciatussynaptotagmin (syt)siRNA Mysore et al. (2019a)
Ae. aegypti, Ae. albopictus, An. gambiae, Cx. quinquefasciatussemaphorin-1a (sema1a)siRNA Mysore et al. (2019b)
Ae. aegyptiCHSA, BdsRNA Lopez et al. (2019)
An. stephensiATP binding cassette transporters 4 (ABCG4)siRNA Negri et al. (2019)
Ae. aegyptidopamine 1 receptor (dop1)siRNA Hapairai et al. (2020)
Nanoparticles An. gambiaeCHS1, 2dsRNA Zhang et al. (2010)
Ae. aegyptiMitogen-activated protein kinase p38 (MAPK p38)dsRNA Cancino-Rodezno et al. (2010)
Ae. aegyptiATP synthase beta subunit, actin and hsp90dsRNA Cancino-Rodezno et al. (2012)
Ae. aegyptiGPI-anchored alkaline phosphatase (alp1)dsRNA Jimenez et al. (2012)
Ae. aegyptiCadherin (cad)dsRNA Rodríguez-Almazán et al. (2012)
Ae. aegyptiinositol requiring enzyme 1(ire-1), x-box binding protein (xbp-1), caspase-1, scap, s2pdsRNA Bedoya-Pérez et al. (2013)
Ae. aegyptisema1asiRNA Mysore et al. (2013), ( 2014b)
Ae. aegyptisingle-minded (sim)siRNA Mysore et al. (2014a)
Ae. aegyptivacuolar-sorting protein (snf7), steroid receptor coactivator (src)dsRNA Das et al. (2015)
An. gambiaeCad1, Cad2siRNA Zhang et al. (2015a)
Ae. aegyptidsxsiRNA Mysore et al. (2015)
Ae. aegyptiwing development vestigial (vg)dsRNA Ramesh Kumar et al. (2016)
Ae. aegyptifez2 and lrcsiRNA Hapairai et al. (2017)
Ae. aegyptiinhibitor of apoptosis (iap), snakeskin (ssk), helicase at 25e (hel25e), membrane-spanning protein (mesh), snf7, src, lrc, otk, sac1dsRNA Dhandapani et al. (2019)
Ae. aegypti3,4-dihydroxyphenylacetaldehyde (DOPAL) synthasedsRNA Chen et al. (2019)
Dehydration and rehydration Cx. pipienshsp90dsRNA Lopez-Martinez et al. (2012)
Injection Ae. aegyptisterol carrier protein-2 (scp-2)dsRNA Blitzer et al. (2005)
An. gambiaeodorant receptor7 (or7), or40, ionotropic receptor (ir76b)siRNA Liu et al. (2010)
An. gambiaeTransient receptor potential subfamily A1 (TRPA1) channelsiRNA Liu and Zwiebel (2013)
An. gambiaesac1, lrc, otksiRNA Mysore et al. (2017)
Ae. aegyptifez2 and lrcsiRNA Hapairai et al. (2017)
Bacterial delivery Ae. aegyptigrowth arrest-specific protein 8 (gas8), boule (bol), fuzzy onions (fzo), no-hitter (nht), zero population growth (zpg), female-specific doublesex (dsxF)dsRNA Whyard et al. (2015)
Ae. aegyptiwing development vestigial (vg)dsRNA Ramesh Kumar et al. (2016)
An. gambiaesac1, lrc, otksiRNA Mysore et al. (2017)
Ae. aegyptifez2 and lrcdsRNA Hapairai et al. (2017)
An. gambiaedsxFdsRNA Taracena et al. (2019)
Ae. aegyptiCHSA, BdsRNA Lopez et al. (2019)
Algal delivery An. stephensi3-hydroxy kynurenine transaminase (3-HKT)dsRNA Kumar et al. (2013)
Viral delivery Ae. albopictusv-ATPase subunit A shRNA Gu et al. (2011)
Yeast delivery Ae. aegyptiJH acid methyltransferase (jhamt)lhRNA Van Ekert et al. (2014)
Ae. aegyptifez2 and lrcshRNA Hapairai et al. (2017)
An. gambiaesac1, lrc, otksiRNA Mysore et al. (2017)
Ae. aegypti, Ae. albopictus, An. gambiae, Cx. quinquefasciatussytshRNA Mysore et al. (2019a)
Ae. aegypti, Ae. albopictus, An. gambiae, Cx. quinquefasciatussema1ashRNA Mysore et al. (2019b)
Ae. aegypti, Ae. albopictus, An. gambiaedopamine 1 receptor (dop1)shRNA Hapairai et al. (2020)

Delivery methods, mosquito species, target genes, and RNAi trigger molecules


Mosquito Biology

Mosquitoes have a complex life cycle with many changes in form. Female mosquitoes lay their eggs directly on the water surface or in an area that will be flooded or covered with water. A larva hatches out of an egg. The mosquito larva grows in the water and feeds on microorganisms and organic material in the water. It sheds its skin three times and has a total of four larval stages. This usually takes about a week. After the fourth larval stage, the mosquito larva turns into pupa. In the pupal stage, which is still in the water, the mosquito is not eating, but changing into the adult mosquito. This transformation occurs within a couple of days. After the pupal stage, the mosquito emerges as the more familiar flying adult mosquito. Although there are both male and female adult mosquitoes, only the female mosquitoes bite. The female mosquitoes use the blood to help develop eggs and provide nutrition to the developing embryos.


Introduktion

Malaria is a major contributer to the global disease burden, and disproportionately affects low-income countries with climates suitable for transmission [1]–[3]. Vector control strategies have proven effective in reducing malaria transmission and prevalence [4]–[6], and are a key element of current malaria control initiatives [7]–[9]. Indoor residual spraying (IRS) and insecticide-treated bednet (ITN) interventions have been and remain the dominant methods of controlling malaria vectors [4], [9]–[12], but problems of public health and insecticide resistance associated with chemical insecticides have increased interest in alternate methods, including novel biological methods [13], [14]–[16]. Because the incubation period of the malaria parasite is relatively long in comparison to the average adult mosquito lifespan, biological methods of vector control that have sublethal and lethal effects at different points in the mosquito life cycle may substantially reduce the potential for malaria transmission [17]–[21]. Such methods may be most effective when combined with established methods in a strategic manner [8],[22],[23].

In order to impact on malaria prevalence it is necessary to reduce transmission to very low levels [24],[25]. Vector management strategies that combine multiple mosquito control interventions would therefore benefit from tactical design to alter mosquito life history in ways that are likely to maximise the impact on malaria transmission, given the resources available. This paper presents an age-structured model that explores the impact of interventions that affect multiple gonotrophic and demographic processes in the mosquito on malaria transmission and prevalence. As a case study, the combined use of fungal biopesticide and ITN interventions is considered.

Biopesticides containing spores of entomopathogenic fungi are a novel strategy for controlling malaria vectors that have shown potential to cause substantial reductions in malaria transmission in laboratory and field studies [17]–[20]. The biopesticide targets adult mosquitoes, infecting them with a fungal pathogen that does not kill instantly, and can generate a wide range of mortality patterns, some early-acting while others showing a distinct delay [17],[26],[27]. Fungal pathogen-induced mortality rates typically increase with the fungal infection age, with the average times to death due to fungal infection less than 10 days [17]–[21]. This slow-acting mortality suggests that high fungal infection rates in adult mosquitoes would be required to affect malaria prevalence, however sublethal effects of fungal infection on mosquitoes have been observed which may considerably reduce their transmission potential [21]. Fungal infection can cause a reduction in the blood feeding rate and lifetime fecundity [26]. There is also evidence that co-infection with the fungal pathogen and the malaria parasite can cause greater than additive mortality and reduced transmissibility of the malaria pathogen [15],[17].

In contrast to fungal biopesticides, ITNs are an established and widely used vector control method [6], [28]–[30] that has proven successful in reducing malaria transmission and prevalence in situations where high levels of community-wide ITN coverage are achieved [6], [29]–[31]. They therefore have a focal role in current vector control initiatives [7],[10],[12]. ITNs work by targeting the adult host-seeking mosquito population, increasing the time taken for mosquitoes to find a blood meal and increasing the mortality risk while host-seeking. Both factors interact positively to reduce the likelihood that mosquitoes live long enough to contract and transmit malaria. The effect of ITNs on mosquito mortality rates depends on levels of insecticide resistance [14], [32]–[34], the persistence of the insecticide treatment, and the excito-repellency properties of the insecticide [35],[36].

This study considers mechanisms by which ITN and fungal biopesticide interventions may affect mosquito populations at the scale of the gonotrophic cycle and at within-gonotrophic cycle time scales. The gonotrophic cycle in female adult mosquitoes is often conceptualised in terms of a host-seeking stage, during which mosquitoes actively search for a blood meal, and a non-host-seeking stage, during which blood from a recent blood meal is digested, oocytes are developed and eggs are oviposited, after which host-seeking activity begins again [37],[38]. While the ITN intervention reduces the rate of host-seeking success throughout the adult mosquito population as a whole, the fungal biopesticide may also extend the host-seeking stage in fungal pathogen-infected mosquitoes due to a deterioration in flight and blood-feeding capabilities [26]. The non-host-seeking stage in fungal pathogen-infected mosquitoes may also be protracted due to impaired metabolic functioning [26]. Within a given gonotrophic cycle, the period during which mosquitoes are exposed to a risk of fungal infection may not necessarily correspond to a particular gonotrophic cycle stage. For biopesticide application as a residual treatment in and around domestic dwellings, the fungal infection risk would conceivably be higher whilst mosquitoes are host-seeking, and also for some time after they obtain a blood meal when they often rest on nearby surfaces for a period of less than 24 hours [39],[40]. In fungal pathogen-infected mosquitoes, fungal infection age, and the corresponding risk of fungal pathogen-induced mortality, increases continually, with the mortality risk for all mosquitoes being augmented during the host-seeking stage by the presence of ITNs.

Similar to [21], the population dynamic model presented here is an age-structured Susceptible-Exposed-Infectious (SEI) model based on integral equations, considering fungal pathogen-induced age-dependent mortality in adult mosquitoes that can contract the fungal infection at any point in their adult life. This model reformulates that of [21] to explicitly incorporate gonotrophic cycles in the adult mosquito population by defining a recursive series of host-seeking and non-host-seeking classes of mosquitoes. The model thus retains the properties of existing continuous [21], [41]–[43] and discrete feeding cycle approaches [31],[44],[45]. Equilibrium analysis is used to validate the model for limiting cases similar to those represented by existing continuous-time models [21],[43]. Cases where the risk of fungal infection varies throughout the gonotrophic cycle and where fungal infection causes within-population variation in the lengths of both host-seeking and non-host-seeking stages are explored numerically.

The model is parameterized with literature data on mosquito-malaria interactions, and the effects fungal biopesticides and ITNs on mosquito populations. A series of questions relevant to mosquito control by fungal biopesticides, ITNs and both interventions in combination are explored. How do sublethal effects of fungal infection on rates of finding and processing blood meals affect the impact of biopesticides on malaria transmission rates? How is the fungal biopesticide performance affected by variation in the period of biopesticide exposure within a given gonotrophic cycle? How does the performance of fungal biopesticide and ITN interventions combined compare with that of each single intervention for varying levels of transmission intensity and insecticide resistance? Mechanisms important to the performance of fungal biopesticides, ITNs and both interventions combined are identified and discussed.


A Bizarre Bacteria Could Be the Key to Controlling Mosquitoes

För att återgå till den här artikeln, besök Min profil och sedan Visa sparade berättelser.

För att återgå till den här artikeln, besök Min profil och sedan Visa sparade berättelser.

In February of 1967, German biologist Hannes Laven hiked to a village 16 miles north of Yangon, Myanmar. He carried with him 100 mosquitoes from Fresno, California---50 males that had been infected with a bacteria called Wolbachia, and 50 females that had not. He bred these mosquitoes together, separated out the males from the thousands of offspring, and released them around the town’s 150 thatched-roof houses. Twelve weeks and six generations of California-Myanmar cross-breeding later he had eradicated the entire local mosquito population: None of their eggs would hatch.

For 50 years, scientists have known that Wolbachia can cause sterility in mosquitoes and other insects. But now, for the first time, they finally understand exactly how it works. That’s important, because right now the only large-scale solutions to mosquito-carried diseases like Zika, dengue fever, and malaria involve spraying huge amounts of pesticides. In two papers out today, in Natur och Nature Microbiology, researchers at Yale and Vanderbilt have finally cracked how the bacteria gives mosquitoes the snip-snip, making it possible to develop even better Wolbachia-based pesticides that could supplant the chemical standbys.

Wolbachia lives in the cells of lots of insects, but noticeably, not in Aedes aegypti, the mosquito species that carries Zika, dengue, and yellow fever. You’ll notice, though, that the billions of insects naturally infected with Wolbachia can breed just fine. That’s because the bacteria carries two genes that influence sterility---one that works like a toxin, the other like an antidote. Biochemist John Beckmann discovered the two genes in 2013, and spent the last four years figuring out exactly what they do. It took that long because it's one seriously complicated system.

Here's how his team thinks it works: The toxin gene makes a cutting enzyme that keeps the chromosomes in mosquito sperm from pulling apart when the embryo’s cells start dividing. The other gene, the rescue gene, makes a protein that binds to that enzyme, preventing it from messing with the sperm cells. Now, normally that rescue protein breaks down in sperm, so it doesn't do any good. But if the *Wolbachia-*infected male mates with a female infected with the same strain, her bacteria pump the antidote protein back into the embryo, rescuing its ability to divide. Voila: normal insect baby.

What this means is that for the sterilization technique to work in the wild, there can’t be any females in the area with a copy of that bacterial rescue gene. So to target mosquitoes, scientists use Wolbachia pretty much the way Hannes Leven did---rearing millions of sterile males and dumping them into the wild. They’ll outmate the fertile males in the area, produce only dead eggs, and drive the mosquito population down.

That’s exactly what entomologist Stephen Dobson has been doing in Clovis, California, just a few miles from where Leven’s mosquitoes came from. Last summer, Dobson’s company, MosquitoMate, released 500,000 Aedes aegypti mosquitoes into one of the town’s subdivisions---all male, all infected with a strain of Wolbachia---to attack the wild mosquito population.

Dobson says the experiment was a success---but it had its challenges. For one thing, the first few strains of Wolbachia the company tried didn’t work. The bacteria all cause inviable embryos in slightly different ways, so not all strains work for all insects. And making sure not to release any females is super work-intensive: An employee visually inspects each one before they get shipped out. If a female infected with the same strain of Wolbachia gets out, her eggs will be fertile, and they’ll pass on that bacterial antidote gene to their offspring too. “It can kill the whole program,” says Beckmann.


Titta på videon: Är myggen utrotade redan efter 2 veckor (Juli 2022).


Kommentarer:

  1. Torrian

    Balin, wow ... :(

  2. Shad

    Jag tror att han har fel. Jag är säker. Jag föreslår att vi diskuterar det. Skriv till mig i PM, prata.

  3. Lohengrin

    Den här dagen, som med avsikt

  4. Aristaeus

    I det något är också för mig din idé är trevlig. Jag föreslår att ta ut för den allmänna diskussionen.



Skriv ett meddelande