Hodnocení ultrafialové LED pasti pro odchyt komárů rodu Anopheles a Culex v jihovýchodní Tanzanii

Popis poloprovozního systému a studijních oblastí pro polní experimenty

Experimenty byly prováděny v poloprovozním i polním prostředí. Všechny poloprovozní testy byly prováděny uvnitř velkého vícekomorového síta (28,8 × 21 m) v Ifakara Health Institute , Ifakara, Tanzanie. Použili jsme komoru o rozměrech 9,6 × 21 m, ve které se nacházely dvě pokusné chatky s mezidomkem tvořeným různými typy vegetace a oblázky, abychom napodobili místní obydlí a ekologické uspořádání .

Polní testy byly prováděny ve vesnicích v okrese Ulanga v jihovýchodní Tanzanii, přibližně 20 km jižně od města Ifakara (obr. 1). Oblast leží v záplavové oblasti Kilombero mezi pohořím Udzungwa na severu a kopci Mahenge na jihu. Mezi hlavní hospodářské činnosti patří zemědělství (především pěstování rýže a kukuřice), rybolov a drobný obchod. Roční úhrn srážek se pohybuje od 1200 do 1800 mm a teploty od 22 do 32,6 °C. Krátké deště se vyskytují od listopadu do prosince, zatímco dlouhé deště od března do června.

Komáři

Použití komáři pocházeli z kolonií kmene Anopheles arabiensis z Ifakary, původně založených v roce 2009 na vzorcích z vesnice Lupiro, přibližně 25 km jižně od města Ifakara. Kolonie je udržována při teplotě 27 ± 2 °C a relativní vlhkosti vzduchu (RH) 75 ± 10 %, jak již dříve popsali Batista a kol. Larvy jsou chovány v plastových miskách a krmeny dvakrát denně krmivem Tetramin® (Tetra GmbH, Melle, Německo). Dospělci jsou krmeni 10% roztokem glukózy. Údržba kolonií zahrnovala také ad libitum krevní stravu podávanou samicím prostřednictvím lidských dobrovolníků. Terénní testy však byly zaměřeny na volně létající divoké komáry různých druhů ze studovaných vesnic.

Komáří pasti a návnady

Hlavní kandidátskou testovací pastí byla past Mosclean, která vyzařuje UV záření o vlnové délce 365 nm pomocí technologie violeds™ a generuje plynný CO2 prostřednictvím fotokatalytické reakce na povrchu desek TiO2. Lapač měří 20 cm (průměr) a 28,8 cm (výška) a funguje na stejnosměrný nebo střídavý proud. Mohou pracovat s malými přenosnými solárními články pro nabíjení přenosného napájecího zdroje pro použití v místech bez elektrické energie.

Jak je znázorněno na obr. 2a, past má pět součástí: (i) střešní deska, která má závěsný štítek pro zavěšení pasti a stínítko pro optimalizaci výkonu UV LED diod; (ii) ventilátor s nízkou spotřebou energie, nízkou hlučností a vysokou účinností pro sání komárů; (iii) deska s UV LED diodami, které vyzařují ultrafialové světlo o vlnové délce 365 nm pro přilákání komárů; (iv) nádoba pro zachycení chycených komárů; a (v) fotokatalyzátor, který podle výrobce uvolňuje plyn CO2 doplňující přilákání komárů. Během našich experimentů jsme nezkoušeli produkci CO2 těmito pastmi, ale hodnotili jsme pasti tak, jak jsme je získali od výrobce.

Účinnost pasti Mosclean byla porovnána s účinností jiných existujících pastí běžně používaných pro odběr vzorků komárů rodu Anopheles a culicine ve vnitřních a venkovních prostorách. První pastí byla past CDC-light, široce používaná pro odchyt komárů v interiérech . Past CDC-light používá jako hlavní atraktant žárovku a funguje na motorizovaný ventilátor napájený z baterie . Druhou byla past BG-Sentinel (Biogents GmbH, Regensburg, Německo) . Past se skládá z tmavě modrého skládacího kbelíku, bílého perforovaného víka, sacího trychtýře, záchytného vaku a ventilátoru poháněného baterií . Má průměr 36 cm a výšku 40 cm. Poslední srovnávací pastí byla past Suna (Biogents GmbH), která má průměr 52 cm a výšku 39 cm a rovněž funguje na baterie. Lapač Suna byl poprvé popsán a optimalizován v západní Keni v roce 2014 a prokázal vysokou účinnost proti komárům An. funestus na ostrově Rusinga . Nedávno byla použita v Malawi k odběru vzorků komárů v interiéru i exteriéru .

Obě pasti BG-Sentinel a Suna se běžně používají k odběru vzorků komárů v exteriéru a často jsou opatřeny návnadou s patentovanou návnadou BG, plynem CO2 nebo jinými návnadami . V této studii byl CO2 získáván v případě potřeby z fermentace kvasnic a melasy a byl použit v různých srovnávacích pastech, jak je uvedeno níže. Směs kvasnic a melasy byla připravena 30 minut před zahájením pokusů smícháním 40 g pekařských kvasnic a 500 ml melasy rozpuštěné ve 2 l vody a výtokové plyny byly vedeny plastovými trubkami do pastí . Jako standardní referenční metoda byla v poloprovozních testech použita také HLC, kterou prováděli dospělí dobrovolníci mužského pohlaví, ale ne v polních testech, protože volně žijící komáři by mohli být infekční.

Postupy studie

Poloprovozní testy k porovnání účinnosti odchytu pastí Mosclean, CDC-světelných pastí, lidských přistávacích odchytů (HLC), pastí BG-Sentinel a pastí Suna

Pokusy byly prováděny uvnitř poloprovozních oddílů každou noc od 18:00 do 06:00 hod. Každou noc bylo uvnitř sítové komory vypuštěno 400 nulliparních samic An. arabiensis chovaných v laboratoři ve věku 3-6 dní, které nebyly předtím krmeny krví. Testovaní komáři byli před každým testem 6 hodin hladoví a 30 minut před zahájením testů byli vypuštěni do komor, aby se aklimatizovali v prostředí. Chaty byly každé ráno vyčištěny (pomocí odsávačky Prokopack) a pasti byly monitorovány z hlediska optimální funkčnosti.

1. (i)

   Testy pro porovnání pasti Mosclean a pasti CDC-light s použitím lidského hostitele pod sítí na lůžko jako návnady

Nejprve jsme porovnali past Mosclean s pastí CDC-light pro odchyt v interiéru v testech s oběma pastmi uvnitř stejné komory ve stejné noci, takže pasti soutěžily o stejné komáry. Jedna past Mosclean byla zavěšena uvnitř jedné z pokusných chatek vedle neošetřené lůžkoviny obsazené spícím dospělým dobrovolníkem (obr. 3b). Podobně byla jedna past CDC-light zavěšena uvnitř druhé chaty, rovněž vedle lůžkoviny obsazené dobrovolníkem (obr. 3a). Obě pasti byly umístěny 150 cm nad zemí a v blízkosti nohou dobrovolníků. Past CDC-light a past Mosclean se mezi chatkami střídaly každou noc, aby nedocházelo ke zkreslení polohy. Dobrovolníci si však ponechávali své pozice tak, aby jejich individuální rozdílná atraktivita byla kombinována s příslušnými charakteristikami chatek a tvořila jediný zdroj experimentální variability. Každou noc bylo vypuštěno 400 samic komára An. arabiensis z centrálního místa uvnitř polní komory, stejně vzdáleného od obou chatek. Celkový počet komárů chycených do každé pasti přes noc byl zaznamenán a pasti byly vyčištěny. Test byl opakován po dobu 12 nocí, přičemž každá past byla v každé chatce šestkrát.

1. (ii)

   Testy pro porovnání pasti Mosclean a HLC s použitím lidského hostitele pod podestýlkou jako návnady

Druhý test porovnával past Mosclean a HLC, rovněž konkurenčním způsobem. V jedné chatě byla past Mosclean nastražena vedle sítě obsazené dobrovolníkem, jak je uvedeno výše (obr. 3b), zatímco ve druhé chatě prováděl HLC ve stejnou noc dospělý dobrovolník mužského pohlaví. Dobrovolníci seděli uvnitř a skládali si kalhoty, aby pomocí ústních odsávaček zachytili komáry, kteří jim přistáli na nohou. Tímto způsobem obě metody odchytu soutěžily o stejné komáry. Pasti Mosclean a HLC se střídaly mezi chatami každou noc, ale dobrovolníci zůstávali ve stejných chatách. Každou noc bylo vypuštěno 400 samic komára An. arabiensis z centrálního místa uvnitř polní komory, stejně vzdáleného od chatrčí. Byly zaznamenány a porovnány úlovky komárů pomocí pasti HLC nebo Mosclean. Test byl opakován po dobu 12 nocí, přičemž každá metoda byla v každé chatce šestkrát.

1. (iii)

   Nekonkurenční testy pasti Mosclean a HLC, při nichž byl jako návnada použit lidský hostitel pod sítí

Ve třetím testu byla past Mosclean testována nezávisle na HLC v oddělených nocích, aby se zabránilo přímé konkurenci mezi pastmi pro stejné komáry. Past byla umístěna uvnitř první chaty (náhodně vybrané) a poté byla druhou noc přemístěna do druhé chaty. Třetí a čtvrtou noc byl HLC prováděn buď uvnitř první, nebo druhé chaty v náhodném pořadí. Toto pořadí bylo náhodné, takže testovací kola začínala buď HLC, nebo pastí Mosclean, a bylo rovněž šestkrát opakováno. Každou noc bylo z centrálního místa uvnitř polokomory vypuštěno 400 samic komára An. arabiensis. Počty komárů chycených každou noc každým typem pasti při absenci konkurenční alternativy byly zaznamenány a porovnány.

1. (iv)

   Testy pro přímé porovnání pasti Mosclean s běžně používanými venkovními pastmi, tj. Lapači Suna a BG-Sentinel

Na rozdíl od prvních tří testů byl odchyt komárů v tomto pokusu prováděn venku, ale v poloprovozních komorách během čtyř nočních cyklů s využitím randomizovaného uspořádání 4 × 4 latinské čtverce. Byly použity dvě různé varianty pasti Mosclean, první bez dodatečné návnady a druhá s dodatečnou návnadou CO2 z fermentace kvasnic a melasy. Pasti Suna (obr. 3d) a BG-Sentinel (obr. 3c) byly rovněž navnaděny CO2 z fermentace kvasinek a melasy. Čtyři typy pastí, standardní past Mosclean, past Mosclean s návnadou CO2, past Suna s návnadou CO2 a past BG-Sentinel s návnadou CO2, se v průběhu čtyř nočních cyklů náhodně střídaly na čtyřech venkovních místech uvnitř poloprovozní komory. Každou noc bylo vypuštěno celkem 600 samic An. arabiensis na centrálním místě stejně vzdáleném od každé pasti a každé ráno byly zaznamenány úlovky. Pokus byl opakován sedmkrát během 28 nocí, během nichž byl každý typ pasti na každém místě sedmkrát.

Polní testy k porovnání účinnosti odchytu pastí Mosclean, pastí CDC-light, pastí BG-Sentinel a pastí Suna

Čtyři různé polní experimenty byly provedeny následovně:

1. (i)

   Srovnání účinnosti pastí Mosclean a CDC-light pro odběr vzorků komárů hledajících hostitele v interiéru

V každé ze studovaných vesnic byly náhodně vybrány čtyři domy a po získání souhlasu od vedoucích domácností byl proveden nábor. V každém domku byla vedle postele uvnitř místnosti, kde spal jeden dospělý dobrovolník pod síťkou na spaní, nastražena buď past Mosclean, nebo past CDC-light. Vzhledem k tomu, že pokrytí sítěmi ošetřenými insekticidy bylo v těchto vesnicích > 90 %, provedli jsme naši studii s těmito sítěmi, a nikoli s neošetřenými sítěmi, které byly použity v poloprovozních testech. Na základě rozpisu přidělování pastí obdržely chaty 1, 2, 3 a 4 vždy jeden ze dvou typů pastí. Do pastí nebyly přidány žádné další návnady. Pasti (1. past Mosclean, 2. past Mosclean, 1. past CDC-light a 2. past CDC-light) se střídaly každou noc mezi jednotlivými domky po dobu 12 nocí podle schématu 4 × 4 latinské čtverce, které se čtyřikrát opakovalo. Testy trvaly každou noc od 18:00 do 6:00 hodin. Obě pasti Mosclean a CDC-light byly zavěšeny 150 cm nad zemí, směrem k nohám pražců. Komáři zachycení každou noc do každé pasti byli roztříděni podle taxonů, pohlaví a fyziologického stavu a poté spočítáni a zaznamenáni.

1. (ii)

   Srovnání účinnosti pasti Mosclean při použití uvnitř a venku

Ve studiích měřících riziko pokousání přenašeči malárie se běžně hodnotí podíly pokousání, ke kterým dochází uvnitř, oproti podílům, ke kterým dochází venku, aby bylo možné určit, kde je riziko pokousání větší, a také to, zda zásahy, jako jsou ITN a IRS, řeší celé spektrum expozice. Bohužel i přes nedávné inovace, jako jsou elektrické mřížové pasti a dvojité síťové pasti s lidskou návnadou , neexistují jiné vhodné systémy odchytu než HLC, které by tyto podíly důsledně a přesně vyhodnocovaly. Proto byla posouzena past Mosclean, aby se zjistilo, zda by byla vhodná pro sběr v interiéru i exteriéru. V každé vesnici byly náhodně vybrány čtyři domácnosti a po souhlasu hlavy domácnosti byl proveden nábor. V každém z domů byly poté umístěny pasti Mosclean buď uvnitř, nebo venku. Při použití ve vnitřních prostorách byla past umístěna vedle obsazené lůžkoviny. Při použití venku byla past umístěna přibližně 5 m od domu, ale vedle dospělého dobrovolníka sedícího pod sítí na spaní. Venkovní past Mosclean byla umístěna 5 m od domu s cílem zachytit komáry létající v blízkosti lidských obydlí. Pasti byly umístěny 150 cm nad zemí, ať už uvnitř nebo venku. Každé ráno byli komáři chycení uvnitř i venku roztříděni podle taxonů, pohlaví a fyziologického stavu a jejich počet byl zaznamenán a porovnán.(iii)

1. (iii)

   Testy pro porovnání terénní účinnosti pastí Mosclean, BG-Sentinel a Suna ve venkovním prostředí

Tyto pokusy byly prováděny ve venkovním prostředí s použitím plánu 4 × 4 latinské čtverce, v němž byla místa pastí náhodně přiřazena na začátku každého kola čtyř odběrových nocí. Byly použity dvě varianty Moscleanovy pasti, jedna s přídavkem plynného CO2 z fermentace kvasinek s melasou a druhá bez přídavku CO2. V každé z obou vesnic byly určeny čtyři lokality vzdálené od sebe přibližně 100 m. Čtyři typy pastí, standardní past Mosclean bez dodatečné návnady, past Mosclean s návnadou CO2, past Suna s návnadou CO2 a past BG-Sentinel s návnadou CO2, se střídaly každou noc mezi čtyřmi venkovními lokalitami během čtyř nočních cyklů. Každé ráno byli komáři zachycení každou pastí roztříděni podle taxonů, pohlaví a fyziologického stavu a jejich počty byly zaznamenány a porovnány. Testy byly prováděny v období sucha od června 2017 do února 2018.

1. (iv)

   Hodnocení podílu parousních a podílu inseminovaných samic komárů rodu Anopheles v úlovcích z Mosclean pastí a CDC-světelných pastí

Komáři byli vzorkováni ve čtyřech různých domech v jedné vesnici po dobu 20 nocí. Všechny sebrané samičky komára An. arabiensis byly pitvány. Podobný odchyt byl proveden pomocí světelných pastí CDC a komáři byli pitváni pod světelnými stereomikroskopy, aby bylo možné porovnat paritu a míru inseminace.

Pitvané vaječníky nebo spermatéky byly pozorovány při 10× zvětšení pod složeným mikroskopem. Stav parity byl potvrzen přítomností roztažených tracheol vaječníků (parousní samice) nebo svinutých tracheolárních smyček (nulliparní samice), jak je podrobně popsáno . Inseminace byla potvrzena pozorováním, zda jsou spermatéky naplněné nebo nenaplněné .

Analýza dat

Data byla analyzována pomocí otevřeného statistického softwaru R v.3.5.0 . Účinnost pasti Mosclean byla porovnána s účinností ostatních pastí fitováním zobecněných lineárních smíšených režimů (GLMM) pomocí balíčku lme4 . Počet komárů různých druhů byl modelován podle záporného binomického rozdělení s typem pasti jako hlavním účinkem. Experimentální dny a ID chaty byly zahrnuty jako náhodný člen, aby se zohlednily nevysvětlené rozdíly v rámci dnů a chat. Grafy byly vytvořeny v balíčku ggplot2 . K posouzení parity a míry inseminace mezi pastí CDC-light a pastí Mosclean byla použita logistická regrese. K ověření vlivu náhodného efektu byl použit test poměru pravděpodobnosti.

.