Evaluering af en ultraviolet LED-fælde til fangst af Anopheles- og Culex-myg i det sydøstlige Tanzania

Beskrivelse af semifelt-systemet og undersøgelsesområder for felteksperimenter

Eksperimenterne blev gennemført både i semifelt- og feltmiljøer. Alle halvfeltsforsøg blev udført i et stort multikammer-gitterhus (28,8 × 21 m) på Ifakara Health Institute , Ifakara, Tanzania. Vi brugte et rum på 9,6 × 21 m, hvori der var to forsøgshytter med et peri-domesticområde bestående af forskellige vegetationstyper og småsten for at efterligne de lokale boliger og økologiske forhold.

Feltforsøgene blev udført i landsbyer i Ulanga-distriktet, det sydøstlige Tanzania, ca. 20 km syd for Ifakara by (fig. 1). Området ligger på Kilombero-flodsletterne mellem Udzungwa-bjergene i nord og Mahenge-bjergene i syd. De vigtigste økonomiske aktiviteter er landbrug (hovedsagelig ris- og majsdyrkning), fiskeri og handel i mindre målestok. Den årlige nedbørsmængde varierer fra 1200 til 1800 mm og temperaturen fra 22 til 32,6 °C. Korte regnskyl forekommer fra november til december, mens lange regnskyl forekommer mellem marts og juni.

Myg

De anvendte myg var fra kolonier af Ifakara-stammen af Anopheles arabiensis, der oprindeligt blev etableret i 2009 med eksemplarer fra landsbyen Lupiro, ca. 25 km syd for Ifakara by. Kolonien holdes ved 27 ± 2 °C og 75 ± 10 % relativ luftfugtighed (RH) som tidligere beskrevet af Batista et al. . Larverne opdrættes i plastikbassiner og fodres to gange om dagen med Tetramin® fiskefoder (Tetra GmbH, Melle, Tyskland). Voksne dyr fodres med 10 % glukoseopløsning. Vedligeholdelse af kolonien omfattede også ad libitum blodmåltider, der blev givet til hunnerne via frivillige menneskers arme. Feltforsøgene var imidlertid rettet mod fritflyvende vilde myg af forskellige arter fra undersøgelsesbyerne.

Myggefælder og lokkemidler

Den vigtigste kandidat til testfælden var Mosclean-fælden, som udsender 365 nm UV ved hjælp af violeds™-teknologi og genererer CO2-gas via en fotokatalytisk reaktion på TiO2-pladernes overflader. Fælden måler 20 cm (diameter) og 28,8 cm (højde) og kører enten på jævn- eller vekselstrøm. De kan fungere med små bærbare solceller til opladning af en bærbar strømforsyningspakke til brug på steder uden elektricitet.

Som det fremgår af fig. 2a, har fælden fem komponenter: (i) tagplade, som har et ophæng til ophængning af fælden og en skygge til optimering af UV-LED’ernes ydeevne; (ii) en lav-effekt, støjsvag og højtydende ventilator til myggesugning; (iii) en UV-LED-plade, der udsender ultraviolet lys ved en bølgelængde på 365 nm for at tiltrække myg; (iv) en beholder til indfangning af de indfangede myg; og (v) en fotokatalysator, der ifølge producenten frigiver CO2-gas som supplement til myggetiltrækning. Vi testede ikke CO2-produktionen fra disse fælder under vores forsøg, men evaluerede i stedet fælderne, som de er modtaget fra producenten.

Fældeeffektiviteten af Mosclean-fælden blev sammenlignet med effektiviteten af andre eksisterende fælder, der almindeligvis anvendes til prøvetagning af Anopheles- og culicin-myg indendørs og udendørs myg indendørs og udendørs. Den første fælde var CDC-lysfælden, der i vid udstrækning anvendes til at fange indendørs myg . CDC-lysfælden anvender en glødepære som hovedattraktionsmiddel og drives af en motoriseret ventilator, der drives af et batteri . Den anden var BG-Sentinel-fælden (Biogents GmbH, Regensburg, Tyskland) . Fælden består af en mørkeblå sammenklappelig spand, et hvidt perforeret låg, en indsugningstragt, en fangpose og en ventilator, der drives af et batteri . Den er 36 cm i diameter og 40 cm i højden. Den sidste sammenligningsfælde var Suna-fælden (Biogents GmbH), som er 52 cm i diameter og 39 cm i højden, og som også drives af batterier. Suna-fælden blev beskrevet og optimeret for første gang i det vestlige Kenya i 2014 og viste høj effektivitet mod An. funestus-myg i Rusinga Island . For nylig blev den anvendt i Malawi til at udtage stikprøver af myg indendørs og udendørs .

Både BG-Sentinel- og Suna-fælderne anvendes almindeligvis til udtagning af stikprøver af myg udendørs, og de er ofte agnetet med BG-lokkemad, CO2-gas eller andre lokkemidler . I denne undersøgelse blev der efter behov fremstillet CO2 fra gær-molasse-fermentering, som blev anvendt i de forskellige sammenligningsfælder som beskrevet nedenfor. Gær-melasse-blandingen blev tilberedt 30 minutter før forsøgene startede ved at blande 40 g bagegær og 500 ml melasse opløst i 2 l vand, og de udløbende gasser blev ledt via plastikslanger til fælderne . Som standardreference blev HLCs, der blev udført af voksne mandlige frivillige, også anvendt i halvfeltforsøg, men ikke i feltforsøgene, da de vilde myg kan være smitsomme.

Undersøgelsesprocedurer

Semifeltforsøg med henblik på at sammenligne fældeeffektiviteten af Mosclean-fælden, CDC-light-fælden, Human Landing Catches (HLC), BG-Sentinel-fælden og Suna-fælden

Ved forsøgene blev der foretaget inden for halvfeltrummene hver nat fra kl. 18:00 til 06:00. Hver nat blev 400 nulliparøse hunner af laboratorieopdrættet An. arabiensis i alderen 3-6 dage, som ikke tidligere var blevet blodfodret, sluppet løs inde i skærmhuskammeret . Testmyggene blev sultet i 6 timer før hver test og blev sluppet ud i kamrene 30 minutter før teststart for at akklimatisere sig i miljøet. Hytterne blev rengjort hver morgen (ved hjælp af en Prokopack-aspirator), og fælderne blev overvåget for at sikre optimal funktion.

1. (i)

   Forsøg til sammenligning af Mosclean-fælden og CDC-light-fælden med en menneskelig vært under et sengetøj som lokkemad

Først sammenlignede vi Mosclean-fælden med CDC-light-fælden til indendørs fældefangst i forsøg med de to fælder inde i samme kammer de samme nætter, således at fælderne konkurrerede om de samme myg. En Mosclean-fælde blev ophængt inde i en af forsøgshytterne ved siden af et ubehandlet sengetøj, som en sovende voksen mandlig frivillig person havde på sig (fig. 3b). På samme måde blev en CDC-light-fælde ophængt inde i den anden hytte, ligeledes ved siden af et sengetøj, der var optaget af en frivillig mand (fig. 3a). Fælderne var begge 150 cm over jorden og tæt på de frivilliges fødder. CDC-lysfælden og Mosclean-fælden blev roteret mellem hytterne hver nat for at undgå skævheder i positionen. De frivillige beholdt imidlertid deres positioner, således at deres individuelle differentierede tiltrækningskraft blev kombineret med de respektive hyttekarakteristika for at udgøre en enkelt kilde til eksperimentel variation. Hver nat blev 400 hunmyg af An. arabiensis-myg udsendt fra et centralt sted i halvfeltkammeret i lige stor afstand fra de to hytter. Det samlede antal myg, der blev fanget i hver fælde i løbet af natten, blev registreret, og fælderne blev rengjort. Forsøget blev gentaget over 12 nætter, idet hver fælde var i hver hytte seks gange.

1. (ii)

   Forsøg til sammenligning af Mosclean-fælden og HLC’er med menneskelig vært under et sengetøj som lokkemad

I det andet forsøg blev Mosclean-fælden og HLC’er sammenlignet, også på en konkurrerende måde. I den ene hytte blev der opsat en Mosclean-fælde ved siden af et net besat af en frivillig som ovenfor (fig. 3b), mens der i den anden hytte blev udført HLC samme nat af en voksen mandlig frivillig. De frivillige sad indendørs og foldede deres bukser for at fange myg, der landede på deres ben, ved hjælp af mundsugekopper. På denne måde konkurrerede de to fangstmetoder om de samme myg. Mosclean-fælden og HLC blev skiftet ud mellem hytterne hver nat, men de frivillige blev i de samme hytter. Hver nat blev 400 hunmyg af An. arabiensis-myg udsat fra et centralt sted i halvfeltkammeret i lige stor afstand fra hytterne. Myggenes fangster ved hjælp af enten HLC- eller Mosclean-fælder blev registreret og sammenlignet. Testen blev gentaget over 12 nætter, idet hver metode var i hver hytte seks gange.

1. (iii)

   Ikke-konkurrerende test af Mosclean-fælden og HLC’er med menneskelig vært under et sengetøj som lokkemad

I den tredje test blev Mosclean-fælden uafhængigt af HLC testet på separate nætter for at undgå direkte konkurrence mellem fælderne om de samme myg. Fælden blev sat op i den første hytte (tilfældigt udvalgt) og derefter flyttet til den anden hytte den anden nat. Den tredje og fjerde nat blev der foretaget HLC i enten den første eller den anden hytte i en tilfældig rækkefølge. Denne rækkefølge blev tilfældigt udvalgt, således at testrunderne begyndte med enten HLC eller Mosclean-fælden, og den blev også gentaget seks gange. Hver nat blev 400 hunmyg af An. arabiensis-myg udsat fra et centralt sted i halvfeltkammeret. Antallet af myg, der blev fanget hver nat af hver fældetype i mangel af et konkurrerende alternativ, blev registreret og sammenlignet.

1. iv)

   Forsøg til direkte sammenligning af Mosclean-fælden med almindeligt anvendte udendørs fælder, dvs. Suna- og BG-Sentinel-fælder

I modsætning til de tre første forsøg blev myggefældefangst i dette forsøg udført udendørs, men i halvfeltkamrene over fire nattecyklusser ved hjælp af et randomiseret 4 × 4 latinsk firkantet design. Der blev anvendt to forskellige varianter af Mosclean-fælden, den første uden yderligere lokkemad og den anden med yderligere CO2 fra gær-molasse-fermentering som lokkemad. Suna-fælden (fig. 3d) og BG-Sentinel-fælden (fig. 3c) blev også lokket med CO2 fra gær-molasse-fermentering. De fire fældetyper, standard Mosclean-fælden, Mosclean-fælden med CO2-betjente fælder, Suna-fælden med CO2-betjente fælder og BG-Sentinel-fælden med CO2-betjente fælder, blev roteret tilfældigt hver nat på tværs af de fire udendørs steder i halvfeltkammeret over fire nattecyklusser. I alt 600 hunner af An. arabiensis blev hver nat sat ud på et centralt sted i lige stor afstand fra hver fældeposition, og fangsterne blev registreret hver morgen. Forsøget blev gentaget syv gange over 28 nætter, hvor hver fældetype havde været på hvert sted syv gange.

Feltforsøg med henblik på at sammenligne fældeeffektiviteten af Mosclean-fælden, CDC-light-fælden, BG-Sentinel-fælden og Suna-fælden

Fire forskellige felteksperimenter blev gennemført som følger:

1. (i)

   Sammenligning af effektiviteten af Mosclean-fælder og CDC-light-fælder til udtagning af stikprøver af indendørs værtssøgende myg

Fire huse blev udvalgt tilfældigt i hver af undersøgelsesbyerne og rekrutteret efter indhentning af samtykke fra husstandslederne. I hver hytte blev der opsat enten en Mosclean-fælde eller en CDC-lysfælde ved siden af en seng i et rum, hvor en voksen frivillig person sov under sengetøj. Da dækningen af insekticidbehandlede net var > 90 % i disse landsbyer, gennemførte vi vores undersøgelse med disse net i stedet for ubehandlede net, som blev anvendt i halvfeltforsøgene. På grundlag af planen for tildeling af fælder fik hytte 1, 2, 3 og 4 hver en af de to fældetyper. Der blev ikke tilføjet yderligere lokkemidler til fælderne. Fælderne (1. Mosclean-fælde, 2. Mosclean-fælde, 1. CDC-light-fælde og 2. CDC-light-fælde) blev hver nat roteret mellem hver af husene i løbet af 12 nætter efter et 4 × 4 latinsk firkantet mønster, gentaget fire gange. Forsøgene varede fra kl. 18.00 til kl. 06.00 hver nat. Både Mosclean-fælderne og CDC-lysfælderne blev ophængt 150 cm over jorden i retning af svellernes fødder. De myg, der blev fanget i hver fælde hver nat, blev sorteret efter taxa, køn og fysiologisk status og derefter optalt og registreret.

1. (ii)

   Sammenligning af Mosclean-fældens ydeevne, når den anvendes indendørs og udendørs

I undersøgelser, der måler risikoen for bid af malariavektorer, er det almindeligt at vurdere andelen af bid, der forekommer indendørs, i forhold til andelen, der forekommer udendørs, for at fastslå, hvor risikoen for bid er størst, og også for at afgøre, om interventioner som ITN og IRS dækker hele eksponeringsspektret. Desværre findes der på trods af nyere innovationer som f.eks. elektriske netfælder og dobbeltnetfælder med lokkemad til mennesker ikke andre egnede fældesystemer end HLC’er, som konsekvent og præcist vurderer disse proportioner. Mosclean-fælden blev derfor vurderet for at afgøre, om den ville være egnet til indsamlinger både indendørs og udendørs. Fire husstande blev udvalgt tilfældigt i hver landsby og rekrutteret efter samtykke fra husstandens leder. Mosclean-fælder blev derefter opsat enten indendørs eller udendørs i hvert af husene. Når fælden blev brugt indendørs, blev den sat op ved siden af et optaget sengetøj. Når fælden blev anvendt udendørs, blev den placeret ca. 5 m fra huset, men ved siden af en voksen frivillig person, der sad under et sengetøj. Mosclean-fælden udendørs blev opstillet 5 m fra huset med henblik på at fange myg, der flyver tæt på de menneskelige boliger. Fælderne var 150 cm over jorden, uanset om de var indendørs eller udendørs. Hver morgen blev de myg, der blev fanget indendørs og udendørs, sorteret efter taxa, køn og fysiologisk status, og antallet blev registreret og sammenlignet.

1. (iii)

   Test til sammenligning af Mosclean-fældernes, BG-Sentinel-fældernes og Suna-fældernes effektivitet i marken udendørs

Disse forsøg blev gennemført udendørs ved hjælp af et 4 × 4 latinsk firkantet design, hvor fældens placering blev tildelt tilfældigt ved starten af hver runde af fire prøveudtagningsnætter. Der blev anvendt to varianter af Mosclean-fælden, den ene suppleret med CO2-gas fra gær-molasse-fermentering og den anden uden yderligere CO2. Der blev udpeget fire steder i hver af de to landsbyer med ca. 100 m mellemrum. De fire fældetyper, standard Mosclean-fælden uden yderligere lokkemad, Mosclean-fælden med CO2-betændelse, Suna-fælden med CO2-betændelse og BG-Sentinel-fælden med CO2-betændelse, blev roteret hver nat mellem de fire udendørs lokaliteter i løbet af fire nattecyklusser. Hver morgen blev myggene, der blev fanget i hver fælde, sorteret efter taxa, køn og fysiologisk status, og antallet blev registreret og sammenlignet. Forsøgene blev gennemført i den tørre sæson fra juni 2017 til februar 2018.

1. iv)

   Vurdering af andelen af parøse og andelen af inseminerede Anopheles-hunner i Mosclean-fælder og CDC-lysfælder

Der blev udtaget stikprøver af myg i fire forskellige huse i en landsby i 20 nætter. Alle indsamlede hunmyg af An. arabiensis-myg blev dissekeret. Tilsvarende fangst blev foretaget med CDC-lysfælder, og myggene blev dissekeret under stereolysmikroskop, således at paritet og befrugtningsrater kunne sammenlignes.

De dissekerede æggestokke eller spermatheca blev observeret ved 10× forstørrelse under et sammensat mikroskop. Paritetsstatus blev bekræftet ved tilstedeværelsen af strakte ovariole tracheoler (parøse hunner) eller sammenrullede tracheolarstrenge (nulliparøse hunner), som nærmere beskrevet . Insemination blev bekræftet ved at observere, om spermatekerne var fyldte eller ufyldte .

Dataanalyse

Data blev analyseret ved hjælp af statistisk software med åben kildekode, R v.3.5.0 . Mosclean-fældens effektivitet blev sammenlignet med de andre fælders effektivitet ved at tilpasse generalized linear mixed modes (GLMM) ved hjælp af pakken lme4 . Antallet af myg af forskellige arter blev modelleret efter negative binomialfordelinger med fældetypen som hovedeffekt. Forsøgsdage og hytte-ID blev medtaget som en tilfældig term for at tage højde for uforklarlige variationer inden for dage og hytter. Graferne blev oprettet i pakken ggplot2 . Logistisk regression blev anvendt til at vurdere paritet og inseminationsrater mellem CDC-light-fælden og Mosclean-fælden. Der blev anvendt en likelihood ratio-test for at kontrollere effekten af tilfældige effekter.