Evaluierung einer ultravioletten LED-Falle zum Fang von Anopheles- und Culex-Mücken im Südosten Tansanias

Beschreibung des Halbfeldsystems und der Untersuchungsgebiete für die Feldexperimente

Die Experimente wurden sowohl im Halbfeld als auch im Feld durchgeführt. Alle Halbfeldversuche wurden in einem großen Mehrkammer-Schirmhaus (28,8 × 21 m) am Ifakara Health Institute , Ifakara, Tansania durchgeführt. Wir benutzten ein 9,6 × 21 m großes Kompartiment, in dem sich zwei Versuchshütten mit einem angrenzenden Bereich befanden, der aus verschiedenen Vegetationstypen und Kieselsteinen bestand, um die örtlichen Behausungen und ökologischen Gegebenheiten nachzuahmen.

Die Feldversuche wurden in Dörfern im Ulanga-Distrikt im Südosten Tansanias durchgeführt, etwa 20 km südlich der Stadt Ifakara (Abb. 1). Das Gebiet liegt in den Kilombero-Flutebenen zwischen den Udzungwa-Bergen im Norden und den Mahenge-Hügeln im Süden. Zu den wichtigsten Wirtschaftstätigkeiten gehören Landwirtschaft (vor allem Reis- und Maisanbau), Fischerei und Kleinhandel. Die jährliche Niederschlagsmenge liegt zwischen 1200 und 1800 mm und die Temperaturen zwischen 22 und 32,6 °C. Kurze Regenfälle treten von November bis Dezember auf, lange Regenfälle zwischen März und Juni.

Moskitos

Die verwendeten Moskitos stammten aus Kolonien des Ifakara-Stammes von Anopheles arabiensis, die ursprünglich 2009 mit Exemplaren aus dem Dorf Lupiro, etwa 25 km südlich der Stadt Ifakara, gegründet wurden. Die Kolonie wird bei 27 ± 2 °C und 75 ± 10 % relativer Luftfeuchtigkeit (RH) gehalten, wie zuvor von Batista et al. beschrieben. Die Larven werden in Plastikbecken aufgezogen und zweimal täglich mit Tetramin® Fischfutter (Tetra GmbH, Melle, Deutschland) gefüttert. Adulte Tiere werden mit einer 10%igen Glukoselösung gefüttert. Zur Aufrechterhaltung der Kolonie wurden den Weibchen außerdem ad libitum Blutmahlzeiten über die Arme menschlicher Freiwilliger verabreicht. Die Feldversuche zielten jedoch auf frei fliegende, wild lebende Mücken verschiedener Arten aus den Studiendörfern ab.

Moskito-Fallen und -Köder

Die wichtigste Testfalle war die Mosclean-Falle, die mit Hilfe der violeds™-Technologie 365 nm UV-Licht emittiert und über eine photokatalytische Reaktion auf den TiO2-Plattenoberflächen CO2-Gas erzeugt. Die Falle misst 20 cm (Durchmesser) und 28,8 cm (Höhe) und wird entweder mit Gleich- oder Wechselstrom betrieben. Sie kann mit kleinen tragbaren Solarzellen betrieben werden, um ein tragbares Netzteil für den Einsatz an Orten ohne Stromanschluss aufzuladen.

Wie in Abb. 2a gezeigt, besteht die Falle aus fünf Komponenten: (i) eine Dachplatte mit einer Aufhängung zum Aufhängen der Falle und einem Schatten, um die Leistung der UV-LEDs zu optimieren; (ii) ein stromsparendes, geräuscharmes und hocheffizientes Gebläse zum Ansaugen der Mücken; (iii) eine UV-LED-Platte, die ultraviolettes Licht mit einer Wellenlänge von 365 nm ausstrahlt, um die Mücken anzulocken; (iv) einen Behälter zum Einfangen der gefangenen Mücken; und (v) einen Photokatalysator, der laut Hersteller CO2-Gas freisetzt, um die Anziehung der Mücken zu ergänzen. Wir haben die CO2-Produktion dieser Fallen in unseren Versuchen nicht getestet, sondern die Fallen so bewertet, wie sie vom Hersteller geliefert wurden.

Die Fangeffizienz der Mosclean-Falle wurde mit der anderer bestehender Fallen verglichen, die üblicherweise für die Probenahme von Anopheles- und Culicine-Mücken in Innenräumen und im Freien verwendet werden. Die erste Falle war die CDC-Lichtfalle, die häufig für den Fang von Stechmücken in Innenräumen verwendet wird. Die CDC-Lichtfalle verwendet eine Glühbirne als Hauptlockmittel und wird mit einem batteriebetriebenen Motorventilator betrieben. Die zweite Falle war die BG-Sentinel-Falle (Biogents GmbH, Regensburg, Deutschland). Die Falle besteht aus einem dunkelblauen, faltbaren Eimer, einem weißen, perforierten Deckel, einem Einlauftrichter, einem Fangsack und einem batteriebetriebenen Ventilator. Sie hat einen Durchmesser von 36 cm und eine Höhe von 40 cm. Die letzte Vergleichsfalle war die Suna-Falle (Biogents GmbH), die einen Durchmesser von 52 cm und eine Höhe von 39 cm hat und ebenfalls mit einer Batterie betrieben wird. Die Suna-Falle wurde erstmals 2014 im Westen Kenias beschrieben und optimiert und zeigte eine hohe Wirksamkeit gegen An. funestus-Mücken auf der Insel Rusinga. Kürzlich wurde sie in Malawi zur Probenahme von Stechmücken im Innen- und Außenbereich eingesetzt.

Sowohl die BG-Sentinel- als auch die Suna-Falle werden üblicherweise zur Probenahme von Stechmücken im Außenbereich eingesetzt und häufig mit proprietären BG-Ködern, CO2-Gas oder anderen Ködern versehen. In dieser Studie wurde CO2 bei Bedarf durch Hefe-Melasse-Gärung gewonnen und in den verschiedenen Vergleichsfallen wie unten beschrieben verwendet. Die Hefe-Melasse-Mischung wurde 30 Minuten vor Beginn der Experimente durch Mischen von 40 g Bäckerhefe und 500 ml Melasse in 2 l Wasser zubereitet, und die austretenden Gase wurden über Kunststoffschläuche zu den Fallen geleitet. Als Standardreferenz wurde HLCs, durchgeführt von erwachsenen männlichen Freiwilligen, auch in Halbfeldtests verwendet, jedoch nicht in den Feldtests, da die wilden Mücken infektiös sein könnten.

Studienverfahren

Semifeldversuche zum Vergleich der Fangeffizienz der Mosclean-Falle, der CDC-Lichtfalle, der Human Landing Catches (HLC), der BG-Sentinel-Falle und der Suna-Falle

Die Versuche wurden jede Nacht von 18:00 bis 06:00 Uhr in den Halbfeldabteilen durchgeführt. Jede Nacht wurden 400 nullipare, im Labor aufgezogene weibliche An. arabiensis im Alter von 3 bis 6 Tagen, die zuvor nicht mit Blut gefüttert worden waren, in die Kammer des Siebhauses freigelassen. Die Testmücken wurden vor jedem Test 6 Stunden lang ausgehungert und 30 Minuten vor Beginn der Tests in die Kammern entlassen, um sich an die Umgebung zu akklimatisieren. Die Hütten wurden jeden Morgen gereinigt (mit einem Prokopack-Absauger) und die Fallen auf optimale Funktionstüchtigkeit überwacht.

1. (i)

   Tests zum Vergleich der Mosclean-Falle und der CDC-Light-Falle unter Verwendung eines menschlichen Wirts unter einem Moskitonetz als Köder

Zunächst verglichen wir die Mosclean-Falle mit der CDC-Light-Falle für den Fang in Innenräumen in Tests mit den beiden Fallen in derselben Kammer in denselben Nächten, so dass die Fallen um dieselben Mücken konkurrierten. Eine Mosclean-Falle wurde in einer der Versuchshütten neben einem unbehandelten Bettnetz aufgehängt, in dem ein erwachsener männlicher Proband schlief (Abb. 3b). In ähnlicher Weise wurde eine CDC-Light-Falle in der anderen Hütte aufgehängt, ebenfalls neben einem von einem Probanden besetzten Bettnetz (Abb. 3a). Die Fallen befanden sich beide 150 cm über dem Boden und nahe an den Füßen der Probanden. Die CDC-Lichtfalle und die Mosclean-Falle wurden nachts zwischen den Hütten gewechselt, um eine Verzerrung der Position zu vermeiden. Die Probanden behielten jedoch ihre Positionen bei, so dass ihre individuelle unterschiedliche Attraktivität mit den jeweiligen Hüttenmerkmalen kombiniert wurde, um eine einzige Quelle der experimentellen Variation zu bilden. Jede Nacht wurden 400 weibliche An. arabiensis-Mücken an einer zentralen Stelle in der Halbfeldkammer in gleichem Abstand zu den beiden Hütten freigelassen. Die Gesamtzahl der über Nacht in jeder Falle gefangenen Mücken wurde aufgezeichnet und die Fallen gereinigt. Der Versuch wurde in 12 Nächten wiederholt, wobei jede Falle sechsmal in jeder Hütte aufgestellt wurde.

1. (ii)

   Tests zum Vergleich der Mosclean-Falle und der HLCs unter Verwendung eines menschlichen Wirtes unter einem Bettnetz als Köder

Im zweiten Test wurden die Mosclean-Falle und die HLCs verglichen, ebenfalls in einem Wettbewerb. In einer Hütte wurde eine Mosclean-Falle wie oben beschrieben neben einem von einem Freiwilligen besetzten Netz aufgestellt (Abb. 3b), während in der zweiten Hütte in der gleichen Nacht ein erwachsener männlicher Freiwilliger einen HLC durchführte. Die Freiwilligen saßen in der Hütte und klappten ihre Hosen zusammen, um die Mücken, die auf ihren Beinen landeten, mit Hilfe von Saugnäpfen aufzufangen. Auf diese Weise konkurrierten die beiden Fangmethoden um dieselben Mücken. Die Mosclean-Falle und der HLC wurden nachts abwechselnd in den Hütten aufgestellt, aber die Freiwilligen blieben in denselben Hütten. Jede Nacht wurden 400 weibliche An. arabiensis-Mücken an einer zentralen Stelle in der Halbfeldkammer in gleichem Abstand zu den Hütten freigelassen. Die Mückenfänge mit der HLC- oder der Mosclean-Falle wurden aufgezeichnet und verglichen. Der Test wurde in 12 Nächten wiederholt, wobei jede Methode in jeder Hütte sechsmal zum Einsatz kam.

1. (iii)

   Nicht konkurrierende Tests der Mosclean-Falle und der HLCs unter Verwendung eines menschlichen Wirtes unter einem Bettnetz als Köder

Im dritten Test wurde die Mosclean-Falle unabhängig von der HLC in getrennten Nächten getestet, um eine direkte Konkurrenz zwischen den Fallen um dieselben Mücken zu vermeiden. Die Falle wurde in der ersten Hütte (zufällig ausgewählt) aufgestellt und in der zweiten Nacht in die zweite Hütte gebracht. In der dritten und vierten Nacht wurde die HLC entweder in der ersten oder der zweiten Hütte in zufälliger Reihenfolge aufgestellt. Diese Reihenfolge wurde zufällig gewählt, so dass die Versuchsreihen entweder mit HLC oder mit der Mosclean-Falle begannen, und wurde ebenfalls sechsmal wiederholt. Jede Nacht wurden 400 weibliche An. arabiensis-Mücken von einem zentralen Punkt in der Halbfeldkammer freigelassen. Die Anzahl der Mücken, die in jeder Nacht von jedem Fallentyp gefangen wurden, ohne dass es eine konkurrierende Alternative gab, wurde im Vergleich aufgezeichnet.

1. (iv)

   Tests zum direkten Vergleich der Mosclean-Falle mit den üblicherweise im Freien verwendeten Fallen, d.h. Suna- und BG-Sentinel-Fallen

Im Gegensatz zu den ersten drei Versuchen wurden die Moskitofallen in diesem Experiment im Freien, aber innerhalb der Halbfeldkammern über vier Nachtzyklen unter Verwendung eines randomisierten 4 × 4 lateinischen Quadrats durchgeführt. Es wurden zwei verschiedene Varianten der Mosclean-Falle verwendet, die erste ohne zusätzlichen Köder, die zweite mit zusätzlichem CO2 aus der Hefemolasse-Fermentation geködert. Die Suna-Falle (Abb. 3d) und die BG-Sentinel (Abb. 3c) wurden ebenfalls mit CO2 aus der Hefemolassegärung geködert. Die vier Fallentypen, die Standard-Mosclean-Falle, die CO2-geköderte Mosclean-Falle, die CO2-geköderte Suna-Falle und die CO2-geköderte BG-Sentinel-Falle, wurden nach dem Zufallsprinzip über vier Nächte hinweg an den vier Außenstandorten in der Halbfeldkammer aufgestellt. Insgesamt 600 weibliche An. arabiensis wurden jede Nacht an einem zentralen Ort in gleicher Entfernung von jeder Fallenposition freigelassen, und die Fänge wurden jeden Morgen aufgezeichnet. Der Versuch wurde sieben Mal über 28 Nächte wiederholt, wobei jeder Fallentyp sieben Mal an jedem Standort war.

Feldversuche zum Vergleich der Fangeffizienz der Mosclean-Falle, der CDC-Light-Falle, der BG-Sentinel-Falle und der Suna-Falle

Vier verschiedene Feldversuche wurden wie folgt durchgeführt:

1. (i)

   Vergleich der Wirksamkeit der Mosclean- und der CDC-Lichtfalle bei der Beprobung von Stechmücken in Innenräumen

In jedem der Studiendörfer wurden vier Häuser nach dem Zufallsprinzip ausgewählt und nach Einholung der Zustimmung der Haushaltsvorstände rekrutiert. In jeder Hütte wurde entweder eine Mosclean-Falle oder eine CDC-Lichtfalle neben einem Bett in einem Raum aufgestellt, in dem ein erwachsener Freiwilliger unter einem Moskitonetz schlief. Da die Abdeckung mit insektizidbehandelten Netzen in diesen Dörfern > 90 % betrug, führten wir unsere Studie mit diesen Netzen durch und nicht mit unbehandelten Netzen, wie sie in den Halbfeldtests verwendet wurden. Auf der Grundlage des Zuweisungsplans für die Fallen erhielten die Hütten 1, 2, 3 und 4 jeweils einen der beiden Fallentypen. Den Fallen wurden keine zusätzlichen Köder beigefügt. Die Fallen (1. Mosclean-Falle, 2. Mosclean-Falle, 1. CDC-Lichtfalle und 2. CDC-Lichtfalle) wurden in jeder Nacht zwischen den einzelnen Häusern über 12 Nächte hinweg in einem 4 × 4 lateinischen Quadratmuster mit vier Wiederholungen ausgetauscht. Die Versuche dauerten von 18:00 bis 06:00 Uhr pro Nacht. Sowohl die Mosclean- als auch die CDC-Light-Fallen wurden 150 cm über dem Boden aufgehängt, in Richtung der Füße der Schläfer. Die von jeder Falle gefangenen Mücken wurden jede Nacht nach Taxa, Geschlecht und physiologischem Status sortiert, dann gezählt und aufgezeichnet.

1. (ii)

   Vergleich der Leistung der Mosclean-Falle bei Verwendung in Innenräumen und im Freien

In Studien zur Messung des Malaria-Vektorstichrisikos ist es üblich, den Anteil der Stiche, die in Innenräumen auftreten, gegenüber dem Anteil, der im Freien auftritt, zu bewerten, um festzustellen, wo das Stichrisiko größer ist, und auch, ob Maßnahmen wie ITNs und IRS das gesamte Spektrum der Exposition abdecken. Leider gibt es trotz jüngster Innovationen wie der elektrischen Gitterfalle und der mit Ködern versehenen Doppelnetzfalle keine anderen geeigneten Fallensysteme als HLCs, mit denen sich diese Anteile konsistent und genau ermitteln lassen. Daher wurde die Mosclean-Falle daraufhin untersucht, ob sie sich für Sammlungen sowohl in Innenräumen als auch im Freien eignen würde. In jedem Dorf wurden vier Haushalte nach dem Zufallsprinzip ausgewählt und nach Zustimmung des Haushaltsvorstands rekrutiert. Die Mosclean-Fallen wurden dann in jedem der Häuser entweder drinnen oder draußen aufgestellt. Bei der Verwendung in Innenräumen wurde die Falle neben einem besetzten Bettnetz aufgestellt. Im Freien hingegen wurde die Falle etwa 5 m vom Haus entfernt aufgestellt, jedoch neben einem erwachsenen Freiwilligen, der unter einem Moskitonetz saß. Die Mosclean-Falle im Freien wurde 5 m vom Haus entfernt aufgestellt, um Stechmücken zu fangen, die in der Nähe der menschlichen Behausungen fliegen. Die Fallen befanden sich 150 cm über dem Boden, egal ob im Haus oder im Freien. Jeden Morgen wurden die im Haus und im Freien gefangenen Mücken nach Taxa, Geschlecht und physiologischem Status sortiert und die Zahlen erfasst und verglichen.

1. (iii)

   Vergleichsversuche zur Wirksamkeit der Mosclean-, BG-Sentinel- und Suna-Fallen im Freiland

Diese Versuche wurden im Freiland unter Verwendung eines 4 × 4 lateinischen Quadrats durchgeführt, wobei die Fallenstandorte zu Beginn jeder Runde von vier Probenahmenächten zufällig zugewiesen wurden. Es wurden zwei Varianten der Mosclean-Falle verwendet, eine mit CO2-Gas aus der Hefemolasse-Fermentation und eine ohne zusätzliches CO2. In jedem der beiden Dörfer wurden vier Standorte festgelegt, die etwa 100 m voneinander entfernt lagen. Die vier Fallentypen, die Standard-Mosclean-Falle ohne zusätzlichen Köder, die Mosclean-Falle mit CO2-Anreicherung, die Suna-Falle mit CO2-Anreicherung und die BG-Sentinel-Falle mit CO2-Anreicherung, wurden über vier Nächte hinweg abwechselnd an den vier Standorten im Freien aufgestellt. Jeden Morgen wurden die von den Fallen gefangenen Mücken nach Taxa, Geschlecht und physiologischem Zustand sortiert und die Zahlen erfasst und verglichen. Die Tests wurden in der Trockenzeit von Juni 2017 bis Februar 2018 durchgeführt.

1. (iv)

   Bewertung des Anteils der parous und des Anteils der befruchteten weiblichen Anopheles-Mücken in den Fängen der Mosclean-Falle und der CDC-Lichtfalle

Mücken wurden in vier verschiedenen Häusern in einem Dorf 20 Nächte lang beprobt. Alle gesammelten weiblichen An. arabiensis-Mücken wurden seziert. Ähnliche Fänge wurden mit CDC-Lichtfallen durchgeführt und die Mücken unter Stereolichtmikroskopen seziert, so dass die Parität und die Befruchtungsraten verglichen werden konnten.

Die sezierten Eierstöcke oder Spermatheken wurden bei 10facher Vergrößerung unter einem zusammengesetzten Mikroskop betrachtet. Der Paritätsstatus wurde durch das Vorhandensein von gestreckten Ovariole-Tracheolen (parous Weibchen) oder gewundenen Tracheolarsträngen (nulliparous Weibchen) bestätigt, wie beschrieben. Die Besamung wurde bestätigt, indem beobachtet wurde, ob die Spermatheken gefüllt oder ungefüllt waren.

Datenanalyse

Die Daten wurden mit der Open-Source-Statistiksoftware R v.3.5.0 ausgewertet. Die Wirksamkeit der Mosclean-Falle wurde mit derjenigen der anderen Fallen verglichen, indem verallgemeinerte lineare gemischte Modi (GLMM) mit dem Paket lme4 angepasst wurden. Die Anzahl der Stechmücken verschiedener Arten wurde anhand negativer Binomialverteilungen modelliert, wobei der Fallentyp als Haupteffekt diente. Versuchstage und Hütten-ID wurden als Zufallsterm einbezogen, um unerklärte Variationen innerhalb der Tage und Hütten zu berücksichtigen. Die Diagramme wurden mit dem Paket ggplot2 erstellt. Die logistische Regression wurde verwendet, um die Paritäts- und Besamungsraten zwischen der CDC-Light-Falle und der Mosclean-Falle zu bewerten. Ein Likelihood-Ratio-Test wurde verwendet, um die Wirkung des Zufallseffekts zu überprüfen.