Evaluation of an ultraviolet LED trap for catching Anopheles and Culex mosquitoes in south-eastern Tanzania

Description of the semi-field system and study areas for field experiments

Experiments were conducted under both semi-field and field settings. Minden félmezős kísérletet egy nagy, többkamrás szűrőházban (28,8 × 21 m) végeztek az Ifakara Egészségügyi Intézetben , Ifakara, Tanzánia. Egy 9,6 × 21 m-es rekeszt használtunk, amelyben két kísérleti kunyhó volt, különböző növényzetből és kavicsokból álló házkörüli területtel, hogy utánozzuk a helyi lakóhelyet és ökológiai berendezkedést.

A szabadföldi vizsgálatokat Ulanga körzet falvaiban végeztük, Tanzánia délkeleti részén, Ifakara városától mintegy 20 km-re délre (1. ábra). A terület a Kilombero árterületen fekszik az északi Udzungwa-hegység és a déli Mahenge-hegység között. A fő gazdasági tevékenységek közé tartozik a mezőgazdaság (főként rizs és kukorica termesztése), a halászat és a kisipari kereskedelem. Az éves csapadékmennyiség 1200 és 1800 mm, a hőmérséklet 22 és 32,6 °C között mozog. A rövid esőzések novembertől decemberig, míg a hosszú esőzések március és június között fordulnak elő.

Szúnyogok

A felhasznált szúnyogok az Anopheles arabiensis Ifakara törzsének kolóniáiból származnak, amelyeket eredetileg 2009-ben állítottak fel az Ifakara várostól mintegy 25 km-re délre fekvő Lupiro faluból származó példányokból. A kolóniát 27 ± 2 °C-on és 75 ± 10% relatív páratartalomban (RH) tartották a Batista et al. által korábban leírtak szerint. A lárvákat műanyag medencékben nevelik, és naponta kétszer Tetramin® haltáppal (Tetra GmbH, Melle, Németország) etetik. A kifejlett egyedeket 10%-os glükózoldattal etetik. A kolónia fenntartása során a nőstényeknek emberi önkéntes karokon keresztül ad libitum vérétkezést is adtak. A terepi tesztek azonban a vizsgált falvak különböző fajaihoz tartozó, szabadon repülő vadon élő szúnyogokat célozták meg.

Szúnyogcsapdák és csalétek

A fő tesztjelölt csapda a Mosclean csapda volt, amely 365 nm UV sugárzást bocsát ki a violeds™ technológiával, és a TiO2 lemezek felületén fotokatalitikus reakció révén CO2-gázt termel. A csapda mérete 20 cm (átmérő) és 28,8 cm (magasság), és egyen- vagy váltóárammal működik. Működhet kis hordozható napelemekkel, amelyekkel egy hordozható tápegységet lehet feltölteni olyan helyeken, ahol nincs áram.

Amint a 2a. ábrán látható, a csapda öt komponensből áll: (i) tetőlemez, amely rendelkezik egy függesztőcímkével a csapda felakasztásához és egy árnyékolóval az UV LED-ek teljesítményének optimalizálása érdekében; (ii) egy kis teljesítményű, alacsony zajszintű és nagy hatékonyságú ventilátor a szúnyogszíváshoz; (iii) egy UV LED-lemez, amely 365 nm hullámhosszon ultraibolya fényt bocsát ki a szúnyogok vonzására; (iv) egy tartály a csapdába esett szúnyogok befogására; és (v) egy fotokatalizátor, amely a gyártó szerint CO2-gázt bocsát ki a szúnyogok vonzásának kiegészítésére. Kísérleteink során nem vizsgáltuk e csapdák CO2-termelését, hanem a csapdákat úgy értékeltük, ahogyan azokat a gyártótól kaptuk.

A Mosclean csapda csapdázási hatékonyságát összehasonlítottuk más meglévő csapdákéval, amelyeket általában beltéri és kültéri Anopheles és Culicine szúnyogok mintavételezésére használnak. Az első csapda a CDC-fénycsapda volt, amelyet széles körben használnak beltéri szúnyogok csapdázására . A CDC-fénycsapda izzólámpát használ fő vonzóanyagként, és egy elemmel működő motoros ventilátorral működik. A második a BG-Sentinel csapda (Biogents GmbH, Regensburg, Németország) volt. A csapda egy sötétkék összecsukható vödörből, egy fehér perforált fedélből, egy szívótölcsérből, egy fogózsákból és egy elemmel működő ventilátorból áll. Átmérője 36 cm, magassága 40 cm. Az utolsó összehasonlító csapda a Suna csapda (Biogents GmbH) volt, amely 52 cm átmérőjű és 39 cm magas, és szintén akkumulátorral működik. A Suna csapdát először 2014-ben írták le és optimalizálták Nyugat-Kenyában, és nagy hatékonyságot mutatott az An. funestus szúnyogok ellen Rusinga szigetén . A közelmúltban Malawiban használták beltéri és kültéri szúnyogok mintavételére .

A BG-Sentinel és a Suna csapdákat is gyakran használják kültéri szúnyogok mintavételére, és gyakran saját fejlesztésű BG csalival, CO2 gázzal vagy más csalikkal csalogatják őket . Ebben a vizsgálatban a CO2-t szükség esetén élesztő-molasz erjesztésből nyerték, és a különböző összehasonlító csapdákban használták az alábbiakban részletezett módon. Az élesztő-melasz keveréket a kísérletek megkezdése előtt 30 perccel 40 g pékélesztő és 500 ml melasz 2 liter vízben feloldott keverékével készítettük el, és a kiáramló gázokat műanyag csöveken keresztül juttattuk a csapdákba. Standard referenciaként a felnőtt férfi önkéntesek által végzett HLCs-t is használták a félig szabadföldi vizsgálatokban, de a szabadföldi vizsgálatokban nem, mivel a vadon élő szúnyogok fertőzőek lehetnek.

Vizsgálati eljárások

Félmezei tesztek a Mosclean csapda, a CDC-fénycsapda, az emberi leszálló csapdák (HLC), a BG-Sentinel csapda és a Suna csapda csapdák csapdázási hatékonyságának összehasonlítására

A kísérleteket minden éjszaka 18:00 és 06:00 óra között a félmezei rekeszekben végeztük. Minden éjszaka 400, laboratóriumban nevelt, 3-6 napos korú, korábban nem vérrel táplált, nullipara nőstény An. arabiensis egyedet engedtünk szabadon a szűrőházi kamrában. A vizsgált szúnyogokat minden vizsgálat előtt 6 órán át éheztették, és a vizsgálatok megkezdése előtt 30 perccel engedték be őket a kamrákba, hogy akklimatizálódjanak a környezethez. A fülkéket minden reggel megtisztították (Prokopack szívóberendezéssel), és a csapdákat figyelemmel kísérték az optimális működés érdekében.

1. i)

   A Mosclean-csapda és a CDC-fénycsapda összehasonlítására irányuló tesztek, amelyekben csaliként ágyháló alatt lévő emberi gazdatestet használtunk

Először is összehasonlítottuk a Mosclean-csapdát a CDC-fénycsapdával a beltéri csapdázásra irányuló tesztek során, amikor a két csapda ugyanazon éjszakákon ugyanabban a kamrában volt, úgy, hogy a csapdák ugyanazokért a szúnyogokért versenyeztek. Az egyik Mosclean-csapdát az egyik kísérleti kunyhó belsejében függesztettük fel, egy kezeletlen háló mellett, amelyben egy alvó felnőtt férfi önkéntes tartózkodott (3b. ábra). Hasonlóképpen, egy CDC-fénycsapdát a másik kunyhóban függesztettek fel, szintén egy önkéntes által elfoglalt háló mellé (3a. ábra). A csapdák mindkettő 150 cm magasan volt a föld felett és közel az önkéntesek lábához. A CDC-fénycsapdát és a Mosclean-csapdát éjszakánként váltogatták a kunyhók között, hogy elkerüljék a helyzeti torzítást. Az önkéntesek azonban megtartották pozíciójukat úgy, hogy egyéni eltérő vonzerejüket az adott kunyhó jellemzőivel kombinálva egyetlen kísérleti variációs forrást alkottak. Minden éjszaka 400 nőstény An. arabiensis szúnyogot engedtünk szabadon a félmezős kamrában lévő központi helyről, a két kunyhótól egyenlő távolságra. Az egyes csapdákban az éjszaka folyamán befogott szúnyogok teljes számát feljegyezték, és a csapdákat megtisztították. A vizsgálatot 12 éjszakán keresztül megismételtük, minden csapda hatszor volt mindkét kunyhóban.

1. (ii)

   A Mosclean csapdát és a HLC-ket összehasonlító tesztek, amelyekben csaliként ágyháló alatt lévő emberi gazdatestet használtak

A második tesztben a Mosclean csapdát és a HLC-ket hasonlították össze, szintén versenyszerűen. Az egyik kunyhóban egy Mosclean-csapdát helyeztek ki egy önkéntes által elfoglalt háló mellé a fentiek szerint (3b. ábra), míg a másik kunyhóban HLC-t végeztek ugyanazon az éjszakán egy felnőtt férfi önkéntes által. Az önkéntesek zárt térben ültek, nadrágjukat összehajtogatva, hogy a lábukra leszálló szúnyogokat szájszaggatóval elkapják. Így a két csapdázási módszer ugyanazokért a szúnyogokért versengett. A Mosclean csapdát és a HLC-t éjszakánként váltogatták a kunyhók között, de az önkéntesek ugyanabban a kunyhóban maradtak. Minden éjszaka 400 nőstény An. arabiensis szúnyogot engedtek szabadon a félmezős kamrában lévő központi helyről, a kunyhóktól egyenlő távolságra. A szúnyogok HLC vagy Mosclean csapdával történő fogását feljegyezték és összehasonlították. A tesztet 12 éjszakán keresztül ismételtük meg, minden módszer hatszor volt minden kunyhóban.

1. (iii)

   A Mosclean csapda és a HLC nem kompetitív tesztjei, csaliként ágyháló alatti emberi gazdatestet használva

A harmadik tesztben a Mosclean csapdát egymástól függetlenül teszteltük a HLC-vel szemben, külön éjszakákon, hogy elkerüljük a csapdák közötti közvetlen versenyt ugyanazon szúnyogokért. A csapdát az első (véletlenszerűen kiválasztott) kunyhóban helyezték el, majd a második éjszakán áthelyezték a második kunyhóba. A harmadik és negyedik éjszakán a HLC-t az első vagy a második kunyhóban végezték, véletlenszerű sorrendben. Ez a sorrend véletlenszerű volt, így a vizsgálati körök vagy a HLC-vel, vagy a Mosclean csapdával kezdődtek, és szintén hatszor ismétlődött. Minden éjszaka 400 nőstény An. arabiensis szúnyogot engedtünk szabadon a félmezős kamra belsejében lévő központi helyről. Az egyes csapdatípusok által az egyes éjszakákon fogott szúnyogok számát konkurens alternatíva hiányában összehasonlítva rögzítettük.

1. (iv)

   A Mosclean csapdát az általánosan használt kültéri csapdákkal közvetlenül összehasonlító tesztek, pl. Suna és BG-Sentinel csapdák

Az első három vizsgálattól eltérően ebben a kísérletben a szúnyogcsapdázást szabadtéren, de a félmezős kamrákban végeztük négy éjszakás ciklusokon keresztül, randomizált 4 × 4 latin négyzetes elrendezéssel. A Mosclean-csapda két különböző változatát használták, az elsőt minden további csali nélkül, a másodikat pedig élesztő-molasz erjesztésből származó további CO2-vel csalizva. A Suna csapdát (3d. ábra) és a BG-Sentinelt (3c. ábra) szintén élesztő-molasz erjesztésből származó CO2-vel csalizták. A négy csapdatípust, a standard Mosclean-csapdát, a CO2-csalázott Mosclean-csapdát, a CO2-csalázott Suna-csapdát és a CO2-csalázott BG-Sentinel-csapdát négy éjszakai cikluson keresztül véletlenszerűen váltogattuk éjszakánként a négy kültéri helyszínen a félmezős kamrában. Minden éjszaka összesen 600 An. arabiensis nőstényt engedtünk szabadon az egyes csapdahelyektől egyenlő távolságra lévő központi helyen, és minden reggel feljegyeztük a fogásokat. A kísérletet 28 éjszakán keresztül hétszer ismételték meg, amely során minden csapdatípus hétszer járt minden egyes helyszínen.

Mezei kísérletek a Mosclean-csapda, a CDC-fénycsapda, a BG-Sentinel-csapda és a Suna-csapda csapdázási hatékonyságának összehasonlítására

Négy különböző mezei kísérletet végeztünk az alábbiak szerint:

1. i)

   A Mosclean és a CDC-fénycsapda hatékonyságának összehasonlítása a beltéri gazdát kereső szúnyogok mintavételére

A vizsgált falvak mindegyikében véletlenszerűen kiválasztottunk négy házat, és a háztartás vezetőinek beleegyezését követően beszerveztük őket. Minden házban egy Mosclean-csapdát vagy CDC-fénycsapdát helyeztek el egy ágy mellett egy szobában, ahol egy felnőtt önkéntes aludt háló alatt. Mivel a rovarölőszerrel kezelt hálók lefedettsége > 90% volt ezekben a falvakban, vizsgálatunkat ezekkel végeztük, nem pedig a félmezős vizsgálatokban használt kezeletlen hálókkal. A csapdaelosztási ütemterv alapján az 1., 2., 3. és 4. kunyhó a két csapdatípus valamelyikét kapta. A csapdákhoz nem adtunk további csalikat. A csapdákat (1. Mosclean-csapda, 2. Mosclean-csapda, 1. CDC-fénycsapda és 2. CDC-fénycsapda) 12 éjszakán keresztül minden éjjel váltogatták az egyes házak között, egy 4 × 4 latin négyzet alakú, négyszer megismételt elrendezés szerint. A vizsgálatok minden éjszaka 18:00 órától 06:00 óráig tartottak. Mind a Mosclean-, mind a CDC-fénycsapdákat 150 cm-rel a talaj fölé, az alvók lábai felé függesztették fel. Az egyes csapdák által minden éjjel befogott szúnyogokat taxonok, nemek és fiziológiai állapot szerint válogattuk, majd megszámoltuk és feljegyeztük.

1. (ii)

   A Mosclean csapda teljesítményének összehasonlítása beltéri és kültéri használat esetén

A maláriavektorok csípési kockázatát mérő tanulmányokban általában a beltéri és a kültéri csípések arányát értékelik, hogy meghatározzák, hol nagyobb a csípési kockázat, és hogy az olyan beavatkozások, mint az ITN és az IRS, a teljes expozíciós spektrumot lefedik-e. Ez az összehasonlítás azt mutatja, hogy a csípés kockázata milyen mértékű. Sajnos a közelmúltbeli innovációk, például az elektromos rácsos csapdák és az emberrel csalizott kettős hálós csapdák ellenére a HLC-ken kívül nincsenek olyan megfelelő csapdázási rendszerek, amelyek következetesen és pontosan értékelnék ezeket az arányokat. A Mosclean csapdát ezért értékelték annak megállapítására, hogy alkalmas-e beltéri és kültéri gyűjtésekre egyaránt. Minden faluban négy háztartást választottak ki véletlenszerűen, és a háztartásfő beleegyezését követően toborozták őket. Ezután a Mosclean-csapdákat vagy beltéren, vagy kültéren állították fel az egyes házaknál. Beltéri használat esetén a csapdát egy elfoglalt ágyháló mellett helyezték el. Kültéri használat esetén azonban a csapdát a háztól kb. 5 méterre, de egy felnőtt önkéntes mellett helyezték el, aki egy háló alatt ült. A kültéri Mosclean-csapdát a háztól 5 m-re helyezték el, azzal a céllal, hogy az emberi lakások közelében repülő szúnyogokat fogják el. A csapdák 150 cm magasan voltak a talaj felett, akár beltéren, akár kültéren. Minden reggel a beltéren és kültéren befogott szúnyogokat taxonok, nemek és fiziológiai állapot szerint válogattuk, és a számokat feljegyeztük és összehasonlítottuk.

1. iii)

   Kísérletek a Mosclean, BG-Sentinel és Suna csapdák terepi hatékonyságának összehasonlítására kültéren

Ezeket a kísérleteket kültéren végeztük egy 4 × 4 latin négyzetes elrendezéssel, amelyben a csapdák helyét véletlenszerűen osztottuk ki a négy mintavételi éjszaka minden egyes fordulójának kezdetén. A Mosclean csapda két változatát használtuk, az egyiket élesztő-molasz erjesztésből származó CO2 gázzal egészítettük ki, a másikat pedig további CO2 nélkül. Mindkét faluban négy helyet határoztak meg, egymástól körülbelül 100 m távolságra. A négy csapdatípust, a standard Mosclean-csapdát kiegészítő csali nélkül, a CO2-családdal ellátott Mosclean-csapdát, a CO2-családdal ellátott Suna-csapdát és a CO2-családdal ellátott BG-Sentinel-csapdát négy éjszakai cikluson keresztül, éjszakánként váltogatták a négy szabadtéri helyszín között. Minden reggel az egyes csapdák által befogott szúnyogokat taxonok, nemek és fiziológiai állapot szerint osztályoztuk, és a számokat feljegyeztük és összehasonlítottuk. A vizsgálatokat a 2017 júniusától 2018 februárjáig tartó száraz évszakban végeztük.

1. iv)

   A parúz és a megtermékenyített nőstény Anopheles szúnyogok arányának felmérése a Mosclean csapda és a CDC fénycsapda fogásaiban

A szúnyogokat egy falu négy különböző házában 20 éjszakán át gyűjtötték. Az összes begyűjtött nőstény An. arabiensis szúnyogot felboncolták. Hasonló csapdázást végeztünk CDC-fénycsapdákkal, és a szúnyogokat sztereó fénymikroszkópok alatt boncoltuk fel, hogy a paritás és a megtermékenyítési arányok összehasonlíthatók legyenek.

A felboncolt petefészkeket vagy spermathecákat 10×-es nagyításban, összetett mikroszkóp alatt figyeltük meg. A paritási státuszt a megnyúlt petefészek-tracheolák (parás nőstények) vagy feltekeredett tracheoláris nyalábok (nulliparás nőstények) jelenléte alapján igazoltuk, a részleteknek megfelelően. A megtermékenyítést azzal igazolták, hogy megfigyelték, hogy a spermatheca kitöltött vagy kitöltetlen volt-e.

Adatok elemzése

Az adatokat az R v.3.5.0 nyílt forráskódú statisztikai szoftverrel elemezték. A Mosclean csapda hatékonyságát a többi csapda hatékonyságával hasonlítottuk össze általános lineáris kevert móduszok (GLMM) illesztésével az lme4 csomag segítségével. A különböző fajokhoz tartozó szúnyogok számát negatív binomiális eloszlások szerint modelleztük, a csapda típusával mint fő hatással. A kísérleti napokat és a kunyhó azonosítóját véletlen terminusként vettük figyelembe, hogy figyelembe vegyük a napokon és kunyhókon belüli megmagyarázhatatlan eltéréseket. A grafikonokat a ggplot2 csomaggal készítettük. Logisztikus regressziót használtunk a CDC-fénycsapda és a Mosclean-csapda közötti paritási és megtermékenyítési arányok értékelésére. A véletlen hatás hatásának ellenőrzésére likelihood ratio tesztet alkalmaztunk.