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

Experimenten werden uitgevoerd onder zowel semi-veld als veld omstandigheden. Alle semi-veldproeven werden uitgevoerd in een groot schermhuis met meerdere kamers (28,8 × 21 m) in het Ifakara Health Institute , Ifakara, Tanzania. We gebruikten een compartiment van 9,6 × 21 m waarin zich twee experimentele hutten bevonden met een peri-huiselijke ruimte bestaande uit verschillende vegetatietypen en kiezels, om de plaatselijke huisvesting en ecologische opzet na te bootsen.

De veldproeven werden uitgevoerd in dorpen in het Ulanga district, zuidoostelijk Tanzania, ongeveer 20 km ten zuiden van de stad Ifakara (Fig. 1). Het gebied ligt op de Kilombero overstromingsvlakte tussen het Udzungwa gebergte in het noorden en de Mahenge heuvels in het zuiden. De belangrijkste economische activiteiten zijn landbouw (vooral rijst- en maïsteelt), visserij en kleinschalige handel. De jaarlijkse regenval varieert van 1200 tot 1800 mm en de temperatuur van 22 tot 32,6 °C. Korte regens vallen van november tot december, terwijl lange regens vallen tussen maart en juni.

Muggen

De gebruikte muggen waren afkomstig uit kolonies van de Ifakara stam van Anopheles arabiensis, oorspronkelijk opgericht in 2009 met specimens uit het dorp Lupiro, ongeveer 25 km ten zuiden van de stad Ifakara. De kolonie wordt gehouden bij 27 ± 2 °C en 75 ± 10% relatieve luchtvochtigheid (RH), zoals eerder beschreven door Batista et al. De larven worden gekweekt in plastic bassins en tweemaal per dag gevoederd met Tetramin® visvoer (Tetra GmbH, Melle, Duitsland). Volwassen dieren worden gevoed met 10% glucoseoplossing. Voor het onderhoud van de kolonie worden ook ad libitum bloedmaaltijden gegeven aan vrouwtjes via menselijke vrijwilligersarmen. De veldproeven waren echter gericht op vrij vliegende wilde muggen van verschillende soorten uit de studiedorpen.

Muggenvallen en lokmiddelen

De belangrijkste kandidaat-testval was de Mosclean-val, die 365 nm UV uitzendt met behulp van violeds™ technologie en CO2-gas genereert via een fotokatalytische reactie op de TiO2 plaatoppervlakken. De val meet 20 cm (diameter) en 28,8 cm (hoogte) en werkt zowel op gelijkstroom als op wisselstroom. Ze kan werken met kleine draagbare zonnecellen om een draagbaar stroompakket op te laden voor gebruik op plaatsen zonder elektriciteit.

Zoals te zien is in fig. 2a, bestaat de val uit vijf onderdelen: (i) dakplaat, die een ophanglabel heeft om de val op te hangen en een schaduw om de prestaties van de UV LED’s te optimaliseren; (ii) een low-power, low-noise en hoge efficiëntie ventilator voor het opzuigen van muggen; (iii) een UV LED plaat, die ultraviolet licht uitzendt bij een golflengte van 365 nm om muggen aan te trekken; (iv) een container voor het vangen van gevangen muggen; en (v) een fotokatalysator, die volgens de fabrikant CO2 gas afgeeft om het aantrekken van muggen aan te vullen. Wij hebben de CO2-productie door deze vallen tijdens onze experimenten niet getest, maar in plaats daarvan de vallen geëvalueerd zoals ze van de fabrikant werden verkregen.

De vangeffectiviteit van de Mosclean-val werd vergeleken met die van andere bestaande vallen die algemeen worden gebruikt voor het bemonsteren van Anopheles- en culicinemuggen binnens- en buitenshuis. De eerste val was de CDC-lichtval, die veel gebruikt wordt voor het vangen van binnenmuggen. De CDC-lichtval gebruikt een gloeilamp als voornaamste lokstof, en werkt op een gemotoriseerde ventilator die gevoed wordt door een batterij. De tweede was de BG-Sentinel val (Biogents GmbH, Regensburg, Duitsland) . De val bestaat uit een donkerblauwe opvouwbare emmer, een wit geperforeerd deksel, een inlaattrechter, een vangzak en een ventilator die wordt aangedreven door een batterij . De val heeft een diameter van 36 cm en is 40 cm hoog. De laatste vergelijkingsval was de Suna-val (Biogents GmbH), die een diameter van 52 cm en een hoogte van 39 cm heeft, en ook op batterijen werkt. De Suna val werd voor het eerst beschreven en geoptimaliseerd in West-Kenia in 2014 en toonde een hoge werkzaamheid tegen An. funestus muggen in Rusinga Island . Onlangs werd het gebruikt in Malawi om muggen binnen en buiten te bemonsteren .

Zowel de BG-Sentinel als de Suna-vallen worden vaak gebruikt voor het bemonsteren van muggen buiten, en zijn vaak aas met eigen BG-lokstof, CO2-gas of andere lokmiddelen . In deze studie werd CO2 verkregen, wanneer nodig, uit fermentatie van gist-melasse, en gebruikt in de verschillende vergelijkingsvallen zoals hieronder beschreven. Het gist-melasse mengsel werd 30 minuten voor het begin van de experimenten bereid door het mengen van 40 g bakkersgist en 500 ml melasse opgelost in 2 L water, en de uitstromende gassen werden via plastic slangen naar de vallen geleid. Als standaardreferentie werd HLCs, uitgevoerd door volwassen mannelijke vrijwilligers, ook gebruikt in semi-veldproeven, maar niet in de veldproeven omdat de wilde muggen besmettelijk zouden kunnen zijn.

Studieprocedures

Semiveldproeven om de vangefficiëntie van de Mosclean val, CDC-light val, menselijke landingsvang (HLC), BG-Sentinel val en Suna val te vergelijken

De experimenten werden uitgevoerd binnen de semi-veld compartimenten elke nacht van 18:00 tot 06:00 h. Elke nacht werden 400 in het laboratorium opgefokte vrouwelijke An. arabiensis van 3-6 dagen oud en niet eerder met bloed gevoed, losgelaten in de serre-kamer. De testmuggen werden 6 uur voor elke test uitgehongerd en 30 minuten voor het begin van de test losgelaten in de hutten om te acclimatiseren in de omgeving. De hutten werden elke ochtend schoongemaakt (met een Prokopack aspirator) en de vallen werden gecontroleerd op een optimale werking.

1. (i)

   Tests om de Mosclean val en de CDC-light val te vergelijken met behulp van een menselijke gastheer onder een bednetje als lokaas

Eerst vergeleken we de Mosclean val met de CDC-light val voor het vangen binnenshuis in tests met de twee vallen in dezelfde kamer op dezelfde nachten, zodat de vallen concurreerden om dezelfde muggen. Een Mosclean val werd opgehangen in een van de experimentele hutten, naast een onbehandeld bednet waarop een slapende volwassen vrijwilliger lag (Fig. 3b). Evenzo werd een CDC-lichtval opgehangen in de andere hut, ook naast een door een vrijwilliger bezet bednet (Fig. 3a). De vallen bevonden zich beide 150 cm boven de grond en dicht bij de voeten van de vrijwilligers. De CDC-lichtval en de Mosclean-val werden ’s nachts tussen de hutten afgewisseld om vertekening van de positie te voorkomen. De vrijwilligers behielden echter hun positie, zodat hun individuele aantrekkingskracht gecombineerd werd met de karakteristieken van de hutten, en zo één enkele bron van experimentele variatie vormde. Elke nacht werden 400 vrouwelijke An. arabiensis muggen losgelaten op een centrale plaats in de semi-veld kamer, op gelijke afstand van de twee hutten. Het totale aantal muggen dat ’s nachts in elke val gevangen werd, werd genoteerd en de vallen werden schoongemaakt. De test werd herhaald gedurende 12 nachten, waarbij elke val zesmaal in elke hut werd geplaatst.

1. ii)

   Tests om de Mosclean val en HLC’s te vergelijken met gebruikmaking van menselijke gastheer onder een bednetje als lokaas

De tweede test vergeleek de Mosclean val en HLC’s, ook op een competitieve manier. In één hut werd een Mosclean val geplaatst naast een door een vrijwilliger bezet net, zoals hierboven (Fig. 3b), terwijl in de tweede hut de HLC werd uitgevoerd op dezelfde nacht door een volwassen mannelijke vrijwilliger. De vrijwilligers zaten binnen en vouwden hun broek op om muggen te vangen die op hun benen landden met behulp van mondzuigers. Op deze manier concurreerden de twee vangmethoden om dezelfde muggen. De Mosclean val en HLC werden ’s nachts afgewisseld tussen de hutten, maar de vrijwilligers bleven in dezelfde hutten. Elke nacht werden 400 vrouwelijke An. arabiensis muggen losgelaten vanuit een centrale locatie in de semi-veldkamer, op gelijke afstand van de hutten. De muggenvangst met de HLC of de Mosclean val werd geregistreerd en vergeleken. De test werd herhaald gedurende 12 nachten, waarbij elke methode zes maal in elke hut werd gebruikt.

1. (iii)

   Niet-concurrerende tests van de Mosclean val en HLC’s, met als lokaas een menselijke gastheer onder een bednetje

In de derde test werd de Mosclean val onafhankelijk van de HLC getest gedurende afzonderlijke nachten om directe concurrentie tussen de vallen voor dezelfde muggen te vermijden. De val werd opgezet in de eerste hut (willekeurig gekozen) en vervolgens verplaatst naar de tweede hut tijdens de tweede nacht. Tijdens de derde en vierde nacht werd de HLC uitgevoerd in de eerste of de tweede hut in een willekeurige volgorde. Deze volgorde werd gerandomiseerd, zodat de testrondes begonnen met ofwel HLC ofwel de Mosclean val, en werd ook zes keer herhaald. Elke nacht werden 400 vrouwelijke An. arabiensis muggen losgelaten vanuit een centrale locatie in de semi-veldkamer. De aantallen muggen die elke nacht werden gevangen door elk van de vallentypen werden vergeleken.

1. (iv)

   Tests om de Mosclean val direct te vergelijken met algemeen gebruikte buitenvallen, d.w.z. Suna en BG-Sentinel vallen

In tegenstelling tot de eerste drie proeven werden de muggen in dit experiment buiten maar binnen de semi-veldkamers gevangen gedurende cycli van vier nachten volgens een gerandomiseerd 4 × 4 Latijns vierkant ontwerp. Twee verschillende varianten van de Mosclean val werden gebruikt, de eerste zonder extra lokaas, en de tweede met extra CO2 afkomstig van fermentatie van gist-melasse. De Suna-val (Fig. 3d) en de BG-Sentinel-val (Fig. 3c) werden ook geaasd met CO2 afkomstig van fermentatie van gist-melasse. De vier soorten vallen, de standaard Mosclean val, de CO2-bemaaide Mosclean val, de CO2-bemaaide Suna val en de CO2-bemaaide BG-Sentinel val, werden ’s nachts willekeurig afgewisseld over de vier buitenlocaties in de semiveldkamer gedurende vier nachtcycli. In totaal werden 600 vrouwelijke An. arabiensis elke nacht losgelaten op een centrale plaats op gelijke afstand van elke valpositie en de vangsten werden elke ochtend geregistreerd. Het experiment werd zeven maal herhaald over 28 nachten, gedurende welke elk type val zeven maal op elke plaats was geweest.

Veldproeven ter vergelijking van de vangefficiëntie van de Mosclean-val, de CDC-light-val, de BG-Sentinel-val en de Suna-val

Vier verschillende veldexperimenten werden als volgt uitgevoerd:

1. (i)

   Vergelijking van de doeltreffendheid van de Mosclean en CDC-light vallen voor het bemonsteren van muggen die binnenshuis gastheren zoeken

Vier huizen werden willekeurig geselecteerd in elk van de studiedorpen en gerekruteerd na toestemming te hebben verkregen van de gezinshoofden. In elk huis werd een Mosclean val of een CDC-light val geplaatst naast een bed in een kamer waar een volwassen vrijwilliger sliep onder een bednetje. Aangezien de dekking van met insecticide behandelde netten in deze dorpen > 90% was, voerden wij onze studie hiermee uit in plaats van met onbehandelde netten zoals gebruikt in de semi-veldproeven. Op basis van het schema voor het toewijzen van de vallen, kregen hutten 1, 2, 3 en 4 elk een van de twee soorten vallen. Aan de vallen werd geen extra lokaas toegevoegd. De vallen (1e Moscleaner-val, 2e Moscleaner-val, 1e CDC-licht-val en 2e CDC-licht-val) werden gedurende 12 nachten elke nacht afgewisseld tussen elk van de hutten, volgens een 4 × 4 Latijns vierkant schema, dat viermaal werd herhaald. De tests duurden van 18:00 tot 06:00 uur elke nacht. Zowel de Mosclean als de CDC-light vallen werden 150 cm boven de grond opgehangen, in de richting van de voeten van de slapers. De muggen die elke nacht door elke val werden gevangen, werden gesorteerd op taxa, geslacht en fysiologische status, en vervolgens geteld en geregistreerd.

1. (ii)

   Vergelijking van de prestaties van de Mosclean val bij gebruik binnenshuis en buitenshuis

In studies die het risico op bijtincidenten door malariavectoren meten, is het gebruikelijk om het aantal bijtincidenten binnenshuis te vergelijken met het aantal bijtincidenten buitenshuis, om te bepalen waar het risico op bijtincidenten groter is en ook of interventies zoals ITNs en IRS het volledige spectrum van blootstelling aanpakken. Helaas zijn er, ondanks recente innovaties zoals de elektrische rastervallen en de dubbelnettenvallen met menselijke aas, geen andere geschikte vangsystemen dan HLC’s die deze verhoudingen consequent en accuraat beoordelen. De Mosclean-val werd daarom beoordeeld om na te gaan of hij geschikt zou zijn voor vangsten zowel binnenshuis als buitenshuis. In elk dorp werden willekeurig vier huishoudens geselecteerd en gerekruteerd na toestemming van het gezinshoofd. Mosclean vallen werden vervolgens bij elk van de huizen binnen of buiten geplaatst. Bij gebruik binnenshuis werd de val naast een bezet bednetje geplaatst. Buiten werd de val ongeveer 5 m van het huis geplaatst, maar naast een volwassen vrijwilliger die onder een bednetje zat. De Mosclean-val buiten werd 5 m van het huis geplaatst, met als doel muggen te vangen die dicht bij de menselijke woningen vlogen. De vallen bevonden zich 150 cm boven de grond, zowel binnen als buiten. Elke ochtend werden de binnen en buiten gevangen muggen gesorteerd op taxa, geslacht en fysiologische status, en werden de aantallen genoteerd en vergeleken.

1. (iii)

   Proeven om de doeltreffendheid van de Mosclean, BG-Sentinel en Suna vallen in het veld te vergelijken

Deze experimenten werden buiten uitgevoerd met behulp van een 4 × 4 Latijns vierkant ontwerp waarbij de vallocaties willekeurig werden toegewezen aan het begin van elke ronde van vier bemonsteringsnachten. Twee varianten van de Mosclean-val werden gebruikt, één aangevuld met CO2-gas van gist-melasse fermentatie en een andere zonder extra CO2. In elk van de twee dorpen werden vier locaties aangewezen, ongeveer 100 m uit elkaar. De vier soorten vallen, de standaard Mosclean val zonder extra lokaas, de CO2-belazuurde Mosclean val, de CO2-belazuurde Suna val en de CO2-belazuurde BG-Sentinel val, werden elke nacht gerouleerd tussen de vier buitenlocaties gedurende cycli van vier nachten. Elke ochtend werden de gevangen muggen gesorteerd op taxa, geslacht en fysiologische status, en werden de aantallen genoteerd en vergeleken. De tests werden uitgevoerd in het droge seizoen van juni 2017 tot februari 2018.

1. (iv)

   Beoordeling van het percentage parous en het percentage geïnsemineerde vrouwelijke Anopheles muggen in Mosclean trap en CDC-light trap vangsten

Muggen werden bemonsterd in vier verschillende huizen in één dorp gedurende 20 nachten. Alle verzamelde vrouwelijke An. arabiensis muggen werden ontleed. Vergelijkbare vangsten werden gedaan met CDC-lichtvallen en de muggen werden ontleed onder stereo-lichtmicroscopen zodat de pariteit en de inseminatiegraad konden worden vergeleken.

De ontleedde eierstokken of spermatheca werden geobserveerd bij 10× vergroting onder een samengestelde microscoop. Pariteitsstatus werd bevestigd door de aanwezigheid van uitgerekte ovariole tracheolen (parous vrouwtjes) of opgerolde tracheolaire strengen (nulliparous vrouwtjes), zoals gedetailleerd . Inseminatie werd bevestigd door te observeren of de spermatheca gevuld of ongevuld waren.

Gegevensanalyse

De gegevens werden geanalyseerd met open source statistische software, R v.3.5.0 . De effectiviteit van de Mosclean val werd vergeleken met die van de andere vallen door het fitten van gegeneraliseerde lineaire mixed modes (GLMM) met behulp van het pakket lme4 . Het aantal muggen van verschillende soorten werd gemodelleerd volgens negatieve binomiale verdelingen, met het vallentype als hoofdeffect. Experimentele dagen en hut ID werden opgenomen als een random term om onverklaarbare variaties binnen dagen en hutten te verklaren. Grafieken werden gemaakt in het pakket ggplot2 . Logistische regressie werd gebruikt om de pariteit en de inseminatiepercentages tussen de CDC-light val en de Mosclean val te beoordelen. Een likelihood ratio test werd gebruikt om het effect van random effect te controleren.