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

Opis systemu pół-polowego i obszarów badań dla eksperymentów terenowych

Doświadczenia przeprowadzono zarówno w warunkach pół-polowych jak i polowych. Wszystkie badania półpolowe przeprowadzono wewnątrz dużego wielokomorowego kurnika (28,8 × 21 m) w Ifakara Health Institute, Ifakara, Tanzania. Wykorzystaliśmy przedział o wymiarach 9,6 × 21 m, w którym znajdowały się dwie chaty doświadczalne z obszarem około-domowym składającym się z różnych typów roślinności i kamyków, aby naśladować lokalne warunki mieszkaniowe i ekologiczne.

Testy terenowe przeprowadzono w wioskach w dystrykcie Ulanga, w południowo-wschodniej Tanzanii, około 20 km na południe od miasta Ifakara (ryc. 1). Obszar ten leży na równinie zalewowej Kilombero, pomiędzy górami Udzungwa na północy i wzgórzami Mahenge na południu. Główna działalność gospodarcza obejmuje rolnictwo (głównie uprawa ryżu i kukurydzy), rybołówstwo i drobny handel. Roczne opady deszczu wynoszą od 1200 do 1800 mm, a temperatury od 22 do 32,6 °C. Krótkie deszcze występują od listopada do grudnia. Krótkie deszcze występują od listopada do grudnia, a długie od marca do czerwca.

Komary

Użyte komary pochodziły z kolonii Ifakara szczepu Anopheles arabiensis, pierwotnie założonej w 2009 roku z osobnikami z wioski Lupiro, około 25 km na południe od miasta Ifakara. Kolonia jest utrzymywana w temperaturze 27 ± 2 °C i wilgotności względnej 75 ± 10%, zgodnie z wcześniejszym opisem Batisty i in. Larwy hodowane są w plastikowych basenach i karmione dwa razy dziennie pokarmem dla ryb Tetramin® (Tetra GmbH, Melle, Niemcy). Dorosłe osobniki karmione są 10% roztworem glukozy. Utrzymanie kolonii obejmowało również podawanie samicom krwi ad libitum za pośrednictwem ludzkich ochotników. Testy terenowe były jednak ukierunkowane na swobodnie latające dzikie komary różnych gatunków z badanych wiosek.

Pułapki na komary i przynęty

Główną kandydatką na pułapkę testową była pułapka Mosclean, która emituje 365 nm UV przy użyciu technologii violeds™ i generuje gaz CO2 poprzez reakcję fotokatalityczną na powierzchni płytek TiO2. Pułapka ma wymiary 20 cm (średnica) i 28,8 cm (wysokość) i działa na prąd stały lub zmienny. Mogą one działać z małymi przenośnymi ogniwami słonecznymi do ładowania przenośnego pakietu energetycznego do użytku w miejscach bez elektryczności.

Jak pokazano na Rys. 2a, pułapka składa się z pięciu elementów: (i) płyta dachowa, która ma zawieszkę do zawieszenia pułapki i klosz, aby zoptymalizować działanie diod LED UV; (ii) wentylator o niskiej mocy, niskim poziomie hałasu i wysokiej wydajności do zasysania komarów; (iii) płyta LED UV, emitująca światło ultrafioletowe o długości fali 365 nm, aby przyciągnąć komary; (iv) pojemnik do przechwytywania uwięzionych komarów; i (v) fotokatalizator, który według producenta uwalnia gaz CO2, aby uzupełnić przyciąganie komarów. Nie badaliśmy produkcji CO2 przez te pułapki podczas naszych eksperymentów, ale zamiast tego ocenialiśmy pułapki tak, jak otrzymaliśmy je od producenta.

Skuteczność pułapek Mosclean została porównana z innymi istniejącymi pułapkami powszechnie stosowanymi do pobierania próbek komarów Anopheles i culicine wewnątrz i na zewnątrz budynków. Pierwszą pułapką była pułapka CDC-light, powszechnie stosowana do odławiania komarów wewnątrz pomieszczeń. Pułapka CDC-light wykorzystuje żarówkę jako główny atraktant i działa na zmotoryzowany wentylator zasilany baterią. Drugim urządzeniem była pułapka BG-Sentinel (Biogents GmbH, Regensburg, Niemcy) . Pułapka składa się z ciemnoniebieskiego składanego wiadra, białej perforowanej pokrywy, lejka wlotowego, worka wychwytującego i wentylatora zasilanego baterią. Jej średnica wynosi 36 cm, a wysokość 40 cm. Ostatnią pułapką porównawczą była pułapka Suna (Biogents GmbH), która ma średnicę 52 cm i wysokość 39 cm i również działa na baterie. Pułapka Suna została opisana i zoptymalizowana po raz pierwszy w zachodniej Kenii w 2014 roku i wykazała wysoką skuteczność przeciwko komarom An. funestus na wyspie Rusinga . Ostatnio była używana w Malawi do pobierania próbek komarów w pomieszczeniach i na zewnątrz .

Zarówno pułapki BG-Sentinel, jak i Suna są powszechnie stosowane do pobierania próbek komarów na zewnątrz i często są przynętą z zastrzeżoną przynętą BG, gazem CO2 lub innymi przynętami . W tym badaniu, CO2 był uzyskiwany, w razie potrzeby, z fermentacji drożdży i melasy, i używany w różnych pułapkach porównawczych, jak opisano poniżej. Mieszanina drożdży i melasy była przygotowywana 30 minut przed rozpoczęciem eksperymentów poprzez zmieszanie 40 g drożdży piekarskich i 500 ml melasy rozpuszczonej w 2 L wody, a wypływające gazy były kierowane plastikowymi przewodami do pułapek. Jako standardowe odniesienie, HLCs, wykonywane przez dorosłych ochotników płci męskiej, było również stosowane w testach pół-terenowych, ale nie w testach terenowych, ponieważ dzikie komary mogą być zakaźne.

Procedury badawcze

Testy pół-polowe w celu porównania skuteczności odłowu w pułapce Mosclean, pułapce CDC-light, pułapce HLC (human landing catches), pułapce BG-Sentinel i pułapce Suna

Doświadczenia były prowadzone wewnątrz przedziałów pół-polowych każdej nocy od 18:00 do 06:00. Każdej nocy 400 nulliparnych samic An. arabiensis w wieku od 3 do 6 dni, nie karmionych wcześniej krwią, wypuszczano do komory sitowej. Komary testowe były głodzone przez 6 h przed każdym testem i wypuszczane do komór 30 min przed rozpoczęciem testów w celu aklimatyzacji w środowisku. Chaty były czyszczone każdego ranka (przy użyciu aspiratora Prokopack), a pułapki monitorowane pod kątem optymalnej funkcjonalności.

1. (i)

   Testy porównujące pułapkę Mosclean i pułapkę CDC-light z wykorzystaniem ludzkiego żywiciela pod siatką jako przynęty

Po pierwsze, porównaliśmy pułapkę Mosclean z pułapką CDC-light do odławiania wewnątrz pomieszczeń w testach z dwiema pułapkami wewnątrz tej samej komory w te same noce, tak że pułapki konkurowały o te same komary. Jedna pułapka Mosclean była zawieszona wewnątrz jednej z chat doświadczalnych, obok nietraktowanej moskitiery zajmowanej przez śpiącego dorosłego mężczyznę ochotnika (Rys. 3b). Podobnie, jedna pułapka CDC-light była zawieszona wewnątrz drugiej chaty, również obok siatki na łóżko zajmowanej przez ochotnika (Rys. 3a). Obie pułapki znajdowały się 150 cm nad ziemią i blisko stóp ochotników. Pułapka CDC-light i pułapka Mosclean były rotowane między chatami co noc, aby uniknąć stronniczości pozycji. Ochotnicy, jednakże, zachowali swoje pozycje tak, że ich indywidualna zróżnicowana atrakcyjność została połączona z odpowiednimi cechami chaty, aby stanowić jedno źródło zmienności eksperymentalnej. Każdej nocy 400 samic komarów An. arabiensis było wypuszczanych z centralnego miejsca wewnątrz komory półpolowej, w równej odległości od dwóch chat. Całkowita liczba komarów złapanych w każdą pułapkę w ciągu nocy była rejestrowana, a pułapki czyszczone. Test powtarzano przez 12 nocy, każda pułapka była w każdej chacie sześć razy.

1. (ii)

   Testy porównujące pułapkę Mosclean i HLC z wykorzystaniem żywiciela ludzkiego pod siatką jako przynęty

Drugi test porównywał pułapkę Mosclean i HLC, również w sposób konkurencyjny. W jednej chacie pułapka Mosclean została ustawiona obok siatki zajętej przez ochotnika, jak powyżej (ryc. 3b), podczas gdy w drugiej chacie HLC była prowadzona tej samej nocy przez dorosłego ochotnika płci męskiej. Ochotnicy siedzieli w środku, składając spodnie, aby za pomocą aspiratorów ustnych wyłapywać komary lądujące na ich nogach. W ten sposób dwie metody odłowu konkurowały o te same komary. Pułapka Mosclean i HLC były wymieniane między chatami co noc, ale wolontariusze pozostawali w tych samych chatach. Każdej nocy 400 samic komarów An. arabiensis było wypuszczanych z centralnego miejsca wewnątrz komory półpolowej, w równej odległości od chat. Odłowy komarów za pomocą pułapki HLC lub Mosclean były rejestrowane i porównywane. Test powtarzano przez 12 nocy, przy czym każda metoda była w każdej chacie sześć razy.

1. (iii)

   Testy niekonkurencyjne pułapki Mosclean i HLC, przy użyciu żywiciela ludzkiego pod siatką jako przynęty

W trzecim teście pułapka Mosclean była niezależnie testowana przeciwko HLC w oddzielne noce, aby uniknąć bezpośredniej konkurencji między pułapkami dla tych samych komarów. Pułapka została ustawiona wewnątrz pierwszej chaty (wybranej losowo), a następnie przeniesiona do drugiej chaty drugiej nocy. Trzeciej i czwartej nocy, HLC przeprowadzono w pierwszej lub drugiej chacie w losowej kolejności. Kolejność ta była losowa, tak że rundy badań rozpoczynały się od HLC lub pułapki Mosclean, i była również powtarzana sześciokrotnie. Każdej nocy 400 samic komarów An. arabiensis było wypuszczanych z centralnego miejsca wewnątrz komory półpolowej. Liczby komarów schwytanych każdej nocy przez każdy typ pułapki przy braku konkurencyjnej alternatywy zostały zarejestrowane i porównane.

1. (iv)

   Badania mające na celu bezpośrednie porównanie pułapki Mosclean z powszechnie stosowanymi pułapkami zewnętrznymi, tj. Suna i BG-Sentinel

W przeciwieństwie do pierwszych trzech testów, odławianie komarów w tym eksperymencie było prowadzone na zewnątrz, ale w komorach półpolowych w cyklach czteronocnych przy użyciu randomizowanego projektu kwadratu łacińskiego 4 × 4. Zastosowano dwa różne warianty pułapki Mosclean, pierwszy bez żadnej dodatkowej przynęty, a drugi z dodatkową przynętą z CO2 pochodzącego z fermentacji drożdżowo-molasowej. Pułapka Suna (Rys. 3d) i BG-Sentinel (Rys. 3c) były również wabione CO2 z fermentacji drożdżowo-molasowej. Cztery typy pułapek, standardowa pułapka Mosclean, pułapka Mosclean z przynętą CO2, pułapka Suna z przynętą CO2 i pułapka BG-Sentinel z przynętą CO2 były rotowane nocą w sposób losowy w czterech zewnętrznych lokalizacjach wewnątrz komory półpolowej w cyklach czteronocnych. Każdej nocy wypuszczano 600 samic An. arabiensis w centralnym miejscu równomiernie oddalonym od każdej z pułapek i rejestrowano odłowy każdego ranka. Eksperyment powtórzono siedem razy w ciągu 28 nocy, podczas których każdy rodzaj pułapek był w każdym miejscu siedem razy.

Testy terenowe w celu porównania skuteczności odłowu w pułapce Mosclean, pułapce CDC-light, pułapce BG-Sentinel i pułapce Suna

Przeprowadzono cztery różne eksperymenty terenowe w następujący sposób:

1. (i)

   Porównanie skuteczności pułapek Mosclean i CDC-light do pobierania próbek komarów poszukujących żywiciela w pomieszczeniach

W każdej z badanych wiosek wybrano losowo cztery chaty i zrekrutowano je po uzyskaniu zgody od głów gospodarstw domowych. W każdej chacie, albo pułapka Mosclean lub CDC-light została ustawiona obok łóżka w pokoju, gdzie jeden dorosły ochotnik spał pod moskitierą. Ponieważ pokrycie moskitier impregnowanych środkiem owadobójczym wynosiło w tych wioskach > 90%, przeprowadziliśmy nasze badania z użyciem tych właśnie moskitier, a nie moskitier nieprzetworzonych, jak to miało miejsce w badaniach terenowych. W oparciu o harmonogram przydziału pułapek, chaty 1, 2, 3 i 4 otrzymały po jednym z dwóch typów pułapek. Do pułapek nie dodano żadnych dodatkowych przynęt. Pułapki (1. pułapka Mosclean, 2. pułapka Mosclean, 1. pułapka CDC-light i 2. pułapka CDC-light) były rotowane każdej nocy między domkami przez 12 nocy, zgodnie z projektem kwadratu łacińskiego 4 × 4, powtarzanym czterokrotnie. Testy trwały od godziny 18:00 do 06:00 każdej nocy. Zarówno pułapki Mosclean jak i CDC-light były zawieszone 150 cm nad ziemią, w kierunku stóp śpiących osób. Komary odłowione przez każdą pułapkę każdej nocy były sortowane według taksonów, płci i stanu fizjologicznego, a następnie liczone i rejestrowane.

1. (ii)

   Porównanie wydajności pułapki Mosclean, gdy jest używana wewnątrz i na zewnątrz

W badaniach mierzących ryzyko ugryzienia przez wektory malarii, powszechne jest ocenianie proporcji ugryzień, które występują wewnątrz i proporcji, które występują na zewnątrz, aby określić, gdzie ryzyko ugryzienia jest większe, a także czy interwencje takie jak ITN i IRS dotyczą pełnego spektrum narażenia. Niestety, pomimo ostatnich innowacji, takich jak pułapki z siatką elektryczną i pułapki z podwójną siatką wabiącą ludzi, nie ma odpowiednich systemów odłowu innych niż HLC, które konsekwentnie i dokładnie oceniają te proporcje. Pułapka Mosclean została zatem oceniona w celu określenia, czy będzie odpowiednia do zbierania zarówno wewnątrz jak i na zewnątrz budynków. Cztery gospodarstwa domowe zostały wybrane losowo w każdej wiosce i zrekrutowane po uzyskaniu zgody głowy gospodarstwa domowego. Pułapki Mosclean zostały następnie ustawione albo wewnątrz albo na zewnątrz w każdym z domów. W przypadku stosowania w pomieszczeniach, pułapka była ustawiona obok zajętej moskitiery. Natomiast w przypadku stosowania na zewnątrz, pułapkę umieszczano w odległości około 5 m od domu, ale obok dorosłego ochotnika siedzącego pod moskitierą. Pułapka Mosclean na zewnątrz była ustawiona w odległości 5 m od domu, w celu złapania komarów latających w pobliżu ludzkich mieszkań. Pułapki znajdowały się 150 cm nad ziemią, zarówno w pomieszczeniach jak i na zewnątrz. Każdego ranka komary złapane wewnątrz i na zewnątrz były sortowane według taksonów, płci i stanu fizjologicznego, a liczby zapisywane i porównywane.

1. (iii)

   Badania mające na celu porównanie skuteczności pułapek Mosclean, BG-Sentinel i Suna w terenie otwartym

Doświadczenia te przeprowadzono w terenie otwartym z wykorzystaniem projektu kwadratu łacińskiego 4 × 4, w którym lokalizacje pułapek zostały losowo przydzielone na początku każdej rundy czterech nocy pobierania próbek. Zastosowano dwa warianty pułapek Mosclean, jeden uzupełniony gazem CO2 z fermentacji drożdżowo-molasowej i drugi bez dodatkowego CO2. Zidentyfikowano cztery lokalizacje w każdej z dwóch wiosek, w odległości około 100 m od siebie. Cztery typy pułapek, standardowa pułapka Mosclean bez dodatkowej przynęty, pułapka Mosclean nasycona CO2, pułapka Suna nasycona CO2 i pułapka BG-Sentinel nasycona CO2, były rotowane co noc pomiędzy czterema miejscami na zewnątrz w cyklach czteronocnych. Każdego ranka komary złapane w każdą pułapkę były sortowane według taksonów, płci i stanu fizjologicznego, a liczby były rejestrowane i porównywane. Badania przeprowadzono w porze suchej od czerwca 2017 do lutego 2018 roku.

1. (iv)

   Ocena proporcji parnych i zapłodnionych samic komarów Anopheles w pułapkach Mosclean i pułapkach świetlnych CDC

Próbki komarów pobierano w czterech różnych domach w jednej wsi przez 20 nocy. Wszystkie zebrane samice komarów An. arabiensis poddano sekcji. Podobne odłowy przeprowadzono za pomocą pułapek świetlnych CDC, a komary poddano sekcji pod mikroskopem stereoskopowym, aby można było porównać parzystość i liczbę zapłodnień.

Odcięte jajniki lub plemniki obserwowano w powiększeniu 10× pod mikroskopem złożonym. Status parzystości był potwierdzany przez obecność rozciągniętych tchawek jajnikowych (samice parous) lub zwiniętych szkieletów tchawek (samice nulliparous), jak opisano szczegółowo. Zapłodnienie zostało potwierdzone przez obserwację, czy spermatheca były wypełnione lub niewypełnione.

Analiza danych

Dane zostały przeanalizowane przy użyciu oprogramowania statystycznego open source, R v.3.5.0 . Skuteczność pułapki Mosclean została porównana z innymi pułapkami poprzez dopasowanie uogólnionych liniowych trybów mieszanych (GLMM) przy użyciu pakietu lme4 . Liczba komarów różnych gatunków była modelowana na podstawie ujemnych rozkładów dwumianowych, z typem pułapki jako głównym efektem. Dni eksperymentalne i ID chaty były włączone jako losowy warunek w celu uwzględnienia niewyjaśnionych różnic w obrębie dni i chat. Wykresy zostały utworzone w pakiecie ggplot2 . Regresja logistyczna została użyta do oceny parzystości i wskaźników zapłodnienia pomiędzy pułapką CDC-light a pułapką Mosclean. Test współczynnika prawdopodobieństwa został użyty do sprawdzenia wpływu efektu losowego.