Evaluarea unei capcane cu LED-uri cu ultraviolete pentru capturarea țânțarilor Anopheles și Culex în sud-estul Tanzaniei

Descrierea sistemului de semicâmp și a zonelor de studiu pentru experimentele de teren

Experimentele au fost efectuate atât în condiții de semicâmp cât și de teren. Toate testele de semicâmp au fost efectuate în interiorul unei case de protecție cu mai multe camere mari (28,8 × 21 m) la Ifakara Health Institute , Ifakara, Tanzania. Am folosit un compartiment de 9,6 × 21 m în care se aflau două colibe experimentale cu o zonă peri-domestică formată din diferite tipuri de vegetație și pietricele, pentru a imita locuințele locale și configurația ecologică .

Testele de teren au fost efectuate în satele din districtul Ulanga, în sud-estul Tanzaniei, la aproximativ 20 km sud de orașul Ifakara (Fig. 1). Zona se află pe câmpiile inundabile Kilombero, între Munții Udzungwa la nord și dealurile Mahenge la sud. Principalele activități economice includ agricultura (în principal cultivarea orezului și a porumbului), pescuitul și comerțul la scară mică. Precipitațiile anuale variază între 1200 și 1800 mm, iar temperaturile între 22 și 32,6 °C. Ploile scurte au loc din noiembrie până în decembrie, în timp ce ploile lungi au loc între martie și iunie.

Tânțari

Tânțarii folosiți au provenit din coloniile tulpinii Ifakara de Anopheles arabiensis, stabilite inițial în 2009 cu specimene din satul Lupiro, la aproximativ 25 km sud de orașul Ifakara. Colonia este menținută la 27 ± 2 °C și 75 ± 10 % umiditate relativă (RH), așa cum a fost descrisă anterior de Batista et al. . Larvele sunt crescute în bazine de plastic și hrănite de două ori pe zi cu hrană pentru pești Tetramin® (Tetra GmbH, Melle, Germania). Adulții sunt hrăniți cu soluție de glucoză 10%. Întreținerea coloniei a implicat, de asemenea, mese de sânge ad libitum administrate femelelor prin intermediul brațelor umane voluntare. Cu toate acestea, testele pe teren au vizat țânțarii sălbatici care zboară liber din diferite specii din satele de studiu.

Capcane și momeli pentru țânțari

Principala capcană de testare candidată a fost capcana Mosclean, care emite UV de 365 nm cu ajutorul tehnologiei violeds™ și generează gaz CO2 prin intermediul unei reacții fotocatalitice pe suprafețele plăcilor de TiO2. Capcana măsoară 20 cm (diametru) și 28,8 cm (înălțime) și funcționează fie cu curent continuu, fie cu curent alternativ. Poate funcționa cu celule solare portabile de mici dimensiuni pentru a încărca un bloc de alimentare portabil pentru a fi utilizat în locuri fără electricitate.

Cum se arată în Fig. 2a, capcana are cinci componente: (i) placa de acoperiș, care are o etichetă de suspendare pentru agățarea capcanei și o umbră pentru a optimiza performanța LED-urilor UV; (ii) un ventilator cu putere redusă, cu zgomot redus și eficiență ridicată pentru aspirarea țânțarilor; (iii) o placă LED UV, care emite lumină ultravioletă la o lungime de undă de 365 nm pentru a atrage țânțarii; (iv) un recipient pentru capturarea țânțarilor prinși; și (v) un fotocatalizator, care, conform producătorului, eliberează gaz CO2 pentru a completa atragerea țânțarilor. Nu am testat producția de CO2 de către aceste capcane în timpul experimentelor noastre, ci am evaluat capcanele așa cum au fost obținute de la producător.

Eficacitatea de captare a capcanei Mosclean a fost comparată cu cea a altor capcane existente utilizate în mod obișnuit pentru prelevarea de probe de țânțari Anopheles și culicine în interior și exterior. Prima capcană a fost capcana CDC-light, utilizată pe scară largă pentru captarea țânțarilor de interior . Capcana CDC-light utilizează un bec cu incandescență ca principal factor de atracție și funcționează cu ajutorul unui ventilator motorizat alimentat de o baterie . A doua a fost capcana BG-Sentinel (Biogents GmbH, Regensburg, Germania) . Capcana este alcătuită dintr-o găleată pliabilă de culoare albastru închis, un capac alb perforat, o pâlnie de admisie, un sac de colectare și un ventilator alimentat de o baterie . Aceasta are un diametru de 36 cm și o înălțime de 40 cm. Ultima capcană de comparație a fost capcana Suna (Biogents GmbH), care are un diametru de 52 cm și o înălțime de 39 cm și funcționează, de asemenea, cu ajutorul unei baterii. Capcana Suna a fost descrisă și optimizată pentru prima dată în vestul Kenyei în 2014 și a demonstrat o eficacitate ridicată împotriva țânțarilor An. funestus în Insula Rusinga . Recent, a fost utilizată în Malawi pentru prelevarea de probe de țânțari în interior și în exterior .

Atât capcanele BG-Sentinel, cât și capcanele Suna sunt utilizate în mod obișnuit pentru prelevarea de probe de țânțari în exterior și sunt adesea momite cu momeală BG brevetată, gaz CO2 sau alte momeli . În acest studiu, CO2 a fost obținut, ori de câte ori a fost nevoie, din fermentarea drojdiilor de melasă și a fost utilizat în diferitele capcane de comparare, așa cum este detaliat mai jos. Amestecul de drojdie și melasă a fost preparat cu 30 de minute înainte de începerea experimentelor prin amestecarea a 40 g de drojdie de panificație și 500 ml de melasă dizolvată în 2 L de apă, iar gazele efluente au fost canalizate prin tuburi de plastic către capcane . Ca referință standard, HLCs, efectuată de voluntari adulți de sex masculin, a fost, de asemenea, utilizată în testele de semicâmp, dar nu și în testele de teren, deoarece țânțarii sălbatici ar putea fi infecțioși.

Proceduri de studiu

Teste de semi-câmp pentru a compara eficacitatea capturării capcanei Mosclean, capcanei CDC-light, capturilor de aterizare umană (HLC), capcanei BG-Sentinel și capcanei Suna

Experimentele au fost efectuate în interiorul compartimentelor de semi-câmp în fiecare noapte, de la 18:00 la 06:00 h. În fiecare noapte, 400 de femele An. arabiensis nulipare crescute în laborator, în vârstă de 3-6 zile și care nu fuseseră hrănite anterior cu sânge, au fost eliberate în interiorul camerei de plasament . Țânțarii de test au fost înfometați timp de 6 ore înainte de fiecare test și au fost eliberați în interiorul camerelor cu 30 de minute înainte de începerea testelor pentru a se aclimatiza în mediu. Căsuțele au fost curățate în fiecare dimineață (cu ajutorul unui aspirator Prokopack), iar capcanele au fost monitorizate pentru o funcționalitate optimă.

1. (i)

   Teste de comparare a capcanei Mosclean și a capcanei CDC-light folosind ca momeală o gazdă umană sub o plasă de pat

În primul rând, am comparat capcana Mosclean cu capcana CDC-light pentru captarea în interior în teste cu cele două capcane în interiorul aceleiași camere în aceleași nopți, astfel încât capcanele să concureze pentru aceiași țânțari. O capcană Mosclean a fost suspendată în interiorul uneia dintre cabanele experimentale, lângă o plasă de pat netratată, ocupată de un voluntar adult de sex masculin care dormea (Fig. 3b). În mod similar, o capcană CDC-light a fost suspendată în interiorul celeilalte barăci, tot lângă o plasă de pat ocupată de un voluntar (Fig. 3a). Ambele capcane se aflau la 150 cm deasupra solului și aproape de picioarele voluntarilor . Capcana CDC-light și capcana Mosclean au fost rotite între colibe în fiecare noapte pentru a evita prejudecata pozițională. Cu toate acestea, voluntarii și-au păstrat pozițiile, astfel încât atractivitatea lor individuală diferențiată a fost combinată cu caracteristicile cabanei respective pentru a constitui o singură sursă de variație experimentală. În fiecare noapte, 400 de femele de țânțari An. arabiensis au fost eliberate dintr-o locație centrală din interiorul camerei de semi-câmp, echidistantă față de cele două colibe. Numărul total de țânțari capturați în fiecare capcană în timpul nopții a fost înregistrat, iar capcanele au fost curățate. Testul a fost repetat pe parcursul a 12 nopți, fiecare capcană fiind în fiecare colibă de șase ori.

1. (ii)

   Teste de comparare a capcanei Mosclean și a HLC-urilor folosind ca momeală gazda umană sub o plasă de pat

Al doilea test a comparat capcana Mosclean și HLC-urile, tot într-o manieră competitivă. Într-o colibă, o capcană Mosclean a fost amplasată lângă o plasă ocupată de voluntari, ca mai sus (Fig. 3b), în timp ce în cea de-a doua colibă, HLC a fost efectuată în aceeași noapte de către un voluntar adult de sex masculin. Voluntarii stăteau în interior, îndoindu-și pantalonii pentru a prinde țânțarii care aterizau pe picioarele lor cu ajutorul aspiratoarelor bucale. În acest fel, cele două metode de capturare au concurat pentru aceiași țânțari. Capcana Mosclean și HLC au fost rotite între colibe în fiecare noapte, dar voluntarii au rămas în aceleași colibe. În fiecare noapte, 400 de femele de țânțari An. arabiensis au fost eliberate dintr-o locație centrală din interiorul camerei de semi-câmp, echidistantă față de colibe. Capturile de țânțari fie cu capcana HLC, fie cu capcana Mosclean au fost înregistrate și comparate. Testul a fost repetat pe parcursul a 12 nopți, fiecare metodă fiind în fiecare colibă de șase ori.

1. (iii)

   Teste necompetitive ale capcanei Mosclean și HLC, folosind ca momeală o gazdă umană sub o plasă de pat

În cel de-al treilea test, capcana Mosclean a fost testată independent față de HLC în nopți separate pentru a evita concurența directă între capcane pentru aceiași țânțari. Capcana a fost amplasată în interiorul primei colibe (aleasă aleatoriu), apoi a fost mutată în a doua colibă în a doua noapte. În a treia și a patra noapte, HLC a fost efectuat fie în interiorul primei, fie al celei de-a doua colibe, într-o ordine aleatorie. Această secvență a fost randomizată astfel încât rundele de teste să înceapă fie cu HLC, fie cu capcana Mosclean, și a fost, de asemenea, reprodusă de șase ori. În fiecare noapte, 400 de femele de țânțari An. arabiensis au fost eliberate dintr-o locație centrală din interiorul camerei de semi-câmp. S-a înregistrat comparativ numărul de țânțari capturați în fiecare noapte de fiecare tip de capcană în absența unei alternative concurente.

1. (iv)

   Testele pentru a compara direct capcana Mosclean cu capcanele de exterior utilizate în mod obișnuit, și anume capcanele Suna și BG-Sentinel

Spre deosebire de primele trei teste, capturarea țânțarilor în cadrul acestui experiment a fost realizată în aer liber, dar în interiorul camerelor de semi-câmp, pe cicluri de patru nopți, folosind un design aleatoriu de tip pătrat latin 4 × 4. Au fost utilizate două variante diferite ale capcanei Mosclean, prima fără nicio momeală suplimentară, iar cea de-a doua momită cu CO2 suplimentar provenit din fermentarea drojdiei cu melasă. Capcana Suna (Fig. 3d) și BG-Sentinel (Fig. 3c) au fost, de asemenea, momite cu CO2 provenit din fermentarea drojdiei de melasă. Cele patru tipuri de capcane, capcana Mosclean standard, capcana Mosclean cu CO2, capcana Suna cu CO2 și capcana BG-Sentinel cu CO2, au fost rotite în mod aleatoriu în fiecare noapte în cele patru locații exterioare din interiorul camerei de semi-câmp, pe parcursul a patru cicluri de patru nopți. Un total de 600 de femele An. arabiensis au fost eliberate în fiecare noapte într-un loc central echidistant de fiecare poziție a capcanei, iar capturile au fost înregistrate în fiecare dimineață. Experimentul a fost repetat de șapte ori pe parcursul a 28 de nopți, timp în care fiecare tip de capcană a fost de șapte ori în fiecare locație.

Teste pe teren pentru a compara eficacitatea capturării capcanei Mosclean, capcanei CDC-light, capcanei BG-Sentinel și capcanei Suna

S-au efectuat patru experimente diferite pe teren, după cum urmează:

1. (i)

   Compararea eficacității capcanei Mosclean și a capcanei CDC-light pentru prelevarea de probe de țânțari care caută gazde în interior

Cele patru case au fost selectate aleatoriu în fiecare dintre satele de studiu și au fost recrutate după obținerea consimțământului șefilor de gospodărie. În fiecare colibă, fie o capcană Mosclean, fie o capcană CDC-light a fost amplasată lângă un pat în interiorul unei camere în care un adult voluntar a dormit sub plasă de pat. Deoarece acoperirea cu plase tratate cu insecticid a fost > 90 % în aceste sate, am efectuat studiul nostru cu aceste plase, mai degrabă decât cu plase netratate, așa cum au fost folosite în testele de semicerc. Pe baza programului de repartizare a capcanelor, colibele 1, 2, 3 și 4 au primit fiecare unul dintre cele două tipuri de capcane. Nu au fost adăugate momeală suplimentară la capcane. Capcanele (prima capcană Mosclean, a doua capcană Mosclean, prima capcană CDC-lumină și a doua capcană CDC-lumină) au fost rotite în fiecare noapte între fiecare dintre adăposturi pe parcursul a 12 nopți, în conformitate cu un plan în pătrat latin 4 × 4, repetat de patru ori. Testele au durat între orele 18:00 și 06:00 în fiecare noapte. Atât capcanele Mosclean, cât și capcanele CDC-light au fost suspendate la 150 cm deasupra solului, spre picioarele dormintelor. Țânțarii capturați de fiecare capcană în fiecare noapte au fost triați în funcție de taxon, sex și stare fiziologică, apoi numărați și înregistrați.

1. (ii)

   Compararea performanțelor capcanei Mosclean atunci când este utilizată în interior și în exterior

În studiile care măsoară riscul de înțepături ale vectorilor malariei, este obișnuit să se evalueze proporțiile de înțepături care au loc în interior față de proporțiile care au loc în exterior, pentru a determina unde riscul de înțepături este mai mare și, de asemenea, dacă intervențiile, cum ar fi ITN-urile și IRS, abordează întregul spectru de expunere. Din nefericire, în ciuda inovațiilor recente, cum ar fi capcanele cu rețea electrică și capcanele cu plasă dublă cu momeală umană , nu există sisteme de captare adecvate, altele decât HLC, care să evalueze în mod constant și precis aceste proporții. Prin urmare, capcana Mosclean a fost evaluată pentru a determina dacă ar fi potrivită pentru colectări atât în interior, cât și în exterior. Patru gospodării au fost selectate aleatoriu în fiecare sat și au fost recrutate cu acordul capului de familie. Capcanele Mosclean au fost apoi amplasate fie în interior, fie în exterior, în fiecare dintre case. Atunci când a fost folosită în interior, capcana a fost așezată lângă o plasă de pat ocupată. Cu toate acestea, atunci când a fost folosită în aer liber, capcana a fost plasată la aproximativ 5 m de casă, dar lângă un adult voluntar care stătea sub o plasă de pat. Capcana Mosclean în aer liber a fost amplasată la 5 m de casă, cu scopul de a prinde țânțarii care zburau în apropierea locuințelor umane. Capcanele au fost amplasate la 150 cm deasupra solului, atât în interior, cât și în exterior. În fiecare dimineață, țânțarii capturați în interior și în exterior au fost sortați în funcție de taxon, sex și stare fiziologică, iar numărul acestora a fost înregistrat și comparat.

1. (iii)

   Teste de comparare a eficacității pe teren a capcanelor Mosclean, BG-Sentinel și Suna în aer liber

Aceste experimente au fost efectuate în aer liber, folosind un plan în pătrat latin 4 × 4, în care locațiile capcanelor au fost atribuite aleatoriu la începutul fiecărei runde de patru nopți de eșantionare. Au fost utilizate două variante de capcană Mosclean, una suplimentată cu CO2 gazos provenit din fermentarea drojdiei-melasă și alta fără CO2 suplimentar. Au fost identificate patru locații în fiecare dintre cele două sate, la o distanță de aproximativ 100 m una de alta. Cele patru tipuri de capcane, capcana Mosclean standard, fără momeală suplimentară, capcana Mosclean cu adaos de CO2, capcana Suna cu adaos de CO2 și capcana BG-Sentinel cu adaos de CO2, au fost rotite în fiecare noapte între cele patru locații exterioare pe parcursul a patru cicluri de patru nopți. În fiecare dimineață, țânțarii capturați de fiecare capcană au fost sortați în funcție de taxon, sex și stare fiziologică, iar numărul acestora a fost înregistrat și comparat. Testele au fost efectuate în sezonul uscat din iunie 2017 până în februarie 2018.

1. (iv)

   Evaluarea proporțiilor de femele de țânțari Anopheles parous și a proporțiilor de femele Anopheles inseminate în capturi de capcane Mosclean și capcane cu lumină CDC

S-au prelevat eșantioane de țânțari în patru case diferite dintr-un sat timp de 20 de nopți. Toate femelele de țânțari An. arabiensis colectate au fost disecate. Capturarea similară a fost făcută cu capcane luminoase CDC și țânțarii au fost disecați la microscoape luminoase stereo, astfel încât să poată fi comparate paritatea și ratele de inseminare.

Ovarele sau spermatecele disecate au fost observate la o mărire de 10× la un microscop compus. Starea de paritate a fost confirmată prin prezența traheolelor ovariene întinse (femelele perechi) sau a scheletelor traheolare încolăcite (femelele nulipare), așa cum este detaliat . Inseminarea a fost confirmată prin observarea faptului dacă spermatecele erau umplute sau nu .

Analiza datelor

Datele au fost analizate cu ajutorul software-ului statistic open source, R v.3.5.0 . Eficacitatea capcanei Mosclean a fost comparată cu cea a celorlalte capcane prin ajustarea modurilor mixte liniare generalizate (GLMM) folosind pachetul lme4 . Numărul de țânțari din diferite specii a fost modelat după distribuții binomiale negative, cu tipul de capcană ca efect principal. Zilele experimentale și ID-ul colibei au fost incluse ca termen aleatoriu pentru a lua în considerare variațiile inexplicabile în cadrul zilelor și colibelor. Graficele au fost create în pachetul ggplot2 . Regresia logistică a fost utilizată pentru a evalua paritatea și ratele de inseminare între capcana CDC-light și capcana Mosclean. A fost utilizat un test al raportului de verosimilitate pentru a verifica efectul efectului aleator.

.