Utvärdering av en ultraviolett LED-fälla för att fånga Anopheles- och Culex-myggor i sydöstra Tanzania

Beskrivning av halvfältssystemet och undersökningsområden för fältexperiment

Experimenten genomfördes i både halvfälts- och fältmiljö. Alla halvfältsförsök utfördes i ett stort skärmställe med flera kamrar (28,8 × 21 m) vid Ifakara Health Institute , Ifakara, Tanzania. Vi använde en avdelning med måtten 9,6 × 21 m där det fanns två försökshyddor med ett område runtomkring som bestod av olika vegetationstyper och stenar, för att efterlikna lokala bostäder och ekologiska förhållanden.

Fälttesterna genomfördes i byar i Ulanga-distriktet i sydöstra Tanzania, cirka 20 km söder om Ifakara stad (fig. 1). Området ligger på Kilomberos flodslätter mellan Udzungwabergen i norr och Mahengebergen i söder. De viktigaste ekonomiska aktiviteterna är jordbruk (främst ris- och majsodling), fiske och småskalig handel. Den årliga nederbörden varierar mellan 1200 och 1800 mm och temperaturen mellan 22 och 32,6 °C. Korta regn inträffar från november till december, medan långa regn inträffar mellan mars och juni.

Myggor

Myggorna som användes kom från kolonier av Ifakara-stammen av Anopheles arabiensis, som ursprungligen etablerades 2009 med exemplar från byn Lupiro, cirka 25 km söder om staden Ifakara. Kolonin hålls vid 27 ± 2 °C och 75 ± 10 % relativ luftfuktighet (RH) enligt tidigare beskrivning av Batista et al. . Larverna föds upp i plastbassänger och matas två gånger om dagen med Tetramin® fiskfoder (Tetra GmbH, Melle, Tyskland). Vuxna fiskar utfodras med 10 % glukoslösning. För att upprätthålla kolonin användes även blodmåltider ad libitum som gavs till honorna via frivilliga människors armar. Fältförsöken riktade sig dock mot fritt flygande vilda myggor av olika arter från studiebyarna.

Myggfällor och lockmedel

Den viktigaste kandidattestfällan var Mosclean-fällan, som avger 365 nm UV med hjälp av violeds™-teknik och genererar CO2-gas via en fotokatalytisk reaktion på TiO2-plattornas ytor. Fällan mäter 20 cm (diameter) och 28,8 cm (höjd) och fungerar med antingen likström eller växelström. De kan fungera med små bärbara solceller för att ladda ett bärbart kraftpaket för användning på platser utan elektricitet.

Som framgår av figur 2a har fällan fem komponenter: (i) takplatta, som har en upphängningsanordning för att hänga upp fällan och en skugga för att optimera UV-lysdiodernas prestanda, (ii) en fläkt med låg effekt, låg ljudnivå och hög verkningsgrad för myggsugning, (iii) en UV-lysdiodplatta, som avger ultraviolett ljus med en våglängd på 365 nm för att locka till sig myggor, (iv) en behållare för att fånga upp de infångade myggorna, och (v) en fotokatalysator, som enligt tillverkaren avger CO2-gas för att komplettera myggornas attraktionskraft. Vi testade inte CO2-produktionen från dessa fällor under våra experiment, utan utvärderade istället fällorna precis som de erhållits från tillverkaren.

Fångsteffektiviteten hos Mosclean-fällan jämfördes med andra befintliga fällor som vanligen används för provtagning av Anopheles- och culicin-myggor inomhus och utomhus. Den första fällan var CDC-ljusfällan, som ofta används för att fånga inomhusmyggor. I CDC-ljusfällan används en glödlampa som huvudsaklig attraktionsfaktor och den drivs av en motoriserad fläkt som drivs av ett batteri . Den andra var BG-Sentinel-fällan (Biogents GmbH, Regensburg, Tyskland) . Fällan består av en mörkblå hopfällbar hink, ett vitt perforerat lock, en insugningstratt, en fångstpåse och en ventilator som drivs av ett batteri . Den är 36 cm i diameter och 40 cm hög. Den sista jämförelsefällan var Suna-fällan (Biogents GmbH), som är 52 cm i diameter och 39 cm hög och som också drivs av batterier. Suna-fällan beskrevs och optimerades för första gången i västra Kenya 2014 och visade hög effektivitet mot An. funestus-myggor på Rusinga Island . Nyligen användes den i Malawi för provtagning av myggor inomhus och utomhus .

Både BG-Sentinel- och Suna-fällorna används vanligen för provtagning av myggor utomhus och är ofta betade med BG-lockmedel, CO2-gas eller andra lockmedel . I den här studien erhölls koldioxid vid behov från jäst-molassjäsning och användes i de olika jämförelsefällorna enligt nedan. Jäst- och melasseblandningen framställdes 30 minuter innan försöken påbörjades genom att blanda 40 g bagerijäst och 500 ml melass upplöst i 2 liter vatten, och de utgående gaserna leddes via plastslangar till fällorna . Som standardreferens användes också HLCs, som utförs av vuxna manliga frivilliga, i halvfälttesterna, men inte i fälttesterna eftersom de vilda myggorna kan vara smittsamma.

Studieförfaranden

Semifältstester för att jämföra fångsteffektiviteten hos Mosclean-fällan, CDC-light-fällan, HLC-fällan (Human Landing Catches), BG-Sentinel-fällan och Suna-fällan

Experimenten genomfördes inne i halvfältsavdelningarna varje natt från klockan 18:00 till 06:00. Varje natt släpptes 400 nollparösa laboratorieuppfödda An. arabiensis-honor i åldrarna 3-6 dagar, som inte tidigare hade fått blodutfodring, ut i skärmhuskammaren. Testmyggorna svaltes i 6 timmar före varje test och släpptes in i kamrarna 30 minuter innan testerna påbörjades för att acklimatisera sig i miljön. Hytterna rengjordes varje morgon (med hjälp av en Prokopack-aspirator) och fällorna övervakades för optimal funktion.

1. (i)

   Tester för att jämföra Mosclean-fällan och CDC-light-fällan med användning av en mänsklig värd under ett sängnät som bete

För det första jämförde vi Mosclean-fällan mot CDC-light-fällan för inomhusfångst i tester med de två fällorna inne i samma kammare under samma nätter, så att fällorna konkurrerade om samma myggor. En Mosclean-fälla hängdes upp inne i en av försökshyddorna, bredvid ett obehandlat sängnät som användes av en sovande vuxen manlig volontär (fig. 3b). På samma sätt hängdes en CDC-ljusfälla upp i den andra hyddan, också bredvid ett bäddnät som användes av en frivillig person (fig. 3a). Fällorna var båda 150 cm ovanför marken och nära de frivilliga personernas fötter. CDC-ljusfällan och Mosclean-fällan roterades mellan hyddorna varje natt för att undvika att de var förvirrade i förhållande till positionen. Volontärerna behöll dock sina positioner så att deras individuella differentiella attraktionskraft kombinerades med de respektive hytternas egenskaper för att utgöra en enda källa till experimentell variation. Varje natt släpptes 400 An. arabiensis-myggor av honkön ut från en central plats i halvfältskammaren, på lika stort avstånd från de två hyddorna. Det totala antalet myggor som fångades i varje fälla under natten registrerades och fällorna rengjordes. Försöket upprepades under 12 nätter, varvid varje fälla fanns i varje hydda sex gånger.

1. (ii)

   Tester för att jämföra Mosclean-fällan och HLCs med mänsklig värd under ett bäddnät som bete

I det andra testet jämfördes Mosclean-fällan och HLCs, även det på ett konkurrenskraftigt sätt. I en hydda sattes en Mosclean-fälla upp bredvid ett nät som användes av en frivillig på samma sätt som ovan (fig. 3b), medan HLC i den andra hyddan utfördes samma natt av en vuxen manlig frivillig. Volontärerna satt inomhus och vikte sina byxor för att fånga myggor som landade på deras ben med hjälp av munsugare. På så sätt konkurrerade de två fångstmetoderna om samma myggor. Mosclean-fällan och HLC roterade mellan hyddorna varje natt, men de frivilliga stannade i samma hyddor. Varje natt släpptes 400 An. arabiensis-myggor av honkön ut från en central plats i halvfältskammaren, på lika stort avstånd från hyddorna. Myggfångsterna med antingen HLC-fälla eller Mosclean-fälla registrerades och jämfördes. Testet upprepades under 12 nätter, varvid varje metod var i varje hydda sex gånger.

1. (iii)

   Icke-konkurrerande tester av Mosclean-fällan och HLC, med användning av mänsklig värd under ett bäddnät som lockbete

I det tredje testet testades Mosclean-fällan oberoende av HLC på separata nätter för att undvika direkt konkurrens mellan fällorna för samma myggor. Fällan sattes upp i den första hyddan (slumpmässigt vald) och flyttades sedan till den andra hyddan den andra natten. Den tredje och fjärde natten utfördes HLC i antingen den första eller den andra hyddan i slumpmässig ordning. Denna ordning slumpades så att testomgångarna inleddes med antingen HLC eller Mosclean-fällan, och den upprepades också sex gånger. Varje natt släpptes 400 honmyggor av An. arabiensis ut från en central plats inne i halvfältskammaren. Antalet myggor som fångades varje natt av varje typ av fälla i avsaknad av ett konkurrerande alternativ registrerades och jämfördes.

1. (iv)

   Tester för att direkt jämföra Mosclean-fällan med vanligt förekommande utomhusfällor, dvs. Suna- och BG-Sentinelfällor

Till skillnad från de tre första testerna utfördes myggfällorna i detta försök utomhus men i halvfältsrummen under fyra nattcykler med hjälp av en randomiserad 4 × 4 latinsk fyrkantig planlösning. Två olika varianter av Mosclean-fällan användes, den första utan extra bete och den andra med extra koldioxid från jäst-molassjäsning som bete. Suna-fällan (fig. 3d) och BG-Sentinel (fig. 3c) var också betade med koldioxid från jäst-molassjäsning. De fyra fällorna, standard Mosclean-fällan, Mosclean-fällan med CO2-betning, Suna-fällan med CO2-betning och BG-Sentinel-fällan med CO2-betning, roterades slumpmässigt varje natt på de fyra utomhusplatserna i halvfältskammaren under fyra nattcykler. Sammanlagt 600 An. arabiensis-honor släpptes ut varje natt på en central plats på samma avstånd från varje fälla och fångsterna registrerades varje morgon. Försöket upprepades sju gånger under 28 nätter, under vilka varje typ av fälla hade varit på varje plats sju gånger.

Fälttester för att jämföra fångsteffektiviteten hos Mosclean-fällan, CDC-light-fällan, BG-Sentinel-fällan och Suna-fällan

Fyra olika fältexperiment genomfördes enligt följande:

1. (i)

   Jämförelse av Mosclean-fällans och CDC-ljusfällans effektivitet vid provtagning av inomhusvärdsökande myggor

Fyra hus valdes ut slumpmässigt i var och en av de undersökta byarna och rekryterades efter att ha erhållit samtycke från hushållsledarna. I varje stuga sattes antingen en Mosclean-fälla eller en CDC-ljusfälla upp bredvid en säng i ett rum där en vuxen volontär sov under ett sängnät. Eftersom täckningen av insekticidbehandlade nät var > 90 % i dessa byar genomförde vi vår undersökning med dessa i stället för obehandlade nät som användes i halvfälttesterna. Baserat på schemat för tilldelningen av fällor fick hyddorna 1, 2, 3 och 4 vardera någon av de två fällorna. Inga ytterligare lockmedel lades till fällorna. Fällorna (1:a Mosclean-fällan, 2:a Mosclean-fällan, 1:a CDC-light-fällan och 2:a CDC-light-fällan) roterade varje natt mellan husen under 12 nätter, enligt en 4 × 4 latinsk fyrkantig plan som upprepades fyra gånger. Försöken pågick från 18.00 till 06.00 varje natt. Både Mosclean-fällorna och CDC-ljusfällorna hängde 150 cm ovanför marken, i riktning mot fötterna på sovande människor. De myggor som fångades i varje fälla varje natt sorterades efter taxa, kön och fysiologisk status och räknades och registrerades sedan.

1. (ii)

   Jämförelse av Mosclean-fällans prestanda när den används inomhus och utomhus

I studier som mäter risken för malariasmittorbett är det vanligt att man bedömer andelar av bett som inträffar inomhus jämfört med andelar som inträffar utomhus, för att fastställa var risken för bett är störst och också för att avgöra om interventioner som ITNs och IRS tar upp hela exponeringsspektrumet. Tyvärr finns det, trots nya innovationer som elektriska nätfällor och dubbla nätfällor med människoledning, inga andra lämpliga fångstsystem än HLC som konsekvent och korrekt bedömer dessa proportioner. Mosclean-fällan utvärderades därför för att avgöra om den skulle vara lämplig för insamlingar både inomhus och utomhus. Fyra hushåll valdes ut slumpmässigt i varje by och rekryterades efter samtycke från hushållschefen. Moscleanfällor sattes sedan upp antingen inomhus eller utomhus i varje hus. När fällan användes inomhus sattes den upp bredvid ett upptaget sängnät. När fällan användes utomhus placerades den cirka 5 meter från huset, men bredvid en vuxen frivillig person som satt under ett sängnät. Mosclean-fällan utomhus sattes upp 5 m från huset i syfte att fånga myggor som flyger nära människornas bostäder. Fällorna var 150 cm ovanför marken, oavsett om de var inomhus eller utomhus. Varje morgon sorterades de myggor som fångades inomhus och utomhus efter taxa, kön och fysiologisk status, och antalet myggor registrerades och jämfördes.

1. (iii)

   Tester för att jämföra Mosclean-, BG-Sentinel- och Suna-fällorna utomhus

Dessa experiment genomfördes utomhus med hjälp av en 4 × 4 latinsk fyrkantig plan där fällornas placering tilldelades slumpmässigt i början av varje omgång av fyra provtagningsnätter. Två varianter av Mosclean-fällan användes, en kompletterad med koldioxidgas från jäst-molassjäsning och en annan utan ytterligare koldioxid. Fyra platser identifierades i var och en av de två byarna, med ungefär 100 meters mellanrum. De fyra fälltyperna, standard Mosclean-fälla utan ytterligare bete, Mosclean-fälla med CO2-betning, Suna-fälla med CO2-betning och BG-Sentinel-fälla med CO2-betning, roterade varje natt mellan de fyra platserna utomhus under fyra nätter. Varje morgon sorterades de myggor som fångades i varje fälla efter taxa, kön och fysiologisk status, och antalet myggor registrerades och jämfördes. Testerna genomfördes under torrperioden från juni 2017 till februari 2018.

1. iv)

   Bedömning av andelen parösa och andelen inseminerade Anopheles-honor i fångster med Mosclean-fälla och CDC-ljusfälla

Myggor provtogs i fyra olika hus i en by under 20 nätter. Alla insamlade An. arabiensis-mygghonor dissekerades. Liknande fångst gjordes med CDC-ljusfällor och myggorna dissekerades i stereoljusmikroskop så att paritet och inseminationsfrekvens kunde jämföras.

De dissekerade äggstockarna eller spermatheca observerades vid 10× förstoring i ett sammansatt mikroskop. Paritetsstatus bekräftades genom förekomst av utsträckta ovariole tracheoler (parösa honor) eller hoprullade tracheolärsträngar (nulliparösa honor), enligt detaljerna . Inseminationen bekräftades genom att observera om spermatakerna var fyllda eller ofyllda .

Dataanalys

Data analyserades med hjälp av statistisk programvara med öppen källkod, R v.3.5.0 . Mosclean-fällans effektivitet jämfördes med de andra fällorna genom att anpassa generalized linear mixed modes (GLMM) med hjälp av paketet lme4 . Antalet myggor av olika arter modellerades enligt negativa binomialfördelningar, med fälltypen som huvudeffekt. Försöksdagar och hytt-ID inkluderades som en slumpmässig term för att ta hänsyn till oförklarliga variationer inom dagar och hytter. Diagrammen skapades i paketet ggplot2 . Logistisk regression användes för att bedöma paritet och inseminationsfrekvens mellan CDC-light-fällan och Mosclean-fällan. Ett likelihood ratio-test användes för att kontrollera effekten av den slumpmässiga effekten.