Se presenta un protocolo para la formulación de una dieta artificial libre de sangre para alimentar a los mosquitos Anopheles en cautiverio. Esta dieta tiene un rendimiento similar al de la sangre vertebrada y desencadena la oogénesis y la maduración del óvulo y produce una progenie adulta viable.
La investigación del paludismo requiere condiciones de producción y cría a gran escala para los mosquitos(Anopheles spp.) en cautiverio. La producción sostenible y fiable de mosquitos se ve inhibida actualmente por el suministro de sangre fresca de vertebrados. Se requieren alternativas a la sangre para promover estrategias de control eficientes para el paludismo y otras enfermedades transmitidas por vectores que son transmitidas por insectos que se alimentan de sangre. Con esto en mente, las dietas líquidas artificiales fueron formuladas como sustitutos de la sangre fresca de vertebrados. Aquí informamos de una dieta líquida artificial libre de sangre que proporciona tasas de alimentación similares a la sangre e imita los efectos fisiológicos de una comida fresca de sangre vertebrada. La dieta induce la maduración ovárica y de óvulos de los mosquitos Anopheles y también produce una buena supervivencia larvaria y el desarrollo de adultos funcionales. La dieta líquida libre de sangre formulada es un avance importante hacia la cría sostenible de mosquitos en cautiverio y reducirá los costos de mantenimiento de las colonias de mosquitos y eliminará la necesidad de sangre fresca de vertebrados.
Las enfermedades transmitidas por vectores afectan a varios millones de seres humanos en todo el mundo y causan millones de muertes cada año. Son transmitidos por insectos infectados con microorganismos que producen enfermedades (protozoos, virus) adquiridos cuando se alimentan de sangre de un huésped infectado. Posteriormente, el vector infectado transmitirá el patógeno a un nuevo huésped durante la siguiente comida de sangre. La malaria es la enfermedad transmitida por vectores más mortífera que se transmite por varias especies diferentes de mosquitos Anopheles y afecta al 40% de la población mundial1. El parásito protista del paludismo es responsable de más de 400.000 muertes cada año, de las cuales la mayoría son niños menores de 5 años (Organización Mundial de la Salud). El mosquito hembra Anopheles transmite el parásito de la malaria del género Plasmodium entre humanos y otros animales cuando se alimenta de sangre vertebrada, un paso necesario para la producción y desarrollo de óvulos2.
Las estrategias actuales para la erradicación del paludismo y otras enfermedades mortales emergentes transmitidas por mosquitos se basan en el desarrollo de estrategias innovadoras de control de mosquitos3,4,5, que incluyen la liberación en la naturaleza de un gran número de mosquitos criados en insectarios. Sin embargo, un factor limitante crucial es la dependencia de un suministro de sangre fresca para la cría y la cría efectivas de mosquitos. La composición variable de la sangre de los vertebrados puede afectar negativamente a la fertilidad de los mosquitos y la aptitud de la progenie y puede limitar la fiabilidad y sostenibilidad de las colonias de cría en cautividad. Los programas de liberación y control de mosquitos requieren sistemas de producción de mosquitos a gran escala y un suministro regular de grandes cantidades de sangre de vertebrados. Este es un obstáculo importante para la producción de mosquitos y plantea una serie de cuestiones éticas relacionadas con el uso de animales vivos y limitaciones logísticas causadas por las exigentes regulaciones de seguridad asociadas. Esto hace que los costos de mantenimiento y seguridad de las colonias de mosquitos sean elevados y desafía la sostenibilidad de las prácticas actuales de cría de mosquitos, especialmente en los países de bajos ingresos donde la amenaza del paludismo es mucho mayor.
Recientemente la investigación se ha centrado en el desarrollo de sustitutos de la sangre que imitan una comida de sangre vertebrada pero hasta ahora, sólo se ha logrado un éxito limitado6,7,8,9. Una dieta artificial exitosa necesita (1) provocar un engorgement completo de mosquitos hembra, (2) desencadenar la producción de vitellogenina, (3) producir grandes lotes de huevos viables, y (4) generar progenie pagana10. Además, las dietas artificiales tienen una composición estándar y por lo tanto son más fiables para la producción de mosquitos con fines de investigación y control. Se han desarrollado dietas exitosas sin sangre para los mosquitos Aedes (revisados por Gonzales y Hansen11), pero no para Anopheles spp. Las dietas artificiales existentes contienen un fegoestimulante (por ejemplo, ATP10), una fuente de proteínapara la maduración de óvulos6,12, como fuente de energía, y los aminoácidos (aa)13 que son fundamentales para la producción de óvulos. Una dieta artificial libre de sangre también necesita proporcionar colesterol15, que mejora la producción de huevos. Aquí describimos una dieta artificial libre de sangre para mosquitos Anopheles hembras y demostramos que tiene un rendimiento consistente y equivalente a una comida de sangre vertebrada de alta calidad.
El éxito de nuestra dieta sin sangre formulada es probablemente el resultado del efecto fisiológico sinérgico de todos los componentes añadidos a la i-liq_diet (rico en azúcar, aminoácidos, vitaminas y microelementos): BSA (fuente de proteína), ATP (fagestimulante) y colesterol (fuente lipídica). La suplementación de la r-liq_diet con los componentes individuales por sí solos no fue eficaz en la estimulación de la producción de óvulos (datos no mostrados). Un inconveniente del protocolo podría ser el costo de algunos de los componentes, como el colesterol. Aún así, su presencia es fundamental, ya que los insectos son incapaces de sintetizarlo19 y esta molécula es el precursor de las hormonas ecdysteroid que regulan la síntesis de yema y la maduración del óvulo en artrópodos20. Se deben probar cantidades más bajas de colesterol para optimizar la cantidad necesaria con el objetivo de reducir los costes y aumentar los beneficios de la dieta artificial.
Otra limitación del método es que la dieta artificial tiene que estar recién preparada a partir de soluciones de stock, ya que una vez preparada en su forma líquida final pierde calidad después del almacenamiento. En el futuro nuestra dieta formulada podría ser preparada como un poder seco, similar a SkitoSnackt, un reemplazo artificial de la comida de sangre para los mosquitos Aedes aegypti 21.
Además de suministrar los nutrientes necesarios, una comida artificial necesita atraer y estimular a los mosquitos hembra según se alimenten de la misma manera que cuando se alimentan de sangre fresca vertebrada. La dieta artificial sin sangre aquí descrita dio lugar a un aumento del 20% en mosquitos hembra completamente engordados en comparación con el grupo alimentado con sangre vertebrada. Esta medida indirecta de atracción podría aclararse aún más mediante el uso de olfactómetros para confirmar que la dieta artificial es más atractiva y más atractiva para los mosquitos que la sangre fresca.
El mayor impacto de la dieta en la mortalidad larval se observó para las larvas derivadas de mosquitos alimentados con sangre, lo que sugiere que una dieta artificial de composición estable puede contribuir a reducir la mortalidad y mejorar el éxito de la reproducción de mosquitos en comparación con la sangre fresca. El resultado menos predecible de una comida de sangre puede surgir de las variaciones del huésped en la composición17 y la presencia en la sangre de moléculas que pueden interferir con la fisiología de mosquitos22. Los hechos anteriores enfatizan las ventajas para la cría de mosquitos de alta calidad de dietas libres de sangre fresca.
En general, el número medio de huevos puestos en nuestro estudio fue bajo en relación con los reportados en algunos insectarios, pero el número medio de huevos ovipositados fue comparable a la cepa criada en laboratorio de A. gambiae alimentada con sangre humana (22,6 x 5,5 huevos/hembra)23. No se observaron diferencias estadísticas significativas entre nuestros grupos experimentales alimentados con sangre fresca o en las comidas artificiales(Tabla 2),lo que sugiere que la implementación de un sistema de alimentación por membrana artificial con nuestra dieta formulada es suficiente para mantener y propagar colonias de mosquitos Anopheles en cautiverio.
Las comidas sin sangre artificiales pueden mantener las colonias de Aedes 22,pero cuando se aplican a los mosquitos Anopheles son de éxito limitado o no11. Recientemente, se describió una comida artificial basada en plasma para los mosquitos Anopheles 24, pero las tasas de alimentación y el potencial reproductivo eran bajas. Nuestros resultados representan un avance sustancial en el estado de la técnica (revisado por Gonzales y Hansen11)ya que nuestro r-liq_diet formulado tenía un rendimiento similar o mejor que la harina de sangre de vertebrado estándar. Las mejoras adicionales en la estabilidad y el costo del almacenamiento deberían ampliar el alcance de su aplicación.
The authors have nothing to disclose.
Nos gustaría agradecer a Dinora Lopes (IHMT-NOVA Animal Facility) por el apoyo técnico, Joana Gomes y Ana Catarina Alves (IHMT-NOVA Insectary Facility) por el mantenimiento de las colonias de mosquitos Anopheles. Financiado por la Fundación Bill y Melinda Gates (OPP1138841), la Fundación para la Ciencia y la Tecnología (UID/Multi/04413/201, UID/Multi/04326/2013, SFRH/BPD/89811/2012, CEECIND/00450/2017).
Adenosine 5'-triphosphate (ATP) disodium salt hydrate | Sigma Aldrich | A2383 | |
BSA-Bovine Serum Albumin | Sigma Aldrich | A790G | |
Cholesterol | MP Biomedicals | 199342 | |
Dulbecco's modified Eagle's medium (high glucose with L-glutamine) | Lonza Bioscience | BE12-604F | |
Entellan mounting medium | Merck | 1079610100 | |
Glassfeeder | Local glazier | by design | |
Heparin Sodium Salt | Pan Reac AppliChem | A3004,0001 | |
Imalgène 1000 | Merial, Portugal | 01MER122 | |
Needle 20 G x 1" 0.9 x 25 mm needle | Terumo Europe | NN-2025R | |
Parafilm | Sigma Aldrich | P6543-1EA | |
Rompun | Bayer, Portugal | 7427831 | |
Sterilization Millex-HV 0,45 | Millipore | SLHVR25KS | |
Syringe, 1ml, 27 G x ½" 0.4 x 12 mm needle | Terumo Europe | BS-NIN2713 | |
Teich Mix Astra Pond | Astra | 4030733100957 | |
Tetra Goldfish Flakes | Tetra | 4004218742642 |