介绍了评估化学物对未成熟蚊子和成年蚊子对发育的毒性的协议, 作为新型杀幼剂、掺假剂和内杀剂。该协议能够在单点剂量下对多种化学物质进行高通量测试, 并随后通过剂量反应分析进行评估, 以确定接触或摄入时的毒性。
需要新型杀虫剂, 采用新的行动模式, 以控制传播寨卡、登革热和疟疾等疾病的蚊子的杀虫剂耐药人群。对未配制的新型化学体对蚊虫幼虫和成虫进行快速、高通量分析的方法提出了。我们描述了单点剂量和剂量反应检测的方案, 以评估小分子化学对寨卡伊蚊病媒介、登革热和黄热病、疟疾媒介、冈比亚按蚊和北部的毒性。家蚊,库蚊,接触和通过摄入。例如, 我们通过幼虫、成虫外用和成虫血液喂养试验, 评估了 g 蛋白偶联受体的小分子拮抗剂阿米替林的毒性。这些议定书为研究杀虫剂的可能性提供了一个起点。在其他实验的背景下讨论了结果, 以探讨产品应用和交付机制。
蚊子传播影响全球人类健康的传染病的病原体1。影响人类健康的三个最重要的蚊子属是伊蚊、按蚊和库蚊。伊蚊种类传播导致寨卡、登革热、黄热病和基孔肯雅热的弓形虫病毒。按蚊传播疟原虫和库蚊传播西尼罗河病毒和丝虫病线虫2。世界卫生组织 (世卫组织) 呼吁到 2020年消除10 种被忽视的热带病 3, 并将灭蚊确定为最可行的战略。杀虫剂是控制蚊子和减少疾病传播的有力工具 4,5。然而, 抗虫蚊子种群的出现威胁到许多疾病的持续控制 6、7、8。创新病媒控制联合会 (ivcc) 发起了开发用于蚊虫控制的替代杀虫剂的首次专门工作9。需要使用具有新作用模式的新杀虫剂, 以实现世卫组织的目标和疾病控制。新的杀虫剂类别的发现和开发与新型 moa 要求进行全生物体检测, 以便对化学品进行快速、高通量的分析, 并与行业标准10进行比较。
可进行多重检测, 以评估杀虫剂对幼虫和成虫的驱避性和毒性, 其中一些是适用于评估新配方或未配方的化学品。世卫组织第11号议定书是一种接触检测方法, 用于对产品进行与第四幼虫的检测。发表的研究还描述了用于测试小分子化学对埃及伊蚊、冈比亚金银花和五库福菌幼虫毒性的各种幼虫检测方法 ,13,14,15,16。疾病控制和预防中心 (cdc) 瓶生物测定用于评估在现场捕获的成年蚊子人群中的杀虫剂耐药性, 通过评估致命浓度 (lc) 和致命时间 (lt) 与标准诊断相比商用杀虫剂的剂量17。世卫组织的易感试验提供了另一种方法来评估成年蚊子对杀虫剂的抗药性, 即蚊子在玻璃瓶内接触杀虫剂浸渍纸 1小时, 死亡率评估为 24小时18。其他检测配方在密封的笼子内喷洒, 并记录蚊子击倒和死亡在所需的时间点19。局部应用于蚊虫胸腔已被用于评价不同农药的药效 20。利物浦昆虫检测机构 (lite)21采用标准作业程序来评估化学对成年蚊子的生物活性。lite 成人局部检测将少量的检测产品应用于成人蚊子的胸部, 死亡率为48小时。该检测方法可对每只蚊子21的剂量进行定量。lite 表面分析评估了试验产品对位于经过化学处理的表面上的成年蚊子的毒性, 并用于确定有可能发展为室内残留喷剂 (irs) 或用于杀虫剂处理过的蚊帐 (itn) 的化学物质来控制按蚊
世卫组织和疾控中心的检测方法在测试新型非配方化学品方面有局限性, cdc 瓶生物测定的目标是在较短的检测周期 (两小时) 内评估敏感性, 而不是评估毒性 22,23。此外, 缺乏用于评估血粉中提供的化学物质的毒性和开发系统作用产品 (即内杀菌剂) 的潜力的检测方法。在这里, 我们描述的检测检测蚊子活性的新型化学剂是溶于水或几种有机溶剂之一的对幼虫和成虫, 按蚊和库蚊。首先, 我们演示了一个幼虫试验,我们的小组先前描述的 10,12, 13, 16, 并在这里执行作为 (1) 一个屏幕, 以快速评估多个化学在单点剂量,和 (2) 剂量反应测定, 以确定单个化学的致死浓度 (例如 lc 50、 lc75或 lc90)。接下来, 我们将描述两个用于测定致死剂量 (ld) 的成人检测方法。首先是对 lite 协议的改编, 该协议对局部应用的、新颖的化学体与阳性对照进行了测试。第二是喂养试验, 用于评估通过血粉系统提供的化学药品。
杀虫剂是防治疟疾25、登革热和寨卡26等蚊媒疾病的有力工具.广泛使用杀虫剂产生了对化学控制具有抗药性的蚊子种群, 导致产生了对杀虫剂的抗药性, 这被认为是对持续疾病控制的最大威胁。在过去十年中, 对非洲蚊帐中使用的合成拟除虫菊酯 (sp) 具有抗性的按蚊数量急剧增加.据报道, 在佛罗里达州和新泽西, 白纹伊蚊是登革热和寨卡的媒介, 对有机磷具有抗药性.同样, 哥伦比亚的按蚊和伊蚊群体中也有对滴滴涕和除虫菊酯的抗药性, 有 27,28.迫切需要开发新的杀幼剂和掺假物, 这些杀幼剂和掺假剂结合在已知的分子靶点上, 或破坏新的目标 (即新型 moa 化学体)29、30和对环境的影响最小。人们也日益认识到, 在控制蚊虫方面, 有可能使用内杀剂控制 31、32、33.
为了促进此类产品的快速发展, 我们描述了一系列旨在通过接触和摄入这两种输送途径评估小分子化学对蚊子幼虫和成虫的毒性的协议。世卫组织药敏试验和 cdc 瓶检测等协议通常用于评估现有杀虫制剂1,2的毒性和驱血性。然而, 这些检测对于未配制的新型化学实体 (nces) 的分析有局限性, 并且不适合在中等或高吞吐量下测试大量化学物质。
在这里, 我们描述了一个标准的幼虫检测, 以单点剂量快速评估 nce, 可以缩放为高通量分析。我们还描述了 lite21开发的一种检测方法的适应性, 该方法用于评估小分子化学对成年蚊子的接触毒性。最后, 我们描述了一种摄入检测方法, 以评估通过血粉传递的 nce 对成年雌性蚊子的毒性, 并探索潜在的致虫药。这些幼虫和成虫检测可以在一系列剂量下进行, 以便分别确定 lc 和 ld 值, 幼虫和成人接触检测可以与一个或多个现有化学制剂进行比较。成人局部检测还可以计算单个蚊子的 ld 值。这些协议可以使用伊蚊、按蚊和库蚊16、29的物种来执行, 如果需要, 可以进行修改, 以适应物种的具体生物特征。根据我们的经验, 蚊子的化学通常表现出广泛的活性, 在这三个属16,29, 但有价值的物种选择性评估。
该检测是快速筛选多种化学物质的起始点, 用于杀虫活性。那些在一种或多种检测中表现出毒性的化学品可以通过二次和三级检测进行进一步分析。这方面的例子包括 lite 颅骨试验和 34,35的糖喂养试验.额外检测的选择通常取决于围绕预期市场和应用的考虑因素, 其结果为可能的产品交付模式提供了见解。在这里显示的代表性结果中, 我们探讨了阿米替林的毒性, 阿米替林是哺乳动物和无脊椎动物多巴胺受体的拮抗剂, 被评估为一种新型的 moa 杀虫剂10,12的潜力,13,16. 阿米替林在微克范围内对埃及的幼虫和成虫表现出毒性, 表明其杀虫和杀虫活性, 并为探索阿米蒂以的化学系列以确定其毒性提供了理由。具有很强效力的类似物。在血液中暴露于阿米替林的埃及人身上, 没有观察到对死亡率和繁殖力的显著影响。虽然不了解除颤血液中化学的稳定性和每只蚊子收到的有效剂量, 但该检测的明显局限性, 数据表明, 阿米替林和其他 gpcr 活性化合物作为内杀剂可能没有什么潜力,至少在未制定的状态。
限制检测之间的生物变异的预防措施是必不可少的。所有检测应在标准的温度和湿度条件下进行, 最好是在昆虫生长室, 以确保重现性。必须规范表型终点评分程序, 因为这些程序可能具有很强的主观性, 导致不同实验室人员记录的数据发生重大差异。幼虫检测最适合于评价溶于水的化学物质, 但该检测方法可使用 dmso 等有机溶剂进行, 前提是最终浓度低于每口水1%。我们认识到成人局部检测的几个局限性。首先, 在制备连续稀释剂和作为载体 (丙酮) 提供剂量时, 必须快速工作, 蒸发可能会产生化学量的变化。其次, 应注意限制麻醉时间, 因为这会导致死亡。还应该注意的是, 像丙酮这样的溶剂可以在局部检测的前几个小时产生快速的 “击倒” 效应, 这不应该与测试化学引起的效果相混淆。我们注意到, 蚊子血粉的体积因个人而异, 使成人摄入检测中对每个成人的剂量的评估复杂化。最后, 在阴性对照中的死亡率超过10% 的情况下, 不应考虑检测数据。
人们日益认识到, 协同作用的产品有可能扩大现有产品的效用, 并控制 15、16、36种具有杀虫剂耐药性的害虫种群.幼虫检测已被用来检测甲胺类农药, 阿米特拉兹和各种化学破坏无脊椎动物章鱼胺受体14,15之间的协同作用。所描述的幼虫试验和成虫外用试验方法适用于评价试验化学品组合之间的协同作用或加性作用。我们注意到, 可将丁氧基吡咯烷酮 (pbo) 等协同剂纳入此处描述的三项检测中的每一种。
上述检测为评价未配制的小分子药物对抗水生和陆生生命阶段提供了标准化的实验系列。这些检测是专门为评估毒性而设计的, 与常用的现有检测方法相比, 具有多种优势。重要的是, 该检测方法易于自动化, 可在工业规模上进行, 以便对数千种测试化合物进行评估。最后, 当该领域考虑通过新的 moa 起作用的产品的开发时, 包括通过破坏新的分子目标和生化途径, 除了死亡率和死亡率等外, 还必须对多个表型终点进行评分。瘫痪。上述方法允许进行此类调查, 从而为明天高度创新的杀虫技术迈出了一步。
The authors have nothing to disclose.
作者感谢利物浦热带医学院 h. ranson 在分析开发和提供 lite 协议方面提供的帮助, 并感谢普渡大学 m. scarf 提供有关检测设计的建议。
Insecticide susceptible mosquito strains | Malaria Research and Reagent Reference Repository | https://www.beiresources.org/MR4Home.aspx; Recommended strains: Aedes aegypti Liverpool (LVP) strain, Anopheles gambiae Kisumu (KISUMU1) strain and Culex quinquefasciatus Johannesburg (JHB) strain | |
Acetone | Mallinckrodt Chemical | CAS 67-64-1 | Use for dilutions and control |
Amitraz | Sigma-Aldrich | CAS 33089-61-1 | Requires dilution in DMSO |
Amitriptyline | Sigma-Aldrich | CAS: 549-18-8 | Can be diluted in acetone |
Bifenthrin | Sigma-Aldrich | CAS: 51529-01-2 | Synthetic pyrethorid used as positive control |
Cis-(Z)-flupenthixol | Sigma-Aldrich | CAS: 51529-01-2 | Pharmacologically tested as disruptor of dop-like receptors |
Defibrinated rabbit blood | Hemostat | DRB0100 | Blood source for adapted mosquitoes to artificial feeding |
Dimethylsulphoxide (DMSO) | Sigma-Aldrich | MKBF2985 | Organic solvent used to disolve amitraz |
Hemotek membrane feeding system | Hemotek Ltd | Serial no. 1303 | Used for feeding mosquitoes |
Micro-applicator | Burkard Manufacturing Co. | – | Tool needed for topical application experiments |
24-well cell culture plate with lid | Corning Incorporated | 3526 | – |
Advantage rubber bands | Alliance Rubber Co. | – | Used to seal the paper cups |
Glass syringe (1 ml) | Becton Dickinson and Co. | 512004 | Needed for the micro-applications. Glass is better than plastic |
Disposable scintillation vials (20 ml) | Fisher Scientific | 74505-20 | Glass vials prevent evaporation |
Tulle fabric, white | Walmart | – | – |
Paper cups | Dixie Consumer Products LLC. | PF15675/13D | Used to keep adult mosquitoes in adult topical assays |
Petri dishes (150 mm) | Corning Life Sciences | – | Used to maintain the mosquitoes "slept" on cold without direct contact with ice |
Transfer pipettes | Fisher Scientific | 13-711-7M | Used to sort larvae |
Stereo microscope | Olympus | SZ6045 | Used to score larval assays and perform micro-applications |
Tweezers (fine) | Fontax | – | Used to handle adult mosquitoes |