Представлен протокол для разработки бескровной искусственной диеты для кормления комаров Anopheles в неволе. Эта диета имеет аналогичную производительность позвоночных крови и вызывает oogenesis и созревания яйцеклеток и производит жизнеспособного потомства взрослых.
Исследование малярии требует крупномасштабного размножения и условий производства комаров(Anopheles spp.) в неволе. Устойчивое и надежное производство комаров в настоящее время тормозится поставками свежей позвоночной крови. Альтернативы крови необходимы для содействия эффективным стратегиям борьбы с малярией и другими переносимыми болезнями, которые передаются насекомыми, питающимися кровью. Имея это в виду, искусственные жидкие диеты были сформулированы в качестве заменителей свежей крови позвоночных. Здесь мы сообщаем о бескровной искусственной жидкой диете, которая обеспечивает скорость кормления, похожую на кровь, и имитирует физиологические эффекты свежей позвоночной пищи в крови. Диета индуцирует созревание яичников и яйцеклеток комаров Anopheles, а также производит хорошую выживаемость личинок и развитие функциональных взрослых. Сформулированная безкровная жидкая диета является важным шагом вперед в направлении устойчивого размножения комаров в неволе и позволит сократить расходы на содержание колоний комаров и устранить необходимость в свежей крови позвоночных.
Болезни, передаваемые через переносчики, затрагивают несколько миллионов людей во всем мире и ежегодно приводят к миллионам случаев смерти. Они передаются насекомыми, инфицированными болезнетведческих микроорганизмами (простейшие, вирусы), приобретенными при питании крови инфицированного хозяина. Впоследствии инфицированный вектор будет передавать возбудителя новому хозяину во время следующего приема пищи в крови. Малярия является самым смертоносным трансмиссивным заболеванием, которое передается несколькими различными видами комаров Anopheles и затрагивает 40% населения мира1. Малярийный паразит-протист ежегодно является причиной более 400 000 случаев смерти, большинство из которых составляют дети в возрасте до 5 лет (Всемирная организация здравоохранения). Самка комара Anopheles передает малярийного паразита рода Plasmodium между людьми и другими животными, когда он питается позвоночной крови, необходимый шаг для производства яйцеклеток и развития2.
Текущие стратегии искоренения малярии и других новых смертельных комаров переносчиков болезней опираются на разработку инновационных стратегий борьбы с комарами3,4,5,которые включают высвобождение в дикой природе большого числа комаров, выведенных в инсектурых. Однако важнейшим ограничивающим фактором является зависимость от запасов свежей крови для эффективного выращивания и размножения комаров. Переменный состав крови позвоночных может негативно влиять на плодородие комаров и пригодность потомства и может ограничить надежность и устойчивость колоний размножения в неволе. Программы по высвобождению и борьбе с комарами требуют крупномасштабных систем производства комаров и регулярного снабжения большим количеством крови позвоночных. Это является основным препятствием для производства комаров и поднимает ряд этических вопросов, связанных с использованием живых животных и материально-технических ограничений, вызванных связанными с этим требовательных правил безопасности. Это делает высокие расходы на содержание и безопасность колоний комаров и ставит под угрозу устойчивость нынешней практики разведения комаров, особенно в странах с низким уровнем дохода, где угроза малярии гораздо выше.
В последнее время исследования были сосредоточены на развитии заменителей крови, которые имитируют позвоночных пищи крови, но до сих пор, только ограниченный успех был достигнут6,7,8,9. Успешная искусственная диета должна (1) спровоцировать полный женский комаров engorgement, (2) вызвать производство vitellogenin, (3) производить большие партии жизнеспособных яиц, и (4) генерировать хитрость потомство10. Кроме того, искусственные диеты имеют стандартный состав и, таким образом, являются более надежными для производства комаров в исследовательских и контрольных целях. Успешные диеты без крови были разработаны для комаров Aedes (рассмотрены Гонсалес и Хансен11), но не для Anopheles spp. Существующие искусственные диеты содержат фагостимулулянт (например, ATP10), источник белка для созревания яйцеклеток6,12, углеводы в качестве источника энергии, и аминокислоты (аа)13, которые являются основополагающими для производства яиц и являются основным фактором для плодородия комаров14. Искусственная диета без крови также должна обеспечить холестерин15, который улучшает производство яиц. Здесь мы описываем искусственную свободную диету для самок комаров Anopheles и демонстрируем, что она имеет последовательную и эквивалентную производительность высококачественной позвоночной пищи крови.
Успех нашей разработанной диеты без крови, вероятно, является результатом синергетического физиологического эффекта всех компонентов, добавленных в i-liq_diet (богатые сахаром, аминокислотами, витаминами и микроэлементами): BSA (источник белка), АТФ (фагостимулулянт) и холестерин (источник липидов). Дополнение r-liq_diet только к отдельным компонентам не было эффективным в стимулировании производства яиц (данные не показаны). Одним из недостатков протокола может быть стоимость некоторых компонентов, таких как холестерин. Несмотря на это, его присутствие является фундаментальным, как насекомые не в состоянии синтезировать его19, и эта молекула является предшественником экдистероидных гормонов, которые регулируют синтез желтка и созревания яйцеклеток в членистоногих20. Снижение количества холестерина должно быть проверено для того, чтобы оптимизировать количество, необходимое с целью снижения затрат и увеличения преимуществ искусственного питания.
Еще одно ограничение метода заключается в том, что искусственная диета должна быть свежеприготовлена из биржевых растворов, так как после приготовления в окончательной жидкой форме она теряет качество после хранения. В будущем наша сформулированная диета может быть подготовлена как высушенная сила, похожая на SkitoSnackt, искусственную замену пищи крови для комаров Aedes aegypti 21.
Помимо поставки необходимых питательных веществ, искусственная еда должна привлекать и стимулировать самок комаров кормить так же, как когда они питаются позвоночных свежей крови. Искусственная диета без крови, описанная в этом описанном месте, привела к увеличению на 20% полностью зажженных самок комаров по сравнению с группой позвоночных. Эта непрямая мера притяжения может быть дополнительно уточнена с помощью олфактометров, чтобы подтвердить, что искусственная диета является более привлекательным и более привлекательным для комаров, чем свежая кровь.
Наибольшее влияние рациона на смертность от личинок наблюдалось для личинок, полученных от комаров, питающихся кровью, что свидетельствует о том, что искусственная диета стабильного состава может способствовать снижению смертности и улучшению успеха в размножении комаров по сравнению со свежей кровью. Менее предсказуемый исход крови может возникнуть из-за вариаций состава17 и присутствия в крови молекул, которые могут помешать физиологии комаров22. Предыдущие факты подчеркивают преимущества высококачественного выращивания комаров в свежекрове.
В целом среднее количество яиц, отложенных в нашем исследовании, было низким по сравнению с теми, которые были зарегистрированы в некоторых инсектицидах, но среднее количество яйцеклеток было сопоставимо с лабораторным штаммом A. gambiae, питаемым человеческой кровью (22,6 и 5,5 яйца/женщины)23. Никаких значительных статистических различий не наблюдалось между нашими экспериментальными группами, питающимися либо свежей кровью, либо искусственными блюдами(таблица 2),что свидетельствует о том, что внедрение искусственных мембранных систем кормления с нашей сформулировать диету достаточно для поддержания и распространения колоний комаров Anopheles в неволе.
Искусственное питание без крови может поддерживать Aedes колоний22, но при применении к комарам Anopheles они имеют ограниченный или не успех11. Недавно было описано 24-кратное искусственное питание на плазме для комаров Anopheles, однако показатели кормления и репродуктивный потенциал были низкими. Наши результаты представляют собой значительный прогресс в состоянии современных (рассмотрены Гонсалес и Хансен11), как наши сформулированы r-liq_diet имели аналогичную или лучшую производительность, чем стандартные позвоночных крови еды. Дальнейшие улучшения стабильности и стоимости хранилища должны расширить сферу его применения.
The authors have nothing to disclose.
Мы хотели бы поблагодарить Динору Лопес (IHMT-NOVA Animal Facility) за техническую поддержку, Джоану Гомес и Ана Катарину Алвес (IHMT-NOVA Insectary Facility) за поддержание колоний комаров Anopheles. Финансируется Фондом Билла и Мелинды Гейтс (OPP1138841), Funda’o para a Ci’ncia e Tecnologia (UID/04413/201, UID/Multi/04326/2013, SFRH/BPD/89811/2012, CEECIND/000/2000).
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 |