Um protocolo é apresentado para a formulação de uma dieta artificial sem sangue para alimentar mosquitos Anopheles em cativeiro. Esta dieta tem um desempenho semelhante ao sangue vertebrado e desencadeia oogênese e maturação de ovos e produz descendência adulta viável.
A pesquisa sobre malária requer condições de reprodução e produção em larga escala para mosquitos(Anopheles spp.) em cativeiro. A produção sustentável e confiável de mosquitos é atualmente inibida pelo fornecimento de sangue vertebrado fresco. Alternativas ao sangue são necessárias para promover estratégias eficientes de controle para malária e outras doenças transmitidas por vetores que são transmitidas por insetos que alimentam sangue. Com isso em mente, dietas líquidas artificiais foram formuladas como substitutos para sangue de vertebrado fresco. Aqui relatamos uma dieta líquida artificial sem sangue que fornece taxas de alimentação semelhantes ao sangue e imita os efeitos fisiológicos de uma refeição sanguínea de vertebrado fresco. A dieta induz o amadurecimento ovariano e ovo dos mosquitos Anopheles e também produz boa sobrevivência larval e desenvolvimento de adultos funcionais. A dieta líquida formulada sem sangue é um importante avanço para a reprodução sustentável de mosquitos em cativeiro e reduzirá os custos de manutenção das colônias de mosquitos e eliminará a necessidade de sangue vertebrado fresco.
Doenças transmitidas por vetores afetam vários milhões de seres humanos em todo o mundo e causam milhões de mortes a cada ano. Eles são transmitidos por insetos infectados com microrganismos produtores de doenças (protozoários, vírus) adquiridos quando se alimentam de sangue de um hospedeiro infectado. Posteriormente, o vetor infectado transmitirá o patógeno para um novo hospedeiro durante a próxima refeição de sangue. A malária é a doença mais mortal transmitida por vetores que é transmitida por várias espécies diferentes do mosquito Anopheles e afeta 40% da população mundial1. O parasita protista da malária é responsável por mais de 400.000 mortes por ano, das quais a maioria são crianças menores de 5 anos (Organização Mundial da Saúde). O mosquito Anopheles fêmea transmite o parasita da malária do gênero Plasmodium entre humanos e outros animais quando se alimenta de sangue vertebrado, um passo necessário para a produção e desenvolvimento de ovos2.
As estratégias atuais de erradicação da malária e outras doenças emergentes transmitidas por mosquitos vetors mortais dependem do desenvolvimento de estratégias inovadoras de controle de mosquitos3,4,5,que incluem a liberação na natureza de um grande número de mosquitos criados em insetículos. No entanto, um fator limitante crucial é a dependência de um fornecimento de sangue fresco para a criação e reprodução eficaz de mosquitos. A composição variável do sangue vertebrado pode impactar negativamente a fertilidade do mosquito e a forma física da progenia e pode limitar a confiabilidade e sustentabilidade das colônias de reprodução em cativeiro. Programas de liberação e controle de mosquitos exigem sistemas de produção de mosquitos em larga escala e um fornecimento regular de grandes quantidades de sangue vertebrado. Este é um grande obstáculo para a produção de mosquitos e levanta uma série de questões éticas associadas ao uso de animais vivos e limitações logísticas causadas pelas normas de segurança exigentes associadas. Isso torna os custos de manutenção e segurança das colônias de mosquitos elevados e desafia a sustentabilidade das práticas atuais de criação de mosquitos, particularmente em países de baixa renda, onde a ameaça da malária é muito maior.
Recentemente, pesquisas foram focadas no desenvolvimento de substitutos sanguíneos que imitam uma refeição de sangue vertebrado, mas até agora, apenas o sucesso limitado foi alcançado6,7,8,9. Uma dieta artificial bem sucedida precisa (1) provocar engorgement completo de mosquitos femininos, (2) desencadear a produção de vitellogenina, (3) produzir grandes lotes de ovos viáveis, e (4) gerar progenia saudável10. Além disso, as dietas artificiais possuem uma composição padrão e, portanto, são mais confiáveis para a produção de mosquitos para fins de pesquisa e controle. Dietas bem sucedidas sem sangue foram desenvolvidas para mosquitos Aedes (revisados por Gonzales e Hansen11),mas não para Anopheles spp. As dietas artificiais existentes contêm um phagostimulant (por exemplo, ATP10), uma fonte proteica para maturação de ovos6,12, carboidratos como fonte de energia, e aminoácidos (aa)13 que são fundamentais para a produção de óvulos e são um importante fator limitante para a fertilidade do mosquito14. Uma dieta artificial sem sangue também precisa fornecer colesterol15,o que melhora a produção de ovos. Aqui descrevemos uma dieta artificial sem sangue para mosquitos Anopheles fêmeas e demonstramos que ela tem um desempenho consistente e equivalente a uma refeição de sangue vertebrado de alta qualidade.
O sucesso de nossa dieta formulada sem sangue é provavelmente o resultado do efeito fisiológico sinérgico de todos os componentes adicionados ao i-liq_diet (rico em açúcar, aminoácidos, vitaminas e microelementos): BSA (fonte proteica), ATP (phagostimulant) e colesterol (fonte lipídica). A suplementação do r-liq_diet apenas com os componentes individuais não foi eficaz no estímulo à produção de ovos (dados não mostrados). Uma desvantagem do protocolo pode ser o custo de alguns dos componentes, como o colesterol. Mesmo assim, sua presença é fundamental, pois os insetos são incapazes de sintetizar19 e esta molécula é o precursor dos hormônios ecdysteroidques que regulam a síntese de gema e a maturação de ovos em artrópodes20. Menores quantidades de colesterol devem ser testadas para otimizar a quantidade necessária com o objetivo de reduzir custos e aumentar os benefícios da dieta artificial.
Outra limitação do método é que a dieta artificial deve estar recém-preparada a partir de soluções de estoque, pois uma vez preparada em sua forma líquida final perde qualidade após o armazenamento. No futuro, nossa dieta formulada poderia ser preparada como uma potência seca, semelhante ao SkitoSnackt, uma substituição artificial de farinha de sangue para mosquitos Aedes aegypti 21.
Além de fornecer os nutrientes necessários, uma refeição artificial precisa atrair e estimular mosquitos fêmeas a se alimentardamente da mesma forma que quando se alimentam de sangue fresco vertebrado. A dieta artificial sem sangue aqui descrita resultou em um aumento de 20% em mosquitos fêmeas totalmente engordados quando comparado com o grupo alimentado com sangue vertebrado. Essa medida indireta de atração poderia ser ainda mais esclarecida usando olfactômetros para confirmar que a dieta artificial é mais atraente e mais atraente para os mosquitos do que o sangue fresco.
O maior impacto da dieta na mortalidade larval foi observado para larvas derivadas de mosquitos alimentados com sangue, sugerindo que uma dieta artificial de composição estável pode contribuir para reduzir a mortalidade e melhorar o sucesso da reprodução de mosquitos quando comparada ao sangue fresco. O resultado menos previsível de uma refeição sanguínea pode surgir de variações hospedeiras na composição17 e da presença no sangue de moléculas que podem interferir na fisiologia do mosquito22. Os fatos anteriores enfatizam as vantagens para a criação de mosquitos de alta qualidade de dietas sem sangue fresco.
No geral, o número médio de ovos colocados em nosso estudo foi baixo em relação aos relatados em alguns insetários, mas o número médio de ovos ovipositados foi comparável à cepa de criação de laboratório de A. gambiae alimentada com sangue humano (22,6 ± 5,5 ovos/fêmea)23. Não foram observadas diferenças estatísticas significativas entre nossos grupos experimentais alimentados com sangue fresco ou nas refeições artificiais (Tabela 2),sugerindo que a implementação de um sistema de alimentação artificial de membrana com nossa dieta formulada é suficiente para manter e propagar colônias de mosquitos Anopheles em cativeiro.
Refeições artificiais sem sangue podem manter colônias aedes 22,mas quando aplicadas aos mosquitos Anopheles são de sucesso limitado ou nenhum11. Recentemente, uma refeição artificial à base de plasma para mosquitos Anopheles foi descrita24, mas as taxas de alimentação e o potencial reprodutivo foram baixos. Nossos resultados representam um avanço substancial no estado de arte (revisado por Gonzales e Hansen11) como nosso r-liq_diet formulado teve um desempenho semelhante ou melhor do que a refeição sanguínea de vertebrado padrão. Outras melhorias na estabilidade e no custo do armazenamento devem ampliar o escopo de sua aplicação.
The authors have nothing to disclose.
Agradecemos a Dinora Lopes (IHMT-NOVA Animal Facility) pelo apoio técnico, Joana Gomes e Ana Catarina Alves (IHMT-NOVA Insectary Facility) pela manutenção das colônias de mosquitos Anopheles. Financiado pela Fundação Bill e Melinda Gates (OPP1138841), Fundação para a Ciência e Tecnologia (UID/Multi/04413/2011, 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 |