L’objectif de ce protocole est de livrer des repas de sang artificiels et d’origine animale aux moustiques Aedes aegypti par l’intermédiaire d’une mangeoire à membrane artificielle et de quantifier avec précision le volume de repas ingérés.
Les femelles de certaines espèces de moustiques peuvent propager des maladies tout en mordant les hôtes vertébrés pour obtenir des repas sanguins riches en protéines nécessaires au développement des œufs. En laboratoire, les chercheurs peuvent livrer des repas de sang artificiels et d’origine animale aux moustiques par l’intermédiaire de mangeoires membranaires, ce qui permet de manipulation de la composition des repas. Ici, nous présentons des méthodes pour nourrir le sang et les repas de sang artificiels aux moustiques Aedes aegypti et quantifier le volume consommé par les femelles individuelles.
L’alimentation ciblée et la quantification des repas artificiels/sanguins ont de larges utilisations, y compris l’essai des effets des composants de repas sur le comportement et la physiologie des moustiques, la livraison de composés pharmacologiques sans injection et l’infection des moustiques par des agents pathogènes spécifiques. L’ajout de colorant fluoréscéine au repas avant l’alimentation permet une quantification ultérieure de la taille des repas. Le volume de repas consommé par les moustiques peut être mesuré soit par le poids, si les femelles doivent être utilisées plus tard pour des expériences comportementales, soit par l’homogénéisation des femelles individuelles dans des assiettes de 96 puits et la mesure des niveaux de fluorescence à l’aide d’un lecteur de plaques comme test de point final. La quantification de la taille des repas peut être utilisée pour déterminer si le changement des composants des repas modifie le volume de repas ingéré ou si la consommation de repas diffère entre les souches de moustiques. La quantification précise de la taille des repas est également essentielle pour les analyses en aval, comme celles qui mesurent les effets sur l’attraction ou la fécondité de l’hôte. Les méthodes présentées ici peuvent être encore adaptées pour suivre la digestion des repas au fil des jours ou pour inclure de multiples marqueurs distinctifs ajoutés à différents repas (comme le nectar et le sang) pour quantifier la consommation de chaque repas par un seul moustique.
Ces méthodes permettent aux chercheurs d’effectuer à eux seul des mesures à haut débit pour comparer le volume de repas consommé par des centaines de moustiques individuels. Ces outils seront donc largement utiles à la communauté des chercheurs sur les moustiques pour répondre à diverses questions biologiques.
Nous présentons un protocole pour l’alimentation des repas sanguins modifiés aux moustiques Aedes aegypti à l’aide d’une mangeoire à membrane artificielle et mesurant précisément le volume de repas consommé par chaque moustique individuel. Ce protocole peut être adapté avec souplesse pour modifier le contenu du repas ou pour comparer le volume de repas consommé par différents groupes expérimentaux de moustiques.
Le moustique Ae. aegypti menace la santé mondiale en propageant des agents pathogènes qui causent des maladies telles que la fièvre jaune, la dengue, le chikungunya et zika1,2,3,4,5. Ae. aegypti femelles sont obliger les mangeurs de sang; ils doivent consommer du sang vertébré pour obtenir la protéine nécessaire au développement des œufs, et chaque couvée d’œufs nécessite un repas sanguin complet d’au moinsun hôte 6,7,8. Le moustique femelle pique d’abord son hôte en perçant la peau avec son stylet et en injectant de la salive, qui contient des composés qui déclenchent la réponse immunitaire del’hôte 9. Elle se nourrit ensuite en pompant le sang à travers son stylet dans son midgut. Tout en consommant un repas de sang d’un hôte infecté, elle peut ingérer des agents pathogènestransmissibles par le sang 6,8, qui migrent ensuite de la médiane du moustique à ses glandes salivaires10. Les moustiques femelles infectés de cette façon peuvent propager la maladie en injectant des agents pathogènes ainsi que de la salive lorsqu’ils mordentles hôtes suivants 11,12. Comprendre et quantifier les mécanismes du comportement d’alimentation sanguine sont des étapes cruciales dans le contrôle de la transmission des maladies transmises par les moustiques.
De nombreux protocoles de laboratoire pour l’élevage et l’expérimentation des moustiques utilisent des animaux vivants, y compris des souris, des cobayes ou des humains comme source desang 13,14,15,16. L’utilisation d’animaux vivants impose des préoccupations éthiques ainsi que des exigences complexes en matière de formation du personnel, de logement et de soins aux animaux, et de conformité aux politiques du Comité institutionnel de soins et d’utilisation des animaux (IACUC). Il limite également les types de composés qui peuvent être livrés aux moustiques, ce qui limite les études qui peuvent être menées17.
Les appareils artificiels d’alimentation sanguine, qui utilisent généralement un système membranaire pour simuler la peau de l’hôte, sont des outils utiles pour étudier les comportements d’alimentation sanguine qui contournent la nécessité de l’entretien des hôtes vivants. Le sang entier peut être acheté auprès d’un certain nombre de vendeurs et donné aux moustiques à l’aide de mangeoires à membrane artificielles chauffées et en vested’eau ou d’appareils similaires 18,19. Dans ce protocole, nous démontrons l’utilisation de petites mangeoires membranaires jetables appelés « Glytubes ». Cette mangeoire membranaire, précédemment publiée par Costa-da-Silva et coll. (2013)20, peut être facilement assemblée à partir d’équipement de laboratoire standard, ce qui le rend idéal pour livrer des repas sanguins à un nombre modéré de moustiques et simple à mettre à l’échelle pour tester de plus grands groupes ou des formulations de repas multiples. Le Glytube est une alternative peu coûteuse et efficace à d’autres mangeoires artificielles commerciales, qui peuvent nécessiter de plus grands volumes de repas et sont plus appropriés pour l’alimentation par lots de grands groupes de moustiques sur une formulation de repasunique 21.
Ce protocole comprend deux sections : la préparation/livraison de repas artificiels et la quantification de la consommation. Dans la première section, les Glytubes sont utilisés comme un moyen efficace de fournir des régimes manipulés. Le sang entier peut être remplacé par un repas entièrement artificiel pour comparer les effets des substituts sanguins au lieu d’un repas sanguin. Une recette adaptée de Kogan (1990)22 est présentée ici, bien que plusieurs formulations artificielles de repasaient été développées 23,24. En outre, l’alimentation est une méthode moins invasive et moins laborieuse pour introduire des composés pharmacologiques que l’injection. En raison du faible volume total requis pour chaque repas (1-2 mL), ce protocole fournit une méthode de livraison attrayante pour réduire les quantités de reagents coûteux. Ae. aegypti femelles consomment facilement des repas sans protéines de solution saline avec adénosine 5′-triphosphate (ATP)25,26, qui fournit une base de référence pour mesurer les effets des composants de repas unique. Par exemple, neuropeptide Y-like récepteur 7 (NPYLR7) dans Ae. aegypti est connu pour médiation de l’hôte à la recherche de suppression après un repas de sang riche en protéines, et lorsque les agonistes NPYLR7 sont ajoutés à un repas salin sans protéines, les moustiques femelles présentent la suppression de recherche d’hôte similaire à ceux qui ont consommé du sang entier7.
Dans la deuxième section, des étapes pour quantifier le volume de chaque repas consommé par un moustique femelle individuel sont présentées. Cet essai est basé sur la fluorescence et capture l’état d’alimentation dans une résolution plus élevée que les méthodes dans lesquelles les femelles sont classées comme « nourries » ou « non nourries » sur la base de l’évaluation visuelle de la distension abdominale seule. En ajoutant de la fluorescéine au repas avant l’alimentation, les volumes de repas ingérés par les individus peuvent être quantifiés en homogénéisant chaque moustique dans une assiette de 96 puits et en mesurant l’intensité de la fluorescence en lecture. Cet essai peut mesurer les différences dans la vigueur de l’alimentation en réponse à des variables telles que la composition des repas ou le fond génétique des moustiques. Une quantification précise est essentielle pour les tailles de repas intermédiaires, par exemple lorsque les femelles se voient offrir des repas sous-optimaux contenant des moyens de dissuasion alimentaires ou lorsqu’elles consomment des repas au saccharose de tailles variables27. Si des moustiques nourris sont nécessaires pour des analyses comportementales ultérieures après la quantification de la taille des repas, la taille des repas peut plutôt être calculée en pesant les femelles anesthésiées en groupes et en estimant la masse moyenne accrue par individu. Bien que moins précis que le marquage à la fluorescéine, le pesage fournit toujours une estimation agrégée du volume des repas et permet d’examiner l’effet du repas sur les processus en aval, comme la fécondité ou l’attraction subséquente de l’hôte. Alors que la taille des farines sanguines est variable et peut être influencée par une myriadede facteurs 11,28,29, tailles de repas ingérées mesurées avec les méthodes décrites ici sont compatibles avec les quantificationsprécédentes 7,30,31.
Pour de nombreuses applications de laboratoire, les mangeoires à membrane artificielle offrent des avantages distincts par rapport aux hôtes vivants en permettant aux chercheurs de manipuler directement le contenu du repas. Bien que de multiples méthodes soient disponibles pour l’alimentation artificielle des membranes, la méthode décrite ici offre des avantages en termes de flexibilité, de coût et de débit. Par rapport à d’autres mangeoires à membrane commerciale, l’analyse Glytube nécessite un petit volume de repas, ce qui en fait un mécanisme efficace de livraison pour les réacgages coûteux, y compris les médicaments ou les agents pathogènes, en minimisant le volume totalrequis 7,35. Comme les repas salins et artificiels sans protéines favorisent l’engorgement, des composés ou des agents pathogènes peuvent être ajoutés à l’un ou l’autre repas comme alternative à haut débit et non invasive aux injections. En outre, chaque composant du Glytube peut facilement être lavé, remplacé ou mis à l’échelle pour livrer et quantifier plusieurs types de repas sans contamination croisée de l’appareil d’alimentation.
Pour quantifier les volumes de repas consommés par les moustiques, la méthode à base de fluorescence permet une quantification plus précise de la taille des repas que le pesage des moustiques avant et après l’alimentation. Il convient de noter que cette méthode est un test de fin de point. En revanche, la pesée permet de garder les moustiques en vie pour d’autres expérimentations. En utilisant un lecteur d’assiettes, la méthode à base de fluorescence peut être facilement mise à l’échelle pour la quantification à haut débit des repas consommés par des centaines de femelles individuelles.
Pour atteindre des taux d’alimentation élevés, une combinaison de signaux d’hôte suffisants doit être présente pour activer le comportement féminin à la recherche d’un hôte et attirer les femelles à la mangeoire. Si les moustiques ne s’entant pas sous le Glytube, le repas peut ne pas être bien réchauffé, ou la livraison de CO2 peut ne pas être suffisante. L’ajout d’odeur humaine à la surface de la membrane augmente de façon fiable l’attrait de la membrane artificielle. Si des moustiques sont observés sous le Glytube mais ne se nourrissent pas, la composition des repas peut être en faute. Les femelles peuvent ne pas se nourrir si le repas lui-même n’est pas chaud, le sang est trop vieux, ou si les additifs au repas sont intrinsèquement aversifs ou provoquent une réaction chimiqueindésirable 36. L’ATP supplémentaire augmente également de manière fiable les taux d’alimentation et peut être augmenté jusqu’à une concentration finale de 2 mM dans chacune des recettes fournies. Les femelles peuvent ne pas se nourrir si le parafilm n’est pas tendu à travers le bouchon Glytube; le parafilm doit être uniformément transparent et ne doit pas boucler, car cela empêche la femelle d’être en mesure de percer efficacement le parafilm avec son stylet. Si le repas fuit à travers le Glytube sur le maillage, le parafilm peut avoir déchiré pendant le processus d’étirement et doit être remplacé.
Changer la composition des repas peut également permettre aux chercheurs de manipuler la durée nécessaire pour effacer le repas à partir du mi-temps ainsi que le comportement ultérieur de recherche de l’hôte. Les repas présentés ici nécessitent 24-36 h pour la digestion7 semblable au sang d’origine animale. Après s’être nourries de l’un de ces repas, les femelles supprimeront la recherche d’hôtes pendant la fenêtre de temps de digestion. Comme le repas salin manque de protéines, les femelles retournent à la recherche d’un hôte après le repas. Si un retour plus rapide est souhaitable, les chercheurs peuvent choisir d’autres repas salins de « compensation rapide » qui sont excrétés en environ 6 h27. Alors que la composition du repas salin présenté ici est appariée pour comparer directement les résultats avec le repas de sang artificiel, le repas de « compensation rapide » correspond plus étroitement aux niveaux physiologiques de sel trouvés dans le sang vertébré.
Les méthodes décrites ici ont des limites qui devraient être prises en considération avant de choisir l’analyse qui convient le mieux aux objectifs expérimentaux du chercheur. Les mesures de fluorescéine décrites ne permettent pas aux moustiques d’être utilisés à nouveau pour des expérimentations supplémentaires. Cependant, des mesures de poids peuvent être prises avant la quantification de taille de repas utilisant l’essai de fluorescéine. Si le poids et la taille des repas sont cohérents dans plusieurs essais pour un repas donné, le poids peut être utilisé comme un proxy dans de futures expériences. En outre, ce protocole ne fait pas de distinction entre les déficits dans la recherche de l’hôte par rapport au comportement d’alimentation sanguine; les moustiques qui présentent des déficiences dans la recherche de la mangeoire membranaire auront une réduction des taux d’alimentation et /ou de la taille des repas. En ajoutant une caméra pour enregistrer le comportement tout au long de l’analyse, les chercheurs peuvent déterminer si les femelles ne peuvent pas trouver le Glytube, ou si elles trouvent le Glytube, mais ne se nourrissent pas.
L’analyse décrite ici peut être adaptée pour explorer de nombreuses questions en suspens liées au comportement alimentaire chez les moustiques. Par exemple, la contribution de protéines sanguines spécifiques peut être explorée en modifiant le rapport entre les protéines constituantes ou la concentration totale de protéines dans le farine de sang artificiel. Pour évaluer la taille des repas à partir de multiples événements d’alimentation, des colorants avec des spectres de fluorescence distincts peuvent être ajoutés pour différencier les repas des sourcesuniques 37. Ce protocole peut également être modifié pour stimuler séparément les parties buccales internes qui détectent le sang et qui sont utilisées pour l’ingestion (c.-à-d., stylet), et les appendices chimiosensoriels qui contactent la peau (c.-à-d. labium, jambes) pendant que le moustique atterrit pour commencerl’alimentation de sang 36. Par exemple, si des ligands sont ajoutés directement au repas, ils ne contactent pas le labium et les jambes, puisque la membrane n’est percée que par le stylet. Si des ligands sont ajoutés à la surface extérieure du parafilm à la place, ils restent séparés du repas et peuvent être contactés par le labium et les jambes36. Enfin, la cinétique détaillée du comportement d’alimentation du sang ne sont pas bien comprises et la méthode présentée ici pourrait être modifiée pour combiner le suivi à haute résolution avec des outils d’apprentissage automatique pour extraire les lectures comportementales de la locomotion, de la posture et de la dynamique del’alimentation 38.
Ce protocole vise à être convivial et rentable, avec la capacité de servir les chercheurs utilisant des manipulations pharmacologiques et génétiques pour étudier l’alimentation sanguine des moustiques et le comportement post-alimentation du sang.
The authors have nothing to disclose.
Nous remercions Nipun Basrur, Adriana K. Rosas Villegas, Nadav Shai et Trevor Sorrells pour leurs commentaires sur les manuscrits, ainsi que Zhongyan Gong et Kyrollos Barsoum pour leur assistance technique. Nous remercions Alex Wild pour les photographies utilisées dans la figure 1. K.V. a été soutenu par la bourse Boehringer Ingelheim Fonds PhD. V.J. a été soutenu en partie par nih T32-MH095246. Ce travail a été soutenu en partie par une subvention accordée à l’Université Rockefeller par le Howard Hughes Medical Institute par l’intermédiaire du programme de bourses James H. Gilliam pour l’étude avancée à V.J. Ce matériel est basé sur des travaux appuyés par le Programme de bourses d’études supérieures de la Fondation nationale des sciences dans le cadre de la subvention no. NSF DGE-1325261 à V.J. Les opinions, conclusions, conclusions ou recommandations exprimées dans ce matériel sont celles de l’auteur et ne reflètent pas nécessairement les vues de la National Science Foundation.
15 mL conical tubes | Fisher Scientific | 14-959-70C | |
3 mm diameter borosilicate solid-glass bead | MilliporeSigma | Z143928 | For use for bead mill homogenizer; not required if using pellet pestle grinder |
32 oz. high-density polyethylene (HDPE) plastic cup | VWR | 89009-668 | Example mosquito container used for feeding assays shown; alternate options can be used |
50 mL conical tubes | Fisher Scientific | 14-959-49A | |
96-well black polystyrene plate | ThermoFisher | 12-566-09 | |
96-well PCR plate sealing film | Bio-Rad | MSB1001 | Alternate options can be used |
96-well PCR plates | Bio-Rad | HSP9621 | Alternate options can be used |
Adenosine 5′-triphosphate (ATP) disodium salt hydrate | MilliporeSigma | A6419 | |
Albumin (human serum) | MilliporeSigma | A9511 | |
Aluminum foil | Fisher Scientific | 01-213 | Alternate options can be used to block light entering fluorescein container |
Balance | Fisher Scientific | 01-911 | Alternate options can be used |
Bead mill homogenizer | Qiagen | 85300 | Not required if using pellet pestle grinder |
Cotton ball | Fisher Scientific | 22456880 | For nectar-feeding; alternate options can be used |
Defibrinated sheep blood | Hemostat Laboratories | DSB100 | Alternate options can be used |
Drosophila CO2 fly pad | Tritech Research | MINJ-DROS-FP | Alternate options can be used |
Fluorescein | MilliporeSigma | F6377 | |
Fluorescence plate-reader | ThermoFisher | VL0000D0 | Alternate options can be used |
Gamma-globulin (human blood) | MilliporeSigma | H7379 | |
Glycerol | MilliporeSigma | G7893 | |
Hemoglobin (human) | MilliporeSigma | G4386 | |
Laboratory wrapping film – parafilm | Fisher Scientific | 13-374 | |
Magnetic stirrer | Fisher Scientific | 90-691 | Alternate magnetic stirrers can be used |
Microcentrifuge for 96-well plate | VWR | 80094-180 | Alternate options can be used |
Microcentrifuge Tubes | MilliporeSigma | 2236412 | Alternate options can be used |
Pellet pestle grinder | VWR | KT749521-1500 | Not required if using bead mill homogenizer |
Phosphate buffered solution (PBS) | Fisher Scientific | BW17-516F | Optional |
Razor blades | Fisher Scientific | 12-640 | Alternate options can be used, such as a lathe for better consistency of cutting |
Rubber bands | |||
Silicone tubing | McMaster Carr | Needed if using a fly pad for CO2 delivery | |
Sodium bicarbonate (NaHCO3) | Fisher Scientific | S233 | |
Sodium chloride (NaCl) | MilliporeSigma | S9888 | |
Stir bars | Fisher Scientific | 14-512 | Alternate magnetic stir bars can be used |
Translucent polypropylene storage box with removable lid | Example box used for feeding assays shown | ||
Vortex mixer | |||
Water bath | Alternate heating device may be used | ||
White 0.8 mm polyester mosquito netting | American Home & Habit Inc. | F03A-PONO-MOSQ-M008-WT | Alternate options can be used |