معلومة

كيف بالضبط ينتقل البعوض مباشرة على الهدف؟

كيف بالضبط ينتقل البعوض مباشرة على الهدف؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

هناك سؤال حول اتجاه البعوض في الظلام ، ولكن الإجابة لا تتناوله على وجه التحديد وأنا مهتم أكثر بقدرة البعوض على الإغلاق على الهدف أكثر من التنقل العام.

أعلم أنهم يستخدمون هوائياتهم للكشف عن ثاني أكسيد الكربون وحمض اللبنيك. لكن الرائحة وحدها لا تبدو جيدة بما يكفي للهبوط الدقيق.

لديهم عيون ، ومع ذلك يمكنهم العمل في الظلام الدامس مما يعني أن العيون زائدة عن الحاجة للهجوم.

يمكنهم الشعور بالحرارة ، لكن لا يبدو أنهم يهاجمون مصادر الحرارة غير القائمة على النار.

إذا كيف بالضبط هل تنجح البعوضة في الهبوط على قطعة من الجلد مكشوفة؟ هل يخبرنا هذا بأي شيء عن التدخل في نظام الملاحة الخاص بهم؟


لا يعتمد البعوض على إشارة واحدة للعثور على مضيفه. إنه مزيج من ثاني أكسيد الكربون ودرجة الحرارة وإشارات الرائحة ، مما يجعل البعوض مغذيًا فعالًا للدم. قد تساعدك هاتان الورقتان في فهم كيفية استهداف البعوض لمضيفيهم.

التحليل الجيني للكشف عن البعوض للإنسان

يؤدي التكامل متعدد الوسائط لثاني أكسيد الكربون والإشارات الحسية الأخرى إلى جذب البعوض للإنسان


كيف بالضبط يتنقل البعوض مباشرة على الهدف؟ - مادة الاحياء

جميع المحتويات محفوظة الحقوق 2020

ينصب التركيز الرئيسي للمختبر على توصيف جينات معينة ومنتجاتها التي تتحكم في العمليات السلوكية المهمة في دورة حياة الحشرات التي تعمل كناقلات للأمراض. في ضوء ذلك ، نركز على المضيف (أي مصدر وجبة الدم) في البحث / الاختيار في بعوضة Anopheles gambiae التي تعد الناقل الرئيسي للملاريا في إفريقيا. تحدث الملاريا بسبب طفيلي أوّلي من جنس المتصورة ينتقل إلى الإنسان عن طريق تغذية الدم عن طريق إناث بعوض الأنوفلين.

في هذا السياق ، ندرس الأحداث الجزيئية للشم حيث يسود هذا المعنى التفضيل العام للمضيف والسلوكيات الأساسية الأخرى في البعوض والحشرات الأخرى. هذا الجانب من سلوك البعوض مهم بشكل خاص لأنه يساهم بشكل كبير في القدرة الاتجاهية لهذا الناقل المفصلي ، بالإضافة إلى لعب دور مماثل في التأثير العام للعديد من الحشرات الأخرى ذات الأهمية الاقتصادية.

نحن نستخدم الأساليب الجزيئية والمعلوماتية لتحديد الجينات النشطة في نقل الإشارات الشمية في آن. غامبيا وغيرها من البعوض الناقل للأمراض. بدأ التوصيف الجزيئي للجينات التي تتوسط حاسة الشم في بعوضة الأنوفلين بتوليد مكتبات (كدنا) مشتقة تحديدًا من حاسة الشم (أي ملامس قرون الاستشعار والفك العلوي) والعصبية (رؤوس تم تجريدها من ملامس قرون الاستشعار والفك العلوي) للإناث البالغة البعوض. تم استخدام هذه الهياكل التي تم تشريحها يدويًا كركيزة لتخليق مكتبات (كدنا) مطروحة باستخدام طرق جديدة قائمة على PCR والتي تم تصميمها خصيصًا لتسهيل استخدام كميات picogram من مادة بدء mRNA. في الآونة الأخيرة ، ركزنا على الأساليب القائمة على الجينوم والتي تشمل استخراج الجينوم والتسلسل العميق للنسخ الشمية التي أدت بالتالي إلى عزل العديد من الجينات الشمية من An. غامبيا التي يتم توصيفها حاليًا على المستويين الجزيئي والخلوي.

ينصب الكثير من تركيز المختبر على الخصائص الجزيئية والكيميائية الحيوية والوظيفية لـ ORs An. غامبيا (AgORs). على مر السنين ، تحولت & quotTeam AgOR & quot من التوصيف الأصلي لـ AgORs من حيث تسلسل الحمض النووي وتنظيمها إلى دراسات التعبير في الجسم الحي بالتفصيل. لقد قمنا بتوسيع هذه الدراسة لتشمل استخدام أنظمة التعبير خارج الجسم الحي ، الفيزيولوجيا الكهربية ، ثقافة الخلية وأنظمة الحشرات المعدلة وراثيًا (على سبيل المثال ذبابة الفاكهة) من أجل دراسة الخصائص الوظيفية لـ AgORs من ملاحق خفية محددة إلى مناهج الجينوم الكاملة (انظر قائمة النشر) .

الهدف طويل المدى لعملنا هو التوصيف الجزيئي للجينات الشمية بشكل عام وكذلك الآليات التي تعتبر مركزية في التفضيل الملحوظ لوجبات الدم البشرية (الأنثروبوفيلي) المميزة لـ An. غامبيا إس. في الواقع ، فإن هذا المكون من سلوك البعوضة هو الذي يجعلها ناقلًا مهمًا للمرض. في المقابل ، لوحظ تفضيل وجبات الدم البقري (zoophily) في الأنواع غير الشقيقة An. كوادريانولاتوس. باستخدام التهجين الطرحي ، قد يكون من الممكن تحضير مجمعات cDNA المخصبة للأنثروبوفيليك والحيوانية والتي يمكن عزل مجموعة أكثر تحديدًا من الجينات الشمية وغيرها من الجينات السلوكية. في الوقت الحالي ، نحن منخرطون في مجموعة من الدراسات لعزل وتمييز نسب الأرجحية المتعامدة من أنواع البعوض المحبة للإنسان والحيوان وكذلك من نواقل البعوض الأخرى لمسببات الأمراض البشرية الأخرى. وتشمل هذه الزاعجة المصرية ، ناقل حمى الضنك والحمى الصفراء المنتشرة على نطاق واسع في أمريكا الوسطى والجنوبية و Culex pipens ، بعوض أمريكا الشمالية المسؤول عن انتقال فيروس غرب النيل.

على الجانب التطبيقي ، من 2005 إلى 2015 ، حظينا بامتياز المشاركة في شبكة دولية واسعة من خمسة مختبرات (تشمل جامعة ييل ، نيو هافن ، جامعة سي تي واغينينغن ، هولندا ICIPE ، كينيا ، مختبرات MRC ، غامبيا) التي تم اختيارها للحصول على منحة مؤسسة Bill and Melinda Gates للتحدي الكبير في الصحة العالمية لغرض محدد لاستهداف مستقبلات الرائحة من أجل تصميم جيل جديد من طارد البعوض والجاذبات. في الآونة الأخيرة ، نواصل العمل مع الزملاء في معهد فاندربيلت للبيولوجيا الكيميائية في استخدام أحدث الأساليب الجزيئية والكيميائية التي تستهدف AgOR / AaORs من أجل تصميم جيل جديد من طارد البعوض والجاذبات التي من شأنها تعزيز التصميم. من البرامج الجديدة التي تستهدف المسارات الكيميائية الحسية والسلوكيات التي تسيطر عليها في البعوض الناقل. قد تشمل هذه أيضًا برامج الاضطرابات السلوكية القائمة على مثبطات محددة (تعرف أيضًا باسم "الخلط") لمسارات حاسة الشم بوساطة OR بالإضافة إلى تحديد وتصميم ذكي لجاذبات البعوض والمواد الطاردة للبعوض الجديدة والمُصنّعة اقتصاديًا. يمكن أن يمتد هذا النهج ليشمل نواقل البعوض الأخرى وكذلك حيث يمكن أن تؤثر التخفيضات في البحث عن العائل (من خلال استخدام الخلط أو المواد الطاردة) على انتقال المرض من خلال استهداف قدرة ناقلات النواقل البالغة. يمكن دمج الجاذبات في استراتيجيات إدارة البعوض الجديدة ، وتشمل هذه: إغراءات لزيادة كفاءة المصائد للرصد الخافر لمجموعات ناقلات الأمراض وأنظمة مصيدة البعوض المحملة بمبيدات الحشرات لتقليل عدد السكان ، وزيادة الاستراتيجيات القائمة على الناموسيات المعالجة بمبيدات الحشرات (ITN) أيضًا مثل تمكين استراتيجيات مبتكرة لمكافحة الحشرات / الأمراض التي تركز على تعطيل و / أو الاستفادة من تفاعلات العائل النواقل.

حتى الآن ، أدى هذا الجهد إلى تحديد العديد من المكونات النشطة (AIs) التي تجذب البعوض والحشرات الأخرى وتطردها - ومنح براءات اختراع للعديد من هذه المكونات. تنتمي أكثر أنظمة الذكاء الاصطناعي الواعدة هذه إلى فئة جديدة من الجزيئات التي تستهدف بشكل مباشر مستقبلات رائحة الحشرات المكتشفة هنا في جامعة فاندربيلت - جامعة فاندربيلت - منبهات / مناهضات الخيفيات (VUAAs). من خلال العمل مع الزملاء الأكاديميين والقطاع الخاص ، نعمل على تطوير طارد الحشرات القائم على VUAA لاستخدامه ضد الحشرات التي تعمل كآفات زراعية / صناعية وناقلات للأمراض.

لقد قمنا مؤخرًا بتوسيع اهتماماتنا لتشمل دراسة العناصر الكيميائية الحسية للتفاعلات eusocial القائمة على الفرمون في نوعين متباينين ​​(Camponotus floridanus و Harpegnathos saltator) من النمل. بدأ هذا كجزء من جائزة الابتكار التعاوني من معهد هوارد هيوز الطبي (HHMI) وهو الآن مدعوم من جامعة فاندربيلت. في هذا السياق ، قمنا بتوسيع دراساتنا حول السلوكيات الحسية الكيميائية للبعوض إلى النمل eusocial للاستفادة من مجموعة العمل الكبيرة التي تشير إلى أن السلوك والتنظيم الاجتماعي في النمل يتم تعديله إلى حد كبير عن طريق التواصل الكيميائي الحسي ، وغالبًا ما يتم ترميزه بواسطة خليط معقد من الهيدروكربونات الجلدية المتطايرة (CHCs). النمل ممتع للغاية لأنه يُظهر قدرة متطورة على التمييز والاستجابة لثروة من الإشارات الكيميائية ذات الصلة اجتماعيا والتي ترتبط ارتباطًا وثيقًا بالبنية. من المرجح أن تزودنا الوراثة والدوائر المتأصلة التي تدعم هذه السعة بخزان غني من المعلومات المتعلقة بالتطور والطبقة والتعديل الخاص بالجنس لمساحة المستقبلات الكيميائية الحسية ، لأنها تنطبق بشكل خاص على التنظيم الاجتماعي - وهو سؤال مثير للاهتمام للغاية ليس كذلك تنطبق على البعوض الناقل.


طريقتان لصنع البعوض المضاد للملاريا

من خلال تسخير الميكروبات التي تعيش داخل هذه الحشرات الماصة للدماء ، يحاول العلماء منعها من نشر الأمراض.

ينقل البعوض الميكروبات التي تسبب أمراضًا مدمرة ، من الفيروسات المسببة لزيكا وحمى الضنك والحمى الصفراء ، إلى المتصورة الطفيليات التي تسبب الملاريا. لكن البعوض ، مثل جميع الحيوانات الأخرى ، يؤوي أيضًا زمرة أكثر اعتدالًا من البكتيريا. وبعض أعضاء هذا الميكروبيوم ، بعيدًا عن التسبب في الأمراض ، قد يكون مفاتيح ذلك منع معهم.

عندما تلدغ البعوضة شخصًا مصابًا بالملاريا ، المتصورة تندفع الطفيليات إلى أنفها وتنتهي في أمعائها. هناك ، تتزاوج الطفيليات وتتكاثر ، مما يخلق جيلًا جديدًا يمكن أن يصيب الشخص التالي الذي يتعرض للعض. إنه أيضًا المكان الذي يلتقون فيه ببقية البكتيريا الأصلية للبعوض. استنتج مارسيلو جاكوبس-لورينا ، من كلية جونز هوبكنز بلومبرج للصحة العامة ، أنه إذا كان بإمكانه هندسة تلك البكتيريا الأصلية لقتلها المتصورة، يمكنه منع البعوض من نقل الملاريا.

أظهر فريقه لأول مرة أن هذا النهج يمكن أن ينجح في عام 2012 ، من خلال العمل مع بكتيريا تسمى بانتويا، وهو أمر شائع بين البعوض. قام الباحثون بتحميل البكتيريا بترسانة من مضادات-المتصورة الجينات. يمنع البعض الطفيلي من إصابة أمعاء البعوض. يقتل البعض الآخر الطفيل مباشرة عن طريق إدخال مسام صغيرة في سطحه ، مما يجبره على التسرب بشكل لا يمكن السيطرة عليه. في التجارب المعملية ، قللت هذه البكتيريا المعدلة من نمو طفيليات الملاريا بنسبة تصل إلى 98 في المائة ، وخفضت نسبة البعوض المصاب بنسبة 84 في المائة.

ولكن بغض النظر عن مدى فعالية الميكروبات المصممة هندسيًا في المختبر ، فإنها تكون عديمة الفائدة ما لم تجد طريقة لنشرها من خلال البعوض البري. حيرت هذه المشكلة جاكوبس-لورينا لسنوات ، إلى أن اكتشف أحد أعضاء فريقه ، سيباو وانج ، اكتشافًا مصادفة.

كان وانغ يشرّح مبيض بعوضة ملاريا أسيرة عندما لاحظ أن السائل المتسرب من الأعضاء كان غائما بعض الشيء. وعندما وضع السائل في أطباق بتري المليئة بالهلام المغذي ، بدأت البكتيريا في النمو. كانت جميع هذه البكتيريا متشابهة ، وعلى الرغم من أنها تنتمي إلى مجموعة تسمى سيراتيا، كانوا أيضًا جزءًا من سلالة لم يرها أحد من قبل. أطلق عليه الفريق اسم AS1.

كان AS1 هو كل شيء يمكن أن يتمناه الفريق. يمكن تصميمه ليحمل نفسالمتصورة الجينات التي أضافها الفريق بانتويا. ولكن على عكس تلك البكتيريا الأخرى ، ينتشر AS1 كالنار في الهشيم. يمكن أن ينتقل في جميع أنحاء جسم الحشرة المصابة. عندما يصيب الغدد التناسلية لذكور البعوض ، يمكن أن ينتشر إلى الإناث عن طريق الجنس. عندما يصيب مبيض الأنثى ، يمكن أن يلتصق ببيضها. وعندما يوضع هذا البيض في الماء ، تسبح البكتيريا حولها وتبتلعها يرقات البعوض التي تفقس في النهاية.

لذلك يمكن أن ينتشر AS1 بشكل فعال خلال الأجيال ، وفي الأجيال الجديدة. أظهر وانغ ذلك من خلال إطلاق البعوض المصاب في أقفاص مع أقران غير مصابين ، والذين فاقهم عددًا بنسبة 20 إلى 1. في غضون جيل واحد ، حملت كل بعوضة في القفص سيراتيا.

يخطط الفريق الآن لنقل البعوض إلى محطة ميدانية في زامبيا ، وإطلاقه في دفيئة مغطاة بالشبكة تحتوي على نباتات وكوخ صغير. إنهم يريدون معرفة ما إذا كان AS1 سيستمر في الانتشار بشكل فعال في هذه الإعدادات الأكثر واقعية.

لكن أليسون إيزاك ، من كلية لندن للصحة والطب الاستوائي ، لاحظت أن AS1 مشابه جدًا لـ AS1 سيراتيا السلالات الشائعة في الحشرات الأخرى. وتقول: "سيكون من المهم التحقيق فيما إذا كانت البكتيريا المعدلة وراثيًا يمكن أن تنتشر إلى ما وراء البعوض ، وتحديد المخاطر المرتبطة بها". تتمثل إحدى طرق منع مثل هذه القفزات عبر الأنواع في إدخال الجينات المضادة للملاريا ليس في ميكروب تكافلي ، ولكن مباشرة في جينومات البعوض نفسه. تحاول مجموعة جاكوبس-لورينا القيام بذلك أيضًا ، وكذلك فريق آخر بقيادة جورج ديموبولوس ، من جامعة جونز هوبكنز.

في عام 2006 ، أظهر فريق ديموبولوس أنه عندما يتم غزو البعوض المتصورة الطفيليات ، فهي تصنع استجابة مناعية لإزالة العدوى. لكنهم عادة ما يكونون متأخرين في الوقت الذي يتفاعلون فيه ، تكون الطفيليات قد استعمرت بالفعل أحشائها. لذلك أعطى الفريق للحشرات ميزة عن طريق تعديل جين يسمى REL2 ، والذي أدى بعد ذلك إلى تسريع جهاز المناعة بمجرد أن يبدأوا في امتصاص الدم. وكان هذا البعوض المعدل بالفعل أكثر مقاومة للملاريا.

للتحقق من أن البعوض المعدل يتمتع بصحة جيدة مثل البعوض الطبيعي ، دفع الفريق كلا النوعين في أقفاص ، وتركهما لعدة أجيال. وفقًا لقوانين الوراثة المعتادة ، يجب أن ينتشر جين REL2 المعدل في النهاية إلى 75 بالمائة من البعوض. لكن لدهشته ، وجد ديموبولوس ذلك في 90 في المائة من الحشرات ، بعد جيل واحد فقط. بطريقة ما ، كان ينتشر بوتيرة لا تصدق. كيف؟

أدرك الفريق أنه من خلال تغيير جين REL2 ، قاموا أيضًا بتغيير مجتمع الميكروبات في أمعاء البعوض. وهذه الميكروبات ، بدورها ، غيرت الميول الجنسية للبعوض - ربما عن طريق تغيير طريقة شمها. تفضل الذكور المعدلة التزاوج مع الإناث العادية ، بينما طور الذكور العاديون جاذبية للإناث المعدلة. لذا فإن كل لقاء جنسي ينشر الجين المعدل في الجيل التالي. يريد Dimopoulos ، مثل Jacobs-Lorena ، الآن وضع هذه البعوض في حاويات أكثر واقعية لمعرفة ما إذا كانت تتصرف بنفس الطريقة.

تسلط هذه الدراسات الضوء على "مدى ضآلة ما نعرفه عن الجراثيم الطبيعية في البعوض الناقل" ، كما تقول إيلينا ليفاشينا ، من معهد ماكس بلانك لبيولوجيا العدوى. أظهرت مجموعة من الدراسات أن البعوض يحتاج إلى ميكروبات لينضج ، لكن هل تحتاج كل الأنواع إلى نفس البكتيريا؟ وجبة من الدم تعيد تشكيل البكتيريا في أمعاء البعوض ، لكن هل هذه التغييرات مهمة للحشرات؟

قد تبدو هذه أسئلة غامضة ، لكن العديد من الفوائد غير المتوقعة جاءت من خلال الاستكشاف غريب الأطوار لميكروبات البعوض. على سبيل المثال ، في عام 1924 ، اكتشف عالمان بكتيريا تسمى Wolbachia في خلايا أ كوليكس البعوض. أظهر آخرون ذلك لاحقًا Wolbachia جيد بشكل استثنائي في الانتشار ، وأنه يتوقف الزاعجة البعوض من نقل الفيروسات وراء حمى الضنك وزيكا. يتم الآن اختباره في المدن الاستوائية حول العالم ، كطريقة واعدة للسيطرة على هذه الأمراض. Wolbachia ربما لن يعمل مع الملاريا ، لأن البكتيريا لا يبدو أنها تتصدى لها المتصورة بنفس فاعلية فيروسات حمى الضنك وزيكا. ولكن كما أوضح ديموبولوس وجاكوبس-لورينا ، هناك بكتيريا أخرى يمكن أن تحل محلها.

تتشابه اكتشافاتهم مع محركات الجينات - وهي ظاهرة تتمتع فيها الجينات بفرصة أكبر من 50-50 لدخول الجيل التالي ، ويمكنها تكبير التجمعات السكانية. تحدث محركات الجينات بشكل طبيعي ، ولكن في عصر تقنيات تعديل الجينات القوية مثل كريسبر ، يمكن للعلماء هندستها عن عمد. تريد مجموعة تسمى Target Malaria استخدامها لدفع بعوض الملاريا إلى الانقراض في أفريقيا جنوب الصحراء الكبرى ، عن طريق نشر جين يعقم الإناث.

لا يزال الطريق بعيدًا ، مع وجود العديد من العقبات الفنية للتغلب عليها ، والمناقشات الأخلاقية التي يجب مواجهتها. كبداية ، يتضمن هذا النهج - تمامًا مثل مشاريع Dimopoulos و Jacobs-Lorena - التعديل الجيني ، والذي لا يزال يمثل مشكلة محفوفة بالاستقطاب. وجد استطلاع حديث أن أكثر من ثلث الأمريكيين يعتقدون - خطأ - أن البعوض المعدل وراثيًا هو المسؤول عن وباء زيكا.

بعض المخاوف سليمة: من غير الواضح ما إذا كان القضاء على نوع ما - حتى تلك التي تنطوي على مشاكل مثل بعوض الملاريا - سيكون له عواقب بيئية غير مقصودة. لهذا السبب يفضل Jacobs-Lorena فكرة استخدام AS1. إنه لا يحاول قتل أي بعوض. إنه يريد فقط استبدالهم بأفراد لا يستطيعون نشر الملاريا.

ومع ذلك ، تقول جاكوبس-لورينا: "إن نهجنا متوافق تمامًا مع محركات الجينات ، أو مع المبيدات الحشرية". "يمكنهم تعزيز بعضهم البعض. إذا تمكنا من خفض عدد السكان ، وجعل البعوض المتبقي غير قادر على نقل الطفيل ، فسيكون ذلك أكثر فعالية. أو يمكننا نشر البكتيريا في البعوض حيث تم القضاء على الملاريا بالفعل ، لتقليل خطر عودة الوباء مرة أخرى ".

يقول رافي دورفاسولا ، من جامعة نيو مكسيكو: "أراهن أنه لا توجد طريقة واحدة تعمل بمفردها". "حتى لو كانت لدينا استراتيجية مثل محرك الجينات ، ما زلت ترغب في استخدام الناموسيات وتصريف المياه. كل هذه الأشياء تسير معًا ".


تطور السلوك

مع مرور السنين ، عاد القضاء على انتشار الملاريا إلى جدول الأعمال العالمي. كان الفصل الأخير ، في الجزء الأول من هذا القرن ، هو إدخال الناموسيات المعالجة. لا تقتصر الناموسيات على قتل البعوض عند ملامستها فحسب ، بل توفر أيضًا حاجزًا ماديًا في الليل عندما يكون الناس أكثر عرضة للخطر. تدوم لفترة طويلة - كل شبكة توفر الحماية لمدة ثلاث سنوات على الأقل ، حتى مع الغسيل المنتظم. ومع ذلك ، يوثق الباحثون الآن في موجة مستمرة من الأوراق أن البعوض يطور مقاومة لمبيدات الناموسيات ، تمامًا كما فعلوا مع مادة الـ دي.دي.تي.

أدت الناموسيات إلى خفض معدلات الإصابة بالملاريا ، لكن البعوض يتكيف.

عند هذه النقطة ، المقاومة ليست مفاجئة. هذه هي الطريقة التي يعمل بها التطور: كما هو الحال في الفيزياء ، كل فعل له رد فعل متساوٍ ومعاكس. ادفع البندول ، شاهده وهو يتأرجح. اقتل كل البعوض الذي لا يستطيع تناول مبيد حشري ، شاهد إخوانهم الباقين على قيد الحياة يتكاثرون. من الممكن أن نتقدم على المقاومة إذا تمكنا من الضغط من اتجاهات كافية. إن فهم كيفية ظهور المقاومة ، والشكل الذي ستتخذه بالضبط ، مطلوب للمساعدة في التخطيط لهجماتنا المضادة.

هناك الكثير من الأبحاث حول كيفية إفلات البعوض من آثار المبيدات الحشرية ، من الناحية الفسيولوجية. هناك عدة طرق تكيفوا بها: إنهم يصنعون المزيد من الإنزيمات لتفكيك السم قبل أن يؤذيهم ، ويغيرون البروتينات التي يستهدفها حتى يصبحوا محصنين ، وما إلى ذلك. ولكن هناك القليل من العمل حول التأثير الذي كان يفكر فيه ستون في أوهايو والذي لاحظه تايلور قبل أكثر من ربع قرن - مشكلة السلوك. في السنوات القليلة الماضية ، بدأت حفنة من الأوراق البحثية في التعامل معها من خلال التجارب الميدانية ، ومراجعات الأدبيات ، والنماذج الرياضية.


تمييز الاتجاهات الصعبة

ماذا سيحدث إذا كان هناك أكثر من مجرد احتمالين في كل رسالة؟ اكتشف فريق سرينيفاسان ذلك. لقد عقدوا طريق الباحثين عن الطعام ، وبالتالي قدموا للنحل أربعة احتمالات.

"عندما سلطنا الضوء المستقطب الذي كان عبر الجزء الأول من النفق وفي خط مستقيم في الجزء الثاني ، قمنا بمحاكاة رحلة على شكل حرف L للنحل حيث طاروا في البداية في اتجاه عمودي على الشمس (إما إلى يشرح سرينيفاسان. وهذا خلق معضلة أن مصدر الغذاء يمكن أن يكون في واحد من أربعة مواقع محتملة. عالج النحل هذه المعضلة بإعلام زملائه في العش بالبحث في جميع الاتجاهات الأربعة الممكنة ".

وبالتالي ، فإن النحل قادر تمامًا على البحث عن الخيارات السكرية المتاحة ومشاركتها تحت السماء الغائمة. كتب فريق كوينزلاند: "نستنتج أن النحل الطائر قادر على الحصول على معلومات البوصلة المستمدة تمامًا من الضوء المستقطب والإشارة إليها. علاوة على ذلك ، فهم يتعاملون مع الغموض الاتجاهي المتأصل في الضوء المستقطب من خلال الإشارة إلى جميع المواقع المحتملة لمصدر الغذاء في رقصاتهم ، وبالتالي زيادة فرص تجنيد [النحل] إليه ".

كيف يتمكن النحل من تسجيل مثل هذه المعلومات الملاحية المعقدة؟ كما يكتب الفريق ، "نتائجنا تثير التساؤل حول كيفية حساب الحلول" المتعددة "المتعلقة بموقع مصدر الغذاء وتمثيلها في الآلية العصبية للدماغ".

يشتبه الفريق في أن المفتاح هو جينة يشاركها النحل معنا. أفاد معهد علم الأحياء الجينومي في جامعة إلينوي العام الماضي أن الجين المعروف باسم Egr ("بروتين الاستجابة المبكرة للنمو 1") يشارك في النشاط الملاحي للنحل. Egr-1 هو جين تنظيمي. يتم التعبير عن الجين المتماثل (المقابل) في قرن آمون في دماغ الثدييات حيث تتعلم الحيوانات التعامل مع المواقف الجديدة. أفاد الباحثون في عدد يونيو 2013 من مجلة علم الأحياء التجريبية أن الجين التنظيمي المقابل يتم تنشيطه في أجسام عيش الغراب في أدمغة النحل فقط عندما يتعلمون طريقهم في مكان غير مألوف. عند البحث عن مصدر جديد للسكر الزهري.

يشتبه فريق سرينيفاسان في أن الضوء المستقطب الذي يرونه يحفز التعبير عن الجين Egr في أزواج صغيرة من "خلايا المكان" 6 في أجسام عيش الغراب في أدمغتهم ، بينما يطير الباحثون عن الطعام. ربما يتم تنشيط زوج واحد من هذه الخلايا العصبية عندما يتماشى الضوء مع النفق ، والآخر إذا كان الضوء موجهًا في اتجاه عمودي ، وهكذا من أجل تعيين البوصلة على دماغ النحلة الصغير. بعد ذلك ، يمكن للنحلة أن تقدم جميع خيارات الاتجاه القابلة للتطبيق لرفاقها عندما تعود إلى الخلية. يلاحظ الفريق أنه ستكون هناك حاجة إلى مزيد من العمل لتأكيد هذه الفكرة ، وكتب ، "ما إذا كانت هذه هي الطريقة التي يمثل بها الدماغ مواقع غامضة ، فلا يزال يتعين استكشافها."


تعقب البعوض

في عام 2016 ، أرسلت خبيرة الأمراض المعدية في جامعة ستانفورد ، Desiree LaBeaud ، فرقًا من تلاميذ المدارس للبحث عن يرقات البعوض والشرانق حول منازلهم في ساحل كينيا. على وجه الخصوص ، كانوا يبحثون عن بعوض Aedes aegypti غير الناضج.

كان الأطفال يقولون ، "وجدنا طنًا. قال لابود ، أستاذ مساعد في طب الأطفال في كلية الطب ، "إنهم في كل هذه الأكوام من القمامة في نهاية كل كتلة".

تدرس Desiree LaBeaud كيفية تفاعل البعوض والناس والفيروسات. (صورة بريان سميل)

يتذكر لابود التفكير ، "آه ، يا إلهي ، ماذا سنفعل الآن؟"

لا ينشر البعوض المخطط باللونين الأبيض والأسود الملاريا ، أشهر الأمراض التي ينقلها البعوض ، ولكنه ينشر العديد من الأمراض الأخرى ، بما في ذلك حمى الضنك ، والشيكونغونيا ، وزيكا ، التي تسبب ملايين الإصابات البشرية سنويًا في جميع أنحاء العالم.

وهم يعبدون القمامة. لسوء الحظ ، افتقرت المجتمعات الريفية الكينية إلى برامج جمع القمامة وإعادة التدوير. اكتشف الأطفال والعلماء أن الكثير من القمامة المتراكمة يتكون من حاويات بلاستيكية مفتوحة ومرفوضة تحتوي على الماء ، حيث كان يتم تكاثر أكثر من 80 في المائة من البعوض.

على مدى السنوات العديدة الماضية ، كان فريق LaBeaud يدرس الأمراض التي تنشرها Aedes aegypti ويعمل على الحد من تفشي المرض في جميع أنحاء العالم. تقتل حمى الضنك حوالي 20000 شخص كل عام يمكن أن يتسبب زيكا في فقدان الحمل وتشوهات خلقية خطيرة ، كما يتسبب شيكونغونيا في حدوث التهاب مفاصل منهك طويل الأمد لدى العديد من الأشخاص. الأدوية واللقاحات ضد الفيروسات غير متوفرة ، لذلك هناك حاجة ملحة لفهم كيفية تفاعل البعوض والبشر من أجل التنبؤ بالفاشيات ومنعها. هذا ما شرع لابود في القيام به.

قالت لابود ، التي تدربت كأخصائية في الأمراض المعدية للأطفال ، إن العمل يتطلب منها أن تكون "نصف عالم بيئة ونصف عالم أنثروبولوجيا". يتعلم فريقها أن مجموعة متنوعة من العوامل - مثل ممارسات جمع القمامة ومصادر المياه المنزلية ومستويات العنف في الأحياء - يمكن أن تؤثر جميعها على المخاطر المحلية للفيروسات في العالم النامي.

تنتقل الأمراض التي ينقلها البعوض عن طريق السلاسل الحميمة من الحشرات والبشر: البعوضة المصابة تلدغ الشخص الذي يمرض وتلدغه البعوض الآخر ، مما يؤدي إلى العدوى وتلدغ المزيد من الناس. يتعافى معظم الناس في نهاية المطاف ، ولكن لا يُعتقد أن البعوض حشرة مصابة بالعدوى تستمر في نشر المرض حتى تموت.

الفيروسات في حالة تنقل

بدأ اهتمام لابود بالأمراض التي ينقلها البعوض في رحلة إلى لاوس عام 2002. كانت قد أنهت مؤخرًا دراستها في الطب وكانت تستكمل تدريبها في طب الأطفال في مستشفى Rainbow Babies & amp Children في كليفلاند ، حيث تضمن برنامج إقامتها مسارًا صحيًا دوليًا مع التناوب في البلدان النامية. تداخل تناوبها لمدة شهرين إلى جنوب شرق آسيا مع موسم الرياح الموسمية وتفشي حمى الضنك بشكل كبير.

قال لابود: "لقد عالجت الكثير من الأطفال المصابين بحمى الضنك ورأيت الكثير من الأطفال يموتون من حمى الضنك". على الرغم من أن العديد من الأشخاص يتعافون تمامًا ، إلا أن حمى الضنك تصيب بشدة السكان المعرضين للخطر ، بما في ذلك الأطفال والرضع. يمكن أن يسبب حمى نزفية مهددة للحياة - مع انخفاض مستويات الصفائح الدموية ونزيف - بالإضافة إلى انخفاض خطير في ضغط الدم. "إنه لأمر فظيع أن أقول ،" أنا آسف ، لا يمكنني المساعدة ، خاصة كطبيب أطفال. "

دفعت معاناة المرضى اللاوسيين الصغار لابود إلى دراسة تفشي أمراض المناطق المدارية المهملة. بعد إقامتها ، أخذتها زمالة أمراض الأطفال المعدية إلى كينيا ، حيث وقعت في حب تعقيد اكتشاف كيفية تفاعل البعوض والبشر والفيروسات التي تنقلها الحشرات. وقالت: "هذه الفيروسات لها انتقال خادع ومخادع وتفشي واسع النطاق."

سرعان ما علم لابود أن الفيروسات التي تنقلها الحشرات تتحرك. قبل عام 1970 ، تم توثيق حمى الضنك الشديدة في تسعة بلدان. وهي اليوم منتشرة في أكثر من 100 دولة ، مما يعرض أكثر من 40 بالمائة من سكان العالم للخطر. كان الشيكونغونيا موجودًا فقط في إفريقيا وآسيا والهند ، ولكن يتم الإبلاغ عنه الآن في أوروبا وفي جميع أنحاء الأمريكتين.

أصبح زيكا أيضًا أكثر انتشارًا في السنوات الأخيرة ، مما تسبب في حالة طوارئ صحية عند وصوله إلى البرازيل عام 2015 ، على سبيل المثال ، حيث ولد ما يقرب من 3000 طفل أصيبوا أمهاتهم أثناء الحمل بصغر الرأس وغيره من العيوب الخلقية الشديدة.

لقاحات حمى الضنك والشيكونغونيا وزيكا قيد التطوير ، لكن تعقيدات البيولوجيا الفيروسية والدعم المالي المحدود للبحث أدى إلى تباطؤ العمل. أدرك لابود أن المساعدة في توضيح نطاق الأمراض قد يحسن التمويل ويمكن أن يساعد مسؤولي الصحة العامة في استهداف جهود مكافحة البعوض.

الفاشيات الخفية

في مراحلهما المبكرة ، تشبه كل من حمى الضنك والشيكونغونيا الملاريا ، وهي مرض طفيلي ينقله البعوض وينتشر في العديد من البلدان النامية. مثل الملاريا ، تسبب حمى الضنك والشيكونغونيا حمى شديدة وصداعًا وقشعريرة وآلامًا في العضلات - ونظرًا لعدم وجود اختبارات تشخيصية رخيصة ودقيقة وسريعة ، في بعض المناطق يتم تشخيص أي شخص يأتي إلى عيادة صحية مصابًا بهذه الأعراض تلقائيًا بالملاريا.

منذ عام 2014 ، يستخدم فريق LaBeaud اختبارات الدم لتفاعل البوليميراز المتسلسل للبحث عن المادة الوراثية من فيروسات حمى الضنك والشيكونغونيا وطفيلي الملاريا في عينات الدم المأخوذة من الأطفال الذين عولجوا من الحمى في

عيادات صحية كينية. تؤكد البيانات المبكرة للعلماء شكوكهم في أن حمى الضنك والشيكونغونيا يختبئون على مرأى من الجميع.

قال لابود: "في بعض مجتمعاتنا ، 98 بالمائة من الأطفال لديهم القليل من الحمض النووي للملاريا يمر عبر عروقهم" ، مشيرًا إلى أن ما يصل إلى 40 بالمائة من الأطفال المصابين بمرض مرتبط بالحمى مصابون بحمى الضنك أو فيروسات الشيكونغونيا في دمائهم. . وتقدر أن حوالي ثلث الأطفال الكينيين المصابين بالحمى مصابون بالفعل بعدوى فيروسية. قالت: "هذه أخبار كبيرة". "قبل هذا البحث ، لم تدرك وزارة الصحة الكينية أن حمى الضنك والشيكونغونيا كانتا متوطنتين في البلاد."

إن تحديد سبب مرض الأطفال أمر ضروري لمنع تفشي المرض بشكل فعال. في الماضي ، كانت جهود مكافحة البعوض في كينيا تستهدف فقط بعوض Anopheles الحامل للملاريا ، والذي يلدغ ليلًا ويتكاثر في المناطق النباتية مثل حقول الأرز والمستنقعات.

لكن تدابير الوقاية الخاصة بالأنوفيلة ، مثل النوم تحت الناموسيات المعالجة بمبيدات الحشرات ، لا توفر الحماية من حمى الضنك والشيكونغونيا ، التي تنتقل عن طريق البعوض الذي يلدغ أثناء النهار. بدلاً من ذلك ، من المهم استهداف موطن الزاعجة المفضل ، حاويات المياه.

في ورقة نشرت هذا العام في المجلة الأمريكية لطب المناطق الحارة والنظافة، أظهر فريق LaBeaud أن الأطفال الذين تستخدم أسرهم حاويات تخزين المياه - بدلاً من الحصول على المياه من الصنبور أو البئر - كانوا أكثر عرضة للإصابة بالفيروسات.

قال لابود: "لا يدرك الناس أن هناك الكثير من أنواع البعوض المختلفة وأن كل أنواع البعوض المختلفة لها سلوكياتها الصغيرة الخاصة بالبعوض".

الغرض مهم

حتى عندما يُعتقد أن سلوكيات البعوض مفهومة جيدًا ، فإن الفحص الدقيق لتفاعلاتهم مع الناس يمكن أن يؤدي إلى مفاجآت.

عندما قرر لابود وطالبة الدراسات العليا جينا فورسيث إشراك أطفال المدارس الكينية في رسم الخرائط حيث يتكاثر بعوض الزاعجة ، اعتقدوا أنهم يعرفون ما سيجدونه. كانوا يعلمون أن بعوض الزاعجة يحب التكاثر في حاويات. في المنطقة الريفية التي أجريت فيها الدراسة ، بالقرب من ساحل المحيط الهندي في كينيا ، يحتفظ الناس بحاويات مياه منزلية كبيرة في متناول اليد لحماية أنفسهم من عدم موثوقية الصنابير والآبار المحلية.

نظرًا لأن البعوض لا يطير بعيدًا - يسافر داخل دائرة نصف قطرها ربما بضع مئات من الأمتار على مدار حياته - فقد توصل الباحثون إلى أن تتبع مواقع تكاثرهم من خلال مسح من منزل إلى منزل أمر منطقي.

قال فورسيث: "ذهبنا إلى التفكير ،" ستكون الحاويات البارزة التي نعرف عنها ، أوعية الماء الكبيرة التي يبلغ حجمها 10 أو 20 لترًا ". وبدلاً من ذلك ، اكتشفوا أن 80 بالمائة من تكاثر البعوض كان يحدث في "حاويات بلا هدف" ، وكثير منها عبارة عن نفايات. تم الاحتفاظ بحاويات أخرى من هذا القبيل في ساحة الأسرة "فقط في حالة الحاجة إليها".

قال فورسيث: "اتضح أن الكثير من الحاويات المستخدمة للشرب والطبخ لا تبقى طويلة بما يكفي لتكاثر البعوض". عند تصميم الخطوات التالية للمشروع ، أدركوا أن عليهم استهداف تلك الحاويات المستخدمة بشكل غير منتظم. "لا معنى له إذا قلنا ،" تخلص من دلاءك ".

عمل الباحثون مع السكان المحليين على اتخاذ إجراءات يمكن أن تقلل من تكاثر البعوض ، مثل تخزين الحاويات غير المستخدمة رأسًا على عقب. And they challenged 250 children involved in the study to see who could collect the most no-purpose containers. The kids collected 1,000 kilograms of plastic waste, consisting of more than 17,000 containers. They used 4,000 of the containers to sprout native tree seedlings, which were planted around their communities.

“We pivoted our study the message really became about reducing and reusing plastics,” Forsyth said. The team is repeating the study in an urban region of Kenya and has obtained funding to collaborate with faculty at the Technical University of Mombasa to study how local entrepreneurs can simultaneously reuse plastic waste and alleviate poverty.

“The project goal is to engage entrepreneurs to collect trash for profit, to set up something that will continue without us,” said Amy Krystosik, PhD, a postdoctoral scholar with the LaBeaud lab who has been collaborating on the project. “We want to use innovation to get the community excited, to incentivize them to clean up the environment and protect their own health.”

Feeding on violence

But sometimes the barriers to lowering disease risk have a completely different shape. Krystosik was a graduate student working in Cali, Colombia, when community members told her that local violence might be increasing the spread of mosquito-borne disease.

Cali, a city of 2.4 million, is among the most violent in the world, with homicide regularly ranking as one of its top two causes of death. And Cali’s slums are full of mosquito habitat: Located near lagoons and rivers, they lack basic infrastructure and flood during the rainy season. People throw trash in the waterways, making them even more appealing to container-breeding Aedes mosquitoes.

When Krystosik, then a PhD student at Kent State University, proposed surveying the slums for mosquitoes in 2014, Colombian public health experts told her it would be tricky. She’d have to get help from locals to navigate “invisible borders” between territories controlled by competing gangs. The city’s public health efforts had already been hampered by gang violence city workers couldn’t check the function of local drains or set up mosquito-control methods that required them to go out into the community.

“I thought, ‘That’s crazy! We have methods to use for vector control, yet we can’t provide these services to communities that need them most,’” Krystosik said.

Her interest piqued, she began a project that continued when she moved to LaBeaud’s lab as a postdoctoral scholar in 2017. Using 2014-2016 data on homicides and cases of dengue, chikungunya and Zika, she mapped the overlap between community violence and illness in space and time.

The findings, published in 2018 in the International Journal of Environmental Research and Public Health, showed a statistically significant overlap between dengue infections and homicide risk. Homicides clustered in the central-eastern portion of the city, where dengue risk was also highest. The biggest surprise was that the statistical association persisted after controlling for poverty, itself a widely recognized risk factor for mosquito-borne disease.

“Everybody assumed disease risk would be in direct relation to socioeconomic status, but we found, independently, that violence was still a predictor of higher burdens of dengue,” Krystosik said.

Knowing more about the link between violence and mosquito-borne disease could help public health officials better predict outbreaks of disease and gauge the broader health benefit of communities becoming more peaceful. Right now, the combination of local violence and mosquito-borne disease is “a double burden on the population,” she added. “People are not going to be able to perform prevention and protect themselves from these viruses if they’re more interested in daily survival.”

Using climate data

On-the-ground mosquito hunts, as informative as they can be, are challenging to carry out on a large scale. So the research team recently took another approach for predicting where disease outbreaks could occur: building mathematical models that depend on climate data.

Ultimately, the team would like to be able to use remotely sensed data — from weather satellites for instance — to inform when and where mosquito-control strategies such as pesticides would be most effective.

“People don’t want to spray all the time it’s expensive and labor-intensive,” said postdoctoral scholar Jamie Caldwell, PhD, who is leading the work in collaboration with LaBeaud Erin Mordecai, PhD, assistant professor of biology at Stanford and Eric Lambin, PhD, professor of earth system science and a senior fellow at the Stanford Woods Institute for the Environment.

Targeting mosquito control to exactly when and where it’s needed could also reduce the chance that mosquitoes will become resistant to pesticides, as occurred with DDT. Such targeting strategies, Caldwell said, would mean the pesticides’ effects are more likely to last longer. “We’ll get more bang for our buck in lots of ways,” she said.

In addition to improving the effectiveness of pesticide use, the models could help spur community education at the right time. There could be TV and radio ads, signs at doctors’ offices or health clinics, and other outreach about what the mosquitoes look like and how to clean up possible habitats, LaBeaud said. Hospitals could also use climate prediction data to prepare for extra cases of illness, making sure they have supplies on hand to provide fluids to patients who become dehydrated, for instance.

“These diseases have really exponential spread, so anything you can do to prevent cases a few weeks before an outbreak can save a lot in terms of human health costs,” LaBeaud said.

Caldwell is building models that incorporate data on ambient temperature, humidity and rainfall, as well as non-climate factors such as degree of urbanization, land use and level of infrastructure. She’s validating the models with data from Kenya and Ecuador, and testing to see whether remote data alone will be enough to drive accurate outbreak prediction there.

The models could also help predict where the diseases will go next.

“In many places, the climate is getting less suitable for malaria, but may be getting more suitable for dengue and chikungunya,” Caldwell said.

That includes the United States. In 2017, the U.S. Centers for Disease Control and Prevention reported 156 cases of chikungunya, including 32 in California, and 437 cases of dengue, with 130 in California.

Those illnesses were confined to international travelers and don’t seem to have spread to U.S. mosquitoes — yet. But Aedes mosquitoes are here their presence has been recorded in 220 U.S. counties in 28 states, and the CDC estimates that their potential range “very likely” covers all the Southern states, much of the Midwest and Southwest, and nearly all of California. Local transmission of Zika was reported in parts of Florida and Texas in 2016 and 2017, and although no transmission was documented in the continental United States during 2018, Zika could return.

“Humans can get anywhere in the world in 24 hours, and so can these infections,” LaBeaud said. “They come in us. We go on vacation, the virus gets in our blood, we come home and, if the vectors are there, it’s a perfect storm waiting to happen.

“We can no longer take a, ‘We are here in America, and the diseases stop at the border’ attitude,” she added. “Because of global travel and the way we’re changing our planet, with climate change and extreme weather events, there’s a lot of potential for these mosquito habitats to shift and spread and grow.”


Delivery Methods for RNAi in Mosquito Larvae

Mosquito-transmitted diseases pose a threat for a great portion of the world population. Chemical insecticides are the main tool for mosquito control. Heavy dependence on chemicals created several problems such as resistance development in many mosquito species, environmental effects, and human health issues. Other tools for mosquito control were developed and used in some parts of the world. Ribonucleic acid interference (RNAi) is a reverse genetic mechanism that was recently introduced as a new tool for pest control. Regarding mosquito, RNAi was used to study gene function and to discover genes that can be used as targets for control purposes. Several delivery methods are used to induce RNAi in mosquito larvae. Some methods such as injection and soaking are used routinely in RNAi research but have no application in the field. Other methods such as nanoparticles and microbes have some characteristics that make them good candidates for field application. In this report, we will focus on delivery methods for RNAi in mosquito larvae and will give examples for each method.

The family Culicidae contains 3,570 valid species of mosquitoes including disease vectors such as أنوفيليس, Aedes، و كوليكس ( Harbach 2020). These mosquitoes are the vectors of numerous deadly diseases such as malaria, Zika fever, dengue fever, yellow fever, chikungunya, West Nile fever, and filariasis. About half of the world population is at risk of dengue with an estimated 100–400 million infections and 22,000 deaths each year ( CDC 2020). In 2018, malaria alone caused 405,000 deaths mostly in children ( WHO 2020). With every passing day, mosquitoes and mosquito-borne diseases are becoming more and more challenging because of their ability to adapt and thrive in every changing condition.

Mosquito control is a key component of disease control especially in the absence of effective vaccine or a cure for some mosquito-borne diseases ( Bourtzis et al. 2016). Chemical insecticides are the major means for mosquito control but their excessive use caused mosquito to develop resistance to almost all known classes of insecticides ( Liu 2015, Rubert et al. 2016). As mosquito resistance toward chemicals is becoming more challenging, alternative management tactics have been developed such as environmental modification, biological control, new methods of using chemical insecticides, and genetic modification of mosquito (summarized in McGraw and O’Neill 2013, Bourtzis et al. 2016).

Recently, reverse genetic studies based on ribonucleic acid interference (RNAi) have become an important tool to study gene function in living organisms through knockdown of the target genes ( Fire et al. 1998). The process starts with the introduction of double-stranded RNA (dsRNA) into the living cell which cleaves it by a specific RNase (Dicer) into short interfering RNAs (siRNAs) of size

21 nt. These siRNAs are then added into

550 kDa RNA-induced silencing complex (RISC), which degenerate the complementary mRNA, thus preventing the translation process ( Fjose et al. 2001, Agrawal et al. 2003).

Insects have the basic components that run the RNAi mechanism and there are many successful examples of RNAi in different insect orders ( Zhu and Palli 2020). The ability to downregulate target genes in insects led to proposing RNAi as a new tool for insect control ( Baum et al. 2007, Mao et al. 2007). Regarding mosquito, RNAi has been used extensively in functional characterization of mosquito genes and in studying the mosquito–pathogen interaction (summarized in Airs and Bartholomay 2017). RNAi in mosquito focused on the adult stage and the main delivery method was the direct injection into the body cavity. RNAi in adult mosquito through injection is a well-established method used routinely in mosquito research. Many reports showed the success of utilizing RNAi in the silencing of genes related to different physiological processes and in many tissues and organs in different mosquito species ( Drake et al. 2015, Lamacchia et al. 2013, Kim et al. 2020, Wu et al. 2020, and many others). Publication of the full genome sequence of different species such as An. gambiae ( Holt et al. 2002), الزهره. aegypti ( Nene et al. 2007), and Cx. quinquefasiatus ( Arensburger et al. 2010) enabled researchers to identify more genes and to study their function through molecular tools such as RNAi. Recently, RNAi in mosquito larvae was achieved and showed success in downregulation of a lot of target genes. This downregulation was confirmed through molecular techniques such as qRT-PCR and phenotypic changes such as mortality. As in other insects, delivery method is a key player in the success of RNAi in mosquito larvae ( Whitten 2019). Several methods such as injection, soaking, nanoparticles, and microbial-based were adapted to deliver dsRNA into mosquito larvae. To the best of our knowledge, there are two reviews that discussed different aspects of RNAi in mosquito ( Airs and Bartholomay 2017, Balakrishna Pillai et al. 2017). Recently, Whitten (2019) discussed different methods for RNAi delivery in medical and veterinary pests. In spite of the importance of RNAi in mosquito larvae and increasing the number of published studies in recent years, there is no comprehensive collection of publications regarding this topic. Based on that, we will focus on the delivery methods for RNAi in mosquito larvae and will give examples of each method. A comprehensive collection of publications showing delivery methods and target genes will be presented in Table 1. In general, we divided delivery methods into two main categories nonmicrobial and microbial (presented in Fig. 1). Nonmicrobial delivery of the RNAi trigger (dsRNA, miRNA, shRNA) takes place through soaking, nanoparticles, injection, or osmotic treatment (dehydration and rehydration). On the other hand, microbial methods utilize microbes (bacteria, yeast, algae, and viruses) for both synthesis and delivery of the RNAi trigger. RNAi in mosquito larvae showed both local and systemic effects, for example, introduction of dsRNA through the larval gut affected genes in the gut cells as well as in other tissues such as the nervous system. It is worth mentioning that RNAi in larvae showed downregulation of target genes in both larval and adult stages. Such results give an opportunity to incorporate RNAi in some control programs targeting not only the larval stage but also the adult stage such as sterile insect technique (SIT).

Delivery methods, mosquito species, target genes, and RNAi trigger molecules

Delivery method . Species . Target gene . RNAi trigger . المرجعي .
Soaking الزهره. aegyptiβ-tubulin, chitin synthase-1 and -2 (CHS1, 2), heat shock protein 83 (hsp83)دسرنا Singh et al. (2013)
الزهره. aegyptiP-glycoproteinدسرنا Figueira-Mansur et al. (2013)
الزهره. aegyptiMethionine selective transporter (NAT5)دسرنا Meleshkevitch et al. (2013)
الزهره. aegyptigrowth arrest-specific protein 8 (gas8), boule (bol), fuzzy onions (fzo), no-hitter (nht), zero population growth (zpg), female-specific doublesex (dsxF)دسرنا Whyard et al. (2015)
الزهره. aegyptiVoltage-gated sodium channel (VGSC), cytochrome P450, P-glycoproteinدسرنا Bona et al. (2016)
الزهره. aegyptifasciculation and elongation protein zeta 2 (fez2), leukocyte receptor cluster (lrc) membersiRNA Hapairai et al. (2017)
An. gambiaesuppressor of actin (sac1), offtrack (otk), lrcsiRNA Mysore et al. (2017)
الزهره. aegypti, الزهره. albopictus, An. gambiae, Cx. quinquefasciatussynaptotagmin (syt)siRNA Mysore et al. (2019a)
الزهره. aegypti, الزهره. albopictus, An. gambiae, Cx. quinquefasciatussemaphorin-1a (sema1a)siRNA Mysore et al. (2019b)
الزهره. aegyptiCHSA, Bدسرنا Lopez et al. (2019)
An. stephensiATP binding cassette transporters 4 (ABCG4)siRNA Negri et al. (2019)
الزهره. aegyptidopamine 1 receptor (dop1)siRNA Hapairai et al. (2020)
Nanoparticles An. gambiaeCHS1, 2دسرنا تشانغ وآخرون. (2010)
الزهره. aegyptiMitogen-activated protein kinase p38 (MAPK p38)دسرنا Cancino-Rodezno et al. (2010)
الزهره. aegyptiATP synthase beta subunit, actin and hsp90دسرنا Cancino-Rodezno et al. (2012)
الزهره. aegyptiGPI-anchored alkaline phosphatase (alp1)دسرنا Jimenez et al. (2012)
الزهره. aegyptiCadherin (cad)دسرنا Rodríguez-Almazán et al. (2012)
الزهره. aegyptiinositol requiring enzyme 1(ire-1), x-box binding protein (xbp-1), caspase-1, scap, s2pدسرنا Bedoya-Pérez et al. (2013)
الزهره. aegyptisema1asiRNA Mysore et al. (2013), ( 2014b)
الزهره. aegyptisingle-minded (sim)siRNA Mysore et al. (2014a)
الزهره. aegyptivacuolar-sorting protein (snf7), steroid receptor coactivator (src)دسرنا Das et al. (2015)
An. gambiaeCad1, Cad2siRNA تشانغ وآخرون. (2015a)
الزهره. aegyptidsxsiRNA Mysore et al. (2015)
الزهره. aegyptiwing development vestigial (vg)دسرنا Ramesh Kumar et al. (2016)
الزهره. aegyptifez2 and lrcsiRNA Hapairai et al. (2017)
الزهره. aegyptiinhibitor of apoptosis (iap), snakeskin (ssk), helicase at 25e (hel25e), membrane-spanning protein (mesh), snf7, src, lrc, otk, sac1دسرنا Dhandapani et al. (2019)
الزهره. aegypti3,4-dihydroxyphenylacetaldehyde (DOPAL) synthaseدسرنا Chen et al. (2019)
Dehydration and rehydration Cx. pipienshsp90دسرنا Lopez-Martinez et al. (2012)
Injection الزهره. aegyptisterol carrier protein-2 (scp-2)دسرنا Blitzer et al. (2005)
An. gambiaeodorant receptor7 (or7), or40, ionotropic receptor (ir76b)siRNA Liu et al. (2010)
An. gambiaeTransient receptor potential subfamily A1 (TRPA1) channelsiRNA Liu and Zwiebel (2013)
An. gambiaesac1, lrc, otksiRNA Mysore et al. (2017)
الزهره. aegyptifez2 and lrcsiRNA Hapairai et al. (2017)
Bacterial delivery الزهره. aegyptigrowth arrest-specific protein 8 (gas8), boule (bol), fuzzy onions (fzo), no-hitter (nht), zero population growth (zpg), female-specific doublesex (dsxF)دسرنا Whyard et al. (2015)
الزهره. aegyptiwing development vestigial (vg)دسرنا Ramesh Kumar et al. (2016)
An. gambiaesac1, lrc, otksiRNA Mysore et al. (2017)
الزهره. aegyptifez2 and lrcدسرنا Hapairai et al. (2017)
An. gambiaedsxFدسرنا Taracena et al. (2019)
الزهره. aegyptiCHSA, Bدسرنا Lopez et al. (2019)
Algal delivery An. stephensi3-hydroxy kynurenine transaminase (3-HKT)دسرنا Kumar et al. (2013)
Viral delivery الزهره. albopictusv-ATPase subunit A shRNA Gu et al. (2011)
Yeast delivery الزهره. aegyptiJH acid methyltransferase (jhamt)lhRNA Van Ekert et al. (2014)
الزهره. aegyptifez2 and lrcshRNA Hapairai et al. (2017)
An. gambiaesac1, lrc, otksiRNA Mysore et al. (2017)
الزهره. aegypti, الزهره. albopictus, An. gambiae, Cx. quinquefasciatussytshRNA Mysore et al. (2019a)
الزهره. aegypti, الزهره. albopictus, An. gambiae, Cx. quinquefasciatussema1ashRNA Mysore et al. (2019b)
الزهره. aegypti, الزهره. albopictus, An. gambiaedopamine 1 receptor (dop1)shRNA Hapairai et al. (2020)
Delivery method . Species . Target gene . RNAi trigger . المرجعي .
Soaking الزهره. aegyptiβ-tubulin, chitin synthase-1 and -2 (CHS1, 2), heat shock protein 83 (hsp83)دسرنا Singh et al. (2013)
الزهره. aegyptiP-glycoproteinدسرنا Figueira-Mansur et al. (2013)
الزهره. aegyptiMethionine selective transporter (NAT5)دسرنا Meleshkevitch et al. (2013)
الزهره. aegyptigrowth arrest-specific protein 8 (gas8), boule (bol), fuzzy onions (fzo), no-hitter (nht), zero population growth (zpg), female-specific doublesex (dsxF)دسرنا Whyard et al. (2015)
الزهره. aegyptiVoltage-gated sodium channel (VGSC), cytochrome P450, P-glycoproteinدسرنا Bona et al. (2016)
الزهره. aegyptifasciculation and elongation protein zeta 2 (fez2), leukocyte receptor cluster (lrc) membersiRNA Hapairai et al. (2017)
An. gambiaesuppressor of actin (sac1), offtrack (otk), lrcsiRNA Mysore et al. (2017)
الزهره. aegypti, الزهره. albopictus, An. gambiae, Cx. quinquefasciatussynaptotagmin (syt)siRNA Mysore et al. (2019a)
الزهره. aegypti, الزهره. albopictus, An. gambiae, Cx. quinquefasciatussemaphorin-1a (sema1a)siRNA Mysore et al. (2019b)
الزهره. aegyptiCHSA, Bدسرنا Lopez et al. (2019)
An. stephensiATP binding cassette transporters 4 (ABCG4)siRNA Negri et al. (2019)
الزهره. aegyptidopamine 1 receptor (dop1)siRNA Hapairai et al. (2020)
Nanoparticles An. gambiaeCHS1, 2دسرنا تشانغ وآخرون. (2010)
الزهره. aegyptiMitogen-activated protein kinase p38 (MAPK p38)دسرنا Cancino-Rodezno et al. (2010)
الزهره. aegyptiATP synthase beta subunit, actin and hsp90دسرنا Cancino-Rodezno et al. (2012)
الزهره. aegyptiGPI-anchored alkaline phosphatase (alp1)دسرنا Jimenez et al. (2012)
الزهره. aegyptiCadherin (cad)دسرنا Rodríguez-Almazán et al. (2012)
الزهره. aegyptiinositol requiring enzyme 1(ire-1), x-box binding protein (xbp-1), caspase-1, scap, s2pدسرنا Bedoya-Pérez et al. (2013)
الزهره. aegyptisema1asiRNA Mysore et al. (2013), ( 2014b)
الزهره. aegyptisingle-minded (sim)siRNA Mysore et al. (2014a)
الزهره. aegyptivacuolar-sorting protein (snf7), steroid receptor coactivator (src)دسرنا Das et al. (2015)
An. gambiaeCad1, Cad2siRNA تشانغ وآخرون. (2015a)
الزهره. aegyptidsxsiRNA Mysore et al. (2015)
الزهره. aegyptiwing development vestigial (vg)دسرنا Ramesh Kumar et al. (2016)
الزهره. aegyptifez2 and lrcsiRNA Hapairai et al. (2017)
الزهره. aegyptiinhibitor of apoptosis (iap), snakeskin (ssk), helicase at 25e (hel25e), membrane-spanning protein (mesh), snf7, src, lrc, otk, sac1دسرنا Dhandapani et al. (2019)
الزهره. aegypti3,4-dihydroxyphenylacetaldehyde (DOPAL) synthaseدسرنا Chen et al. (2019)
Dehydration and rehydration Cx. pipienshsp90دسرنا Lopez-Martinez et al. (2012)
Injection الزهره. aegyptisterol carrier protein-2 (scp-2)دسرنا Blitzer et al. (2005)
An. gambiaeodorant receptor7 (or7), or40, ionotropic receptor (ir76b)siRNA Liu et al. (2010)
An. gambiaeTransient receptor potential subfamily A1 (TRPA1) channelsiRNA Liu and Zwiebel (2013)
An. gambiaesac1, lrc, otksiRNA Mysore et al. (2017)
الزهره. aegyptifez2 and lrcsiRNA Hapairai et al. (2017)
Bacterial delivery الزهره. aegyptigrowth arrest-specific protein 8 (gas8), boule (bol), fuzzy onions (fzo), no-hitter (nht), zero population growth (zpg), female-specific doublesex (dsxF)دسرنا Whyard et al. (2015)
الزهره. aegyptiwing development vestigial (vg)دسرنا Ramesh Kumar et al. (2016)
An. gambiaesac1, lrc, otksiRNA Mysore et al. (2017)
الزهره. aegyptifez2 and lrcدسرنا Hapairai et al. (2017)
An. gambiaedsxFدسرنا Taracena et al. (2019)
الزهره. aegyptiCHSA, Bدسرنا Lopez et al. (2019)
Algal delivery An. stephensi3-hydroxy kynurenine transaminase (3-HKT)دسرنا Kumar et al. (2013)
Viral delivery الزهره. albopictusv-ATPase subunit A shRNA Gu et al. (2011)
Yeast delivery الزهره. aegyptiJH acid methyltransferase (jhamt)lhRNA Van Ekert et al. (2014)
الزهره. aegyptifez2 and lrcshRNA Hapairai et al. (2017)
An. gambiaesac1, lrc, otksiRNA Mysore et al. (2017)
الزهره. aegypti, الزهره. albopictus, An. gambiae, Cx. quinquefasciatussytshRNA Mysore et al. (2019a)
الزهره. aegypti, الزهره. albopictus, An. gambiae, Cx. quinquefasciatussema1ashRNA Mysore et al. (2019b)
الزهره. aegypti, الزهره. albopictus, An. gambiaedopamine 1 receptor (dop1)shRNA Hapairai et al. (2020)

Delivery methods, mosquito species, target genes, and RNAi trigger molecules


Mosquito Biology

Mosquitoes have a complex life cycle with many changes in form. Female mosquitoes lay their eggs directly on the water surface or in an area that will be flooded or covered with water. A larva hatches out of an egg. The mosquito larva grows in the water and feeds on microorganisms and organic material in the water. It sheds its skin three times and has a total of four larval stages. This usually takes about a week. After the fourth larval stage, the mosquito larva turns into pupa. In the pupal stage, which is still in the water, the mosquito is not eating, but changing into the adult mosquito. This transformation occurs within a couple of days. After the pupal stage, the mosquito emerges as the more familiar flying adult mosquito. Although there are both male and female adult mosquitoes, only the female mosquitoes bite. The female mosquitoes use the blood to help develop eggs and provide nutrition to the developing embryos.


مقدمة

Malaria is a major contributer to the global disease burden, and disproportionately affects low-income countries with climates suitable for transmission [1]–[3]. Vector control strategies have proven effective in reducing malaria transmission and prevalence [4]–[6], and are a key element of current malaria control initiatives [7]–[9]. Indoor residual spraying (IRS) and insecticide-treated bednet (ITN) interventions have been and remain the dominant methods of controlling malaria vectors [4], [9]–[12], but problems of public health and insecticide resistance associated with chemical insecticides have increased interest in alternate methods, including novel biological methods [13], [14]–[16]. Because the incubation period of the malaria parasite is relatively long in comparison to the average adult mosquito lifespan, biological methods of vector control that have sublethal and lethal effects at different points in the mosquito life cycle may substantially reduce the potential for malaria transmission [17]–[21]. Such methods may be most effective when combined with established methods in a strategic manner [8],[22],[23].

In order to impact on malaria prevalence it is necessary to reduce transmission to very low levels [24],[25]. Vector management strategies that combine multiple mosquito control interventions would therefore benefit from tactical design to alter mosquito life history in ways that are likely to maximise the impact on malaria transmission, given the resources available. This paper presents an age-structured model that explores the impact of interventions that affect multiple gonotrophic and demographic processes in the mosquito on malaria transmission and prevalence. As a case study, the combined use of fungal biopesticide and ITN interventions is considered.

Biopesticides containing spores of entomopathogenic fungi are a novel strategy for controlling malaria vectors that have shown potential to cause substantial reductions in malaria transmission in laboratory and field studies [17]–[20]. The biopesticide targets adult mosquitoes, infecting them with a fungal pathogen that does not kill instantly, and can generate a wide range of mortality patterns, some early-acting while others showing a distinct delay [17],[26],[27]. Fungal pathogen-induced mortality rates typically increase with the fungal infection age, with the average times to death due to fungal infection less than 10 days [17]–[21]. This slow-acting mortality suggests that high fungal infection rates in adult mosquitoes would be required to affect malaria prevalence, however sublethal effects of fungal infection on mosquitoes have been observed which may considerably reduce their transmission potential [21]. Fungal infection can cause a reduction in the blood feeding rate and lifetime fecundity [26]. There is also evidence that co-infection with the fungal pathogen and the malaria parasite can cause greater than additive mortality and reduced transmissibility of the malaria pathogen [15],[17].

In contrast to fungal biopesticides, ITNs are an established and widely used vector control method [6], [28]–[30] that has proven successful in reducing malaria transmission and prevalence in situations where high levels of community-wide ITN coverage are achieved [6], [29]–[31]. They therefore have a focal role in current vector control initiatives [7],[10],[12]. ITNs work by targeting the adult host-seeking mosquito population, increasing the time taken for mosquitoes to find a blood meal and increasing the mortality risk while host-seeking. Both factors interact positively to reduce the likelihood that mosquitoes live long enough to contract and transmit malaria. The effect of ITNs on mosquito mortality rates depends on levels of insecticide resistance [14], [32]–[34], the persistence of the insecticide treatment, and the excito-repellency properties of the insecticide [35],[36].

This study considers mechanisms by which ITN and fungal biopesticide interventions may affect mosquito populations at the scale of the gonotrophic cycle and at within-gonotrophic cycle time scales. The gonotrophic cycle in female adult mosquitoes is often conceptualised in terms of a host-seeking stage, during which mosquitoes actively search for a blood meal, and a non-host-seeking stage, during which blood from a recent blood meal is digested, oocytes are developed and eggs are oviposited, after which host-seeking activity begins again [37],[38]. While the ITN intervention reduces the rate of host-seeking success throughout the adult mosquito population as a whole, the fungal biopesticide may also extend the host-seeking stage in fungal pathogen-infected mosquitoes due to a deterioration in flight and blood-feeding capabilities [26]. The non-host-seeking stage in fungal pathogen-infected mosquitoes may also be protracted due to impaired metabolic functioning [26]. Within a given gonotrophic cycle, the period during which mosquitoes are exposed to a risk of fungal infection may not necessarily correspond to a particular gonotrophic cycle stage. For biopesticide application as a residual treatment in and around domestic dwellings, the fungal infection risk would conceivably be higher whilst mosquitoes are host-seeking, and also for some time after they obtain a blood meal when they often rest on nearby surfaces for a period of less than 24 hours [39],[40]. In fungal pathogen-infected mosquitoes, fungal infection age, and the corresponding risk of fungal pathogen-induced mortality, increases continually, with the mortality risk for all mosquitoes being augmented during the host-seeking stage by the presence of ITNs.

Similar to [21], the population dynamic model presented here is an age-structured Susceptible-Exposed-Infectious (SEI) model based on integral equations, considering fungal pathogen-induced age-dependent mortality in adult mosquitoes that can contract the fungal infection at any point in their adult life. This model reformulates that of [21] to explicitly incorporate gonotrophic cycles in the adult mosquito population by defining a recursive series of host-seeking and non-host-seeking classes of mosquitoes. The model thus retains the properties of existing continuous [21], [41]–[43] and discrete feeding cycle approaches [31],[44],[45]. Equilibrium analysis is used to validate the model for limiting cases similar to those represented by existing continuous-time models [21],[43]. Cases where the risk of fungal infection varies throughout the gonotrophic cycle and where fungal infection causes within-population variation in the lengths of both host-seeking and non-host-seeking stages are explored numerically.

The model is parameterized with literature data on mosquito-malaria interactions, and the effects fungal biopesticides and ITNs on mosquito populations. A series of questions relevant to mosquito control by fungal biopesticides, ITNs and both interventions in combination are explored. How do sublethal effects of fungal infection on rates of finding and processing blood meals affect the impact of biopesticides on malaria transmission rates? How is the fungal biopesticide performance affected by variation in the period of biopesticide exposure within a given gonotrophic cycle? How does the performance of fungal biopesticide and ITN interventions combined compare with that of each single intervention for varying levels of transmission intensity and insecticide resistance? Mechanisms important to the performance of fungal biopesticides, ITNs and both interventions combined are identified and discussed.


A Bizarre Bacteria Could Be the Key to Controlling Mosquitoes

لإعادة مراجعة هذه المقالة ، قم بزيارة ملفي الشخصي ، ثم اعرض القصص المحفوظة.

لإعادة مراجعة هذه المقالة ، قم بزيارة ملفي الشخصي ، ثم اعرض القصص المحفوظة.

In February of 1967, German biologist Hannes Laven hiked to a village 16 miles north of Yangon, Myanmar. He carried with him 100 mosquitoes from Fresno, California---50 males that had been infected with a bacteria called Wolbachia, and 50 females that had not. He bred these mosquitoes together, separated out the males from the thousands of offspring, and released them around the town’s 150 thatched-roof houses. Twelve weeks and six generations of California-Myanmar cross-breeding later he had eradicated the entire local mosquito population: None of their eggs would hatch.

For 50 years, scientists have known that Wolbachia can cause sterility in mosquitoes and other insects. But now, for the first time, they finally understand exactly how it works. That’s important, because right now the only large-scale solutions to mosquito-carried diseases like Zika, dengue fever, and malaria involve spraying huge amounts of pesticides. In two papers out today, in طبيعة سجية و علم الأحياء الدقيقة الطبيعة, researchers at Yale and Vanderbilt have finally cracked how the bacteria gives mosquitoes the snip-snip, making it possible to develop even better Wolbachia-based pesticides that could supplant the chemical standbys.

Wolbachia lives in the cells of lots of insects, but noticeably, not in الزاعجة المصرية, the mosquito species that carries Zika, dengue, and yellow fever. You’ll notice, though, that the billions of insects naturally infected with Wolbachia can breed just fine. That’s because the bacteria carries two genes that influence sterility---one that works like a toxin, the other like an antidote. Biochemist John Beckmann discovered the two genes in 2013, and spent the last four years figuring out exactly what they do. It took that long because it's one seriously complicated system.

Here's how his team thinks it works: The toxin gene makes a cutting enzyme that keeps the chromosomes in mosquito sperm from pulling apart when the embryo’s cells start dividing. The other gene, the rescue gene, makes a protein that binds to that enzyme, preventing it from messing with the sperm cells. Now, normally that rescue protein breaks down in sperm, so it doesn't do any good. But if the *Wolbachia-*infected male mates with a female infected with the same strain, her bacteria pump the antidote protein back into the embryo, rescuing its ability to divide. Voila: normal insect baby.

What this means is that for the sterilization technique to work in the wild, there can’t be any females in the area with a copy of that bacterial rescue gene. So to target mosquitoes, scientists use Wolbachia pretty much the way Hannes Leven did---rearing millions of sterile males and dumping them into the wild. They’ll outmate the fertile males in the area, produce only dead eggs, and drive the mosquito population down.

That’s exactly what entomologist Stephen Dobson has been doing in Clovis, California, just a few miles from where Leven’s mosquitoes came from. Last summer, Dobson’s company, MosquitoMate, released 500,000 الزاعجة المصرية mosquitoes into one of the town’s subdivisions---all male, all infected with a strain of Wolbachia---to attack the wild mosquito population.

Dobson says the experiment was a success---but it had its challenges. For one thing, the first few strains of Wolbachia the company tried didn’t work. The bacteria all cause inviable embryos in slightly different ways, so not all strains work for all insects. And making sure not to release any females is super work-intensive: An employee visually inspects each one before they get shipped out. If a female infected with the same strain of Wolbachia gets out, her eggs will be fertile, and they’ll pass on that bacterial antidote gene to their offspring too. “It can kill the whole program,” says Beckmann.


شاهد الفيديو: ضاع عمرنا واحنا نستخدم اقراص الناموس غلط!! (يوليو 2022).


تعليقات:

  1. Bellangere

    حسنًا ... كنت أفكر فقط في هذا الموضوع ، ولكن هنا مثل هذا المنشور رائع ، شكرًا!

  2. Romeo

    عذرا لذلك أنا أتدخل ... أنا أفهم هذا السؤال. فمن الممكن للمناقشة.

  3. Lamar

    إنها المعلومات القيمة

  4. Watkins

    لا محراث



اكتب رسالة