Резюме

Заден план

Храненето на личинките, особено качеството на диетата, е ключов двигател при осигуряването на достатъчен брой висококачествени комари за биологични стратегии за контрол, като техниката на стерилни насекоми. В момента диетата е достъпна за масово отглеждане Anopheles arabiensis, наричана тук „диета на МААЕ“, е изправена пред високи разходи и трудности, свързани с наличието на компонент от говежди черен дроб на прах. За да се насърчи по-достъпно и устойчиво производство на комари, настоящото проучване има за цел да намери алтернативни диетични смеси. Осем по-евтини диетични смеси, състоящи се от различни пропорции брашно от тон (TM), говежди черен дроб на прах (BLP), бирена мая (BY) и нахут (CP) бяха разработени и оценени чрез поетапна оценка на An. arabiensis черти на ларви и възрастен живот в сравнение с диетата на МААЕ, която служи като основа и стандарт.

Резултати

Установено е, че четири смеси са ефективни по отношение на оцеляването на ларвите до какавидирането и появата, продуктивността на яйцата, размера на тялото на възрастен и дълголетието. Тези резултати показват, че тези различни диетични смеси имат сходна хранителна стойност, която подпомага оптималното развитие на An. arabiensis ларви и подобряват биологичното качество на възрастните и ефективността на производството и по този начин могат да се използват за масово отглеждане.

Заключения

Нашето проучване показа, че четири различни диетични смеси, с 40 до 92% по-евтини от диетата на МААЕ, могат да доведат до положителна оценка на характеристиките на историята на живота на комарите, което показва, че този вид комари може ефективно да се отглежда масово със значително намаляване на разходите. Сместа, съставена от TM + BY + CP, е предпочитаният избор, тъй като не включва BLP и по този начин намалява разходите с 92% в сравнение с диетата на МААЕ.

Заден план

Маларията остава основна тежест за общественото здраве, особено в Африка на юг от Сахара, където 88% от всички регистрирани случаи и 90% от смъртните случаи, свързани с малария, са настъпили през 2015 г. [1]. Anopheles arabiensis е един от основните вектори в Африка. Известно е, че този вид има широко разпространение, като се адаптира към различни екологични зони като пустинната савана, гористите райони [2] и градските райони, както се среща в Буркина Фасо [3, 4]. Описан като зоофилен, екзофагичен и екзофилен вид в сравнение с An. gambiae [5], An. arabiensis проявява генетична пластичност и адаптира поведението си при хранене и покой в ​​съответствие с условията на биотопа [6, 7]. Тази пластичност, съчетана с механизми за устойчивост [4, 8], му позволява да избягва методите за контрол, базирани на инсектициди, включително използването на дълготрайни мрежи, третирани с инсектициди и остатъчно пръскане на закрито [6, 8, 9], които са основните методи, които в момента се разчита на контрола на маларията. За да се контролира по-добре този вид, тактиките за биологичен контрол, включително техниката на стерилни насекоми (SIT), изглеждат обещаващи алтернативи [10].

SIT се основава на непрекъснато освобождаване на лабораторно отгледани стерилни мъжки в целевата зона, където те се съревновават с дивите мъже, за да се чифтосват с диви женски, което води до стерилно чифтосване. Една препоръка за контрол An. arabiensis в Судан води до освобождаване на 1 милион стерилни мъже на ден [11]. Това изисква достатъчен брой ефективни мъже; висококачествено, но рентабилно масово отглеждане е задължително. Ларвите на комарите поглъщат хранителни вещества не само за да завършат своето развитие, но и за да натрупат резерви за зряла възраст [12]. Всъщност вродените качества на комара, включително големината, възможностите за полет и чифтосване, плодовитостта и дълголетието, до голяма степен зависят от условията през незрелите, т.е. ранните етапи на развитие, особено от качеството и количеството налична храна за ларви [13, 14,15,16,17,18,19]. Следователно диетата с ларви е един от ключовите двигатели в техниките за масово освобождаване.

Методи

Щам комари

The An. arabiensis щам, използван за всички експерименти, е придобит от Dongola в северната част на Судан през 2005 г. и оттогава се поддържа в Лабораторията за контрол на вредителите от насекоми (IPCL) към Съвместния отдел на ФАО/МААЕ за ядрени техники в храните и земеделието, Зайберсдорф, Австрия. Смес (10 g/l) от 50% от TM, 50% BLP плюс VM (4.6 g/l) [23] е използвана за хранене на ларви за рутинно поддържане на колонията. Тази смес се използва като контрола в настоящото проучване. Ларвите и възрастните се отглеждат рутинно в контролирано от климата помещение при 27 ± 1 ° C, 70 ± 10% относителна влажност, 12:12 h светлина: тъмно, включително 1 h здрач и 1 h разсъмване. Възрастните са натоварени в клетки 30 × 30 × 30 cm (BugDorm-1H; MegaView, Тайчжун, Тайван) с постоянен достъп до 5% разтвор на захар. Размразени ястия от говежди кръв се предоставят на жените за производство на яйца.

Диетични съставки, доставчици и разходи

Доставчикът и цената на всяка диетична съставка, използвана в това проучване, са показани в Таблица 1. Цените се изчисляват на 100 кг, за да се вземат предвид потенциалните намаления на цените в случай на поръчки в насипно състояние, очаквани в обекти за масово отглеждане.

Биопроби

Експериментите са проведени на две нива, като се използват еднократни полистиролови чашки на Петри с диаметър 90 mm и второ, пластмасови тави (40 × 29 × 8 cm). Ларвите са били хранени с 1% (10 g/l) диетичен разтвор във всички експерименти.

Експеримент 1: Оценка на диетичните смеси без включване на витамин An. arabiensis развитие на ларвите

Експеримент 2: Оценка на диетичните смеси, снабдени с витаминни смеси An. arabiensis развитие на ларвите

Диетичните смеси, описани в експеримент 1, бяха допълнени с витаминен микс и тествани с помощта на чаши на Петри и следвайки същия протокол. Към всяка диетична смес се добавя равно количество VM (съответстващо на 4,6 g/l от разтвора на сместа). За да се избегне объркване с предишните диетични смеси, „Mix 0 to Mix 8“ бяха кодирани съответно като „Mix 10 to Mix 18“, в експеримент 2. Записани са времето за развитие на ларвите и степента на оцеляване от L1 до какавида и до възрастни.

Експеримент 3: Оценка на най-обещаващите диетични смеси на An. arabiensis личинки и черти от живота на възрастните

Статистически анализ

Версията на софтуера R 3.2.5 [27] е използвана за извършване на всички статистически анализи и за създаване на графики. Използвахме биномиални обобщени линейни смесени модели, които отговарят на максимална вероятност (приближение на Лаплас) с процентите на оцеляване на ларвите за какавида и за възрастни от първоначалния брой L1 като променливи на отговора, диетична смес като фиксирани ефекти и репликата като случаен ефект. Използвахме гаусов модел на линейни смесени ефекти с времената на развитие на ларвите от L1 до какавидиране и поява, определени като променливи на реакцията, диетичната смес като фиксиращ ефект и повторенията като случайни ефекти. Преживяемостта на възрастни комари, отглеждани на различни диетични смеси, беше анализирана с помощта на кривите на оцеляване на Каплан-Майер. Кривите на оцеляване са сравнени с помощта на модела coxph, където диетичната смес е обяснителната променлива, а степента на оцеляване е променливата на отговора.

Резултати

Експеримент 1: Оценка на диетичните смеси без включване на витамин An. arabiensis развитие на ларвите

ларви

Време за какавидация (а) и появата (б) и проценти на оцеляване до какавида° С) и за възрастни (д) използване на диети без витаминен микс

Експеримент 2: Оценка на диетичните смеси, снабдени с витаминни смеси An. arabiensis развитие на ларвите

Параметрите за развитие на ларвите при използване на диети, допълнени с витаминна смес, са показани на фиг. 2а-г. Във всички лечения добавките с витаминен микс добавиха положителни ефекти върху всички параметри. Най-високите проценти на оцеляване на ларвите при какавида и при възрастни са наблюдавани при Mix 12. Най-краткото време на развитие от L1 до какавидата и при възрастни са наблюдавани при контрола (Mix 10), а най-дългото при Mix 11. Разлики между диетите върху живота на комарите черти на историята са наблюдавани от обобщения линеен смесен модел с Mix 10 (контрол), използван като референтно ниво (Таблици 5 и 6). Контролата показа по-кратко време от L1 до какавида и до възрастен от Mix 11 до Mix 16 (P 0,05). Смес 17 доведе до време, подобно на какавидирането като контролното (P = 0,0538), но по-дълго време до появата (P = 0,0109). Въз основа на стойностите на наклона във времето до какавида, тестваните диети могат да бъдат варирани чрез увеличаване на стойността, като по ред на ефективност като Mix 18, Mix 17, Mix 12, Mix 15, Mix 14, Mix 16, Mix 13 и Mix 11. In в сравнение с контролата, само Mix 16 (100% риба тон + VM) води до по-ниски нива на оцеляване на ларвите при какавидите и възрастните (P 0,05). Смес 12, Смес 13, Смес 14, Смес 15, Смес 17 и Смес 18 са довели до по-висок процент на оцеляване на ларвите (P Фиг. 2

Време за какавидация (а) и появата (б) и проценти на оцеляване до какавида° С) и за възрастни (д) с помощта на диети с витаминен микс

Експеримент 3: Оценка на обещаващи диетични смеси на An. arabiensis черти на личинка и възрастен живот

Четири диетични смеси бяха избрани и тествани в по-голям мащаб с помощта на пластмасови тави (40 × 29 × 8 см): Смес 12: 70% TM + 15% BLP + 15% BY + VM; Смес 14: 70% TM + 15% BY + 15% CP + VM; Смес 15: 50% TM + 20% BLP + 15% BY + 15% CP + VM; Смес 17: 25% TM + 25% BLP + 25% BY + 25% CP + VM.

Ефект от четири избрани диети върху An. arabiensis развитие на ларви и размер на тялото на възрастен, производство на яйца и оцеляване

Параметрите за развитие на ларвите и възрастните, произтичащи от всяка диетична смес, и делът на намалението на цената по отношение на контрола са обобщени на фиг. 3a-d. Тези диетични смеси струват с 40–92% по-малко от контрола. Като цяло степента на оцеляване от L1 до какавиди варира между 75 и 86%, а степента на оцеляване от L1 до възрастни варира между 70 и 83%. Оценените диетични смеси водят до сходни или по-добри нива на оцеляване на ларвите от контролата (Таблица 7). Всъщност всички лечения са подобни на контрола по отношение на процента на преживяемост от L1 до какавида (P > 0,05) и доведе до по-високи нива на оцеляване от L1 до възрастен (P 0,05), с изключение на жените от Mix 14, които са по-големи (Таблица 5, P = 0,0098). Всички смеси имат сходни ефекти върху производството на яйца (Таблица 8, P > 0,05).

Време за какавидация (а) и появата (б) и проценти на оцеляване до какавида° С) и за възрастни (д) като се използват обещаващи диетични смеси: Mix 12, Mix 14, Mix 15 и Mix 17

Anopheles arabiensis мъжки пол (а) и женски (б) дължина на крилото, производство на яйца (° С) с помощта на обещаващи диетични смеси: Mix 12, Mix 14, Mix 15 и Mix 17

Ефекти от четири диети върху An. arabiensis оцеляване на мъже и жени

Тестът Log-rank (Mantel-Cox) показва различно оцеляване между възрастните от ларви, хранени с различни диетични смеси за жени (Log-rank тест, χ 2 = 9,6, df = 4, P = 0,0483) и мъже (Log-rank тест, χ 2 = 26,1, df = 4, P = 0,05) (Таблица 9). Като цяло за всяко лечение мъжете оцеляват по-дълго от жените. Средната продължителност на преживяемостта за Mix 10 (контролна), Mix 12, Mix 14, Mix 15 и Mix 17 е била съответно 34, 34, 32, 33 и 32 дни за мъжете и 15, 16, 18, 18 и 20 дни, съответно за женските. През първите 30 дни след появата кривите на оцеляване за мъжете от контролата и Mix 12 са под тези на техните аналози от други смеси (Фиг. 5а). Кривата на преживяемост за жените от контролата е била най-ниска, следвана от тази на жените от смес 12 (фиг. 5б).

Криви на оцеляване на An. arabiensis мъже (а) и жени (б) след ларвни диетични смеси: Mix 12, Mix 14, Mix 15 и Mix 17

Дискусия

В това проучване са проектирани и оценени осем диетични смеси An. arabiensis развитие на ларвите, за да се идентифицират достъпни и рентабилни диетични съставки за масово отглеждане. Пробата за оценка на диетите без добавяне на витаминен микс разкри, че този вид може да се развие във всичките осем диетични смеси от L1 до стадий за възрастни. Този резултат предполага, че всички диетични форми осигуряват необходимите хранителни вещества за развитието на ларвите. Разликата в ефикасността между леченията може да разчита на качеството и количеството на хранителните вещества, които също зависят от качеството и дела на съставките във всяка смес. Това се вижда от най-ниската ефективност, наблюдавана при диетата с чиста риба тон. Добавянето на витаминен микс имаше положителен ефект, водещ до по-висока степен на оцеляване на ларвите и по-кратко време за развитие при всички лечения, както беше наблюдавано по-рано от Damiens et al. [23]. Чистата диета на TM, BLP, CP или комбинация от тях е ефективна Анофелес развитие на ларвите, но зависи от количеството на ларва на ден [23, 24]. Наблюдаваните ниски нива на обща преживяемост на ларвите (включително контролите) може да се дължат на ниското количество диета на ларва на ден [28].

Като цяло е установено, че мъжките оцеляват по-дълго от женските, както се наблюдава в други проучвания [29, 30], които разглеждат различни цели, използвайки същия щам, както в нашия експеримент. За всички диетични смеси мъжете са имали висок процент на оцеляване, тъй като повече от 95% са били живи след 8 дни, повече от 90% след 15 дни и повече от 50% след 30 дни. Това оцеляване, по-високо от наблюдаваното от Khan et al. [24], може да бъде предимство, водещо до максимални възможности за чифтосване на полето. Всъщност, според Sawadogo et al. [31], на възраст 4-8 дни е оптимално за мъже Anopheles gambiae (s.s.) за успешно осеменяване на женски. Повече от 50% оцеляване е регистрирано след 15 дни при жени от всички диетични смеси. Този резултат показа, че може да се постигне максимално производство на яйца в звеното за масово отглеждане от жени от всички обработки. В действителност е установено, че най-голям брой яйца се произвеждат в клетката за масово отглеждане през първите 15 дни [32].

Заключения

Настоящото проучване изследва осем ларвни диетични смеси, за да се намерят оптимални лавални диети за An. arabiensis масово отглеждане. Четири диетични смеси, 40–92% по-евтини от диетата на МААЕ, доведоха до положителни черти в историята на живота. Сместа, съдържаща TM + BY + CP, е предпочитаният избор, тъй като не включва BLP и намалява разходите с 92% в сравнение с диетата на МААЕ. Тези открития допринасят за разработването на ефективни, достъпни и екологични техники за намаляване An. arabiensis и по този начин да предпази човешката популация както от хапливите неприятности на този вид, така и от смъртоносната болест, която той предава.