Das Sexualpheromon Heptacosan steigert die Paarungswettbewerbsfähigkeit steriler Aedes aegypti-Männchen

Parasites & Vectors Band 16, Artikelnummer: 102 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Aedes aegypti ist ein Vektor, der verschiedene Viruserkrankungen, darunter Dengue-Fieber und Zika, überträgt. Die auf Strahlung basierende sterile Insektentechnik (SIT) hat nur begrenzte Auswirkungen auf die Mückenbekämpfung, da es schwierig ist, Männchen zu bestrahlen, ohne ihre Paarungswettbewerbsfähigkeit zu beeinträchtigen. In dieser Studie wurde das Insekten-Sexualpheromon Heptacosan auf Ae angewendet. Aegypti-Männchen, um zu untersuchen, ob es die Paarungswettbewerbsfähigkeit bestrahlter Männchen verbessern könnte.

Heptacosan wurde auf den Bauch von Ae geschmiert. Aegypti-Männchen, die sich mit unbehandelten jungfräulichen Weibchen paaren durften. Die Besamungsrate wurde verwendet, um die Attraktivität von mit Heptacosan behandelten Männern für Frauen zu beurteilen. Die Puppen wurden mit unterschiedlichen Dosen an Röntgen- und γ-Strahlen bestrahlt und das Auflaufen, die Überlebenszeit, die Anzahl der Eier und die Schlupfrate erfasst, um die optimale Dosis an Röntgen- und γ-Strahlung zu ermitteln. Die mit der optimalen Dosis bestrahlten Männchen wurden mit Heptacosan bestrichen, in unterschiedlichen Verhältnissen mit unbehandelten Männchen freigesetzt und mit Weibchen gepaart. Die Wirkung von Heptacosan auf die Paarungskompetitivität bestrahlter Mücken wurde dann anhand der Schlupfrate, der induzierten Sterilität und des Paarungskompetitivitätsindex bewertet.

Anwendung von Heptacosan bei Ae. Aegypti-Männchen steigerten die Befruchtungsrate der Weibchen deutlich um 20 %. Die Strahlung der Puppen hatte keinen Einfluss auf die Anzahl der Eier, verringerte jedoch die Überlebenszeit und die Schlupfrate deutlich. Das Auftauchen der Puppen wurde durch Röntgenstrahlung nicht beeinträchtigt, wohl aber durch γ-Strahlung. Puppen, die 60 Gy Röntgenstrahlen und 40 Gy γ-Strahlen ausgesetzt waren, wurden für nachfolgende Experimente ausgewählt. Nach 60 Gy-Röntgenbestrahlung oder 40 Gy γ-Strahlenbestrahlung betrug die durchschnittliche Schlupfrate weniger als 0,1 % und die durchschnittliche Überlebenszeit mehr als 15 Tage. Darüber hinaus war bei gleichem Freisetzungsverhältnis die Schlupfrate der bestrahlten, mit Heptacosan parfümierten Gruppe geringer als die der Gruppe ohne Heptacosan. Umgekehrt wurden die männliche Sterilität und der männliche Paarungswettbewerbsfähigkeitsindex durch die Verwendung von Heptacosan deutlich erhöht.

Das Sexualpheromon Heptacosan verstärkte die Interaktion zwischen Ae. Aegypti-Männchen und -Weibchen. Die Parfümierung von Männchen, die mit Röntgen- oder γ-Strahlen bestrahlt wurden, mit Heptacosan führte zu einer deutlichen Steigerung der Paarungswettbewerbsfähigkeit. Diese Studie lieferte eine neue Idee zur Verbesserung der Anwendungswirkung von SIT.

Aedes aegypti ist ein Vektor, der für die Übertragung verschiedener Viruserkrankungen verantwortlich ist, darunter Dengue-Fieber, Zika-Fieber, Chikungunya-Fieber und Gelbfieber, die eine große Gefahr für die menschliche Gesundheit darstellen [1]. Der Einsatz chemischer Insektizide zur Bekämpfung von Mücken bleibt das wirksamste Mittel zur Bekämpfung dieser durch Mücken übertragenen Krankheiten [2]. Der umfangreiche Einsatz chemischer Pestizide kann jedoch dazu führen, dass Mücken resistent gegen Pestizide werden und Pestizidrückstände eine Gefahr für Menschen und Nichtzielorganismen darstellen [3, 4]. Daher ist es dringend erforderlich, neue Methoden zur Mückenbekämpfung zu finden.

Bei der sterilen Insektentechnik (SIT) wird eine große Anzahl bestrahlter steriler männlicher Mücken freigelassen, um mit wilden Männchen um weibliche Partner zu konkurrieren und so die Mückenpopulation zu unterdrücken [5]. Diese Technik ist artspezifisch, umweltfreundlich und für die großflächige Bekämpfung geeignet [6]. Zur besseren Bekämpfung krankheitsübertragender Mücken haben die Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen und die Internationale Atomenergiebehörde verstärkte Anstrengungen unternommen, um zur Unterstützung ihrer Mitgliedstaaten umfassende SIT-Pakete für die flächendeckende Bekämpfung von Mücken zu entwickeln und zu verbessern [7]. . Mehrere Länder führen derzeit Pilotversuche durch, um die Wirksamkeit der SIT zu bewerten. Beispielsweise prüft das Nationale Institut für öffentliche Gesundheit in Mexiko die Möglichkeit einer SIT als zusätzliche Kontrollmaßnahme für lokale Ae. aegypti und Ae. albopictus in den am stärksten betroffenen Gebieten des Landes [8]. Darüber hinaus wurden Machbarkeitsstudien zum Einsatz von SIT gegen invasive Ae durchgeführt. albopictus begann im Jahr 2000 und umfasste mehrere Feldversuche zur Freisetzung bestrahlter Männchen [9, 10]. Darüber hinaus wurden strahlenbasierte sterile Insektentechniken mit Wolbachia-induzierten Insekteninkompatibilitätstechniken kombiniert, um Mücken im Feld zu bekämpfen (bekannt als Insekteninkompatibilitätstechnik/SIT [IIT-SIT]) [5]. Nach der Geschlechtertrennung und der Bestrahlung wäre ein versehentlich freigesetztes Weibchen mit Wolbachia nicht in der Lage, sich fortzupflanzen, wodurch eine unerwünschte Etablierung von Wolbachia in freier Wildbahn minimiert wird. Der Einsatz von IIT-SIT hat Ae erfolgreich kontrolliert. albopictus in Feldversuchen in China [5] und unterdrückte die natürliche Population von Ae. aegypti in Singapur [11], Thailand [12] und Mexiko [13].

Gammastrahlen sind die bei SIT am häufigsten verwendete Strahlungsquelle mit hoher Photonenenergie und starkem Durchdringungsvermögen. Aufgrund der strengeren Verwaltung radioaktiver Substanzen in den meisten Ländern ist die Beschaffung von γ-Strahlenquellen jedoch zunehmend schwieriger geworden. Im Gegensatz dazu sind Röntgengeräte leichter zu beschaffen, einfacher zu bedienen und sicherer, ihre Durchdringungskraft ist jedoch schwächer als die von γ-Strahlen [14]. Nachdem männliche Mücken mit Röntgen- oder γ-Strahlen bestrahlt wurden, werden ihre Überlebenszeit und ihre Fähigkeit, mit unbestrahlten männlichen Mücken um die Paarung mit Weibchen zu konkurrieren, erheblich beeinträchtigt, was auch die breite Anwendung dieser Technologie drastisch einschränkt [15].

Pheromone sind chemische Signale, die bei der Kommunikation zwischen Individuen derselben Art verwendet werden. Zu ihren Rollen gehören Anziehung, Aggression, Aphrodisiakum, Antiaphrodisiakum, Aggregation, Verwandtenerkennung und Alarmsignalerkennung [16, 17]. Bei vielen Diptera-Insektenarten wie Stubenfliegen, Fruchtfliegen, Essigfliegen und Mücken wirken langkettige Diolefine und Monoolefine (kutikuläre Kohlenwasserstoffe, CHCs), die auf der Oberfläche der Epidermis vorkommen, als Lockstoffe und Aphrodisiaka und beeinflussen die Partnerwahl und Werbung auslösen [18]. Die CHCs Tricosan und Heptacosan wurden aus epidermalen Extrakten reifer Männchen von Anopheles stephensi isoliert und identifiziert, und es wurde gezeigt, dass Heptacosan die Attraktivität geschlechtsreifer Männchen für die Balz von Weibchen steigert [19]. Über diese Pheromone bei Aedes-Mücken ist jedoch wenig bekannt. Daher haben wir uns gefragt, ob das Sexualpheromon der Anopheles-Mücken die Paarungsaktivität der Aedes-Mücken beeinflusst. In dieser Studie verglichen wir die Auswirkungen von CHC-Komponenten (Tricosan und Heptacosan) auf den Paarungserfolg männlicher erwachsener Ae. Aegypti-Mücken. Darüber hinaus haben wir Pheromon mit SIT (Röntgen- und γ-Strahlenbestrahlung männlicher Mücken) kombiniert, um zu untersuchen, ob Pheromon die Konkurrenzfähigkeit steriler männlicher Mücken steigern und eine bessere Hemmwirkung auf Mückenpopulationen erzielen kann.

Aedes aegypti-Mücken aus der Stadt Zhanjiang, Provinz Guangdong, China, wurden vom Zentrum für Krankheitskontrolle und Prävention der Provinz Guangdong gesammelt. Diese Kolonie wurde unter Bedingungen von 28 ± 1 °C, 80 ± 5 % relativer Luftfeuchtigkeit und einem Hell/Dunkel-Zyklus von 16 h/8 h gehalten. Die Mückenlarven wurden täglich mit Schildkrötenfutter gefüttert, die erwachsenen Tiere erhielten ad libitum 10 % Glukoselösung. Blut von Kunming-Mäusen (bereitgestellt vom Tierversuchszentrum der Medizinischen Universität Anhui) durfte erwachsene Weibchen zum Eierlegen füttern.

Der Linearbeschleuniger Varian Clinac 23EX (Varian, Palo Alto, CA, USA) und das γRay-Bestrahlungsgerät Biobeam GM2000 (Gamma-Service Medical GmbH, Leipzig, Deutschland) wurden für Röntgen- bzw. γ-Strahlung verwendet.

Heptacosan und Tricosan wurden in einer Konzentration von 75 µg/ml in n-Hexan gelöst und auf den Bauch von 2 Tage alten Ae aufgetragen. Aegypti-Männchen mit Pinseln, wie von Wang et al. beschrieben. [19]. Als Kontrolle diente das Lösungsmittel n-Hexan. 48 Stunden später wurden 20 behandelte Männchen und 20 jungfräuliche Weibchen in einen Käfig (25 × 35 × 25 cm) gebracht und über Nacht paaren gelassen. Anschließend wurden die weiblichen Spermatheken präpariert und der Befruchtungsstatus untersucht. Wenn in mindestens einer der drei Spermatheken Spermien nachgewiesen wurden, galt die Mücke als erfolgreich befruchtet. Jede Behandlung wurde dreimal wiederholt, mit 20 Mücken pro Wiederholung, und die Paarungsaktivitätstests wurden dreimal wiederholt.

Je nach Größe und Farbe der Puppen entstehen kleinere und hellere Ae. Es wurden männliche Aegypti-Puppen ausgewählt. Anschließend wurden die ausgewählten männlichen Puppen (12–24 Stunden alt, 150–200/Tablett) in die Mitte des Tabletts (Durchmesser: 9 cm) gelegt. Das überschüssige Wasser in der Schale wurde mit einem Strohhalm entfernt. Das Tablett wurde am Boden der Röntgen- oder γ-Bestrahlungskammer platziert. Mückenpuppen wurden Röntgen- oder γ-Strahlen mit einer Dosisrate von 200 Gy/h ausgesetzt. Nach einer Bestrahlung mit 20 Gy, 40 Gy oder 60 Gy wurden die Puppen in saubere Käfige (25 × 35 × 25 cm) überführt. Nach 48 Stunden wurden die nicht geschlüpften toten Puppen gezählt, um die Schlüpfrate zu ermitteln. Darüber hinaus wurden jedem Käfig (der 30 bestrahlte Männchen enthielt) 30 unbestrahlte und jungfräuliche Weibchen zur Paarung über Nacht und anschließender Blutfütterung hinzugefügt. Mit Blut gefütterte Weibchen wurden zur Eiablage in einzelne 70-ml-Röhrchen mit feuchtem Filterpapier gegeben. Den Weibchen wurde nur einmal Blut von Kunming-Mäusen verabreicht, das Gleiche galt auch für das Sammeln von Eiern. Nach 5 Tagen wurden die Filterpapiere mit den Eiern 24 Stunden lang unter Umgebungsbedingungen trocknen gelassen und dann zum Schlüpfen 7 Tage lang in ein Wasserbecken gelegt. Die weibliche Fruchtbarkeit wurde durch die Aufzeichnung der einzelnen Eierzahlen unter dem Mikroskop und der Schlupfraten berechnet. Darüber hinaus wurden Puppen ausgewählt, die 20 Gy, 40 Gy und 60 Gy ausgesetzt waren, um die Auswirkungen von Röntgen- oder γ-Strahlung auf die Überlebenszeit männlicher Erwachsener zu untersuchen. Bei jeder Behandlung wurden drei Replikate von 30 Puppen oder erwachsenen Mücken verwendet, einschließlich der Kontrollen (unbestrahlte Gruppen). Den Männern wurde eine 10 %ige Glucoselösung verabreicht.

In Kombination mit den oben genannten experimentellen Ergebnissen (relativ geringer Einfluss auf die Überlebenszeit der Männchen und eine bessere Wirkung auf die Reduzierung der Schlupfrate) wurden Puppen ausgewählt, die 60 Gy Röntgenstrahlen und 40 Gy γ-Strahlen ausgesetzt waren, um die Wirkung von Heptacosan zu untersuchen (während Tricosan die Befruchtungsrate nicht signifikant steigerte) auf die männliche Paarungswettbewerbsfähigkeit bestrahlter Mücken.

Männliche Puppen (12–24 Stunden alt) wurden mit 60 Gy Röntgenstrahlen oder 40 Gy γ-Strahlen bestrahlt und dann zum Auflaufen in saubere Käfige überführt. Nach 48 Stunden wurde Heptacosan auf den Bauch der Männchen geschmiert. Dann wurden 30, 30, 90, 150 und 210 behandelte Männchen in verschiedene Käfige mit 0, 30, 30, 30 und 30 unbestrahlten Männchen gebracht. Die Freisetzungsverhältnisse [(bestrahlt + Heptacosan)/unbestrahlt; IH/U] waren 1:0, 1:1, 3:1, 5:1 und 7:1. Bestrahlte Männchen ohne Heptacosan und unbestrahlte männliche Mücken wurden im gleichen Freisetzungsverhältnis (bestrahlt/unbestrahlt; I/U) wie die Kontrollen freigesetzt. Nach 24 Stunden wurden 30 weibliche Mücken (unbestrahlte Jungfrauen, 5–7 Tage alt) für drei Tage zum Paarungswettbewerb in jeden Käfig gesetzt. Anschließend wurde den Weibchen Blut von Kunming-Mäusen verabreicht. Nach 5 Tagen wurden die Eier gesammelt und 7 Tage lang schlüpfen gelassen. Die Schlupfrate für jede Gruppe wurde aufgezeichnet. Für jede Gruppe wurden drei Wiederholungen durchgeführt. Die induzierte Sterilität (IS) und der männliche Paarungskompetitivitätsindex (C) wurden nach den folgenden Formeln berechnet [20, 21]:

Dabei ist Hs die Schlupfrate der bestrahlten Kontrollgruppe, Hc die Schlupfrate der Konkurrenzgruppe (ein gemischtes Verhältnis aus unbestrahlten und bestrahlten Männchen), Hn die Schlupfrate der unbestrahlten Kontrollgruppe und N die Anzahl der unbestrahlten Männchen und S ist die Anzahl der bestrahlten Männer.

Statistische Analysen wurden mit IBM SPSS Version 20 durchgeführt. Unterschiede in der Auflauf- und Schlupfrate zwischen den Gruppen wurden mit dem Chi-Quadrat-Test von Pearson und dem Bonferroni-Test verglichen. Varianzanalyse (ANOVA) und Tukeys Post-hoc-Test wurden verwendet, um Unterschiede in der Eizahl, IS und C zwischen den Gruppen zu vergleichen. Eine Kaplan-Meier-Analyse wurde durchgeführt, um relative Unterschiede in der Überlebenszeit zwischen den Gruppen zu bestimmen. Werte von P < 0,05 wurden als statistisch signifikant angesehen.

Die durchschnittliche Befruchtungsrate weiblicher Ae. Aegypti-Mücken in der Heptacosan-behandelten Gruppe betrugen 60,6 ± 1,6 %, was deutlich höher war als die 36,1 ± 2,3 % in der Tricosan-Gruppe (χ2 = 21,535, df = 1, P < 0,001) und 40,6 ± 2,5 % in der n-Gruppe. Hexan-Kontrollgruppe (χ2 = 14,402, df = 1, P < 0,001). Es gab jedoch keinen signifikanten Unterschied in der Befruchtungsrate von Ae. Aegypti-Weibchen zwischen der n-Hexan-Gruppe und der Tricosan-Kontrollgruppe (χ2 = 0,752, df = 1, P = 0,386). Daher ist die Anwendung von Tricosan auf reife männliche Ae. Aegypti-Mücken hatten keinen Einfluss auf ihre Paarungsaktivitäten, während die Anwendung von Heptacosan die Befruchtungsrate von Ae signifikant steigerte. Aegypti-Weibchen um 20 %.

Es gab keinen Einfluss der Strahlendosis auf die Anzahl der pro Weibchen gelegten Eier, unabhängig von der Art der verwendeten Strahlung (χ2 = 6,584, df = 3, P = 0,086) (Tabelle 1). Als jedoch die γ-Strahlungsdosis 40 Gy oder 60 Gy erreichte, war die Puppenschlüpfrate signifikant niedriger als die der Kontrollgruppe (χ2 = 39,155, df = 3, P < 0,001) (Tabelle 1).

Darüber hinaus korrelierte die Strahlung männlicher Puppen (einschließlich Röntgen- und γ-Strahlung) nicht mit der Anzahl weiblicher Eier (F = 0,592, df = 6, P = 0,737). Im Gegensatz dazu nahm die Schlupfrate mit zunehmender Strahlendosis deutlich ab (χ2 = 3635.000, df = 6, P < 0,001) (Abb. 1). Nach 60 Gy Röntgenstrahlung oder mehr als oder gleich 40 Gy γ-Strahlung betrug die Schlüpfrate weniger als 0,1 %. Darüber hinaus schlüpfte nach 60 Gy-γ-Strahlenbestrahlung kein Ei (Tabelle 1).

Auswirkungen der Puppenbestrahlung auf die Schlupfrate

Die durchschnittliche Überlebenszeit der Männchen in den Kontrollgruppen betrug 24,7 ± 1,0 Tage. Gleichzeitig betrugen die durchschnittlichen Überlebenszeiten erwachsener Männer 23,0 ± 0,9, 19,8 ± 0,8 und 15,6 ± 0,6 Tage nach der Exposition gegenüber Röntgenstrahlen mit 20 Gy, 40 Gy und 60 Gy (Tabelle 2). Die Überlebensrate männlicher Mücken nahm tendenziell mit zunehmender Röntgenstrahlungsdosis ab. Im Vergleich zur Kontrollgruppe verkürzte die Röntgenbestrahlung von Puppen mit 40 Gy und 60 Gy die Überlebenszeit erwachsener männlicher Mücken erheblich (Abb. 2A). Es wurde jedoch kein signifikanter Unterschied in der männlichen Lebenserwartung zwischen der 20-Gy-Röntgenbestrahlung der Puppen und der Kontrollgruppe beobachtet. Darüber hinaus betrug die durchschnittliche Überlebenszeit männlicher Erwachsener 22,1 ± 0,7, 17,3 ± 0,6 und 12,6 ± 0,4 Tage nach Exposition gegenüber 20 Gy, 40 Gy und 60 Gy γ-Strahlen. Auch hier war die Überlebenszeit umgekehrt proportional zur Strahlendosis (Abb. 2B). Die Überlebenszeiten waren bei allen γ-Strahlen-Bestrahlungsdosen deutlich niedriger als bei der Kontrolle.

Überlebenskurven von Aedes aegypti-Männchen, die mit unterschiedlichen Dosen von Röntgenstrahlen (A) und γ-Strahlen (B) bestrahlt wurden

Puppen, die 60 Gy Röntgenstrahlen und 40 Gy γ-Strahlen ausgesetzt waren, wurden verwendet, um die Wirkung von Heptacosan auf die Paarungswettbewerbsfähigkeit bestrahlter Mückenmännchen zu untersuchen. Nach der Paarung mit bestrahlten Männchen nahm die Schlupfrate wilder Weibchen mit zunehmender Freisetzungsrate ab, und der Unterschied war signifikant (Röntgenbestrahlung: χ2 = 1556,853, df = 5, P < 0,001; γ-Bestrahlung: χ2 = 1739,767, df = 5, P < 0,001). Diese Trends wurden auch in Experimenten beobachtet, bei denen mit Heptacosan beschichtete männliche Mücken freigesetzt wurden (Röntgenbestrahlung: χ2 = 1692,237, df = 5, P < 0,001; γ-Bestrahlung: χ2 = 1826,224, df = 5, P < 0,001). Darüber hinaus war die Schlupfrate der mit Heptacosan beschichteten Gruppe bei gleichem Freisetzungsverhältnis geringer als die der Gruppe ohne Heptacosan. Wenn die Freisetzungsverhältnisse 1:1, 5:1 und 7:1 im Experiment mit Röntgenstrahlung und 1:1 und 5:1 im Experiment mit γ-Strahlung betrugen, war der Unterschied statistisch signifikant (Tabelle 2).

Darüber hinaus nahm die induzierte Sterilität mit der Erhöhung des Freisetzungsverhältnisses zu, und bei gleichem Freisetzungsverhältnis war die induzierte Sterilität der mit Heptacosan perfundierten männlichen Mücken signifikant höher als die der unbehandelten Gruppe (Abb. 3). In ähnlicher Weise war bei demselben Freisetzungsverhältnis der Paarungswettbewerbsindex (C) männlicher Mücken, die mit Heptacosan parfümiert waren, signifikant höher als der von männlichen Mücken, die nicht mit Heptacosan parfümiert waren (Abb. 4).

Auswirkungen von Heptacosan auf die induzierte Sterilität von Aedes aegypti, bestrahlt mit Röntgenstrahlen (A) und γ-Strahlen (B). Der Fehlerbalken zeigt ± SE an. *P < 0,05 (ANOVA und Tukeys Post-Hoc-Test)

Auswirkungen von Heptacosan auf den männlichen Paarungswettbewerbsfähigkeitsindex von Aedes aegypti, bestrahlt mit Röntgenstrahlen (A) und γ-Strahlen (B). Der Fehlerbalken zeigt ± SE an. *P < 0,05 (ANOVA und Tukeys Post-Hoc-Test)

Aedes aegypti ist ein hocheffizienter Vektor des Dengue-Virus und des Zika-Virus [22]. Es geht gerne am frühen Morgen und am Abend vor Einbruch der Dunkelheit hinaus, um den Wirt zum Blutsaugen zu finden [7]. Dies bedeutet, dass mit Insektiziden behandelte Moskitonetze im Gegensatz zu Malaria die Übertragung von Dengue- und Zika-Fieber nicht wirksam verhindern können. SIT, ein von Edward Knipling in den 1950er Jahren vorgeschlagenes Konzept, ist eine artspezifische, schadstofffreie und umweltfreundliche Methode zur Schädlingsbekämpfung [23, 24]. Strahlungsbasierte SIT wurde erfolgreich zur Bekämpfung von Mücken und zur Verringerung des Auftretens von durch Vektoren übertragenen Krankheiten eingesetzt [25]. In den meisten Laborstudien und Feldversuchen wurden γ-Strahlen verwendet, und Röntgenstrahlen wurden selten zur Bestrahlung von Mücken eingesetzt [26,27,28]. In unserer Studie hat Ae. Aegypti-Puppen wurden mit Röntgen- und γ-Strahlen bestrahlt und die Unterschiede in der Entstehung, Überlebenszeit, Eizahl und Schlupfrate der beiden Strahlungsarten verglichen.

Das Auftauchen der Erwachsenen wurde durch Röntgenstrahlung nicht beeinträchtigt, wohl aber durch γ-Strahlung. Die zusätzlichen Todesfälle könnten auf das stärkere Eindringen von γ-Strahlen zurückzuführen sein, die mehr Körperzellen der Mücke zerstören. Ähnliche Ergebnisse wurden für Ae gemeldet. albopictus. Röntgenstrahlen hatten keinen Einfluss auf die Entstehungsrate von Ae. albopictus, aber γ-Strahlen reduzierten die Entstehungsrate von Ae erheblich. albopictus [29, 30].

Darüber hinaus hatte die Puppenstrahlung in der vorliegenden Studie keinen Einfluss auf die Eizahl der Weibchen, verringerte jedoch die Schlupfrate deutlich, insbesondere wenn γ-Strahlung verwendet wurde. Beispielsweise hatte 40-Gy-γ-Strahlung den gleichen Effekt auf die Schlupfrate wie 60-Gy-Röntgenstrahlung. Die zerstörerische Wirkung von γ-Strahlen auf Mückenspermien war stärker als die von Röntgenstrahlen. Ebenso wurde die Überlebenszeit männlicher Mücken, die nach der Puppenbestrahlung schlüpften, deutlich verkürzt. Die Wirkung von γ-Strahlen auf das Überleben männlicher Mücken ist bei gleicher Dosis größer als die von Röntgenstrahlen. Darüber hinaus haben Chen et al. und Shetty et al. bestrahltes Ae. aegypti mit unterschiedlichen Dosen von γ-Strahlen. Sie fanden auch heraus, dass hochdosierte Strahlung keinen Einfluss auf die Fruchtbarkeit der Weibchen hatte, sich jedoch negativ auf die Überlebenszeit und die Paarungskonkurrenzfähigkeit der bestrahlten männlichen Mücken auswirkte [31, 32]. In ähnlicher Weise haben Rodriguez et al. bewiesen, dass Röntgenstrahlung keinen Einfluss auf die Eizahl hat, wohl aber auf die Überlebenszeit von Ae. Aegypti-Männchen nahmen mit zunehmender Strahlendosis ab [33]. Eine Studie von Yamada et al. zeigten, dass von Raycell Mk2-Bestrahlungsgeräten erzeugte Röntgenstrahlen vergleichbare Sterilitätsniveaus für Ae hervorriefen. Aegypti-Männchen im Vergleich zu γ-Strahlen [34]. Darüber hinaus haben wir in unserer vorherigen Studie unterschiedliche Dosen von Röntgen- und γ-Strahlen zur Bestrahlung von Ae verwendet. albopictus und erzielte ähnliche Ergebnisse wie Ae. aegypti [35]. Basierend auf den obigen Ergebnissen konnten männliche Mücken zwar durch Bestrahlung steril werden, die Paarungsfähigkeit der bestrahlten Männchen wurde jedoch erheblich beeinträchtigt, was den Anwendungseffekt von SIT erheblich verringerte.

Chemische Pheromone spielen eine wichtige Rolle bei der Suche, Identifizierung und Auswahl paarender Männchen durch weibliche Mücken [36]. Beispielsweise verstärkte das Pheromon Heptacosan (ein kutikulärer Kohlenwasserstoff) die Interaktion zwischen Anopheles-Männchen und -Weibchen [19]. Heptacosan ist auch ein Kontakt- und flüchtiges Pheromon, das die Paarungsaktivität des Teekäfers Myllocerinus aurolineatus fördert [37]. Darüber hinaus war Heptacosan einer der Hauptbestandteile des Pheromons in der Termite Reticulitermes speratus, das eine langfristige Aggregation an neuen Nist- und Nahrungsplätzen induzieren konnte [38]. In der vorliegenden Studie wurde Heptacosan auf reife Ae angewendet. Aegypti-Männchen steigerten die Befruchtungsrate der Weibchen deutlich. Daher verwendeten wir dieses Sexualpheromon in Kombination mit SIT, in der Hoffnung, die bevölkerungsunterdrückende Wirkung der Freisetzung bestrahlter männlicher Mücken zu verstärken. Überraschenderweise stellten wir fest, dass der induzierte Sterilitäts- und Paarungswettbewerbsfähigkeitsindex der mit Heptacosan bestrichenen männlichen Mücken signifikant höher war als der der nicht bestrichenen Gruppe. Wenn das Freisetzungsverhältnis von bestrahlten männlichen Mücken, die mit Heptacosan bestrichen wurden, zu normalen männlichen Mücken 5:1 betrug, entsprach der Sterilitätseffekt dem der nicht bestrichenen Gruppe bei einem Freisetzungsverhältnis von 7:1. Diese Ergebnisse lassen darauf schließen, dass die Verabreichung von Heptacosan an sterile Mücken die hemmende Wirkung auf die Mückenpopulation bei gleicher Freisetzungsmenge verstärken kann. Darüber hinaus wurden Feldfreisetzungen von Wolbachia-infizierten Ae. Aegypti wird in mehreren Ländern implementiert. Die Insekten-Sexualpheromone Heptacosan könnten in Zukunft auch bei IIT oder IIT-SIT eingesetzt werden, um die Populationshemmwirkung von im Feld freigesetzten sterilen Mücken zu verstärken.

Obwohl unsere Ergebnisse die gute Wirkung von SIT in Kombination mit Heptacosan auf Laborebene belegen, müssen vor der tatsächlichen Anwendung der Mückenbekämpfung im Feld noch viele Probleme gelöst werden. Erstens weist Heptacosan eine starke Flüchtigkeit auf, und wie kann seine kontinuierliche Wirkung auf die Freisetzung männlicher Tiere sichergestellt werden? Sun et al. berichteten, dass eine 10 μg/ml Heptacosanlösung, die auf Weibchen von Myllocerinus aurolineatus aufgetragen wurde, Männchen zur Paarung innerhalb von durchschnittlich 12,04 Stunden anlocken konnte [34]. Heptacosan kann nach 12 Stunden seine Wirkung auf die Verbesserung der Paarungswettbewerbsfähigkeit verlieren. Es kann notwendig sein, geeignete Formulierungen für die langsame Freisetzung und anhaltende Wirkung von Heptacosan zu erforschen. Darüber hinaus haben Fawaz et al. berichteten, dass Erregung und Anziehung beobachtet wurden, wenn Ae. Aegypti-Weibchen wurden den Pheromonen 2,6,6-Trimethylcyclohex-2-en-1,4-dion, 2,2,6-Trimethylcyclohexan-1,4-dion oder 1-(4-Ethylphenyl)ethanon ausgesetzt [39] . Vielleicht können wir in Zukunft die weitreichenden männlichen Sexualpheromone finden, die Weibchen verwenden, um Männchen zu finden und zu identifizieren, um Weibchen zur aktiven Paarung mit unfruchtbaren Männchen auf dem Feld anzulocken. Eine aktuelle Studie von Mozöraitis et al. hoben das Vorhandensein von fünf flüchtigen Verbindungen (Acetoin, Sulcaton, Octanal, Nonanal und Decanal) hervor, die Anopheles-Männchen freisetzten. Den Autoren zufolge könnten diese mit Aggregationsverhalten zusammenhängen, das Männchen und Weibchen anzieht und die Befruchtungsrate erhöht [40]. Dennoch gelang es einer Laborstudie nicht, die weitreichenden männlichen Sexualpheromone nachzuweisen, die mit der Schwarmerkennung und -erkennung durch Weibchen verbunden sind [41]. Sie wiederholten das Protokoll von Mozūraitis et al. und fanden heraus, dass Acetoin in fast allen männlichen Proben fehlte. Die anderen vier Verbindungen (Sulcaton, Octanal, Nonanal und Decanal) wurden nachgewiesen, unterschieden sich jedoch nicht signifikant von der Kontrollgruppe [41]. Die im Labor festgestellte hohe quantitative Variabilität und die Tatsache, dass diese Verbindungen häufig in der Kontrolle gefunden werden, deuten darauf hin, dass es sich möglicherweise um eine unkontrollierbare Labor- und/oder menschliche Verschmutzung handelt. Insgesamt liefert unsere Studie eine neue Idee für die zukünftige Anwendung steriler Insektentechnologie. Die Kombination von Insekten-Sexualpheromonen und bestrahlten Mücken kann die Wirkung steriler Insekten auf dem Feld verstärken.

Zusammenfassend haben wir bestätigt, dass das auf dem Bauch der männlichen Aedes aegypti-Mücken parfümierte Sexualpheromon Heptacosan ihre Attraktivität für weibliche Mücken erhöhen und somit ihre Befruchtungsrate erhöhen kann. Wenn männliche Mücken, die mit Röntgen- oder γ-Strahlen bestrahlt wurden, mit Heptacosan bestrichen wurden, konnte außerdem die Paarungswettbewerbsfähigkeit der bestrahlten männlichen Mücken erheblich gesteigert werden. Obwohl weitere Beweise für die Anwendung des Sexualpheromons bei SIT vor Ort erforderlich sind, liefern unsere Experimente zweifellos neue Ideen für die breitere Anwendung von SIT.

Alle während dieser Studie generierten oder analysierten Daten sind in diesem veröffentlichten Artikel enthalten.

Sterile Insektentechnik

Technik zur Inkompatibilität von Insekten

Kutikulärer Kohlenwasserstoff

(Bestrahlt + Heptacosan)/unbestrahlt

Bestrahlt/unbestrahlt

Induzierte Sterilität

Paarungswettbewerbsfähigkeitsindex

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Unzutreffend.

Diese Forschung wurde von der National Natural Science Foundation of China (8210082025), dem Anhui Provincial Natural Science Foundation Project (2108085QH347) und dem Research Fund Project der Anhui Medical University (2020xkj005) an DSQ unterstützt.

Lin-Min Wang, Ni Li, Mao Zhang und Qi Tang haben gleichermaßen zu dieser Arbeit beigetragen

Das Schlüssellabor für Mikrobiologie und Parasitologie der Provinz Anhui, das Schlüssellabor für Zoonosen höherer Institutionen in Anhui, Abteilung für Pathogenbiologie, School of Basic Medical Sciences, Anhui Medical University, Hefei, China

Lin-Min Wang, Ni Li, Mao Zhang, Qi Tang, Hong-Zheng Lu, Qing-Ya Zhou, Jia-Xuan Niu, Zhe-Yu Peng, Chao Zhang, Miao Liu und Sheng-Qun Deng

Abteilung für Strahlentherapie, erstes angegliedertes Krankenhaus der Anhui Medical University, Hefei, China

Liang Xiao

Chinesisches Zentrum für Krankheitskontrolle und Prävention, Nationales Institut für Parasitenkrankheiten, Shanghai, China

Duo-Quan Wang

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Konzeptualisierung und Methodik, DSQ; Untersuchung, WLM, MZ, TQ, LHZ, ZQY, NJX, XL, PZY, DYN, RCP und ZC; Schreiben – Originalentwurfsvorbereitung, DSQ und WLM; Schreiben – Überprüfung und Bearbeitung, DSQ und WDQ; Supervision, DSQ, WDQ und LM; Finanzierungsakquise, DSQ. Alle Autoren haben das endgültige Manuskript gelesen und genehmigt.

Korrespondenz mit Miao Liu, Duo-Quan Wang oder Sheng-Qun Deng.

Unzutreffend.

Die Autoren erklären, dass sie keine konkurrierenden Interessen haben.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Wang, LM., Li, N., Zhang, M. et al. Das Sexualpheromon Heptacosan steigert die Paarungswettbewerbsfähigkeit steriler Aedes aegypti-Männchen. Parasites Vectors 16, 102 (2023). https://doi.org/10.1186/s13071-023-05711-6

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Eingegangen: 20. Oktober 2022

Angenommen: 22. Februar 2023

Veröffentlicht: 15. März 2023

DOI: https://doi.org/10.1186/s13071-023-05711-6

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Das Sexualpheromon Heptacosan steigert die Paarungswettbewerbsfähigkeit steriler Aedes aegypti-Männchen