טכניקת החרקים הסטריליים (SIT) משמשת להדברת אוכלוסיות יתושים ספציפיות וחשובות מבחינה רפואית שעשויות להיות עמידות בפני הדברות כימיות. כאן אנו מתארים שיטה לגידול המוני והכנה של יתושים זכרים סטריליים לשחרור בתוכנית SIT מבצעית המכוונת ליתוש Aedes aegypti .
השליטה במחלות אנושיות כמו דנגי, זיקה וצ’יקונגוניה מסתמכת על השליטה של הווקטור שלהם, יתוש Aedes aegypti , מכיוון שאין מניעה. הדברת וקטורים של יתושים יכולה להסתמך על כימיקלים המופעלים על שלבים לא בוגרים ובוגרים, מה שיכול לתרום לתמותה של אנשים שאינם מטרות וחשוב מכך, להוביל לעמידות לקוטלי חרקים בווקטור. טכניקת החרקים הסטריליים (SIT) היא שיטה להדברת אוכלוסיות של מזיקים באמצעות שחרור זכרים בוגרים מעוקרים המזדווגים עם נקבות בר כדי לייצר צאצאים שאינם בני קיימא. מאמר זה מתאר את התהליך של ייצור זכרים סטריליים לשימוש בתוכנית SIT מבצעית להדברת יתושי Aedes aegypti . להלן השלבים המשמשים בתוכנית, כולל גידול ותחזוקה של מושבה, הפרדת גלמים זכרים ונקבות, הקרנה וסימון של זכרים בוגרים ושליחת זכרים Aedes aegypti לאתר השחרור. כמו כן נדונו אזהרות פרוצדורליות, מגבלות תוכנית ויעדים עתידיים.
העברת פתוגנים המועברים על ידי יתושים לבני אדם גורמת למיליוני מקרים של מחלות ומקרי מוות מדי שנה ברחבי העולם. בהיעדר חיסונים יעילים ומאושרים למחלות המועברות על ידי יתושים, כגון זיקה או קדחת דנגי, אחת הדרכים היעילות ביותר להפחית את ההדבקה היא להפחית את אוכלוסיות היתושים הווקטוריים למחלות. באופן מוזר, מספר גדל והולך של מיני יתושים, שבאופן מסורתי ממוקדים על ידי חומרי הדברה, מפגינים רמות הולכות וגדלות של עמידות לחומרי הדברה1. במקביל, סוכנויות ממשלתיות ביטלו באגרסיביות או אסרו על שימוש בחומרי הדברה שאושרו בעבר, ומעט אמצעי הדברה כימיים חדשים ויעילים מפותחים 2,3. קבוצת כוכבים זו של מכשולים להדברת יתושים הניעה את החיפוש אחר טכניקות חלופיות לא כימיות להפחתת אוכלוסיות היתושים.
מיני יתושים מסוימים מציבים אתגרים לשליטה בבעיות של עמידות ורישום חומרי הדברה. Aedes aegypti (L.) הוא יתוש בולט-וקטור מחלה שקשה מאוד לשלוט בו באמצעות ניהול וקטורים משולב מסורתי בשל בית הגידול הפרה-ביתי הקריפטי המנוצל על ידי מין זה להתפתחות לא בשלה ומנוחה בוגרת 4,5. אתגרים הקשורים לניצול בית הגידול הסמוי סביב בתי מגורים כוללים את הקושי להגיע למקומות אלה באמצעות טכניקות ריסוס חומרי הדברה, כמו גם את חוסר הקבלה הפוטנציאלי של הציבור לגישה חוזרת ונשנית לרכוש פרטי עבור סוכנויות בקרת וקטורים לבריאות הציבור כדי לנהל את פעילויות המעקב והבקרה האינטנסיביות החיוניות לניהול וקטורים משולב יעיל (IVM) עבור מין זה.
למרבה המזל, SIT, גישה שהוכחה כמוצלחת להדברה מתמשכת של מיני חרקיםמאתגרים אחרים 6, מיושמת על בעיית Aedes aegypti בסדרה פורצת דרך של ניסויים וניסויים מבצעיים המבוססים בסנט אוגוסטין, פלורידה (KJL, RLA, SCB נתונים שלא פורסמו). SIT יושם על מגוון מיני חרקים, כולל יתושים, ונבדק לעומק 7,8. SIT ממנף את השחרור ההמוני של זכרים שגודלו במושבה ומעוקרים, למשל, על ידי חשיפה לקרינה מייננת או לכימיקלים כדי להכריע את בחירת ההזדווגות של אוכלוסיות טבעיות של נקבות. זכרים מעוקרים המזדווגים עם נקבות בר הופכים את הביצים לעקרות עקב נזק שנגרם על ידי גמטות זכרים, ואם הן קיימות במספרים מספיקים, יכולות תיאורטית לרסק את אוכלוסיית Aedes aegypti הטבעית.
תוכנית SIT יזמה כדי לנסות לצמצם אוכלוסיות של Aedes aegypti באזור עירוני בחוף האטלנטי של פלורידה שבו מין זה התיישב מחדש לאחרונה והוא מתרחב ומהווה סיכון לבריאות הציבור להעברת וירוסים כמו זיקה, דנגי או צ’יקונגוניה. כדי למקסם את פוטנציאל ההתאמה עם נקבות הבר, הוקמה מושבה חדשה באמצעות Aedes aegypti שנלכדו בטבע מאוכלוסיית היעד כדי לייצר זכרים לתוכנית9. זה התבסס על ההשערה שזכרים מקומיים, שגודלו במושבה, יהיו בעלי סבירות גבוהה יותר להיות תחרותיים עם זכרי בר מקומיים להזדווגות עם נקבות בר מקומיות. כדי שה-SIT יהיה יעיל, לא רק שמספר עצום של זכרים סטריליים צריכים להיות נוכחים באזור היעד, אלא שהם גם צריכים להיות מסוגלים לחזר ולהזדווג ביעילות עם יתושי בר מקומיים.
סדרה של ניסויים נערכה כדי לקבוע את המספר האופטימלי של זכרים סטריליים לשחרור (KJL, RLA, SCB נתונים שלא פורסמו) כמו גם מינונים אופטימליים של קרינה שיהפכו את הזכרים לעקרים מבלי להפריע להישרדות, התנהגות או קבלה על ידי נקבות בר (KJL, RLA, SCB נתונים שלא פורסמו). נתונים אלה מופיעים בפרסומים של בעלות הברית מקבוצה זו, אך חלק מהממצאים הללו נלכדים גם בפרוטוקול זה ויכולים לשמש כנקודת מוצא לתוכניות בקרה חדשות של SIT Aedes aegypti במקומות אחרים. מין זה מרחיב ללא הרף את הטווח שלו, ותוכניות SIT מראות הבטחה גדולה להיות פתרונות חסכוניים וארוכי טווח לשליטה באוכלוסייה זו. מטרת פרוטוקול זה היא לייצר יתושי Aedes aegypti מעוקרים, זכריים, שגודלו במושבה, לשחרור שיטתי לאזורים חיצוניים כדי לשבש את מחזורי הרבייה הטבעיים של אוכלוסיות Aedes aegypti מקומיות בתוכנית בקרת וקטורים תפעולית לבריאות הציבור.
בעוד שפרוטוקולים וזרימות עבודה דומים פורסמו לייצור זכרי Aedes aegypti מהונדסים וזרימות עבודה של ייצור עבור Aedes SIT, או תוכניות אי-תאימות מבוססות וולבצ’יה פורסמו במקומות אחרים, פרוטוקול זה ממחיש כיצד הפרוטוקולים הקיימים הותאמו לייצור Aedes aegypti, הפרדה והקרנה של גלמים זכרים, סימון ואריזה של זכרים בוגרים, ומשלוח לאתר השחרור של תוכנית זו 9, 10,11,12,13,14,15,16,17,18. ייתכן שרכיב הסימון של פרוטוקול זה לא יידרש בתוכנית SIT תפעולית בוגרת; עם זאת, היא נכללה כאן מכיוון שהיא אחת הדרכים לפקח על היעילות ולשלוט באיכות התהליך כולו בשנים הראשונות של הקמת תוכנית SIT. תוכניות הדברת יתושים מנוהלות בדרך כלל על ידי הרשויות המקומיות, כך שהן יכולות להשתנות במידה רבה בהיבטים רבים של הארגון שלהן, החל מגודל ובסיס מימון ועד לכוונון טקטיקות הדברה כדי למקסם את ההצלחה המקומית. לפיכך, הפרוטוקול המתואר כאן צריך להיות מוערך עבור תאימות עם המשאבים הזמינים.
ייזום תוכנית בקרה הכוללת SIT המשתמשת בקרינה דורש הקמת זן מקומי של Aedes aegypti. שלב זה הוא קריטי ויכול לאפשר ל-SIT לבדל את עצמה באמת מטכנולוגיות בקרה דומות. על ידי פיתוח הפרויקט מזן מקומי של יתושים, סביר להניח שלזכרים שנוצרו יהיו התנהגויות המאפשרות להם להסתגל לשינויים ולרמזים סביבתיים ולאתר ולהזדווג עם נקבות בר בסביבה. יתר על כן, שחרורם של זכרים מקומיים מוקרנים עשוי שלא לעורר דעת קהל שלילית בהשוואה, למשל, לשחרור זן לא מקומי של יתושים מהונדסים גנטית שעלול, למשל, להחדיר אללים חדשים לאוכלוסיית היתושים המקומית.
השקעת משאבים משמעותיים לגידול כמויות עצומות של יתושים רק כדי להיות מסוגלים להשתמש בכמחציתם למטרות הדברה היא מגבלה של תוכנית Aedes aegypti SIT. יש לבצע חידודים לפרוטוקול הגידול כדי לדחוס את הבשלת הזחלים לפרקי זמן מוגדרים יותר שבהם הגלמים יהיו מוכנים. זה יאפשר לאסוף יותר גלמים בזמן האופטימלי של ההפרדה. עם זאת, גלמים נוספים לעיבוד מגבירים את הסיכון של יותר נקבות לגור כאשר הגלמים נאספים ולכן מגדילים את הסבירות שהנקבות יגיעו לצלחות פטרי עם זכרים ואולי ישוחררו. אף על פי שתוחלת החיים, התנהגות ההזנה בדם והתנהגות ההנעה בנקבות המוקרנות Aedes aegypti pupae מופחתות בבוגרים, אין זו אסטרטגיה טובה לשחרר נקבות אגב לצד זכרים מוקרנים22. לכן, זה צריך להישאר בראש סדר העדיפויות כדי למזער את מספר הנקבות מופרדות בשוגג, מוקרנות, מסומנות ומשוחררות עם זכרים.
הצלחתה של תוכנית SIT מסתמכת בסופו של דבר על תחרות מוצלחת של בני זוג על ידי זכרים מקרינים שגודלו במושבה. שימור התחרותיות של הזכרים מסתמך על בחירה ממצה של המינון שמקורה בניסויים ומקסום היחס המשוער של זכרים סטריליים:פראיים באוכלוסייה. בחירת המינון נקבעת על ידי מספר גורמי מפתח הכוללים אריכות ימים, פוריות, נקבות ותמותת גורים. נצפה כי יתושים זכרים יפגינו עקומת פוריות אסימפטוטית המתקרבת לאפס ככל שהקרינה עולה (KJL, RLA, SCB נתונים שלא פורסמו). במקביל, תוחלת החיים והפעילות של יתושים זכרים פוחתת באופן אקספוננציאלי ככל שמינון הקרינה עולה (KJL, RLA, SCB נתונים שלא פורסמו). לכן, במקום לזהות מינון שמניב 99.9% סטריליות אצל גברים, עדיף להתמקד באחוז סטריליות נמוך יותר תוך תמיכה בניצולים. לאחר שזוהה טווח מינון שאינו מבדיל בין אריכות ימים או תמותת גורים של זכרים מוקרנים לזה של זכרים שאינם מוקרנים, יש לבצע הערכות נוספות על פוריות כדי לזהות מינון שהופך את הזכרים לסטריליים באופן גורף, אך תחרותיים.
במקביל, חשוב להשוות את מספר היתושים הזכרים באוכלוסייה לזה של הזכרים המוקרנים המשוחררים. ניתן להשיג זאת על ידי איסוף זכרים ממקומות שונים באזור שחרור היעד ובסביבתו שוב ושוב מאותו מיקום ולפני, במהלך ואחרי תחילת תוכנית ה-SIT. יש לערוך מחקר סימן, שחרור, לכידה מחדש כדי להעריך את היחס בין יתושים זכרים פראיים ליתושים ששוחררו. מחקר סימן, שחרור, לכידה מחדש מסתמך על שחרור מספר ידוע של יתושים מסומנים מנקודה מסוימת ועל לכידתם מחדש מאוחר יותר בנקודות בסמיכות סביב נקודת השחרור הראשונית. על ידי השוואת מספר הזכרים שנלכדו מחדש וזכרי הבר במרחקים מנקודת השחרור, ניתן להעריך את אוכלוסיית הבר הכללית של הזכרים באזור כך שניתן יהיה לשחרר יחסים תחרותיים של זכרים סטריליים23. מקסום היחס בין זכרי בר סטריליים יכול להיות מושג על ידי שחרור זכרים סטריליים יותר ו/או על ידי צמצום אוכלוסיית הבר באמצעי בקרה קלאסיים כגון הפחתת מקור, שליטה לא בוגרת או טיפולים ברצח מבוגרים.
כדי לאמוד את היעילות של שחרורים זכריים סטריליים, ניתן להשוות אוספים למבוגרים באופן כרונולוגי מול אזור ללא התערבות. כאשר זכרים סטריליים משתחררים ומספר הזכרים והנקבות שנאספו באזור מסוים פוחת ביחס לאזור דומה ללא התערבות, אז ניתן לשער שזה נובע מכך שהזכרים הסטריליים המשתחררים מצליחים לגבור על הזכרים הפוריים המקומיים. ניתן לראות השפעה זו גם בכוסות מלכודת oviposition הפרוסות הן באתרי ההתערבות והן באתרי אי-ההתערבות. ניתן עדיין לייצר ביצים באתר ההתערבות, אך אם פחות בוקעות מאלו מהאתר ללא התערבות, ניתן לשער שהן אינן מופרות בגלל נקבות המזדווגות עם זכרים סטריליים. יותר ויותר oviposition של ביציות לא מופרות יכול בסופו של דבר להוביל להפחתה oviposition עקב אי החלפה של נקבות באתר ההתערבות 8,24.
כיוונים עתידיים של טכנולוגיית SIT ותוכניות מתרחבים באופן טבעי למיני יתושים חשובים נוספים מבחינה רפואית. לדוגמה, טכנולוגיה זו עשויה להיות מותאמת בקלות כדי לשלוט Aedes albopictus, בהתחשב בביונומיקה דומה מאוד של Aedes aegypti ו Aedes albopictus. מינים אחרים של יתושי וקטור מחלה מעניינים כוללים את Culex quinquefasciatus, Culex tarsalis, ומיני אנופלס שונים. שיפור היעילות של טכנולוגיה זו תלוי בהגדלת היכולת של גלמים זכרים המיוצרים בזמן נתון, אשר ניתן להשיג באמצעות מניפולציה גנטית או ברירה מלאכותית, ושיפור התחרותיות הגברית, אשר ניתן להשיג על ידי הגדלת הגבריות, פוריות, או אריכות ימים.
בסופו של דבר, תוכניות SIT אינן כדור כסף להדברת יתושים. במקום זאת, הם כלי בחבילה של טכניקות בקרה אחרות, כגון תוכניות IVM, המפצות על חולשות בין טכניקות. לדוגמה, בעוד שהדברה כימית מציעה שליטה מהירה וזולה, היא גם מעודדת פיתוח עמידות ותמותה שאינה מטרה; ובעוד ש-SIT הוא ספציפי למינים ואינו צפוי ליצור עמידות, זכרי SIT חייבים להיות מיוצרים ומשוחררים לנצח כדי לשלוט באוכלוסיות המהגרות מחוץ למחוז הבקרה הווקטורי.
The authors have nothing to disclose.
אנו מודים לד”ר ר.-ד. Xue, C. Bibbs, W. Qualls, ו- V. Aryaprema ממחוז בקרת היתושים אנסטסיה, סנט אוגוסטין, פלורידה, לשותפות בפיתוח תוכנית SIT ותובנות מומחים על שחרור מבצעי יעיל של Aedes aegypti זכר סטרילי. מחקר זה נתמך על ידי USDA-ARS ומשרד החקלאות והשירותים לצרכן של פלורידה (FDACS). אזכור שמות מסחריים או מוצרים מסחריים בפרסום זה נועד אך ורק לצורך מתן מידע ספציפי ואינו מרמז על המלצה או אישור של USDA או FDACS.
1-1/8" wrench (1" (1 inch) = 2.54 cm) | Craftsman | CMMT44707 | |
1/2 pint cardstock cup (1/2 pint = 236.5 mL) | Science Supplies WLE corp | 1/2 pint | |
1/4" tubing – tygon | Hudson Extrusions | LLDPE1/8 X 1/4 BLK | to attach to CO2 gas regulator |
1/8" brass barb w/ MIP connection | B&K | BHB-85NLB | to attach to CO2 gas regulator |
1000 mL graduated plastic beakers with handle | Thermo Scientific | 1223-1000 | |
3000 mL graduated plastic beakers with handle | Thermo Scientific | 1223-3000 | |
Adult large cage | Bioquip | 1450D | |
Aspirator vials | Bioquip | 2809V | |
Bovine liver powder | MP Biomedicals | 290039601 | |
Brewers yeast | MP Biomericals | 02903312-CF | |
CO2 regulator | Randor | 64003038 | |
CO2 tank (20# canister) | Praxair | CDBEVCARB20 | |
Collection basin | Treasure Gurus | KI-ENAMELBOWL | for separator |
Cotton balls – large | Fisher Scientific | 22-456-883 | |
Deli cups w/lids – 470 mL | Pactiv DELItainer | PCTYSD2516 | |
Deli cups w/lids – 1900 mL | Berry Global | T60764 | |
DoseReader 4 | ND0.5 and ND1.0 QA Filter Set standards | ||
Dosimetry film | Far West Technology, Inc. | ||
Filter paper | Millipore | AP10045S0 | |
Flashlight aspirator | Bioquip | 2809D | |
Forceps – fine featherweight | Bioquip | 4748 or 4750 | featherweight |
GAFchromic | radiochromic film | ||
Gammator M | Radiation Machinery Corporation, Parsippany, NJ | Cesium-137 irradiator | |
Hand held mechanical aspirator | Clarke Mosquito | 13500 | |
Lambskin condoms | Trojan | Naturalamb | |
Large CO2 chamber | Sterilite | Walmart # 568789514 | |
Larval rearing pans | Blue Ridge Thermoforming | 01-FG-400-3N-ABS | Dimensions: 22.375 x 17.5 x 3 (inches) |
Magnets – 20# pull | Master magnetics | MHHH20BX | |
Marking dye | Dayglo | ECO-11 | Aurora Pink |
Marking dye | Dayglo | ECO-17 | Saturn Yellow |
Mesh | Falk | T301 | |
Pasture pipettes | Thermo Scientific | 02-708-006 | |
Petri dishes – large | VWR International | 25384-090 CS | |
Petri dishes – small (60 mm x 15 mm) | Fisher Brand | FB0875713A | |
Pupa separator | J.W. Hock | 1512 | |
Red rubber hose | Welch | 331040-5 | |
Release containers | Science Supplies WLE corp | 1 gallon | |
Rubber bands – cross #19 | Alliance | ALL37196 | |
Rubber bands – latitude #64 | Skillcraft | NSN0589974 | |
Scale | Ohaus | H-4737 | |
Seed germination paper – Heavy stock 76# | Anchor Paper | #76 | |
Shipping coolers- 16 x 13 x 12.5" | MrBoxonline.com | Husky Foam Cooler kit | |
Sieve #20 | Advantech | 20BS8F | |
Sieve #30 | Advantech | 30BS8F | |
Small cage – Bug Dorm | MegaView | Bug Dorm-1 | |
Small CO2 chamber | Mainstays | Walmart # 562922221 | |
Souffle cup lid | SOLO | 41165277456 | |
Souffle cups – 4 oz (1 oz = 29.6 mL) | SOLO | 41165024104 | |
Sponge | ocelo | MMM7274FD | |
Squeeze bottle | Dynalon | 3UUP6 | |
Stereoscope | Meiji Techno | EMZ-5 | |
Stockinette | BSN Medical | 30-1006 | |
Styrofoam | extruded polystyrene foam | ||
Tropical fish flake food | Tetra | 4.52 pound | |
Vaccum chamber – desiccator | BelArt | T9FB892757 | |
Weigh boats | Globe Scientific | 3621 |