蚊のエレクトロアンテノグラフィーのステップバイステップガイド
Summary
本稿では、雌と雄の両方を含むいくつかの属の蚊における成功した低ノイズのエレクトロアンテノグラムのための段階的なプロトコルについて詳しく説明します。
Abstract
雌の蚊は地球上で最も致命的な動物であり、血粉を獲得するときに感染する病原体のために、毎年100万人以上の命を奪っています。餌を与える宿主を見つけるために、蚊は視覚的、機械的、熱的、嗅覚を含む幅広い感覚的手がかりに依存しています。この研究では、研究者が蚊が濃度依存的に個々の化学物質と化学物質のブレンドを検出できるかどうかを評価できるようにする技術であるエレクトロアンテノグラフィー(EAG)について詳しく説明しています。ガスクロマトグラフィー(GC-EAG)と組み合わせると、この技術はアンテナを完全なヘッドスペース/複雑な混合物にさらすことを可能にし、目的のサンプルに存在するどの化学物質を蚊が検出できるかを決定することができます。これは、宿主の体臭だけでなく、植物の花束やその他の生態学的に関連する匂い(産卵場所の匂い物質など)にも適用できます。ここでは、長時間の準備応答時間を可能にし、 ネッタイシマカ、 アカイエカ、 ハマダラカ、ト キソリンカイト 蚊など、複数の属の雌と雄の両方の蚊に適用できるプロトコルについて説明しました。嗅覚は蚊と宿主の相互作用および蚊の生物学全般において主要な役割を果たすので、EAGおよびGC-EAGは、新しい疾患ベクター制御戦略(例えば、餌)の開発に関心のある化合物を明らかにすることができる。行動アッセイで補完して、各化学物質の価数(例えば、誘引剤、忌避剤)を決定することができる。
Introduction
蚊は地球上で最も致命的な生物であり、年間100万人以上の命を奪い、世界人口の半分以上を噛みながら、蚊が感染する病原体にさらされるリスクにさらしています1。これらの昆虫は、広範囲の手がかり(すなわち、熱的、視覚的、機械的、嗅覚的、聴覚的)に依存して、餌となる宿主(植物と動物の両方)を見つけ、交尾と産卵のために、そして幼虫と成虫の両方の段階で捕食者を避けます2,3。これらの感覚の中で、嗅覚は、特に匂い分子の中距離から長距離の検出において、上記の挙動において重要な役割を果たす2,3。宿主または産卵部位によって放出される匂いは、蚊の触側、足根、および触角2,3に位置する様々な特異的嗅覚受容体(例えば、GR、OR、IR)によって検出される。
嗅覚は宿主探索(植物および動物)、交尾および産卵行動の重要な要素であるため、蚊駆除のための新しいツールを開発するための研究の理想的なターゲットを構成します4。忌避剤(DEET、IR3535、ピカリジンなど)と餌(BGセンチネルヒトルアーなど)の研究は非常に多作ですが5、蚊の防除における現在の課題(殺虫剤耐性、侵入種など)のために、蚊の生物学に基づいた新しい効率的な防除方法の開発が不可欠です。
多くの技術(例えば、嗅覚計、着陸アッセイ、電気生理学)は、蚊の化合物または化合物の混合物の生物活性を評価するために使用されてきた。その中で、エレクトロアンテノグラム(またはエレクトロアンテノグラム(EAG))を使用して、匂い物質が蚊のアンテナによって検出されるかどうかを決定できます。この技術は当初シュナイダー6によって開発され、それ以来、蛾7,8,9、マルハナバチ10,11、ミツバチ12,13、ショウジョウバエ14,15など、さまざまな昆虫属で使用されてきました。エレクトロアンテノグラフィはまた、蚊16、17、18、19、20、21、22、23、24、25における単一または複数のアンテナを含む様々なプロトコルを用いて採用されている。
蚊は比較的小さくて繊細な昆虫で、アンテナはかなり細いです。蛾やマルハナバチなどの大きな昆虫にEAGを実行することは、サイズが大きく、アンテナが厚いため比較的簡単ですが、蚊でEAGを実施するのは難しい場合があります。特に、良好な信号対雑音比の維持と応答性の高い準備は、データの再現性と信頼性の2つの主要な要件です。
ここで提案されている低ノイズEAGのステップバイステップガイドは、これらの制限に対する解決策を直接提供し、このプロトコルを ネッタイシマカ、 ハマダラカ、 アカイエカ、ト キソリンカイトなどのさまざまな属のいくつかの蚊種に適用できるようにし、女性と男性の両方の技術について説明します。エレクトロアンテノグラフィーは、生物活性化合物をスクリーニングして測定するための迅速で信頼性の高い方法を提供し、行動アッセイで原子価が決定された後、餌の開発に活用できます。
Protocol
Representative Results
Discussion
嗅覚を介した行動は、生理学的(年齢、時刻など)や環境(温度、相対湿度など)など、多くの要因の影響を受けます30。したがって、EAGを実施する際には、同じ生理学的状態にある昆虫(すなわち、年齢、飢餓、交尾のモニタリング)31 を使用し、乾燥を避けるために準備の周囲に暖かく湿気の多い環境を維持することが不可欠です。25°C前後の温度が理想的で、…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
有益な議論をしてくれたクレマン・ヴィノーガー博士とジェフリー・リッフェル博士に感謝します。以下の試薬は、BEI Resources、NIAID、NIHを通じて入手しました: Anopheles stephensi、Strain STE2、MRA-128、Mark Q. Benedictが寄稿。 ネッタイシマカ、ストレインロック、MRA-734、デビッドW.セバーソンによる寄稿。 アカイエカ、JHB株、卵、NR-43025。著者は、 アカイエカ と ハマ ダラカの蚊の卵を提供してくれたジェイク・トゥ博士、ニシャ・ダガル博士、ジェームズ・ウェガー博士、ジェフリー・マラノに感謝します。 ネッタイシマカ と トキソリンチテス・ルチルス・セプテントリオナリス は、著者がニューリバーバレー地域(米国バージニア州)で収集した野蚊に由来します。この研究は、生化学部門とフラリン生命科学研究所の支援を受けました。
Materials
| Air table Clean Bench | TMC | https://www.techmfg.com/products/labtables/cleanbench63series/accessoriess | Noise reducer |
| Analog-to-digital board | National Instruments | BNC-2090A | |
| Benchtop Flowbuddy Complete | Genesee Scientific | 59-122BC | To anesthesize mosquitoes |
| Borosillicate glass capillary | Sutter Instrument | B100-78-10 | To make the recording and references capillaries |
| Chemicals | Sigma Aldrich | Benzaldehyde: 418099-100 mL; Butyric acid: B103500-100mL; 1-Hexanol: 471402-100mL; Mineral oil: M8410-1L | Chemicals used for the experiments presented here |
| CO2 | Airgas or Praxair | N/A | To anesthesize mosquitoes |
| Cold Light Source | Volpi | NCL-150 | |
| Disposable syringes | BD | 1 mL (309628) / 3 mL (309657) | |
| Electrode cables | World Precision Instruments | 5371 | |
| Electrode gel salt free | Parkerlabs | 12-08-Spectra-360 | |
| Faraday cage | TMC | https://www.techmfg.com/products/electric-and-magnetic-field-cancellation/faradaycages | Noise reducer |
| Flowmeters | Bel-art | 65 mm (H40406-0010) / 150 mm (H40407-0075) | One of each |
| GCMS vials and caps | Thermo-fisher scientific | 2-SVWKA8-CPK | To prepare odorant dilutions |
| Glass syringes (Fortuna) | Sigma Aldrich | Z314307 | For odor delivery to the EAG prep |
| Humbug | Quest Scientific | http://www.quest-sci.com/ | Noise reducer |
| 2 mm Jack Holder, Narrow, 90 deg., With Wire | A-M Systems | 675748 | Electrode holder |
| Magnetic bases | Kanetec | MB-FX | x 2 |
| MATLAB + Toolboxes | Mathworks | https://www.mathworks.com/products/matlab.html | For delivering the pulses |
| Medical air | Airgas or Praxair | N/A | For main airline |
| Microscope | Nikkon | SMZ-800N | |
| Micromanipulators Three-Axis Coarse/Fine Compact Micromanipulator | Narishige | MHW-3 | x 2 |
| Microelectrode amplifier with headstage | A-M Systems | Model 1800 | |
| Mosquito rearing supplies | Bioquip | https://www.bioquip.com/Search/WebCatalog.asp | |
| Needles | BD | 25G (305127) / 21G (305165) | |
| Pasteur pipettes | Fisher Scientific | 13-678-6A | For odor delivery to the EAG prep |
| PTFE Tubing of different diameters | Mc Master Carr | N/A | To connect solenoid valve, flowmeter, airline ect. |
| 30V/5A DC Power Supply | Dr. Meter | PS-305DM | |
| R version 3.5.1 | R project | https://www.r-project.org/ | For data analyses |
| Relay for solenoid valve | N/A | Custom made | |
| Silver wire 0.01” | A-M Systems | 782500 | |
| Solenoid valve (3-way) | The Lee Company | LHDA0533115H | |
| WinEDR software | Strathclyde Electrophysiology Software | WinEDR V3.9.1 | For EAG recording |
| Whatman paper | Cole Parmer | UX-06648-03 | To load chemical in glass syringe / Pasteur pipette |
Referências
- World Health Organization. World health statistics 2019: monitoring health for the SDGs, sustainable development goals. World Health Organization. , (2019).
- Takken, W. The role of olfaction in host-seeking of mosquitoes: a review. International Journal of Tropical Insect Science. 12 (1-2-3), 287-295 (1991).
- Zwiebel, L. J., Takken, W. Olfactory regulation of mosquito-host interactions. Insect Biochemistry and Molecular Biology. 34 (7), 645-652 (2004).
- Potter, C. J. Stop the biting: targeting a mosquito’s sense of smell. Cell. 156 (5), 878-881 (2014).
- Paluch, G., Bartholomay, L., Coats, J. Mosquito repellents: a review of chemical structure diversity and olfaction. Pest Management Science. 66 (9), 925-935 (2010).
- Schneider, D. Electrophysiological investigation on the antennal receptors of the silk moth during chemical and mechanical stimulation. Experientia. 13 (2), 89-91 (1957).
- Raguso, R. A., Light, D. M., Pickersky, E. Electroantennogram responses of Hyles lineata (Sphingidae: Lepidoptera) to volatile compounds from Clarkia breweri (Onagraceae) and other moth-pollinated flowers. Journal of Chemical Ecology. 22 (10), 1735-1766 (1996).
- Schweitzer, E. S., Sanes, J. R., Hildebrand, J. G. Ontogeny of electroantennogram responses in the moth, Manduca sexta. Journal of Insect Physiology. 22 (7), 955-960 (1976).
- Martel, V., Anderson, P., Hansson, B. S., Schlyter, F. Peripheral modulation of olfaction by physiological state in the Egyptian leaf worm Spodoptera littoralis (Lepidoptera: Noctuidae). Journal of Insect Physiology. 55 (9), 793-797 (2009).
- Spaethe, J., Brockmann, A., Halbig, C., Tautz, J. Size determines antennal sensitivity and behavioral threshold to odors in bumblebee workers. Naturwissenschaften. 94 (9), 733-739 (2007).
- Suchet, C., et al. Floral scent variation in two Antirrhinum majus subspecies influences the choice of naïve bumblebees. Behavioral Ecology and Sociobiology. 65 (5), 1015-1027 (2011).
- De Jong, R., Pham-Delègue, M. H. Electroantennogram responses related to olfactory conditioning in the honeybee (Apis mellifera ligustica). Journal of Insect Physiology. 37 (4), 319-324 (1991).
- Patte, F., Etcheto, M., Marfaing, P., Laffort, P. Electroantennogram stimulus-response curves for 59 odourants in the honeybee, Apis mellifica. Journal of Insect Physiology. 35 (9), 667-675 (1989).
- Alcorta, E. Characterization of the electroantennogram in Drosophila melanogaster and its use for identifying olfactory capture and transduction mutants. Journal of Neurophysiology. 65 (3), 702-714 (1991).
- Park, K. C., Ochieng, S. A., Zhu, J., Baker, T. C. Odor discrimination using insect electroantennogram responses from an insect antennal array. Chemical Senses. 27 (4), 343-352 (2002).
- Du, Y. J., Millar, J. G. Electroantennogram and oviposition bioassay responses of Culex quinquefasciatus and Culex tarsalis (Diptera: Culicidae) to chemicals in odors from Bermuda grass infusions. Journal of Medical Entomology. 36 (2), 158-166 (1999).
- Costantini, C., et al. Electroantennogram and behavioural responses of the malaria vector Anopheles gambiae to human-specific sweat components. Medical and Veterinary Entomology. 15 (3), 259-266 (2001).
- Collins, L. E., Blackwell, A. Electroantennogram studies of potential oviposition attractants for Toxorhynchites moctezuma and T. amboinensis mosquitoes. Physiological Entomology. 23 (3), 214-219 (1998).
- Seenivasagan, T., Sharma, K. R., Sekhar, K., Ganesan, K., Prakash, S., Vijayaraghavan, R. Electroantennogram, flight orientation, and oviposition responses of Aedes aegypti to the oviposition pheromone n-heneicosane. Parasitology Research. 104 (4), 827-833 (2009).
- Puri, S. N., Mendki, M. J., Sukumaran, D., Ganesan, K., Prakash, S., Sekhar, K. Electroantennogram and behavioral responses of Culex quinquefasciatus (Diptera: Culicidae) females to chemicals found in human skin emanations. Journal of Medical Entomology. 43 (2), 207-213 (2014).
- Cooperband, M. F., McElfresh, J. S., Millar, J. G., Carde, R. T. Attraction of female Culex quinquefasciatus Say (Diptera: Culicidae) to odors from chicken feces. Journal of Insect Physiology. 54 (7), 1184-1192 (2008).
- Dekker, T., Ignell, R., Ghebru, M., Glinwood, R., Hopkins, R. Identification of mosquito repellent odours from Ocimum forskolei. Parasites & Vectors. 4 (1), 183 (2011).
- Choo, Y. M., et al. Reverse chemical ecology approach for the identification of an oviposition attractant for Culex quinquefasciatus. Proceedings of the National Academy of Sciences. 115 (4), 714-719 (2018).
- Wolff, G. H., Lahondère, C., Vinauger, C., Riffell, J. A. Neuromodulation and differential learning across mosquito species. bioRxiv. , 755017 (2019).
- Lahondère, C., et al. The olfactory basis of orchid pollination by mosquitoes. Proceedings of the National Academy of Sciences. 117 (1), 708-716 (2020).
- Beyenbach, K., Masia, R. Membrane conductances of principal cells in Malpighian tubules of Aedes aegypti. Journal of Insect Physiology. 48, 375-386 (2002).
- Oesterle, A. . The Pipette Cookbook. , (2018).
- R Core Team. R: A language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing. , (2018).
- Afify, A., Betz, J. F., Riabinina, O., Lahondère, C., Potter, C. J. Commonly used insect repellents hide human odors from Anopheles mosquitoes. Current Biology. 29 (21), 3669-3680 (2019).
- Martin, F., Riveron, J., Alcorta, E. Environmental temperature modulates olfactory reception in Drosophila melanogaster. Journal of Insect Physiology. 57 (12), 1631-1642 (2011).
- Qiu, Y. T., Gort, G., Torricelli, R., Takken, W., van Loon, J. J. Effects of blood-feeding on olfactory sensitivity of the malaria mosquito Anopheles gambiae: application of mixed linear models to account for repeated measurements. Journal of Insect Physiology. 59 (11), 1111-1118 (2013).
- Taylor, B., Jones, M. D. R. The circadian rhythm of flight activity in the mosquito Aedes aegypti (L.): the phase-setting effects of light-on and light off. Journal of Experimental Biology. 51 (1), 59-70 (1969).
- Eilerts, D. F., VanderGiessen, M., Bose, E. A., Broxton, K., Vinauger, C. Odor-specific daily rhythms in the olfactory sensitivity and behavior of Aedes aegypti mosquitoes. Insects. 9 (4), 147 (2018).
- Krishnan, B., Dryer, S. E., Hardin, P. E. Circadian rhythms in olfactory responses of Drosophila melanogaster. Nature. 400 (6742), 375-378 (1999).
- Pelletier, J., Guidolin, A., Syed, Z., Cornel, A. J., Leal, W. S. Knockdown of a mosquito odorant-binding protein involved in the sensitive detection of oviposition attractants. Journal of Chemical Ecology. 36 (3), 245-248 (2010).
