Testing the effect of an artificial diet on Anopheles mosquitoes' genome and microbiome

Abstract

A malária é uma doença infecciosa causada por parasitas unicelulares do género Plasmodium. Ainda representa um grande problema de saúde pública, relacionado com altas taxas de mortalidade e agravado pelo rápido surgimento de mosquitos resistentes a inseticidas e parasitas resistentes a medicamentos em todo o mundo, tornando-se essencial evoluir na busca por novas abordagens de pesquisa e implementação de ferramentas alternativas para lutar contra esta doença. Os insetários são centrais para estudos de doenças transmitidas por vetores e novas ferramentas de controlo de vetores que dependem da criação em massa de mosquitos e são contidos pela necessidade de grandes quantidades de sangue fresco de vertebrados, apresentando restrições éticas e económicas associadas ao aumento do risco de carregar patógenos transmitidos pelo sangue e desacelerar objetivos globais como o controlo e eliminação da malária. A dieta artificial sem sangue desenvolvida para mosquitos Anopheles criados em cativeiro imita a eficiência de uma refeição de sangue padrão em termos de produção de mosquitos e aptidão dos seus descendentes. A implementação desta dieta artificial é de extrema importância, pois permitirá que os laboratórios funcionem independentemente de instalações de cuidados com animais ou suprimentos de sangue. Em países onde a legislação limita o uso de modelos animais em procedimentos científicos, e por razões de bem-estar animal, uma dieta artificial torna-se extremamente atraente. O objetivo desta tese foi testar e caracterizar o impacto do uso a longo prazo desta dieta artificial no microbioma e fenótipo de Anopheles através da criação de uma colónia de 10 gerações sem alimentação de sangue de vertebrados e analisando o efeito da dieta artificial em apetite por refeição de sangue, volume de refeição consumida, taxas de alimentação, longevidade, tamanho das asas e competência vetorial da colónia. Os resultados obtidos mostram um elevado nível de sucesso da dieta artificial em termos de taxas de alimentação, eclosão de pupas, produção de larvas, fertilidade, fecundidade e métricas de aptidão, constituindo a dieta sem sangue artificial mais eficiente para Anopheles formulada até hoje. Até ao momento, esta dieta artificial foi capaz de simular ou até mesmo melhorar uma refeição de sangue de vertebrado padronizada para fêmeas Anopheles. O uso de uma dieta quimicamente definida permite um maior controlo nutricional tanto na qualidade como na replicação da refeição, o que pode ser considerado uma grande vantagem para estudos bioquímicos ou fisiológicos, fornecendo nutrição confiável e consistente aos mosquitos na fase adulta.

Malaria is an infectious disease caused by unicellular parasites of the Plasmodium genus. It still represents a major public health concern, related with high mortality rates, and aggravated by the rapid emergence of insecticide-resistant mosquitoes and drug-resistant parasites worldwide, making it essential to evolve the search for novel research approaches and implementation of alternative tools to fight this disease. Insectaries are central for vector borne disease studies and novel vector control tools that rely on mass rearing of mosquitoes and are restrained by the need of high quantities of fresh vertebrate blood, posing ethical and economic constraints associated with the increased risk of carrying blood-borne pathogens, and slowing down global aims like malaria control and elimination. The artificial blood-free diet developed for Anopheles mosquitoes rearing in captivity mimics the standard bloodmeal efficiency in terms of mosquito production and fitness of their offspring. The implementation of this Artificial-diet is of extreme importance as it will enable laboratories to function independently of animal care facilities or blood supplies. In countries where legislation limits the use of animal models in scientific procedures, and for reasons of animal welfare, an artificial diet becomes extremely attractive. The aim of this thesis was to test and characterize the impact of the long-term use of this Artificial-diet on the microbiome and phenotype of Anopheles by rearing a 10 generations colony without vertebrate blood meals and analysing the effect of the Artificial-diet on blood meal appetite, volume of meal consumed, feeding rates, longevity, wings size, and vector competence of the colony. Results obtained show high level of success of the Artificial-diet in terms of feeding rates, pupae hatching, larvae production, fertility, fecundity and fitness metrics, constituting the most efficient artificial bloodless diet for Anopheles formulated to date. So far, this Artificial-diet has been able to simulate or even improve upon a standardized vertebrate blood meal for Anopheles females. The use of a chemically defined diet allows greater nutritional control both in the quality and replication of the meal, which can be considered a huge advantage for biochemical or physiological studies, providing reliable and consistent nutrition to mosquitoes in adulthood.