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Method Article
Der vorliegende Artikel beschreibt ein Schritt-für-Schritt-Protokoll für erfolgreiche und rauscharme Elektroantennogramme bei verschiedenen Gattungen von Mücken, einschließlich Weibchen und Männchen.
Weibliche Mücken sind die tödlichsten Tiere der Erde und fordern jedes Jahr das Leben von mehr als 1 Million Menschen aufgrund von Krankheitserregern, die sie beim Erwerb einer Blutmahlzeit übertragen. Um einen Wirt zu finden, von dem sie sich ernähren können, verlassen sich Mücken auf eine Vielzahl von sensorischen Reizen, darunter visuelle, mechanische, thermische und olfaktorische. Die Studie beschreibt eine Technik, die Elektroantennographie (EAG), mit der Forscher beurteilen können, ob die Mücken einzelne Chemikalien und Chemikalienmischungen konzentrationsabhängig erkennen können. In Verbindung mit der Gaschromatographie (GC-EAG) ermöglicht diese Technik, die Antennen einem vollständigen Headspace/Komplex-Gemisch auszusetzen und zu bestimmen, welche Chemikalien in der interessierenden Probe vorhanden sind, die die Mücke nachweisen kann. Dies gilt sowohl für Wirtskörpergerüche als auch für pflanzliche Blumensträuße oder andere ökologisch relevante Gerüche (z.B. Eiablagestellen, Geruchsstoffe). Hier haben wir ein Protokoll beschrieben, das eine lange Dauer der Reaktionszeit der Vorbereitung ermöglicht und sowohl auf weibliche als auch auf männliche Mücken aus mehreren Gattungen anwendbar ist, darunter Aedes-, Culex-, Anopheles- und Toxorhynchites-Mücken . Da der Geruchssinn eine wichtige Rolle bei der Interaktion zwischen Mücken und Wirt und der Stechmückenbiologie im Allgemeinen spielt, können EAGs und GC-EAG Verbindungen aufdecken, die für die Entwicklung neuer Strategien zur Bekämpfung von Krankheitsvektoren (z. B. Köder) von Interesse sind. Ergänzt durch Verhaltensassays kann die Wertigkeit (z. B. Lockstoff, Abwehrmittel) jeder Chemikalie bestimmt werden.
Moskitos sind die tödlichsten Organismen der Erde, fordern das Leben von mehr als einer Million Menschen pro Jahr und setzen mehr als die Hälfte der Weltbevölkerung dem Risiko aus, den von ihnen übertragenen Krankheitserregern ausgesetzt zu sein, während sie beißen1. Diese Insekten verlassen sich auf eine Vielzahl von Hinweisen (d.h. thermisch, visuell, mechanisch, olfaktorisch, auditiv), um einen Wirt zu finden, von dem sie sich ernähren können (sowohl Pflanzen als auch Tiere), für die Paarung und Eiablage sowie um Fressfeinde sowohl im Larven- als auch im Erwachsenenstadium zu vermeiden 2,3. Unter diesen Sinnen spielt der Geruchssinn eine entscheidende Rolle bei den oben genannten Verhaltensweisen, insbesondere bei der mittel- bis langstreckenweiten Detektion von Geruchsmolekülen 2,3. Gerüche, die von einem Wirt oder einer Eiablagestelle emittiert werden, werden von verschiedenen spezifischen Geruchsrezeptoren (z. B. GRs, ORs, IRs) detektiert, die sich auf den Klischees, den Tarsen und den Antennen 2,3 befinden.
Da der Geruchssinn eine Schlüsselkomponente ihres Verhaltens bei der Suche nach Wirten (Pflanzen und Tieren), der Paarung und der Eiablage ist, stellt er daher ein ideales Ziel dar, um neue Werkzeuge zur Mückenbekämpfung zu entwickeln4. Die Forschung an Repellentien (z. B. DEET, IR3535, Picaridin) und Ködern (z. B. BG Sentinel Human Lure) ist äußerst produktiv5, aber aufgrund der aktuellen Herausforderungen bei der Mückenbekämpfung (z. B. Insektizidresistenz, invasive Arten) ist es wichtig, neue effiziente Bekämpfungsmethoden zu entwickeln, die auf der Mückenbiologie basieren.
Viele Techniken (z. B. Olfaktometer, Landeassays, Elektrophysiologie) wurden verwendet, um die Bioaktivität von Verbindungen oder Mischungen von Verbindungen in Moskitos zu bewerten. Unter ihnen kann die Elektroantennographie (oder Elektroantennogramme (EAGs)) verwendet werden, um festzustellen, ob die Geruchsstoffe von den Mückenantennen erkannt werden. Diese Technik wurde ursprünglich von Schneider6 entwickelt und wurde seitdem in vielen verschiedenen Insektengattungen eingesetzt, darunter Motten 7,8,9, Hummeln 10,11, Honigbienen 12,13 und Fruchtfliegen 14,15, um nur einige zu nennen. Die Elektroantennographie wurde auch unter Verwendung verschiedener Protokolle eingesetzt, einschließlich einzelner oder mehrerer Antennen in Moskitos 16,17,18,19,20,21,22,23,24,25.
Mücken sind relativ kleine und zarte Insekten mit eher dünnen Antennen. Während die Durchführung von EAGs bei größeren Insekten wie Motten oder Hummeln aufgrund ihrer größeren Größe und dickeren Antennen relativ einfach ist, kann die Durchführung von EAGs bei Mücken eine Herausforderung darstellen. Insbesondere die Aufrechterhaltung eines guten Signal-Rausch-Verhältnisses und eine dauerhaft reaktionsschnelle Aufbereitung sind zwei wesentliche Anforderungen an die Reproduzierbarkeit und Zuverlässigkeit der Daten.
Die hier vorgeschlagene Schritt-für-Schritt-Anleitung für rauscharme EAGs bietet direkt Lösungen für diese Einschränkungen und macht dieses Protokoll auf mehrere Mückenarten aus verschiedenen Gattungen anwendbar, darunter Aedes, Anopheles, Culex und Toxorhynchites, und beschreibt die Technik sowohl für Frauen als auch für Männer. Die Elektroantennographie bietet eine schnelle und dennoch zuverlässige Möglichkeit, bioaktive Verbindungen zu screenen und zu bestimmen, die dann bei der Köderentwicklung genutzt werden können, nachdem die Valenz mit Verhaltensassays bestimmt wurde.
1. Zubereitung der Kochsalzlösung
2. Geruchsvorbereitung und -lagerung
3. Mückentrennung
4. Elektrodenhalter und Kapillarvorbereitung
5. Vorbereitung des EAG-Bohrgeräts (Abbildung 1)
6. Vorbereitung und Montage des Moskitokopfes (Abbildung 2)
7. Aufnahmen
8. Reinigung
9. Datenanalysen
Die Elektroantennographie ist ein leistungsfähiges Werkzeug, um festzustellen, ob eine Chemikalie oder ein Chemikaliengemisch von einer Insektenantenne erkannt wird. Es kann auch verwendet werden, um die Nachweisschwelle für eine bestimmte Chemikalie unter Verwendung einer allmählichen Erhöhung der Konzentration zu bestimmen (d. h. Dosiskurven-Wirkungs-Wirkung, Abbildung 4B). Darüber hinaus ist es sinnvoll, die Auswirkungen von Repellentien auf die Reaktion auf wirtsbezogene Gerüche
Geruchsvermitteltes Verhalten wird von vielen Faktoren beeinflusst, einschließlich physiologischer (z. B. Alter, Tageszeit) und umweltbedingter Faktoren (z. B. Temperatur, relative Luftfeuchtigkeit)30. Daher ist es bei der Durchführung von EAGs wichtig, Insekten zu verwenden, die sich im gleichen physiologischen Zustand befinden (d. h. Überwachung auf Alter, Hunger, Paarung)31 und auch eine warme und feuchte Umgebung um das Präparat herum aufrechtzuerhalten, um Austrock...
Der Autor hat nichts zu offenbaren.
Ich danke Dr. Clément Vinauger und Dr. Jeffrey Riffell für hilfreiche Gespräche. Die folgenden Reagenzien wurden über BEI Resources, NIAID, NIH erhalten: Anopheles stephensi, Stamm STE2, MRA-128, beigesteuert von Mark Q. Benedict; Aedes aegypti, Strain ROCK, MRA-734, beigetragen von David W. Severson; Culex quinquefasciatus, Stamm JHB, Eier, NR-43025. Der Autor dankt Dr. Jake Tu, Dr. Nisha Duggal, Dr. James Weger und Jeffrey Marano für die Bereitstellung von Mückeneiern von Culex quinquefasciatus und Anopheles stephensi (Stamm: Liston). Aedes albopictus und Toxorhynchites rutilus septentrionalis stammen von Feldmücken ab, die der Autor im New River Valley (VA, USA) gesammelt hat. Diese Arbeit wurde von der Abteilung für Biochemie und dem Fralin Life Science Institute unterstützt.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
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 |
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