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Method Article
Il presente articolo descrive un protocollo passo-passo per elettroantennogrammi di successo e a basso rumore in diversi generi di zanzare, comprese sia femmine che maschi.
Le zanzare femmine sono gli animali più letali sulla terra, rivendicando la vita di oltre 1 milione di persone ogni anno a causa di agenti patogeni che trasmettono quando acquisiscono un pasto di sangue. Per individuare un ospite di cui nutrirsi, le zanzare si affidano a una vasta gamma di segnali sensoriali, tra cui visivi, meccanici, termici e olfattivi. Lo studio descrive una tecnica, l'elettroantennography (EAG), che consente ai ricercatori di valutare se le zanzare possono rilevare singole sostanze chimiche e miscele di sostanze chimiche in modo dipendente dalla concentrazione. Se accoppiata con la gascromatografia (GC-EAG), questa tecnica consente di esporre le antenne a uno spazio di testa completo / miscela complessa e determina quali sostanze chimiche presenti nel campione di interesse, la zanzara può rilevare. Questo è applicabile agli odori del corpo ospite, nonché ai bouquet floreali delle piante o ad altri odori ecologicamente rilevanti (ad esempio, odori dei siti di ovideposizione). Qui, abbiamo descritto un protocollo che consente lunghe durate di tempo di risposta alla preparazione ed è applicabile sia alle zanzare femmine che ai maschi di più generi, tra cui le zanzare Aedes, Culex, Anopheles e Toxorhynchites . Poiché l'olfatto gioca un ruolo importante nelle interazioni zanzara-ospite e nella biologia delle zanzare in generale, EAG e GC-EAG possono rivelare composti di interesse per lo sviluppo di nuove strategie di controllo dei vettori di malattia (ad esempio, esche). Integrato con saggi comportamentali, è possibile determinare la valenza (ad esempio, attrattivo, repellente) di ciascuna sostanza chimica.
Le zanzare sono gli organismi più letali sulla terra, reclamano la vita di oltre un milione di persone all'anno e mettono più della metà della popolazione mondiale a rischio di esposizione agli agenti patogeni che trasmettono, mentre mordono1. Questi insetti si basano su una vasta gamma di segnali (termici, visivi, meccanici, olfattivi, uditivi) per individuare un ospite di cui nutrirsi (sia vegetale che animale), per l'accoppiamento e l'ovideposizione, nonché per evitare i predatori sia allo stadio larvale che a quello adulto 2,3. Tra questi sensi, l'olfatto gioca un ruolo critico nei comportamenti sopra menzionati, in particolare per la rilevazione a medio-lungo raggio di molecole odoranti 2,3. Gli odori emessi da un ospite o da un sito di ovideposizione sono rilevati da vari recettori olfattivi specifici (ad esempio, GR, OR, IR) situati sulla proboscide dei palpi di zanzara, tarsi e antenne 2,3.
Poiché l'olfatto è una componente chiave dei loro comportamenti di ricerca dell'ospite (piante e animali), accoppiamento e ovideposizione, costituisce quindi un obiettivo ideale da studiare per sviluppare nuovi strumenti per il controllo delle zanzare4. La ricerca su repellenti (ad esempio, DEET, IR3535, picaridina) ed esche (ad esempio, BG sentinella human lesca) è estremamente prolifica5, ma a causa delle attuali sfide nel controllo delle zanzare (ad esempio, resistenza agli insetticidi, specie invasive), è essenziale sviluppare nuovi metodi di controllo efficienti informati dalla biologia delle zanzare.
Molte tecniche (ad esempio, olfattometro, saggi di atterraggio, elettrofisiologia) sono state utilizzate per valutare la bioattività di composti o miscele di composti nelle zanzare. Tra questi, l'elettroantennography (o elettroantennogrammi (EAG)) può essere utilizzata per determinare se gli odori vengono rilevati dalle antenne delle zanzare. Questa tecnica è stata inizialmente sviluppata da Schneider6 ed è stata utilizzata in molti generi di insetti diversi da allora, tra cui falene 7,8,9, bombi 10,11, api 12,13 e moscerini della frutta 14,15 per citarne alcuni. L'elettroantennography è stata anche impiegata utilizzando vari protocolli, tra cui antenne singole o multiple nelle zanzare 16,17,18,19,20,21,22,23,24,25.
Le zanzare sono insetti relativamente piccoli e delicati con antenne piuttosto sottili. Mentre eseguire EAG su insetti più grandi come falene o bombi è relativamente facile a causa delle loro dimensioni maggiori e antenne più spesse, condurre EAG nelle zanzare può essere difficile. In particolare, il mantenimento di un buon rapporto segnale-rumore e una preparazione reattiva duratura sono due requisiti principali per la riproducibilità e l'affidabilità dei dati.
La guida passo-passo agli EAG a basso rumore qui proposta offre direttamente soluzioni a queste limitazioni e rende questo protocollo applicabile a diverse specie di zanzare di vari generi, tra cui Aedes, Anopheles, Culex e Toxorhynchites, e descrive la tecnica sia per le femmine che per i maschi. L'elettroantennography offre un modo rapido ma affidabile per esaminare e determinare composti bioattivi che possono quindi essere sfruttati nello sviluppo di esche dopo che la valenza è stata determinata con saggi comportamentali.
1. Preparazione della soluzione salina
2. Preparazione e conservazione degli odori
3. Separazione delle zanzare
4. Supporto dell'elettrodo e preparazione capillare
5. Preparazione del carro EAG (Figura 1)
6. Preparazione e montaggio della testa di zanzara (Figura 2)
7. Registrazioni
8. Pulizia
9. Analisi dei dati
L'elettroantennography è un potente strumento per determinare se una sostanza chimica o una miscela di sostanze chimiche viene rilevata da un'antenna di insetti. Può anche essere utilizzato per determinare la soglia di rilevazione per una data sostanza chimica utilizzando un aumento graduale della concentrazione (cioè la risposta della curva di dose, Figura 4B). Inoltre, è utile testare gli effetti del repellente sulla risposta agli odori legati all'ospite29.
...I comportamenti mediati dall'olfatto sono influenzati da molti fattori, tra cui fisiologici (ad esempio, età, ora del giorno) e ambientali (ad esempio, temperatura, umidità relativa)30. Pertanto, quando si eseguono EAG, è essenziale utilizzare insetti che si trovano nello stesso stato fisiologico (ad esempio, monitoraggio dell'età, fame, accoppiamento)31 e mantenere anche un ambiente caldo e umido intorno alla preparazione per evitare l'essiccazione. Una temperatura int...
L'autore non ha nulla da rivelare.
Sono grato al Dr. Clément Vinauger e al Dr. Jeffrey Riffell per le utili discussioni. I seguenti reagenti sono stati ottenuti tramite BEI Resources, NIAID, NIH: Anopheles stephensi, Ceppo STE2, MRA-128, contributo di Mark Q. Benedict; Aedes aegypti, Strain ROCK, MRA-734, contributo di David W. Severson; Culex quinquefasciatus, Ceppo JHB, Uova, NR-43025. L'autore ringrazia il Dr. Jake Tu, il Dr. Nisha Duggal, il Dr. James Weger e Jeffrey Marano per aver fornito uova di zanzara Culex quinquefasciatus e Anopheles stephensi (ceppo: Liston). Aedes albopictus e Toxorhynchites rutilus septentrionalis derivano da zanzare campestri raccolte dall'autore nell'area di New River Valley (VA, USA). Questo lavoro è stato sostenuto dal Dipartimento di Biochimica e dal Fralin Life Science Institute.
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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