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Vektorübertragene Krankheiten (VBDs) sind Infektionen, die durch den Biss eines infizierten Arthropodenvektors auf Menschen und andere Tiere übertragenwerden 1. Vektoren sind für 20 % der weltweiten tropischen Infektionskrankheiten verantwortlich und setzen 80 % der Weltbevölkerung dem Risiko von VBDsaus 2. Mücken und Zecken, die obligat blutsaugende Gliederfüßer sind, sind aufgrund ihres direkten Fressverhaltens und der Übertragung einer Vielzahl von Krankheitserregern (Parasiten, Bakterien oder Viren) weltweit für einen deutlichen Anstieg der öffentlichen Gesundheit und der wirtschaftlichen Belastung verantwortlich3. Daher zielt diese Methodensammlung darauf ab, ein breites Spektrum an essentiellen und komplementären Ansätzen zur Untersuchung dieser Vektoren durch eine Vielzahl von Techniken vorzustellen, die auf dem umfassenden Wissen der Mücken- und Zeckenbiologie basieren. Studien zu den grundlegenden Aspekten von Stechmücken und Zecken (in vitro und in vivo), den von ihnen getragenen und übertragenen Mikroorganismen (Wechselwirkungen zwischen Vektoren, Symbionten, Krankheitserregern und Wirbeltierwirten) und Ansätzen zur Vektorkontrolle sind in dieser Methodensammlung enthalten.
Das Überleben von Arthropodenvektoren und ihre Fähigkeit, Krankheitserreger zu erhalten und zu übertragen, sind eng mit der Temperaturverbunden 4. Haziqah-Rashid et al. stellen eine einfache und kostengünstige Methode zur Bestimmung der Temperaturpräferenzen von Stechmücken vor5. Ihr Apparat besteht aus miteinander verbundenen Kammern mit unterschiedlichen Temperaturen und ermöglicht es Stechmücken (und anderen Fluginsekten), frei in ihre bevorzugte Umgebung zu fliegen und so die optimalen Insektentemperaturen zu bestimmen. Dies wird nützlich sein, um die Auswirkungen einer Vielzahl von Manipulationen, wie z. B. Erregerinfektion, Ernährung oder Endosymbionten, auf die Temperaturpräferenzen von Insekten zu bestimmen, sowie um die Parameter für die Verwendung in Modellierungsstudien zu definieren, die die klimatische Eignung von Regionen für die Etablierung von Krankheitsvektoren bewerten.
Eine invasive Mücke, die voraussichtlich von der Klimaerwärmung profitieren wird und sich über den internationalen Handel auf der ganzen Welt ausgebreitet hat, ist die Asiatische Tigermücke, Aedes albopictus6. Als Vektor mehrerer Viren stellt diese Art eine wachsende Bedrohung für die menschliche Gesundheit dar, und neuartige Bekämpfungsmethoden werden im Kampf gegen diese Mücke wichtig sein. In ihrem Artikel beschreiben Liang et al. die Herstellung eines neuartigen pflanzlichen Insektizids, das eine hohe Wirksamkeit gegen A . albopictus-Larven zeigt, während es keine schädlichen Auswirkungen auf Fische zeigt, was auf eine geringe Umwelttoxizität hindeutet7. Obwohl sich dieses botanische Insektizid erst in einem frühen Stadium der Untersuchung befindet, ist es ein vielversprechender Kandidat zur Mückenbekämpfung und könnte sich gegen andere wichtige Mückenarten als wirksam erweisen.
Der maternal übertragene Endosymbiont Wolbachia hat sich als vielversprechend für die Kontrolle des Dengue-Virus in Feldpopulationen von Mücken erwiesen und damit ein Potenzial für den Einsatz zur Dengue-Unterdrückung demonstriert 8,9. Die Mechanismen, die zu diesem Phänomen führen, sind jedoch nur unzureichend charakterisiert, so dass ein besseres Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Mücken, Endosymbionten und Viren erforderlich ist. Um Werkzeuge für die Untersuchung dieser Wechselwirkungen bereitzustellen, beschreiben Chen et al. eine Reihe von komplementären Nukleinsäure- und Antikörper-basierten Methoden zum Nachweis und zur Quantifizierung von Wolbachia in Mückenzellen, die auch auf eine Vielzahl von Wolbachia-beherbergenden Insekten angewendet werden könnten10.
Die Überwachung von durch Stechmücken übertragenen Viren ist wichtig für den Nachweis zirkulierender Viren, die eine potenzielle Bedrohung für die Gesundheit darstellen können, und diese Überwachung kann auch zur Entdeckung neuartiger pathogener oder insektenspezifischer Viren führen. Huang et al. berichten über eine zellkulturbasierte Methode zur Isolierung und Amplifikation von Mücken-assoziierten Viren aus im Feld gesammelten Mückenproben11, an die eine Virusreinigung, -identifizierung und -charakterisierung folgen kann.
Der Erfolg eines von Arthropoden übertragenen Krankheitserregers bei der Invasion, Besiedlung und Übertragung durch einen Vektor hängt von seiner Fähigkeit ab, verschiedene physiologische Barrieren zu überwinden, einschließlich derjenigen in den Speicheldrüsen und im Mitteldarm. Wang et al. stellen ein Protokoll zur Beurteilung der Vektorkompetenz von Stechmücken für Viren unter Verwendung von zwei verschiedenen Infektionsmethodenvor 12. Durch den Vergleich der Verbreitung und Übertragung des Dengue-Virus bei Aedes aegypti nach einer oralen oder intrathorakalen Infektion unterstreicht dieses Protokoll den Einfluss, den die Speicheldrüsen- und Mitteldarmschranken auf die Verringerung der Virusübertragung innerhalb der Mücke und damit auf die Bestimmung der Vektorkompetenz spielen.
Die Untersuchung von Vektoren wie Zecken im Labor kann aufgrund ihres langen Lebenszyklus und der Notwendigkeit, sich von mehreren verschiedenen Wirtstieren zu ernähren, eine Herausforderung darstellen. Das Protokoll von Khoo et al. beschreibt den Aufbau eines künstlichen Membranfutterautomaten, der für die kurzfristige Zeckenaufzucht im Labor ohne den Einsatz von Tieren verwendet werden kann und zur Untersuchung der Wirkung verschiedener kontrollierter Behandlungen auf die Zeckenbiologie eingesetzt werden kann, wie z. B. Krankheitserregerinfektionen und Antibiotikaeinnahme13. Während diese Methode für die Fütterung aller Stadien von Ixodes scapularis beschrieben ist, kann die Methode auch an andere Zeckenarten und Anwendungen angepasst werden.
Zeckenspeichel enthält viele Effektoren, die eine wichtige Rolle bei der Immunmodulation des Wirts spielen und die Übertragung von Krankheitserregern während der Zeckenfütterung verbessern. MicroRNAs, kurze nicht-kodierende Sequenzen, die die Genexpression sowohl an der Schnittstelle zwischen Zecke und Wirt als auch innerhalb der Zecke regulieren, sind ein solcher Effektor, über den wenig bekannt ist. Eine Methode zur Isolierung von microRNAs aus Zeckenspeicheldrüsenkulturen und extrazellulären Vesikeln (EVs) wird von Leal-Galvan et al.14 vorgestellt. Durch die Kultivierung von ex vivo Speicheldrüsen konnten die Autoren die Anzahl der Zecken, die für die Produktion und Isolierung von EVs benötigt werden, erheblich reduzieren und qualitativ hochwertige microRNAs extrahieren, die für die Sequenzierung der nächsten Generation ausreichen. Diese Methode erleichtert die Isolierung und Untersuchung von EVs von Zecken und sollte unser Verständnis dieser Organellen in Zecken-Wirt-Interaktionen verbessern.
Funktionelle Studien von Krankheitserreger-Genen sind der Schlüssel zum Verständnis ihrer Überlebensstrategien und der Anpassung an die gegensätzlichen Wirts- und Vektorumgebungen. Ein wichtiger Fortschritt für die Erforschung intrazellulärer Rickettsien war die Entwicklung von Plasmid-Shuttle-Vektoren für die Expression von Genen von Interesse15. Wang et al. beschreiben ein Protokoll für die Elektroporation von gereinigtem Rickettsia parkeri zur Transformation mit einem Shuttle-Vektor, gefolgt von der Auswahl und Visualisierung der Transformanten in Zeckenzellen16. Diese Transformationsmethode kann angepasst werden, um Shuttle-Vektoren einzuführen oder Mutagenese-Systeme in andere Rickettsien-Spezies zu transposasen , um das Verständnis der Rickettsien-Wirt-Vektor-Wechselwirkungen zu verbessern.
Die Entwicklung neuartiger und wirksamer Werkzeuge zur Verhinderung der VBD-Übertragung hängt von soliden Kenntnissen der Vektorbiologie und der Vektor-Mikroben-Schnittstelle ab. Die Artikel in dieser Methodensammlung beschreiben eine Reihe von Labortechniken zur Untersuchung von Zecken, Mücken und den von ihnen beherbergten Krankheitserregern und Symbionten und ermöglichen so mehrere Wege der Grundlagen- und angewandten Forschung zu diesen Themen. Fortschritte in der Vektorforschung werden die Entwicklung innovativer Lösungen zur Kontrolle der Ausbreitung von VBDs erleichtern.