Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Tương tác giữa Aedes aegypti và Wolbachia: sự tồn tại của quần thể trong một môi trường thay đổi
Tóm tắt
Các thử nghiệm ở phòng thí nghiệm và tại trường đã nhấn mạnh tầm quan trọng của việc chọn một dòng Wolbachia tối ưu để đảm bảo sự thành công trong việc thực dân hóa và duy trì số lượng muỗi Aedes aegypti nhiễm bệnh được thả ra. Ngưỡng cho việc truyền bệnh nhiễm theo chiều dọc và việc vô sinh ở con đực phụ thuộc vào mật độ vi khuẩn và sự phân bố của chúng trong mô của muỗi, điều này cũng ảnh hưởng mạnh mẽ đến khả năng sinh sản của muỗi. Sự biến đổi nhiệt độ trong giai đoạn phát triển của muỗi là một yếu tố quan trọng có thể ảnh hưởng đến tính khả thi của kỹ thuật mới này nhằm kiểm soát sự lây truyền của bệnh sốt xuất huyết. Trong bối cảnh này, một mô hình toán học được đề xuất để đánh giá tính khả thi của việc kiểm soát sự lây truyền bệnh sốt xuất huyết thông qua việc truyền nhiễm A. aegypti với một dòng Wolbachia. Mô hình này có dạng của một hệ thống vi phương trình trì hoãn với hai sự trì hoãn. Thế mạnh của cách tiếp cận này được đo lường bởi thực tế là nó có thể giải quyết nhiều khía cạnh của vấn đề, thông qua việc xây dựng các kịch bản mà trong đó tham số mô hình được thiết lập dựa trên nền tảng di truyền của muỗi, khả năng truyền vi khuẩn cho thế hệ tiếp theo và khả năng chặn quá trình sao chép của virus. Sự tồn tại của cả quần thể nhiễm bệnh và quần thể hoang dã được khám phá trong bối cảnh khả năng sinh sản của muỗi, tương tác ký sinh trùng - vật chủ và sự thay đổi nhiệt độ. Điều đáng ngạc nhiên là, mô hình dự đoán rằng sự tuyệt chủng của quần thể muỗi có thể xảy ra trong một vùng của không gian tham số, nơi số sinh sản của quần thể hoang dã lớn hơn một và sự di cư của muỗi từ các khu vực xung quanh không được phép.
Từ khóa
#Aedes aegypti #Wolbachia #kiểm soát bệnh sốt xuất huyết #sinh thái học muỗi #mô hình toán họcTài liệu tham khảo
Ant TH, Herd CS, Geoghegan V, Hoffmann AA, Sinkins SP (2018) The Wolbachia strain wAu provides highly efficient virus transmission blocking in Aedes aegypti. PLOS Pathogens. https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1006815
Axford JK, Ross PA, Yeap HL, Callahan AG, Hoffmann AA (2016) Fitness of wAlbB Wolbachia infection in Aedes aegypti: parameter estimates in an outcrossed background and potential for population invasion. Am J Trp Med Hyg 94:507–16
Bordenstein SR, Bordenstein SR (2011) Temperature affects the tripartite interactions between bacteriophage WO, Wolbachia, and cytoplasmic incompatibility. PLoS ONE 6:e29106
Caragata EP, Dutra HL, Moreira LA (2016) Inhibition of Zika virus by Wolbachia in Aedes aegypti. Microb Cell 3:293–5
Clark ME, Veneti Z, Bourtzis K, Karr TL (2003) Wolbachia distribution and cytoplasmic incompatibility during sperm development: the cyst as the basic cellular unit of CI expression. Mech Dev 120:185–198
Dye C (1984) Models for the population dynamics of the yellow fever mosquito, Aedes aegypti. J Anim Ecol 53:247–268
Farkas JZ, Hinow P (2010) Structured and unstructured continuous models for Wolbachia infections. Bull Math Biol 72:2067–2088. https://doi.org/10.1007/s11538-010-9528-1
Farkas JZ, Gourley SA, Liu R, Yakubu AA (2017) Modelling Wolbachia infection in a sex-structured mosquito population carrying West Nile virus. J Math Biol 75:621–647. https://doi.org/10.1007/s00285-017-1096-7
Ferguson NM, Kien DTH, Clapham H, Aguas R, Trung VT, Chau TNB, Popovici J, Ryan PA, O’Neill SL, McGraw EA, Long VT, Dui LT, Nguyen HL, Chau NVV, Wills B, Simmons CP (2015) Modeling the impact on virus transmission of Wolbachia-mediated blocking of dengue virus infection of Aedes aegypti. Sci Transl Med. 7, https://doi.org/10.1126/scitranslmed.3010370
Ferreira CP, Lyra SP, Azevedo F, Greenhalgh D, Massad E (2017) Modelling the impact of the long-term use of insecticide-treated bed nets on Anopheles mosquito biting time. Malar J 16:373
Hoffmann AA, Montgomery BL, Popovici J, Iturbe-Ormaetxe I, Johnson PH, Muzzi F, Greenfield M, Durkan M, Leong YS, Dong Y, Cook H, Axford J, Callahan AG, Kenny N, Omodei C, McGraw EA, Ryan PA, Ritchie SA, Turelli M, O’Neill SL (2011) Successful establishment of Wolbachia in Aedes populations to suppress dengue transmission. Nature 476:454–7
Hoffmann AA (2014) Facilitating Wolbachia invasions. Aust Entomol 53:125–32
Hoffmann A, Ross PA, Rasić G (2015) Wolbachia strains for disease control: ecological and evolutionary considerations. Evol Appl 8:751–68
Hu L, Huang M, Tang M, Yu J, Zheng B (2015) Wolbachia spread dynamics in stochastic environments. Theor Popul Biol 106:32–44
Hughes H, Britton NF (2013) Modelling the use of Wolbachia to control dengue fever transmission. Bull Math Biol 75:796–818
Iannelli M, Pugliese A (2014) An introduction to mathematical population dynamics. Spring ISBN 978-3-319-03026-5
Lee SS, Backer RE, Gaffney EA, White SM (2013) Optimal barrier zones for stopping the invasion of Aedes aegypti mosquitoes via transgenic or sterile insect techniques. Theor Ecol 6(4):427–442. https://doi.org/10.1007/s12080-013-0178-4
Marino S, Hogue IB, Ray CJ, Kirschner DE (2008) A methodology for performing global uncertainty and sensitivity analysis in systems biology. J Theor Biol 254:178–96
McMeniman CJ, Lane AM, Fong AWC, Voronin DA, Iturbe-Ormaetxe I, Yamada R, McGraw EA, O’Neill1 SL (2008) Host adaptation of a Wolbachia strain after long-term serial passage in mosquito cell lines. Appl Environ Microbiol 74:6963–69
McMeniman CJ, Lane RV, Cass BN, Fong AWC, Sidhu M, Wang Y, O’Neill SL (2009) Stable introduction of a life-shortening Wolbachia infection into the mosquito Aedes aegypti. Science 323:141–4
Pates H, Curtis C (2005) Mosquito behavior and vector control. Ann Rev Entomol 50:53–70
Kamtchum-Tatuene J, Makeoeace BL, Benjamin L, Baylis M, Solomon T (2017) The potential role of Wolbachia in controlling the transmission of emerging human arboviral infections. Curr Opin Infect Dis 30:108–16
Keeling MJ, Jiggins FM, Read JM (2003) The invasion and coexistence of competing Wolbachia strains. Heredity 91:382–8
Reynolds KT, Thomson LJ, Hoffmann AA (2003) The effects of host age, host nuclear background and temperature on phenotypic effects of the virulent Wolbachia strain popcorn in Drosophila melanogaster. Genetics 164:1027–34
Ritchie SA, Townsend M, Paton CJ, Callahan AG, Hoffmann AA (2015) Application of wMelPop Wolbachia strain to crash local populations of Aedes aegypti. PLOS Neglected Tropical Diseases, https://doi.org/10.1371/journal.pntd.0003930
Ruang-Areerate T, Kittayapong P (2006) Wolbachia transinfection in Aedes aegypti: a potential gene driver of dengue vectors. PNAS 103, https://doi.org/10.1073/pnas.0508879103
Turelli M (2009) Cytoplamic incompatibility in populations with overlapping generations. Evolution 64:232–41
Ulrich JN, Beier JC, Devine GJ, Hugo LE (2016) Heat sensitivity of wMel Wolbachia during Aedes aegypti development. PLoS Negl Trop Dis 10:e0004873. https://doi.org/10.1371/journal.pntd.0004873
van den Hurk AF, Hall-Mendelin S, Pyke AT, Frentiu FD, McElroy K, Day A, Higgs S, O’Neill SL (2012) Impact of Wolbachia on infection with Chikungunya and yellow fever viruses in the mosquito vector Aedes aegypti. PLoS Negl Trop Dis 6(11):e1892. https://doi.org/10.1371/journal.pntd.0001892
Veneti Z, Clark ME, Karr TL, Savakis C, Bourtzis K (2004) Heads or tails: host-parasite interactions in the Drosophila-Wolbachia system. Appl Environ Microbiol 70:5366–72
Viana-Medeiros PF, Bellinato DF, Martins AJ, Valle D (2017) Insecticide resistance, associated mechanisms and fitness aspects in two Brazilian Stegomyia aegypti (= Aedes aegypti) populations. Med Vet Entomol 31:340–50
Yang HM, Macoris MLG, Galvani KC, Andrighetti MTM, Wanderley DMV (2009) Assessing the effects of temperature on the population of Aedes aegypti, the vector of dengue. Epidemiol Infect 137:1188–202
Walker T, Johnson PH, Moreira LA, Iturbe-Ormaetxe I, Frentiu FD, McMeniman CJ, Leong YS, Dong Y, Axford J, Kriesner P, Lloyd AL, Ritchie SA, O’Neill SL, Hoffmann AA (2011) The wMel Wolbachia strain blocks dengue and invades caged Aedes aegypti populations. Nature 475, https://doi.org/10.1038/nature10355
Yang HM, Ferreira CP (2008) Assessing the effects of vector control on dengue transmission. Appl Math Comput 198:401–13
Yeap HL, Mee P, Walker T, Weeks AR, O’Neill SL, Johnson P, Ritchie SA, Richardson KM, Doig C, Endersby NM, Hoffmann AA (2011) Dynamics of the ‘Popcorn’ Wolbachia infection in outbred Aedes aegypti: informs prospects for mosquito vector control. Genetics 187:583–95
Xi Z, Khoo CCH, Dobson SL (2005) Wolbachia establishment and invasion in an Aedes aegypti laboratory population. Science 310:326–8
Zheng B, Tang M, Yu J (2014) Modeling Wolbachia spread in mosquitoes through delay differential equations. J Appl Math 74:743–770