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Title: O papel da resistência a inseticidas e da densidade de Aedes aegypti na disseminação da Wolbachia em populações nativas do Rio de Janeiro, Brasil
Advisor: Freitas, Rafael Maciel de
Villela, Daniel Antunes Maciel
Authors: Garcia, Gabriela de Azambuja
Affilliation: Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Oswaldo Cruz. Rio de Janeiro, RJ, Brasil.
Abstract: No Brasil encontra-se em andamento liberações de Aedes aegypti infectados com Wolbachia, uma bactéria que reduz, experimentalmente, a transmissão de arbovírus como os vírus dengue, chikungunya e Zika. Testes em áreas da Austrália, Indonésia e Vietnã confirmaram uma invasão rápida e estável de Ae. aegypti contendo a cepa wMel sobre a população selvagem. No Rio de Janeiro, liberações semanais de Ae. aegypti com Wolbachia (linhagem wMelBr) foram iniciadas em setembro de 2014. Entretanto, diferentemente do observado naqueles países, a primeira liberação de Ae. aegypti infectados com Wolbachia na América Latina não logrou êxito. Durante 20 semanas consecutivas, a linhagem wMelBr foi liberada no Rio, mas um platô inesperado (devido à introdução semanal de milhares de mosquitos e ao efeito da incompatibilidade citoplasmática) foi observado nas semanas 7 a 19. Primeiramente, realizamos experimentos de marcação-soltura-recaptura durante as liberações para verificar o número de mosquitos liberados e a densidade populacional dos mosquitos selvagens. Após esses resultados, dobramos o número de indivíduos liberados. Comparamos também a aptidão física (fitness) dos mosquitos wMelBr com a dos nativos. Os mosquitos wMelBr apresentaram tamanho de asas maior, menor mortalidade e uma razão sexual de 1,2: 1 para as fêmeas e, a análise de mtDNA, não mostrou falha na transmissão materna da bactéria. Todas estas características favorecem a invasão da wMelBr. Entretanto, apesar da frequência de wMelBr atingir 65% em campo na semana 20, ela caiu dramaticamente nas quatro semanas seguintes ao fim das liberações. Animado pelo aumento de venda de inseticidas spray, o dono da mercearia local manifestou desejo de que as liberações fossem incessantes, chamando-nos atenção para o possível status da resistência a inseticidas na linhagem liberada A wMelBr permanecera em endocruzamento por 17 gerações em laboratório e os genótipos de resistência a piretroides (PI) diminuíram de 68% para 3,5%. Ou seja, havíamos liberado mosquitos altamente suscetíveis a PI em uma área cuja população selvagem que era altamente resistente. Após isso, uma segunda linhagem (wMelRio), com alelos de resistência a PI, foi gerada em laboratório e liberada simultaneamente em dois locais no Rio de Janeiro. Os alelos de resistência foram mantidos em wMelRio, em laboratório, por introdução de 50% de machos selvagens a cada duas gerações. Após 18 meses sem liberações adicionais, a frequência da wMelRio em campo era > 90%, em ambos os locais, evidenciando o sucesso em campo. A linhagem wMelRio é resistente a PI e ao larvicida temephos, e suscetível ao malathion e ao diflubenzuron, os compostos químicos atualmente utilizados no controle vetorial. Modelos matemáticos foram aplicados para testar como diferentes estratégias de liberação (variações na suscetibilidade a inseticidas das linhagens, custo de fitness da resistência a inseticidas) aumentam a chance de invasão da Wolbachia. Nossos resultados indicam uma invasão bem sucedida em duas situações: 1) liberando-se mosquitos suscetíveis em um ambiente sem uso de inseticidas (pode causar uma reversão nos níveis de resistência aos inseticidas); e 2) liberando-se mosquitos resistentes (wMelRio) em uma população resistente (como no Rio de Janeiro), mesmo com um elevado uso de inseticidas. Portanto, a implementação da tecnologia de liberação de Ae. aegypti infectado com Wolbachia como potencial estratégia para redução da transmissão de arbovírus deve considerar o perfil de resistência aos inseticidas da população selvagem, e da linhagem liberada, para alcançar uma invasão bem sucedida em campo
Abstract: In Brazil are underway releases of Aedes aegypti infected with Wolbachia, a bacteria that reduces, experimentally, the transmission of arboviruses such as dengue, chikungunya and Zika viruses. Previous data reported stable and rapid invasion into wild population in Australia, Indonesia and Vietnam using Ae. aegypti with wMel strain. In Rio de Janeiro, we started weekly releases of Ae. aegypti with Wolbachia (wMelBr strain) in Sep/2014. However, unlike in other countries that obtained a rapid invasion of this bacteria, the first release of Ae. aegypti infected with Wolbachia in Latin America did not succeed. During 20 consecutive weeks, the wMelBr was released in Rio de Janeiro, but an unexpected plateau (due to the weekly incoming of mosquitoes and strong cytoplasmic incompatibility) from weeks 7-19 was observed. First of all, we carried out a mark-release-recapture experiment during Wolbachia releases to check the number of released mosquitoes and wild population density. After these results, we doubled the number of mosquitoes released. We also compared the fitness of wMelBr released mosquitoes with wild ones. Released wMelBr presented larger wing sizes, lower mortality and 1.2:1 biased sex ratio to females and mtDNA analysis showed no leakage on maternal transmission of the bacteria. All these characteristics favor wMelBr invasion. However, despite the frequency of wMelBr reached 65% in the field at week 20, it dropped dramatically in the following four weeks after releases stopped. Stunned by the increasing of insecticide sprays selling, the local grocery owner wished releases to be endless, shading light on the possible status of insecticide resistance of released material wMelBr colony remained inbreed for 17 generations and resistant genotypes decreased from 68 to 3.5% in the colony lab. Thus, we released highly susceptible mosquitoes in an area whose wild population was highly resistant to pyrethroids. A second strain (wMelRio), with pyrethroid resistance alleles was produced in the laboratory and released simultaneously in two sites in Rio de Janeiro. Resistance alleles were maintained in lab colony by outbreeding 50% wild males every two generations. After 18 months without additional releases, wMelRio frequency was >90% in both sites, evidencing its success. wMelRio strain is resistant to pyrethroids and the larvicide temephos and susceptible to malathion and diflubenzuron, the chemical compounds currently used in vector control. Mathematical models were applied to test whether different releasing strategies (variations in susceptibility to insecticides of released strains, fitness cost of insecticide resistance) would enhance Wolbachia invasion. Our results indicate a successful invasion in two situations: 1) releasing susceptible mosquitos in an environment without insecticide use (may causing a reversal in insecticide resistance levels); and 2) releasing resistant mosquitoes (wMelRio) into a resistant population (such as Rio de Janeiro), even with a high insecticide use. Therefore, the implementation of Ae. aegypti infected with Wolbachia as a potential strategy to reduce arbovirus transmission should consider the insecticide resistance profile of the wild population and the released strain, to achieve a successful invasion in the field
keywords: Aedes
Controle de Vetores
Infecções por Arbovirus
Resistência a Inseticidas
Wolbachia
Issue Date: 2017
Citation: GARCIA, Gabriela de Azambuja. O papel da resistência a inseticidas e da densidade de Aedes aegypti na disseminação da Wolbachia em populações nativas do Rio de Janeiro, Brasil. 2017. 303f. Tese (Doutorado em biologia parasitária)-Instituto Oswaldo Cruz, Fundação Oswaldo Cruz, Rio de Janeiro, 2017.
Date of defense: 2017
Place of defense: Rio de Janeiro/RJ
Department: Pós-Graduação em Biologia Parasitária
Defense institution: Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Oswaldo Cruz
Program: Programa de Pós-Graduação em Biologia Parasitária
Copyright: restricted access
Appears in Collections:IOC - PGBP - Teses de Doutorado

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