DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pntd.0013372
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40700442
تاريخ النشر: 2025-07-23
المؤلف: Márcio Galvão Pavan وآخرون
الموضوع الرئيسي: التعايش بين الحشرات وتأثيرات البكتيريا
نظرة عامة
تقوم منظمة الصحة العالمية حاليًا بتقييم استراتيجيات جديدة لمنع انتقال الفيروسات المنقولة بواسطة الحشرات، لا سيما للأمراض مثل حمى الضنك وزيكا وشينكونغونيا. تتضمن طريقة ملحوظة إطلاق بعوض Aedes aegypti المصاب بالبكتيريا المتعايشة وولباخيا بيبيانتي، والتي تهدف إلى تعطيل انتقال هذه الفيروسات في المناطق الحضرية. في ريو دي جانيرو، بدأ برنامج إطلاق يستخدم سلالة wMel من وولباخيا في أغسطس 2017، حيث غطى 6.88% من المدينة وأثر على حوالي 890,000 مقيم. بحلول ديسمبر 2019، حقق البرنامج إدخالًا بنسبة 32% من سلالة wMel، مما يتوافق مع انخفاض بنسبة 38% في حالات حمى الضنك وانخفاض بنسبة 10% في حالات شينكونغونيا.
تضمنت تقييمًا مستقلًا تم إجراؤه على مدار 20 شهرًا أخذ عينات من أكثر من 50,000 بعوضة عبر 12 حيًا، مما كشف أن 39.2% من البعوضات المأخوذة كانت Ae. aegypti. من بين هؤلاء، تم فحص 7,613 من أصل 19,427 بشكل فردي للبحث عن وجود سلالة wMel. استخدمت الدراسة بيانات المناخ والبيئة وتطبيق المبيدات الحشرية لنمذجة الديناميات الزمانية والمكانية لإدخال wMel. ومع ذلك، أدى التناوب الروتيني للمبيدات الحشرية الذي نفذته وزارة الصحة البرازيلية إلى انخفاض كبير في كل من مجموعات البعوض المصابة وغير المصابة بـ wMel، مما يبرز التحديات التي تواجه الحفاظ على انتشار سلالة wMel في المنطقة.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث التهديد الكبير للصحة العامة الذي تشكله الفيروسات المنقولة بواسطة الحشرات مثل حمى الضنك (DENV) وزيكا (ZIKV) وشينكونغونيا (CHIKV)، لا سيما في المناطق الاستوائية وشبه الاستوائية حيث يتعرض حوالي 3.9 مليار شخص للخطر. إن ظهور CHIKV في البرازيل في عام 2014 والانتشار السريع لـ ZIKV، الذي أدى إلى حالة طوارئ صحية عامة بسبب زيادة حالات صغر الرأس، يبرز الحاجة الملحة لمعالجة هذه الأمراض. الناقل الرئيسي، Aedes aegypti، منتشر في المناطق الحضرية ويصعب السيطرة عليه بسبب مقاومة المبيدات الحشرية والمشاكل اللوجستية في إدارة مواقع التكاثر. تعتمد استراتيجيات مكافحة الناقل الحالية في البرازيل بشكل كبير على المبيدات الحشرية، التي أصبحت أقل فعالية، مما يبرز الحاجة إلى أساليب مبتكرة.
تتضمن إحدى الاستراتيجيات الواعدة استخدام البكتيريا المتعايشة وولباخيا بيبيانتي لتعطيل انتقال الفيروسات المنقولة بواسطة الحشرات. يمكن نقل وولباخيا إلى Aedes aegypti، مما يؤدي إلى تقليل انتقال مسببات الأمراض من خلال آليات مثل عدم التوافق السيتوبلازمي (CI)، مما يفضل انتشار السكان المصابين. تم إجراء عمليات إطلاق ناجحة لبعوض مصاب بوولباخيا في عدة دول، بما في ذلك البرازيل، حيث واجهت الجهود الأولية تحديات بسبب استخدام المبيدات الحشرية المحلية. على الرغم من هذه العقبات، أظهرت عمليات الإطلاق اللاحقة في ريو دي جانيرو ونيتيروي انخفاضًا محتملاً في معدلات الإصابة بحمى الضنك وشينكونغونيا وزيكا. ومع ذلك، تشير الدراسة إلى أن إدخال وولباخيا في السكان المحليين في ريو دي جانيرو كان محدودًا، مما يستدعي مزيدًا من التحقيق في العوامل التي تؤثر على توزيعه وانتشاره مع مرور الوقت. تهدف الورقة إلى تحليل بيانات أخذ عينات البعوض الشاملة لفهم ديناميات انتشار وولباخيا والآثار المترتبة على استراتيجيات مكافحة الناقل.
الطرق
في هذه الدراسة، ركز الباحثون على استمرارية وولباخيا في مجموعات Aedes aegypti في ريو دي جانيرو بعد برنامج إطلاق واسع النطاق استمر من أغسطس 2017 إلى ديسمبر 2019. تغطي منطقة الدراسة، التي تتميز بمناخ السافانا الاستوائية والموسمية، 86.8 كم²، وتمثل 6.88% من المدينة، وتضم حوالي 890,000 مقيم. لتقييم توزيع وولباخيا بعد الإطلاق، تم إنشاء شبكة صيد في 12 حيًا حضريًا، تغطي 33.5 كم² وتضم حوالي 495,000 شخص. تُعرف المنطقة بصعوبة الوصول إليها بسبب وجود الأحياء الفقيرة والخدمات الحكومية المحدودة.
تم إجراء أخذ عينات من البعوض على مدار 20 شهرًا من أغسطس 2021 إلى مارس 2023، باستخدام 75 فخًا من نوع BG-Sentinel. تم تحديد بعوض Aedes aegypti الملتقط وفحصه بحثًا عن وولباخيا باستخدام طريقة PCR متعددة، مع بروتوكولات محددة لمعالجة العينات واستخراج الحمض النووي. كانت الدراسة تهدف إلى تقييم التغيرات في توزيع وولباخيا الزماني والمكاني وقياس كثافتها في مجموعات البعوض من كل من منطقة الإطلاق الأولية ومنطقة تم أخذ عينات منها بانتظام. يوفر هذا النهج الشامل رؤى حاسمة حول الآثار طويلة المدى لنشر وولباخيا على مجموعات البعوض في البيئات الحضرية.
النتائج
في هذه الدراسة، تم جمع ما مجموعه 50,240 بعوضة بالغة، تتكون من Culex spp. وAedes albopictus وAedes aegypti، على مدار 20 شهرًا عبر 12 حيًا حضريًا في ريو دي جانيرو، البرازيل، التي تمتد على مساحة 33.5 كم² وتضم حوالي 495,000 مقيم. تم استخدام 75 فخًا من نوع BG sentinel تم وضعها بشكل استراتيجي عند الحد الجنوبي لنشر wMel، مما يشمل المناطق التي تم فيها إطلاق البعوض وتلك التي لم يتم فيها ذلك. كشفت النتائج أن Culex spp. شكلت الغالبية من الصيد بواقع 30,786 فردًا (61.28%)، تليها Aedes aegypti بواقع 19,427 (38.67%)، من بينهم تم فحص 7,613 للبحث عن وجود وولباخيا. مثلت Aedes albopictus جزءًا ضئيلًا بواقع 27 فردًا (0.05%).
تمت ملاحظة تقلبات موسمية في عدد السكان لكل من Aedes aegypti وCulex spp.، مع انخفاض ملحوظ في عدد البعوض الملتقط من مارس إلى مايو 2022. تزامنت هذه الفترة مع زيادة في انتقال حمى الضنك وتكثيف تدابير مكافحة الناقل، مما يشير إلى تأثير محتمل لهذه التدخلات على مجموعات البعوض.
المناقشة
تسلط الدراسة الضوء على التحديات التي تواجه نشر سلالة وولباخيا wMel في ريو دي جانيرو للسيطرة على مجموعات Aedes aegypti والتخفيف من انتقال حمى الضنك وشينكونغونيا. بحلول نهاية عام 2019، كانت ثلث مجموعة Aedes aegypti المحلية فقط مصابة بوولباخيا، مما يتوافق مع انخفاض بنسبة 38% في حالات حمى الضنك وانخفاض بنسبة 10% في حالات شينكونغونيا، مما يشير إلى بعض الفعالية ولكنها لم تصل إلى التوقعات. كشفت تحليل شامل لأكثر من 50,000 بعوضة أنه بينما كافحت البعوض المصابة بوولباخيا للتعافي بعد تطبيق المبيدات الحشرية، عادت المجموعات غير المصابة بسرعة. يُعزى هذا التفاوت إلى العيوب التناسلية التي تواجهها الإناث المصابة بوولباخيا وفقدان العدوى بوولباخيا مع مرور الوقت، مما أعاق انتشار البكتيريا وقلل من تأثيرها على انتقال الأمراض.
كما درست الدراسة ديناميات تكرار وولباخيا على مر الزمن وتوزيعها المكاني، كاشفة عن تقلبات كبيرة وانخفاض في تكرار wMel عبر جميع الأحياء المراقبة. أشار التحليل إلى أن العوامل البيئية، مثل وجود أنواع أخرى من البعوض وعلاجات المبيدات الحشرية، أثرت على معدلات تجنيد كل من البعوض المصاب وغير المصاب. على الرغم من النجاح الأولي لنشر وولباخيا، تؤكد النتائج على الحاجة إلى استراتيجيات إدارة متكاملة للناقل تأخذ في الاعتبار المتغيرات البيئية والبيولوجية لتعزيز فعالية التدخلات المعتمدة على البعوض في البرازيل.
DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pntd.0013372
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40700442
Publication Date: 2025-07-23
Author(s): Márcio Galvão Pavan et al.
Primary Topic: Insect symbiosis and bacterial influences
Overview
The World Health Organization is currently assessing new strategies to prevent arbovirus transmission, particularly for diseases like dengue, Zika, and chikungunya. A notable method involves the release of Aedes aegypti mosquitoes infected with the endosymbiotic bacterium Wolbachia pipientis, which aims to disrupt the transmission of these viruses in urban areas. In Rio de Janeiro, a release program utilizing the wMel strain of Wolbachia commenced in August 2017, covering 6.88% of the city and impacting approximately 890,000 residents. By December 2019, the program achieved a 32% introgression of the wMel strain, correlating with a 38% reduction in dengue cases and a 10% reduction in chikungunya cases.
An independent evaluation conducted over 20 months involved sampling over 50,000 mosquitoes across 12 neighborhoods, revealing that 39.2% of the sampled mosquitoes were Ae. aegypti. Of these, 7,613 out of 19,427 were individually screened for the presence of the wMel strain. The study utilized climate, environmental, and insecticide application data to model the spatiotemporal dynamics of wMel introgression. However, the routine insecticide rotation implemented by the Brazilian Ministry of Health led to a significant decline in both wMel-infected and uninfected mosquito populations, highlighting the challenges faced in sustaining the wMel strain’s prevalence in the region.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the significant public health threat posed by arboviruses such as dengue (DENV), Zika (ZIKV), and chikungunya (CHIKV), particularly in tropical and subtropical regions where approximately 3.9 billion people are at risk. The emergence of CHIKV in Brazil in 2014 and the rapid spread of ZIKV, which led to a Public Health Emergency due to increased microcephaly cases, underscores the urgency of addressing these diseases. The primary vector, Aedes aegypti, is prevalent in urban areas and is challenging to control due to insecticide resistance and logistical issues in managing breeding sites. Current vector control strategies in Brazil rely heavily on insecticides, which are becoming less effective, highlighting the need for innovative approaches.
One promising strategy involves the use of the endosymbiotic bacterium Wolbachia pipientis to disrupt arbovirus transmission. Wolbachia can be transinfected into Aedes aegypti, leading to reduced pathogen transmission through mechanisms such as cytoplasmic incompatibility (CI), which favors the spread of infected populations. Successful releases of Wolbachia-infected mosquitoes have been conducted in several countries, including Brazil, where initial efforts faced challenges due to local insecticide use. Despite these hurdles, subsequent releases in Rio de Janeiro and Niterói demonstrated potential reductions in dengue, chikungunya, and Zika incidence rates. However, the study notes that the introgression of Wolbachia into local populations in Rio de Janeiro was limited, prompting further investigation into the factors affecting its distribution and prevalence over time. The paper aims to analyze extensive mosquito sampling data to understand the dynamics of Wolbachia spread and the implications for vector control strategies.
Methods
In this study, the researchers focused on the persistence of Wolbachia in Aedes aegypti populations in Rio de Janeiro following a large-scale release program that lasted from August 2017 to December 2019. The study area, characterized by a tropical savanna and monsoon climate, encompasses 86.8 km², representing 6.88% of the city, and includes approximately 890,000 residents. To assess the distribution of Wolbachia post-release, a trapping network was established in 12 urban neighborhoods, covering 33.5 km² and housing about 495,000 people. The region is noted for its challenging access due to the presence of slums and limited government services.
Mosquito sampling was conducted over a 20-month period from August 2021 to March 2023, utilizing 75 BG-Sentinel traps. Captured Aedes aegypti were identified and screened for Wolbachia using a multiplex PCR method, with specific protocols for sample processing and DNA extraction. The study aimed to evaluate changes in the spatiotemporal distribution of Wolbachia and quantify its density in mosquito populations from both the initial release area and a regularly sampled neighborhood. This comprehensive approach provides critical insights into the long-term effects of Wolbachia deployment on mosquito populations in urban settings.
Results
In this study, a total of 50,240 adult mosquitoes, comprising Culex spp., Aedes albopictus, and Aedes aegypti, were collected over a 20-month period across 12 urban neighborhoods in Rio de Janeiro, Brazil, which spans an area of 33.5 km² and is home to approximately 495,000 residents. The collection utilized 75 BG sentinel traps strategically placed at the southern limit of wMel deployments, encompassing both areas with and without mosquito releases. The results revealed that Culex spp. constituted the majority of the catch at 30,786 individuals (61.28%), followed by Aedes aegypti at 19,427 (38.67%), of which 7,613 were screened for the presence of Wolbachia. Aedes albopictus represented a minimal fraction with only 27 individuals (0.05%).
Seasonal population fluctuations were observed for both Aedes aegypti and Culex spp., with a notable decline in mosquito catches recorded from March to May 2022. This period coincided with heightened dengue transmission and intensified vector control measures, suggesting a potential impact of these interventions on mosquito populations.
Discussion
The research highlights the challenges faced in deploying the Wolbachia wMel strain in Rio de Janeiro for controlling Aedes aegypti populations and mitigating dengue and chikungunya transmission. By the end of 2019, only one-third of the local Aedes aegypti population was infected with Wolbachia, which correlated with a 38% reduction in dengue cases and a 10% decrease in chikungunya cases, indicating some effectiveness but falling short of expectations. A comprehensive analysis of over 50,000 mosquitoes revealed that while Wolbachia-infected mosquitoes struggled to recover after insecticide applications, uninfected populations rebounded quickly. This disparity is attributed to reproductive disadvantages faced by Wolbachia-infected females and the loss of Wolbachia infections over time, which hindered the bacteria’s spread and limited its impact on disease transmission.
The study also examined the dynamics of Wolbachia frequency over time and its spatial distribution, revealing significant fluctuations and a decline in wMel frequency across all monitored neighborhoods. The analysis indicated that environmental factors, such as the presence of other mosquito species and insecticide treatments, influenced the recruitment rates of both infected and uninfected mosquitoes. Despite the initial success of Wolbachia deployment, the findings underscore the need for integrated vector management strategies that consider ecological and biological variables to enhance the effectiveness of mosquito-based interventions in Brazil.