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Background:Aedes aegypti is a potential vector for several arboviruses including dengue and Zika viruses. The species seems to be restricted to subtropical/tropical habitats and has difficulties in establishing permanent populations in southern Europe, probably due to constraints during the winter season. The aim of this study was to systematically analyze the cold tolerance (CT) of Ae. aegypti in its most cold-resistant life stage, the eggs.
Methods: The CT of Ae. aegypti eggs was compared with that of Ae. albopictus which is well established in large parts of Europe. By systematically studying the literature (meta-analysis), we recognized that CT has been rarely tested in Ae. aegypti eggs, but eggs can survive at zero and sub-zero temperatures for certain exposure periods. To overcome potential bias from experimental differences between studies, we then conducted species comparisons using a harmonized high-resolution CT measuring method. From subtropical populations of the same origin, the survival (hatching in %) and emergence of adults of both species were measured after zero and sub-zero temperature exposures for up to 9 days (3 °C, 0 °C and − 2 °C: ≤ 9 days; − 6 °C: ≤ 2 days).
Results: Our data show that Ae. aegypti eggs can survive low and sub-zero temperatures for a short time period similar to or even better than those of Ae. albopictus. Moreover, after short sub-zero exposures of eggs of both species, individuals still developed into viable adults (Ae. aegypti: 3 adults emerged after 6 days at − 2 °C, Ae. albopictus: 1 adult emerged after 1 day at − 6 °C).
Conclusions: Thus, both the literature and the present experimental data indicate that a cold winter may not be the preventing factor for the re-establishment of the dengue vector Ae. aegypti in southern Europe.
Es wird davon ausgegangen, dass das ehemalige Larven-Mikrohabitat der Asiatische Tigermücke Aedes albopictus (synonym: Stegomyia albopicta) die Phytotelmata in den Waldgebieten von Südostasien darstellte. In den letzten vier Jahrzehnten adaptierte sich die Art jedoch an urbanere Regionen und ihre Antrotelmata. Dank ihrer Eigenschaft, Eier mit einer gewissen Trocken- und Kältetoleranz zu produzieren, verbreitete sich die Art zusammen mit den international gehandelten Waren weltweit. Zudem ist Ae. albopictus ein theoretischer Vektor für mindestens 27 Viren sowie Parasiten und spielt eine Hauptrolle bei der Übertragung von Dengue-Viren und Chikungunya-Viren und Zika-Vieren. Daher wird die Art als große Gefahr für die öffentliche Gesundheit betrachtet.
Die vorliegende Arbeit thematisiert drei Untersuchungen zum Anpassungs- und Etablierungs-potential der invasiven Asiatischen Tigermücke.
In einem ersten Ansatz wurde das Problem behandelt, dass es lediglich zwei standardisierte toxikologische Testverfahren für Culicidae gab. Daher wurde ein Dosis-Wirkungs-Testsystem entwickelt, das den Weg für weitere biologische Endpunkte und ihre integrativen Parameter freimachte und dadurch ein besseres Verständnis für die Wirkweisen von Insektiziden ermöglicht. Hierdurch konnte nun der Frage nachgegangen werden, ob es Unterschiede in der ökotoxikologischen Reaktion zwischen der invasiven tropisch-subtropischen Asiatischen Tigermücke und der einheimischen nördlichen Hausstechmücke Culex pipiens auf das Insektizid λ-Cyhalothrin gibt. Weiter wurde der Einfluss von Temperatur und die Verfügbarkeit von Nahrung auf die Insektizidsensitivitäten der Arten getestet. Schließlich konnte in einer Risikobewertung festgestellt werden, dass bei falsch angewendeten Bekämpfungsmaßnahmen höhere Temperaturen sowie der Ausfall von aquatischen Top-Prädatoren zu Fitnessvorteilen für die Art führen können.
In einer zweiten Untersuchung wurde der Mechanismus der Kältetoleranz der Eier (Kälteakklimatisierung und Diapause) näher untersucht, da dieser für die erfolgreiche Invasion in gemäßigten Breitengraden verantwortlich gemacht wird. Nachdem eine lang vorherrschende Hypothese verworfen wurde, dass die Einlagerung von Polyolen die Frosttoleranz bewirken würde, war der aktuelle Stand der Wissenschaft, dass eine Verdickung der Wachsschicht des Chorions dafür verantwortlich sei. Jedoch lag keine detaillierte Evaluierung von Stechmücken-Eihüllen vor. Mittels einer transmissionselektronenmikroskopischen Studie konnte gezeigt werden, dass nicht nur die Wachsschicht nicht in der Serosa-Cuticula zu verorten ist, sondern im Endochorion und sie zudem im Zuge der Diapause in der Mächtigkeit schrumpft. Daher wird auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse auf eine Kompaktierung der Schicht geschlossen.
Die dritte Untersuchung schließlich hatte das hohe Adaptationspotential in gemäßigten Breiten zum Gegenstand. Eine Adaptation auf genetischen Level gilt als unwahrscheinlich, da Gründerpopulationen in den neu besiedelten Gebieten eine niedrige genetische Diversität aufwiesen und ein regelmäßiger Neueintrag von Allelen unwahrscheinlich ist. Jedoch bietet das Konzept der epigenetischen Temperatur-Adaptation einen Erklärungsansatz für dieses Phänomen. Daher wurde die Frage gestellt, ob es möglich ist, eine vererbbare Diversifizierung dieses kältetoleranten Phänotyps nach einer randomisierten epigenetischen Behandlung der DNA zu detektieren. Es wurde eine transgenerationale Untersuchung der Effekte von zwei epigenetischen Agenzien (und einem Lösemittel) auf die Kältetoleranz der Eier durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten ein Korrelationsmuster, das den durch die Agenzien veränderten Methylierungsgrad der DNA mit der Forsttoleranz verband, was die gestellte Hypothese unterstützte.
In Folge dieser drei Untersuchungen wurde festgestellt, dass Ae. albopictus ein hohes Potential hat, in weiteren Ländern – vor allem in gemäßigten Breiten – ein Gesundheitsrisiko darzustellen. Da die Art einerseits Fitnessvorteile durch falsche Bekämpfungsmaßnahmen und andererseits möglicherweise eine hohes epigenetisches Adaptationspotential besitzt, kann zusammenfassend empfohlen werden, dass der Fokus für weitere Forschung maßgeblich auf der Entwicklung von Impfstoffen für die übertragenen Viren und Pathogene liegen sollte. Dadurch kann die Bevölkerung geschützt werden, ohne Ökosysteme und ihre Dienstleistungen zu gefährden, und dies wäre zudem ökonomisch gesehen die effektivere Lösung.
Background: Rapidly increasing temperatures in the mountain region of Nepal and recent reports of dengue fever and lymphatic filariasis cases from mountainous areas of central Nepal prompted us to study the spatio-temporal distribution of the vectors of these two diseases along an altitudinal transect in central Nepal.
Methodology/Principal Findings: We conducted a longitudinal study in four distinct physiographical regions of central Nepal from September 2011 to February 2012. We used BG-Sentinel and CDC light traps to capture adult mosquitoes. We found the geographical distribution of the dengue virus vectors Aedes aegypti and Aedes albopictus along our study transect to extend up to 1,310 m altitude in the Middle Mountain region (Kathmandu). The distribution of the lymphatic filariasis vector Culex quinquefasciatus extended up to at least 2,100 m in the High Mountain region (Dhunche). Statistical analysis showed a significant effect of the physiographical region and month of collection on the abundance of A. aegypti and C. quinquefasciatus only. BG-Sentinel traps captured significantly higher numbers of A. aegypti than CDC light traps. The meteorological factors temperature, rainfall and relative humidity had significant effects on the mean number of A. aegypti per BG-Sentinel trap. Temperature and relative humidity were significant predictors of the number of C. quinquefasciatus per CDC light trap. Dengue fever and lymphatic filariasis cases had previously been reported from all vector positive areas except Dhunche which was free of known lymphatic filariasis cases.
Conclusions/Significance: We conclude that dengue virus vectors have already established stable populations up to the Middle Mountains of Nepal, supporting previous studies, and report for the first time the distribution of lymphatic filariasis vectors up to the High Mountain region of this country. The findings of our study should contribute to a better planning and scaling-up of mosquito-borne disease control programmes in the mountainous areas of Nepal.
Background: The Asian tiger mosquito Aedes albopictus is an extremely invasive, globally distributed and medically important vector of various human and veterinary pathogens. In Germany, where this species was recently introduced, its establishment may become modulated by interspecific competition from autochthonous mosquito species, especially Culex pipiens (s.l.). While competitive superiority of Ae. albopictus to Cx. pipiens (s.l.) has been described elsewhere, it has not been assessed in the epidemiological conditions of Germany. The present study aimed to determine if such superiority exists under the physicochemical and microclimatic conditions typical for container habitats in Germany.
Methods: In a replacement series experiment, the larval and pupal responses of Ae. albopictus and Cx. pipiens (s.l.) (mortality, development time, growth) to interspecific interaction (five larval ratios) at (sub-)optimal temperatures (15, 20 and 25 °C) and differing food supply (3 and 6 mg animal-based food larva-1) were investigated using a randomized split-plot design. In addition to physicochemical measurements of the test media, natural physicochemical conditions were determined for comparative analyses in mosquito breeding sites across the Rhine-Main metropolitan region of Germany.
Results: Under the physicochemical and microclimatic conditions similar to the breeding sites of the Rhine-Main region, competitive superiority of Cx. pipiens (s.l.) to Ae. albopictus in terms of larval survival was more frequently observed than balanced coexistence. Food regime and multifactorial interactions, but not temperature alone, were controlling factors for interspecific competition. Larval food regime and the larval ratio of Ae. albopictus influenced the physicochemistry and algal growth at 15 °C, with increased Ae. albopictus mortality linked to a decreasing number of Scenedesmus, Oocystis and Anabaena algae.
Conclusions: Under the present environmental conditions, the spread of Ae. albopictus from isolated foci in Germany may generally be slowed by biotic interactions with the ubiquitous Cx. pipiens (s.l.) (and potentially other container-breeding mosquito species) and by limnic microalgae in microhabitats with high resource levels. Detailed knowledge of the context dependency in temperate mosquito ecology, and interrelations of physicochemistry and phycology may help to achieve a better understanding of the upcoming Ae. albopictus colonization processes in central and northern Europe.
The Asian tiger mosquito, Aedes albopictus (Diptera: Culicidae, SKUSE), is an important threat to public health due to its rapid spread and its potential as a vector. The eggs of Ae. albopictus are the most cold resistant life stage and thus, the cold hardiness of eggs is used to predict the future occurrence of the species in distribution models. However, the mechanism of cold hardiness has yet to be revealed. To address this question, we analyzed the layers of diapausing and cold acclimatized eggs of a temperate population of Ae. albopictus in a full factorial test design using transmission electron microscopy. We reviewed the hypotheses that a thickened wax layer or chorion is the cause of cold hardiness but found no evidence. As a result of the induced diapause, the thickness of the dark endochorion as a layer of high electron density and thus an assumed location for waxes was decreasing. We therefore hypothesized a qualitative alteration of the wax layer due to compaction. Cold acclimation was causing an increase in the thickness of the middle serosa cuticle indicating a detachment of serosa membrane from the endochorion as a potential adaptation strategy to isolate inoculating ice formations in the inter-membranous space.