Aedes albopictus as a potential vector of arboviruses in Catalonia

Abstract

El mosquit tigre, Ae. albopictus, es troba àmpliament establert en regions tropicals, subtropicals i templa des, on són un vector per l’arbovirus com chikungunya i dengue. Els brots que s’han produït dels dos virus a Europa durant l’última dècada, han posat de manifest el risc de transmissió d’arbovirus en zones on estan establerts els mosquits Ae. albopictus. Per determinar el risc que es produeixi un brot a Catalunya, investiguem la competència vectorial d’una població espanyola de mosquits Ae. albopictus per a tots dos virus en experiments de laboratori. En aquest estudi, es va avaluar la susceptibilitat del mosquit Ae. albopictus al virus chikungunya utilitzant diferents variables: dues dosis virals de diferents concentracions (alta i baixa), dues soques (S27 i ITA) simulant les condicions ambientals de les estacions d’estiu i tardor de Catalunya. Es van comparar els resultats obtinguts amb la informació existent sobre altres poblacions europees d’ Ae. albopictus (Capítol III). Es va avaluar la patogènesi del chikungunya en ratolins amb deficiència en el receptor d’interferó alfa/beta (IFN-α/β R-/-) Per estudiar la infecció del chikungunya, als ratolins se’ls va inocular subcutàniament amb tres dosis (baixa, mitja i alta ) de dues soques (S27, ITA) (Capítol IV). Per avaluar la transmissió del chikungunya, emprem un model de ratolí (IFN-α/β R-/-) i un assaig in vitro (Capítol V). Per determinar la persistència del virus chikungunya en la natura en les regions temperades, es va avaluar la susceptibilitat de les larves de mosquit al virus mitjançant una suspensió viral i de cadàvers de mosquits infectats. Així mateix, es va argumentar la contribució que tindria aquest mecanisme en la persistència del virus chikungunya durant una epidèmia (Capítol VI). Finalment, es va avaluar la competència vectorial dels mosquits Ae. albopictus enfront del virus del dengue utilitzant dues soques diferents (serotip 1 i 2). Es van analitzar les taxes d’infecció, disseminació i transmissió del virus i es van comparar aquests resultats amb els estudis existents de competència vectorial per al virus del dengue en poblacions europees de Ae. albopictus (Capítol VII). Els resultats d’aquest estudi van mostrar que les condicions ambientals van exercir una influència important en el temps de desenvolupament del mosquit, la supervivència de les larves i adults, així com la quantitat de virus chikungunya ingerit. Es trobaren majors taxes d’infecció i disseminació en l’estació de tardor respecte a la d’estiu, en consonància amb altres estudis sobre competència vectorial per al chikungunya. Trobem que Ae. albopictus va ser capaç de transmetre la soca emergent ITA (5%). Així mateix, es RESUM 21 va observar que els ratolins amb deficiència en el receptor d’interferó alfa/beta van ser altament susceptibles a la infecció pel virus chikungunya, el que es congruent amb els estudis existents. No obstant això, no es va poder demostrar la transmissió transestadial del anomenat virus. Es va trobar que la població analitzada d’ Ae. albopictus va ser susceptible a la infecció oral amb les dues soques del virus del dengue, encara que només va ser capaç de transmetre la soca de serotip 1 (4,6%). En resum, els resultats d’aquesta tesi demostren que la població d’ Ae. albopictus a Catalunya és competent per als dos virus chikungunya i dengue. Aquest estudi confirma el potencial que té com vector el mosquit Ae. albopictus per iniciar cicles de transmissió local dels virus del chikungunya i del dengue en la regió Mediterrània. Desitgem que les nostres aportacions puguin ajudar a tindre un coneixement més profund de la competència vectorial del mosquit Ae. albopictus a Espanya.

El mosquito tigre, Aedes albopictus, se encuentra ampliamente establecido en regiones tropicales, subtropicales y templadas, donde es un vector para arbovirus como chikungunya y dengue. Los brotes que se han producido de ambos virus en Europa durante la última década, han puesto de manifiesto el riego de transmisión de arbovirus en zonas donde estén establecidos los mosquitos Ae. albopictus. Para determinar el riesgo de que se produzca un brote en Cataluña, investigamos la competencia vectorial de una población española de mosquitos Ae. albopictus para ambos virus en experimentos de laboratorio. En este estudio, se evaluó la susceptibilidad del mosquito Ae. albopictus al virus chikungunya usando diferentes variables: dos dosis virales de diferente concentración (alta y baja), dos cepas (S27, ITA) simulando las condiciones ambientales de las estaciones de verano y otoño de Cataluña. Se compararon los resultados obtenidos con la información existente sobre otras poblaciones europeas de Ae. albopictus (Capítulo III). Se evaluó la patogénesis del chikungunya en ratones con deficiencia en el receptor de interferón alfa/beta (IFN-α/β R-/-). Para estudiar la infección del chikungunya, a los ratones se les inoculó subcutáneamente con tres dosis (baja, media y alta) de dos cepas (S27, ITA) (Capítulo IV). Para evaluar la transmisión del chikungunya, empleamos un modelo de ratón (IFN-α/β R-/-) y un ensayo in vitro (Capítulo V). Para determinar la persistencia del virus chikungunya en la naturaleza en regiones templadas, se evaluó la susceptibilidad de las larvas de mosquito al virus a través de una suspensión viral y de cadáveres de mosquitos infectados. Asimismo, se argumentó la contribución que tendría este mecanismo en la persistencia de dicho virus durante una epidemia (Capítulo VI). Finalmente, se evaluó la competencia vectorial del mosquito Ae. albopictus frente al virus del dengue usando dos cepas diferentes (serotipos 1 y 2). Se analizaron las tasas infección, diseminación y transmisión del virus y se compararon dichos resultados con los estudios existentes de competencia vectorial para el virus del dengue en poblaciones europeas de Ae. albopictus (Capítulo VII). Los resultados de este estudio mostraron que las condiciones ambientales ejercieron una influencia importante en el tiempo de desarrollo del mosquito, la supervivencia de las larvas y adultos, así como la cantidad de virus chikungunya ingerido. Se encontraron mayores tasas de infección y diseminación en la estación de otoño respecto a la de verano, en acuerdo con otros estudios sobre competencia vectorial para el chikungunya. Encontramos que Ae. albopictus fue capaz de RESUMEN 19 transmitir la cepa emergente ITA (5%). Asimismo, se observó que los ratones con deficiencia en el receptor de interferon alfa/beta fueron altamente susceptibles a la infección por el virus chikungunya, lo que es congruente con los estudios ya existentes. Sin embargo, no se pudo demostrar la transmisión transestadial de dicho virus Se encontró que la población analizada de Ae. albopictus fue susceptible a la infección oral con ambas cepas del virus del dengue, aunque sólo fue capaz de transmitir la cepa de serotipo 1 (4,6%). En resumen, los resultados de esta tesis demostraron que la población de Ae. albopictus en Cataluña es competente para ambos virus, chikungunya y dengue. Este estudio confirma el potencial que tiene como vector el mosquito Ae. albopictus para iniciar ciclos de transmisión local de los virus del chikungunya y del dengue en la región Mediterránea. Esperamos que nuestras aportaciones puedan ayudar a tener un conocimiento más profundo de la competencia vectorial del mosquito Ae. albopictus en España.

The Asian tiger mosquito, Aedes albopictus, is widely established in tropical, subtropical, and temperate areas, where is considered a vector for arboviruses like chikungunya and dengue. In the last ten years, autochthonous outbreaks of chikungunya and dengue in Europe have highlighted the risk of arbovirus transmission in areas where Ae. albopictus mosquitoes have become established. To estimate the risk of transmission and spread of arboviruses in Catalonia, we investigate whether local mosquitoes are competent to Chikungunya and Dengue viruses (CHIKV and DENV). In this study, we assessed the susceptibility of a Spanish strain of Ae. albopictus for two CHIKV strains (S27 and ITA) at two viral doses (high and low) in environmental conditions mimicking the summer and autumn seasons in Catalonia. These results were compared with previously published data from other European Ae. albopictus populations (Chapter III). The pathogenesis of CHIKV was also investigated in mice deficient in the alpha/beta interferon receptor (IFN- α/β R-/-). In order to study CHIKV infection, the mice were injected subcutaneously with three different doses (low, medium and high) of two CHIKV strains (S27 and ITA) (Chapter IV). To evaluate CHIKV transmission, we employed a mouse model (IFN-α/β R-/-), and an in vitro assay (Chapter V). To evaluate the survival of CHIKV in nature in temperate areas, we assessed the susceptibility of larvae mosquitoes to CHIKV through viral suspension and infected carcasses mosquitoes. The potential contribution of this mechanism to the persistence of CHIKV in an epidemic settle was discussed (Chapter VI). Finally, we assessed the vector competence of a Spanish Ae. albopictus strain for two different DENV strains (serotype 1 and 2). Infection, dissemination, and transmission rates were assessed and compared with previous vector competence studies for DENV in European Ae. albopictus populations (Chapter VII). The present study found that environmental conditions had a significant effect on development time, larval and adult survival, biting rate and quantity of CHIKV ingested. As shown in previous studies of vector competence for CHIKV, cooler temperatures in the larval and adult stage enhanced CHIKV infection rate relative to warmer temperatures. We found that Ae. albopictus was capable of transmitting the emergent ITA strain (5 %). We also observed that mice lacking in the alpha/beta interferon (IFN-α/β -/-) were highly susceptible to CHIKV infection, in congruence with previously published studies. By contrast, we could not demonstrate transstadial ABSTRACT 17 transmission (passage of a pathogen from one instar to the next) of CHIKV. We found that the strain of Ae. albopictus tested was susceptible to oral infection with both DENV strains, although was able only to transmit DENV-1 (4.6%). In conclusion, the results of this dissertation demonstrated that the Spanish strain of Ae. albopictus tested was competent for CHIKV and DENV. This study confirms the potential of Ae. albopictus to start local transmission cycles in the Mediterranean region. We expect the findings of this study can improve our general understanding of vector competence of Ae. albopictus in Spain.