研究

疾病的侦探

学生研究人员与县卫生部门合作追踪蚊子

亚虎体育 graduate student Michelle Huang and junior Joseph Afuso pulled on their wading boots and sprayed a cloud of mosquito repellent onto their skin before gathering their supplies, 包括一些干冰, 黄把它倒进了一个圆形保温瓶.

蚊子被干冰释放出的二氧化碳所吸引, and the two were hoping they had attracted some mosquitoes at three different styles of traps they had set at St. 约瑟夫县的 Spicer湖.

两个人带着捕蚊工具走在林间小路上.
一个学生把盛有干冰的红色保温瓶倒进一个挂着的蓝色保温瓶.
Junior Joseph Afuso和研究生Michelle Huang带着他们的补给在斯派塞湖散步, 包括一些干冰, 黄把它倒进了一个圆形保温瓶.

印第安纳州54种不同种类的蚊子, 大约有8到10个——没有确切的数字——被认为是公共健康危害. 该大学的生物科学系开始与圣. 今年夏天约瑟夫县卫生部门将加强媒介监测工作. 不过卫生部门对整个县的捕蚊器进行了监测, lack of staff and the distance to Spicer湖 prevented technicians from surveilling that mosquito-rich location. The county needed a way to further monitor potential outbreaks of Eastern equine encephalitis (EEE) and 西尼罗河病毒, and 亚虎体育平台 wanted a new opportunity to engage undergraduate students in research specific to public health.

亚虎体育平台’s rich history in vector biology — the study of how certain organisms spread infections by picking up a pathogen from one host and infecting another with it — made the partnership a perfect fit.

该项目于6月开始培训顾问 詹妮弗Robichaud, associate teaching professor and director of undergraduate studies in the Department of Biological Sciences, 黄和阿福索. 到2021年8月底, 罗比查德邀请了三名高中生参加, 和其他亚虎体育的本科生加入了这个项目. 所有人都对公共卫生研究感到兴奋.

“有些项目更难管理, 比如去诊所处理病人的隐私问题,” 玛丽·安·麦克道尔他是生物学教授,也是 艾克全球卫生研究所. 麦克道尔, 谁曾担任研究和研究生学习的临时副院长,直到9月, 提出了这个项目的想法. “但有了蚊子,就有很多机会为气候变化等事情建模, 疾病和其他衍生品来收集和分析数据.”

两个迷离的女人,带着捕蚊用具走在一条小路上. 一个棕色的标志上写着“湿地之路”.
在夏天, the team usually trekked out to Spicer湖 three days a week to set up traps and collect mosquitoes.
一幅蓝色保温瓶悬挂在树枝上的插图,旁边有一个带灯的网格陷阱.
光陷阱: 充满干冰和光线的保温瓶产生的二氧化碳吸引蚊子进入这个陷阱. A fan, 悬挂在一个小金属圆顶下, swooshes them into a round trap hanging beneath the light.

在夏天, 黄和阿夫索通常每周有三天要去斯派塞湖, 在烈日下或雾雨中. 在星期二和星期三,他们设置陷阱, 在周三和周四,他们收集蚊子. 在七月的一个星期三, 他们以极快的速度走到第一个捕光灯的地方, 挂在树林里半英里外的树上. 黄把热水瓶装满了干冰. Afuso更换了森林地面上连接灯和风扇的便携式电池, 悬挂在一个小金属圆顶下. 灯下挂着一个圆形的捕鼠器,用网套住.

The principle of the contraption is simple: The combination of the light and the carbon dioxide woos the mosquitoes. 但我并没有得到一顿令人满意的血餐, 它们被风扇的力量嗖嗖地带入陷阱.

阿福索拉出了网,里面有蚊子、甲虫、飞蛾和其他昆虫. 他把它系好,准备返回位于乔丹厅225号的实验室, where the insects dry out for a bit before being frozen inside the lab’s standard white Frigidaire refrigerator. 团队将收集, 排序, 在10月中旬季节结束前,识别并清点所有蚊子, 但他们特别寻找的是可能携带病毒的雌性物种.

在捕光器顶部的被照亮的灯泡.
一个戴着太阳镜、穿着亚虎体育t恤的女人在检查蚊子的灯光陷阱.
詹妮弗Robichaud, associate teaching professor and director of undergraduate studies in the Department of Biological Sciences, 检查灭蚊灯.

人们对在当地寻找携带EEE的蚊子特别感兴趣, because it’s the disease that infected 14 马 in 印第安纳州 and killed an Elkhart County resident in 2019 — the first time the state had reported a death since 1964. 2020年,拉波特县又发生了一起人感染病例,该州还有四起马感染病例. 疾病的浪潮“突然出现”, 人们措手不及,布雷特·戴维斯说, 伦敦圣安德鲁斯大学环境卫生助理主任. 约瑟夫县卫生局.

“该县一度有一个非常大的虫害控制项目,”他说, describing how the 西尼罗河病毒 scare had beefed up programs around the country in the early 2000s, 之后,由于资金的减少,项目也被缩减了. When EEE hit the area, “I had some traps from years past and I started doing a lot of trapping again.”

当蚊子叮咬鸟类时,它们会感染EEE,这种病毒在斯派塞湖很常见. 人类, 马, 大羊驼和其他一些物种在被被感染的蚊子叮咬后也会被感染, 但这些哺乳动物不会传播这种疾病. 人类的症状开始是发烧、颈部僵硬、头痛和精力不足. 然后他们的大脑会出现炎症和肿胀. 大约30%感染EEE的人会死亡, 而那些幸存下来的人通常是永久性残疾. 目前还没有治疗人类这种疾病的方法.

一个戴着蓝色手套的蒙面学生拿着装有蚊子的透明小瓶.
Afuso在斯派塞湖用陷阱捕捉蚊子和其他小昆虫.

Davis’ work helped pave the way for funding to do aerial spraying to kill mosquitoes in at-risk areas in 2019, 该部门还指派了一名实习生协助2020年的病媒监测工作. EEE去年在印第安纳州周边的县和密歇根州的贝里安县被发现. “我们在一个甜甜圈的中心, which is not a good place to be; it proved that 2019 wasn’t an isolated year,”戴维斯说.

他很感激亚虎体育提供的帮助, in particular because EEE infections seem to come in three-year cycles and he wanted to increase surveillance efforts. 到目前为止,密歇根州巴里县的一只蚊子的EEE检测呈阳性. “这是一个双赢的局面, 因为虽然斯派塞湖不是地图上的沼泽, 这是一个相似的环境,也是一个收集以鸟类为食的蚊子的好地方,”戴维斯说. “这对我们帮助很大.”

遮蔽的树木高耸在前景中,一个阳光充足的沼泽地区在背景中.
西圣。斯派塞湖自然保护区的沼泽地区. 约瑟夫县.
一个黑盒子的插图,在森林的地面上,打开一面到一个红色的内部.
静止陷阱: 内饰为红色, resting traps are meant to mimic pitcher plants that mosquitoes use as resting places after they have fed.

黄和阿夫索在斯派塞湖使用的捕光器不止这些. 一组八个陷阱,称为静止陷阱,位于森林地面上. 内饰为红色, 每个盒子都是用来模仿猪笼草的,蚊子在喂食后把猪笼草用作休息的地方. 为了把蚊子从这些, 黄和阿福索首先将N-95口罩戴在脸上. 黄在盒子的正面盖上了一个亚克力正方形, 然后在侧面的一个洞里喷上三乙胺. The triethylamine spray stunned the mosquitoes enough that Afuso was able to use a small aspirator to suck them out of the box. 在这次任务中,该团队只捕获了5只蚊子,但可以收集多达100只.

一男一女在森林地面上收集水桶陷阱.
Afuso和Robichaud从妊娠陷阱中提取蚊子, 携带西尼罗河病毒的蚊子喜欢在那里产卵.
一个黑色容器的插图,上面有一个圆形网格陷阱.
妊娠陷阱: 这些陷阱是装满水和腐烂的苜蓿的塑料容器, 散发出粪肥的气味.

他们跳回货车,向森林边缘驶去, 在田野对面, 从第三套陷阱中提取蚊子. 这些妊娠陷阱是塑料容器,里面装满了水和腐烂的苜蓿, 散发出粪肥的气味. 但是携带西尼罗河病毒的蚊子喜欢在炖菜上产卵, 因此,收集它们对鉴定库蚊属数量具有重要意义, 它们最有可能携带西尼罗河病毒.

每次收集完成后, 学生们把战利品带回校园, 从约旦225开始鉴定. The laboratory room is decked out with microscopes and boxes containing records of mosquito surveys. 很多都是由 乔治·克雷格,亚虎体育的第一位昆虫学家和媒介生物学家 他在亚虎体育平台度过了38年的大部分时间,完成了对蚊子的种群研究, 直到他1995年去世. Students will be logging Craig’s data into a new digital database that can be used for mathematical modeling.

Robichaud, 该项目的指导教师, 确保蚊子和其他昆虫被储存在培养皿中. 学生们用镊子在这些蚊子中寻找所有的雌性蚊子, 把所有不同的属和种分开. 有些工作可以在没有显微镜的帮助下完成, 但是其他功必须在放大的情况下进行.

“不用显微镜就能很容易地分辨出雄性和雌性,”黄说, 描述雄性蚊子如何拥有看起来毛茸茸的脸,因为它们浓密的触角.

Robichaud向Oliver Munn描述了几种不同类型的蚊子, 他是亚当斯高中的一名高年级学生,已经加入了这个项目. 他把培养皿里的蚊子和其他虫子分开, 他形容这个过程“几乎令人放松”.”

“And I’m pretty excited to participate in science that will have a positive impact on the community,”穆恩说.

实验室的桌子上摆满了一盒盒马尼拉纸. 显微镜和捕蚊用具在另一张桌子上.
实验室里配备了显微镜和装有蚊子调查记录的盒子, 许多由乔治·克雷格完成.
乔治·克雷格的黑白照片配上一只蚊子的插图.
乔治·克雷格,亚虎体育的第一位昆虫学家和媒介生物学家, 在亚虎体育平台的38年里,他大部分时间都在完成蚊子种群研究.

所有的蚊子都被识别和计数, Robichaud说, 作为整个项目的一部分. 后计算, 雄性被抛弃是因为它们不咬人, 因此不能成为疾病的媒介. Robichaud has taught the students how to distinguish between the different species of mosquitoes under a microscope, 少数能携带疾病的蚊子被送到圣. 约瑟夫县卫生局.

他把这些蚊子和从该县其他地方收集的样本结合起来. Although he and 亚虎体育平台 researchers can identify the different types of disease-carrying mosquitoes, 他们无法分辨这些蚊子是感染了西尼罗河病毒还是EEE病毒. 找出, Davis ships the insects each Wednesday through priority mail (so they can arrive on Friday and won’t degrade in a hot mailbox over the weekend) to the 印第安纳州 Department of Health, where the insects can be examined using a laboratory technique called reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR). 这一过程通过放大RNA序列来识别病毒的存在, 在过去一年中,由于COVID-19大流行期间的检测,它变得更加为人所知.

对蚊子来说,这个过程并不美好. 布莱恩价格, 印第安纳州卫生部的高级医学昆虫学家, 他还管理着另外三名在北方工作的昆虫学家, 州的中部和南部. 从协助抽样的县卫生部门或城镇收到的样本, 以及IDOH地区昆虫学家收集的, 用2毫升的微离心管送到国家卫生部病毒学实验室, 装有无菌滚珠轴承. 实验室工作人员添加试剂, 使用旋涡混合器, 旋转样本,把蚊子碾成可怕的鸡尾酒.

在对样本进行检测后,普莱斯将结果报告给样本呈阳性的县.

一个学生通过显微镜观察一个装有许多蚊子的托盘, 用镊子整理它们.
一个托盘上许多蚊子的特写,正被镊子分类.
蚊子被储存在培养皿中, 学生们用镊子在这些蚊子中寻找所有的雌性蚊子, 把所有不同的属和种分开.

一个样本中可能有多达100只蚊子,也可能只有3或4只. 单凭一只蚊子完成这个过程是没有用的,也是不可能的, 说价格, 谁在印第安纳波利斯工作. 周转时间可以在4天到7天之间, 尽管在COVID-19大流行期间, 一些分析需要更长的时间.

“这是一场与蚊子的持久战,“说价格, 谁的母亲是圣玛丽学院的学生,谁的前任呢, 迈克尔Sinkso, 是乔治·克雷格实验室的学生吗. “在我小时候,人们关注的唯一一种蚊媒疾病是圣. 路易脑炎,在60年代,70年代和80年代最流行.”

“如果我们能用越来越多的监测数据不断改进我们的预测, 病媒控制部门可以做得更有针对性, 有效的取样和消减措施.” 詹娜Coalson

1999年,西尼罗河病毒像一列高速列车一样进入美国, 2002年在印第安纳州首次被发现. “Now we can graph the increase in West Nile each year to the point where you can somewhat predict when you might see human disease,“价格说. 西尼罗河热在人类身上的范围从没有症状到死亡, 有10%的病例会发展成更严重的神经侵入型.

当然, 价格说, because control and avoidance of mosquito bites is more accessible to most in this country than it is in other parts of the world that have even more mosquitoes and different types of potential diseases, he doesn’t recommend people avoid areas like Spicer湖 just because they may encounter a mosquito. 他建议人们穿合适的衣服,使用喷雾驱蚊剂以避免被蚊子叮咬.

“I have friends on 脸谱网 and Instagram who talk about how they were ‘eaten alive’ when they went out fishing, 而这并不一定会发生. 我想说, “你没有涂驱虫剂,“说价格, 谁作为州昆虫学家工作了14年. “People should take every step to avoid mosquito bites — make sure you dump water out of tires and other things, 确保你的排水沟是流动的,并在你自己的财产周围做什么.”

一些携带疾病的蚊子

一只身上和腿上有白色斑点的蚊子在树叶背景下吮吸皮肤.

疾病预防控制中心

白纹伊蚊

栖息地
被植被、树洞和猪笼草包围的小而隐蔽的水体. 也会在人造容器里繁殖,比如轮胎和鸟浴池. 主要分布于东部和中部地区,远至印第安纳州北部.

它可能携带的疾病
西尼罗河病毒, 东部马脑炎病毒, 狗犬恶丝虫, Zika病毒, 基孔肯雅热, 登革热, 可能还有圣路易斯脑炎病毒和拉克罗斯脑炎病毒

棕色蚊子的俯视图.

Jedesto

尖音库蚊

栖息地
Natural or artificial bodies of standing or stagnant water in the northern United States and southern Canada.

它可能携带的疾病
西尼罗河病毒和圣路易斯脑炎病毒

一只棕色的蚊子坐在皮肤上.

肖恩·麦肯

Coquillettidia perturbans

栖息地
淡水沼泽和湖泊边缘,有大量水生植被. 北美洲的,尤指美国东部的.

它可能携带的疾病
西尼罗河病毒和东部马脑炎病毒

他的建议并不意味着进一步的监控和建模不应该成为计划的一部分, 他和研究人员说. 詹娜Coalson, former assistant professor of the practice in the Department of Biological Sciences and the 艾克全球卫生研究所, 一直在为建模和空间分析提供建议吗. 研究ers will link the mosquito surveillance data with other sources of spatial data that are available for St. 约瑟夫县,可能包括来自美国的人口数据.S. 人口普查或当地特定的健康记录, 天气信息和来自显示土地覆盖的卫星图像的数据.

“We would be especially concerned if the mosquito abundance occurs in areas with high human population density or with vulnerable groups,”Coalson说. “如果我们能用越来越多的监测数据不断改进我们的预测, 病媒控制部门可以做得更有针对性, 有效的取样和消减措施.”

阿福索对研究的地理方面也很感兴趣. “我一直在考虑从事流行病学工作, so this project gave me great exposure to how public health programs work and what effects they have,”他说.

正在进行的研究, 在所有不同的形式,从蚊子数量计数到建模, 也许有一天会扩展到蜱虫, 戴维斯和麦克道尔说. 但是现在, 这个季节完成的工作, 是由科学学院和艾克研究所资助的吗, 应该帮助建立剩下的研究吗. 这将使该县离远离蚊媒疾病的安全又近了一步, and the eventual outcome will be improved safety for those living in northern 印第安纳州 and southwest lower Michigan.

“我们希望在下一个系列季继续发展这种关系, and hopefully play a larger role in vector surveillance activities to free up county health resources,”黄说.

戴维斯同意.

“前途无量,”他说.