Cuando el virus del Nilo Occidental (VNO) se aisló inicialmente en dos pacientes en Queens, NUEVA YORK., hospital en el verano de 1999, Habría sido difícil anticipar qué tan rápido una especie común de mosquito doméstico, Culex pipiens, ayudaría a comenzar a propagar el virus por todo el hemisferio occidental.

Mordisco a mordisco, Costa a costa, Las poblaciones de mosquitos transmitirían el virus, descubierto originalmente en la provincia del Nilo Occidental de Uganda hace más de 75 años, a poblaciones humanas en 44 estados de EE. UU. en solo tres años.

Con más de 2, 500 especies diferentes de mosquitos conocidas hoy en la Tierra, Aún quedan muchos desafíos para los entomólogos y expertos en control de enfermedades que buscan monitorear la evolución de las poblaciones de mosquitos y las enfermedades infecciosas transmitidas por mosquitos, que afectan a casi 700 millones de personas en todo el mundo y ocasionan más de 1 millón de muertes humanas cada año.

Los físicos ahora están explorando la tecnología basada en láser que se usa tradicionalmente para estudiar las condiciones en la atmósfera, como la detección y el rango de luz (LIDAR), para iluminar las características más sutiles de la actividad de los mosquitos y rastrear mejor las poblaciones que pueden portar una amenaza viral.

Una investigación dirigida por Benjamin Thomas, profesor asistente de física en NJIT, ha adoptado el uso de LIDAR, una tecnología de teledetección óptica infrarroja capaz de capturar la velocidad a la que los mosquitos baten sus alas en vuelo, conocido como frecuencia de batido de ala (WBF).

Al comprender las variaciones de WBF en los mosquitos, El laboratorio de Thomas está aprendiendo dos características clave que pueden ayudar a distinguir qué mosquitos pueden ser vectores de enfermedades infecciosas:de los que no lo son:especie y género.

"Los mosquitos siguen siendo, con mucho, el animal más mortífero de la Tierra, "dijo Thomas." Desafortunadamente, Nuestros métodos actuales para rastrear y recopilar datos sobre ellos suelen costar mucho en términos de tiempo y recursos. por lo que nos han faltado muchos datos entomológicos sobre muchas especies y sus poblaciones femeninas, que son típicamente transmisores de enfermedades ".

Las estrategias actuales, como las trampas físicas a base de feromonas, se han utilizado para estudiar con precisión las poblaciones de mosquitos a pequeña escala. Sin embargo, Thomas dice que el trabajo de su equipo podría ayudar a llenar el vacío de datos entomológicos a gran escala, Brindar a los investigadores una mejor manera de estudiar la evolución más amplia de las poblaciones de insectos y sus ecosistemas. así como rastrear la propagación de enfermedades transmitidas por mosquitos ".

"En casos como el brote de Zika, principalmente estábamos siguiendo su propagación siguiendo informes de enfermedad, Dejándonos siempre un paso atrás de los mosquitos que transmiten el virus, ", dijo Thomas." Hemos estado desarrollando un nuevo instrumento óptico capaz de escanear el medio ambiente y medir cientos de insectos por hora en tiempo real. Esto podría brindarnos un mejor método para recopilar datos entomológicos a gran escala y, al mismo tiempo, ayudarnos a rastrear especies específicas que sabemos que son peligrosas en respuesta a un brote ".

Grabando el ritmo de los mosquitos

Aunque los mosquitos machos y hembras presentan una anatomía similar a la boca, sólo las hembras poseen mandíbulas capaces de perforar la piel de los mamíferos para chupar sangre, una adaptación que sirve para proporcionar los nutrientes necesarios para la reproducción. Debido a que los mosquitos hembras extraen exclusivamente sangre de humanos de esta manera, identificarlos entre poblaciones más grandes es un paso importante para rastrear posibles transmisores de enfermedades.

El enfoque basado en láser de Thomas puede identificar con precisión los WBF de mosquitos hembras, que típicamente promedian alrededor de 500 latidos de ala por segundo, de los WBF de sus homólogos masculinos, que normalmente son 600 latidos de ala por segundo en promedio.

"En nuestro laboratorio, los mosquitos se colocan en un recinto de tubo y transitarán a través de la trayectoria del láser de nuestro instrumento, y según el movimiento de sus alas, producirán una firma de luz específica que se refleja hacia el instrumento, "Explicó Thomas." Esa retrodispersión de luz contiene la información que necesitamos para identificar cualquier cosa que cruce el rayo ... ya sea una abeja, una mosca doméstica, un mosquito macho o un mosquito hembra. Junto a nuestro láser, tenemos un telescopio que recoge toda esta luz y podemos analizar esos datos en tiempo real ".

En experimentos controlados en el laboratorio, El equipo de Thomas probó la capacidad de su sistema para distinguir con precisión entre mosquitos machos y hembras de cuatro especies diferentes que se han identificado previamente como vectores de enfermedades: Aedes albopictus , Aedes Vexans , Aedes aegypti y otra especie del Culex género.

En las pruebas el instrumento demostró ser capaz de identificar el género del mosquito con una precisión del 96,5 por ciento. Sin embargo, una perspectiva más complicada para el laboratorio de Thomas ha sido la identificación de especies de insectos; en la actualidad, el laboratorio puede identificar especies de mosquitos con un 75 por ciento de precisión. En un estudio reciente, publicado en Actas de la conferencia de SPIE , El equipo de Thomas comenzó a explorar nuevos parámetros ópticos para caracterizar mejor la forma y el color de los insectos, lo que podría mejorar la identificación general de especies.

"Nuestro sistema láser ahora incorpora dos longitudes de onda infrarrojas diferentes dentro de la misma ruta óptica, así que dependiendo de si una especie es marrón, negro o rayado, Afectará la fuerza de la señal que regresa de uno de los dos canales de manera diferente, ", dijo Thomas." También hemos comenzado a medir cómo se polariza la luz para comprender mejor la superficie y la forma de los insectos. Por ejemplo, simplemente midiendo la polarización de la luz que regresa a nosotros, ahora podemos saber si los mosquitos llevan huevos o no ".

El laboratorio de Thomas está ahora en el proceso de optimizar su enfoque para el uso de campo, trabajando no solo para mejorar aún más la precisión de la identificación de especies, sino también para mejorar el alcance del telescopio de su sistema. El equipo está ampliando el rango de su telescopio para recolectar luz desde su rango actual de 100 metros a unos pocos cientos de metros para recopilar datos de entornos al aire libre donde habitan poblaciones de mosquitos más grandes. Con pruebas de seguridad y mejoras en el diseño en curso, Thomas dice que las pruebas de campo podrían comenzar en 2019.

"Una vez que nuestro instrumento se implementa en el campo, Idealmente, podríamos recopilar datos a través de una conexión a Internet en el transcurso de unos días, ", dijo Thomas." Esto podría proporcionarnos una gran cantidad de información sobre los mosquitos y otros insectos en el medio ambiente. A largo plazo, los estudios futuros podrían incluso decirnos cómo está evolucionando la distribución espacial de una población dada como resultado del cambio climático ".