text size

Critical factors affecting pathogen development in sand flies

Notice: I hereby declare that I am aware that the information acquired from theses published by Charles University may not be used for commercial purposes or may not be published for educational, scientific or other creative activities as activities of person other than the author.
Title:
Critical factors affecting pathogen development in sand flies
Title (in czech):
Kritické faktory ovlivňující vývoj patogenů ve flebotomech
Type:
Dissertation
Author:
Mgr. Magdaléna Jančářová
Supervisor:
prof. RNDr. Petr Volf, CSc.
Opponents:
Maxime Ratinier, Ph.D.
RNDr. Martin Bilej, DrSc.
Consultant:
doc. RNDr. Jan Votýpka, Ph.D.
Thesis Id:
144810
Faculty:
Faculty of Science (PřF)
Department:
Department of Parasitology (31-161)
Study programm:
Parasitology (P1522)
Study branch:
-
Degree granted:
Ph.D.
Defence date:
14/09/2018
Defence result:
Pass
Language:
English
Keywords (in czech):
Phlebotomus, bariéry, viry, leishmanie, gregariny
Keywords:
Phlebotomus, barriers, viruses, leishmania, gregarines
Abstract (in czech):
Abstrakt Tato práce se zabývá bariérami a kritickými faktory při vývoji virů, leishmanií a gregarin během vývoje ve flebotomovi. Nejdříve jsme se zaměřili na vývojový cyklus virů přenášených flebotomy, jelikož dodnes není jasné, jak tyto viry dokážou kolovat v přírodě. Pro studium této problematiky jsme si zvolili Massilia virus (MASV), který je blízce příbuzný Toscana viru, hlavnímu původci meningitidy v Mediteránu během letních měsíců. Zkoušeli jsme různé způsoby nákazy Massilia virem u různých vývojových stádií flebotoma druhu Phlebotomus pernicisous a to infekci: (i) prvního a čtvrtého larválního instaru z larvální potravy, (ii) samic krví a (iii) obou pohlaví cukrem. Infekce larev z potravy a následný transstadiální přenos MASV na dospělce byl neefektivní; celkem se z larev vyvinulo 875 dospělců a pouze tři z nich byli MASV pozitivní. Po nákaze samic z krve jsme sice na počátku získali vysoké procento infikovaných jedinců, nicméně po defekaci došlo k eliminaci infekce a počet infikovaných samic poklesl na 5 z 27. Jako nejúčinnější způsob infekce MASV jsme prokázali nákazu z cukru; 72 % samic (88 ze 122) a 51 % samců (58 ze 113) bylo MASV pozitivní. Navíc, takto infikovaní flebotomové kontaminovali virem cukr, který díky tomu sloužil jako zdroj nákazy pro naivní jedince během následujících 24 hodin; téměř 30 % flebotomů se nakazilo. Domníváme se, že cukr, na němž společně sají infikovaní a neinfikovaní jedinci, může být u flebovirů v přírodě důležitým zdrojem infekce. Flebotomové jsou významnými přenašeči leishmanií a peritrofická matrix flebotoma byla u některých druhů, zejména Sergentomyia schwetzi, považována za důležitou barieru pro vývoj leishmanií. Tuto teorii jsme potvrdili experimentálně přidáním chitinázy Beauveria bassiana do krve s leishmaniemi. Díky tomu došlo u S. schwetzi k vytvoření slabší PM, která se dříve rozpadla a Leishmania major a Leishmania donovani tak měly dostatek času uniknout do ektoperitrofického prostoru, vyvinout pozdní infekci s metacykly a kolonizovat stomodeální valvu. U kontrolní skupiny byly leishmanie eliminovány během defekace. U komárů bylo dříve prokázáno, že teplota během larválního vývoje i během dospělosti může ovlivnit vektorovou kompetenci. Proto jsme testovali vliv různých teplot (27 °C and 32 °C) během larválního vývoje Phlebotomus sergenti na následnou vnímavost dospělců vůči nákaze Leishmania tropica. Larvy se ve vyšší teplotě vyvíjely rychleji a produkovaly menší dospělce, ale procento infikovaných samic a intenzita infekce L. tropica se mezi experimentálními skupinami nelišily. Vyšší teplota ale překvapivě vedla k eliminaci gregarin; všichni flebotomové, kteří se vyvinuli z larev chovaných v 27 °C byli nakaženi a průměrný počet gamontů na jedince byl 29.5, zatímco z dospělců, kteří se vylíhli z larev držených ve vyšší teplotě, byli nakaženi pouze tři ze 120. V přírodě se mohou gregariny přirozeně vyskytovat ve flebotomech nakažených leishmaniemi. U komárů bylo prokázáno, že gregariny mohou ovlivňovat vývoj ostatních patogenů přítomných ve vektorovi. Proto jsme se rozhodli otestovat, zda může mít přítomnost gregariny Psychodiella sergenti vliv na vývoj L. tropica ve flebotomech P. sergenti. Nicméně jsme prokázali, že procento infikovaných samic i intenzita infekce byly stejné, bez ohledu na přítomnost či absenci gregarin.
Abstract:
Abstract This thesis deals with barriers and factors critical for development of viruses, leishmania and gregarines in sand flies. First, we focused on life cycle of sand fly-borne phleboviruses, especially possible routes of sand fly infection. As a laboratory model we chose Massilia virus (MASV), species closely related to Toscana virus, which is main causative agent of summer meningitis in Mediterranean area. We tested different ways of infection by MASV in various developmental stages of Phlebotomus perniciosus; infection of (i) first (L1) and fourth (L4) instar larvae through larval food, (ii) females by blood meal, (iii) both sexes by sugar meal. Infection of L1 and L4 by larval food and subsequent transstadial MASV transmission to adults were not efficient; from 875 adults only three were MASV-positive. Infection through bloodmeal led to high infection rate before defecation, nevertheless, post defecation the infection rate declined and only 5 out of 27 females were MASV-positive. The most efficient infection way was through the sugar meal: 72% of females (88 out of 122) and 51% of males (58 out of 113) were detected as MASV-positive. Moreover, both males and females infected by this way released MASV particles into the drop of sugar which stayed infectious for next 24 hours for other naïve sand flies; almost 30% P. perniciosus became infected after feeding on this sugar with regurgitated virus. We suppose that common feeding of infected and uninfected sand flies on the same sugar meal could be important part of Phlebovirus circulation in the nature. Sand flies are well-known vectors of leishmania and sand fly peritrophic matrix (PM) was proposed as important barrier for leishmania development in some sand fly species, especially Sergentomyia schwetzi. We experimentally confirmed this theory by addition of Beauveria bassiana chitinase into infectious bloodmeal of S. schwetzi. In chitinase-treated S. schwetzi the PM was disrupted earlier and Leishmania major and Leishmania donovani had enough time to escape into ectoperithrophic space and develop mature infection with metacyclic forms and colonization of the stomodeal valve. In control group, no leishmania were able to survive defecation of bloodmeal remnants and all infections were lost. As shown in mosquitoes, ambient temperature during both larval and adult life affects vector competence. We tested impact of different larval rearing temperature (27°C and 32°C) on susceptibility of Phlebotomus sergenti females to Leishmania tropica. Larvae kept at higher temperature developed faster and produced smaller females, nevertheless infection rate or intensity of infection L. tropica did not differ between groups maintained at different temperature. Interestingly, increase of temperature during larval development eliminated gregarines Psychodiella sergenti; all sand flies emerged from larvae and pupae maintained at 27°C were infected with gregarines, with the mean number of gamonts per individual 29.5. In contrast, only in three adults out of 120 developed from larvae and pupae kept at 32°C were found positive for gregarines. Finally, leishmania and gregarines may naturally co-occur in sand flies. In mosquitoes it was shown that the presence of gregarines affects development of other pathogens. Therefore, we decided to test whether the presence of gregarine Ps. sergenti in sand flies P. sergenti affects development of L. tropica. However, we did not find any significant differences in intensity of infection and infection rate of L. tropica between females infected and non-infected by gregarines.
Documents
Download Document Author Type File size
Download Text of the thesis Mgr. Magdaléna Jančářová 41.27 MB
Download Abstract in czech Mgr. Magdaléna Jančářová 138 kB
Download Abstract in english Mgr. Magdaléna Jančářová 136 kB
Download Autoreferat / doctoral thesis summary Mgr. Magdaléna Jančářová 481 kB
Download Opponent's review Maxime Ratinier, Ph.D. 584 kB
Download Opponent's review RNDr. Martin Bilej, DrSc. 80 kB
Download Defence's report 119 kB