The impact of Wolbachia infection on the rate of vertical transmission of dengue virus in Brazilian Aedes aegypti.

BACKGROUND: Wolbachia pipientis is a common endosymbiotic bacterium of arthropods that strongly inhibits dengue virus (DENV) infection and transmission in the primary vector, the mosquito Aedes aegypti. For that reason, Wolbachia-infected Ae. aegypti are currently being released into the field as part of a novel strategy to reduce DENV transmission. However, there is evidence that DENV can be transmitted vertically from mother to progeny, and this may help the virus persist in nature in the absence of regular human transmission. The effect of Wolbachia infection on this process had not previously been examined. RESULTS: We challenged Ae. aegypti with different Brazilian DENV isolates either by oral feeding or intrathoracic injection to ensure disseminated infection. We examined the effect of Wolbachia infection on the prevalence of DENV infection, and viral load in the ovaries. For orally infected mosquitoes, Wolbachia decreased the prevalence of infection by 71.29%, but there was no such effect when the virus was injected. Interestingly, regardless of the method of infection, Wolbachia infection strongly reduced DENV load in the ovaries. We then looked at the effect of Wolbachia on vertical transmission, where we observed only very low rates of vertical transmission. There was a trend towards lower rates in the presence of Wolbachia, with overall maximum likelihood estimate of infection rates of 5.04 per 1000 larvae for mosquitoes without Wolbachia, and 1.93 per 1000 larvae for Wolbachia-infected mosquitoes, after DENV injection. However, this effect was not statistically significant. CONCLUSIONS: Our data support the idea that vertical transmission of DENV is rare in nature, even in the absence of Wolbachia. Indeed, we observed that vertical transmission rates were low even when the midgut barrier was bypassed, which might help to explain why we only observed a trend towards lower vertical transmission rates in the presence of Wolbachia. Nevertheless, the low prevalence of disseminated DENV infection and lower DENV load in the ovaries supports the hypothesis that the presence of Wolbachia in Ae. aegypti would have an effect on the vertical transmission of DENV in the field.

Avaliação da influência da Wolbachia na infecção e transmissão vertical do vírus dengue em mosquitos Aedes aegypti / Evaluation of the influence of the Wolbachia infection and vertical transmission of dengue virus in Aedes aegypti mosquitoes

A dengue é um problema médico crescente em países subtropicais e tropicais. A dengue é uma infecção viral que apresentem quatro sorotipos distintos, DENV-1 a -4, sendo recentemente relatado o quinto sorotipo, DENV-5, na Malásia. Estes são transmitidos pela picada de mosquitos infectados do gênero Aedes, sendo o Aedes aegypti o principal vetor. Atualmente, a prevenção e controle da dengue dependem exclusivamente de medidas de combate ao vetor, e estas apresentam-se ineficientes, principalmente em países em desenvolvimento. Nesse contexto, há a necessidade da busca de novas estratégias que possam ser utilizadas concomitantemente com as formas de controle já existentes. A Wolbachia é uma bactéria intracelular, amplamente conhecida por promover o fenótipo de bloqueio do vírus dengue em mosquitos A. aegypti. Apesar disto, não se conhece se a Wolbachia é capaz de interferir na infecção da progênie de mosquitos infectados com o vírus dengue, fenômeno conhecido como transmissão vertical. A transmissão vertical pode estar associada com a manutenção do vírus em períodos inter-epidêmicos ou em locais nos quais a transmissão ativa está diminuída.

Assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar se a Wolbachia introduzida na linhagem brasileira de A. aegypti influencia a transmissão vertical da dengue. Duas metodologias de infecção foram utilizadas: infecção oral e nanoinjeção intratorácica, onde utilizou-se o DENV-4 e DENV-1,-3 e -4, respectivamente. Para estes experimentos, foram comparados mosquitos com Wolbachia (Mel) e uma linhagem de mosquitos tratada com antibiótico e portanto, livre da bactéria (Tet). Os ovos dos mosquitos infectados foram coletados em um período de 20 e 11 dias após a infecção, oral e injeções, respectivamente. A fecundidade e fertilidade, de forma geral, foram diminuídas na co-infecção da Wolbachia com o vírus dengue. Em todos os mosquitos infectados, não se observou diferenças na suscetibilidade ao vírus, porém a carga viral foi diminuída pela Wolbachia no DENV-4, em ambas as formas de infecção.

Foi possível a detecção de pools positivos independente da forma de infecção, demonstrando que a transmissão vertical do vírus dengue ocorreu, porém a proporção de pools positivos entre os grupos Mel e Tet não foi alterada. Entretanto, pudemos observar uma diminuição da carga viral nos pools positivos Mel. Os ovários na infecção oral, interessantemente, tiveram uma forte diminuição da suscetibilidade conferida pela Wolbachia. A carga viral dos ovários foi diminuída em DENV-1 e DENV-4, em ambas as formas de infecção. Os dados obtidos nestes experimentos apontam que a transmissão vertical do vírus dengue ocorreu em pequenas taxas. Independente da forma de infecção utilizada, as taxas não variaram, mostrando que os mecanismos que regulam a ocorrência da transmissão vertical precisam ser explorados. Concluímos que, a Wolbachia pode potencialmente ser responsável pela redução da transmissão vertical em campo. Isto é considerado um grande avanço no controle da dengue, se realmente for comprovada que a transmissão vertical é a responsável pela manutenção do vírus em períodos inter-epidêmicos.

Avaliação da influência da Wolbachia na infecção e transmissão vertical do vírus dengue em mosquitos Aedes aegypti

A dengue é um problema médico crescente em países subtropicais e tropicais. A dengue é uma infecção viral que apresentem quatro sorotipos distintos, DENV-1 a -4, sendo recentemente relatado o quinto sorotipo, DENV-5, na Malásia. Estes são transmitidos pela picada de mosquitos infectados do gênero Aedes, sendo o Aedes aegypti o principal vetor. Atualmente, a prevenção e controle da dengue dependem exclusivamente de medidas de combate ao vetor, e estas apresentam-se ineficientes, principalmente em países em desenvolvimento. Nesse contexto, há a necessidade da busca de novas estratégias que possam ser utilizadas concomitantemente com as formas de controle já existentes. A Wolbachia é uma bactéria intracelular, amplamente conhecida por promover o fenótipo de bloqueio do vírus dengue em mosquitos A. aegypti. Apesar disto, não se conhece se a Wolbachia é capaz de interferir na infecção da progênie de mosquitos infectados com o vírus dengue, fenômeno conhecido como transmissão vertical. A transmissão vertical pode estar associada com a manutenção do vírus em períodos inter-epidêmicos ou em locais nos quais a transmissão ativa está diminuída.

Assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar se a Wolbachia introduzida na linhagem brasileira de A. aegypti influencia a transmissão vertical da dengue. Duas metodologias de infecção foram utilizadas: infecção oral e nanoinjeção intratorácica, onde utilizou-se o DENV-4 e DENV-1,-3 e -4, respectivamente. Para estes experimentos, foram comparados mosquitos com Wolbachia (Mel) e uma linhagem de mosquitos tratada com antibiótico e portanto, livre da bactéria (Tet). Os ovos dos mosquitos infectados foram coletados em um período de 20 e 11 dias após a infecção, oral e injeções, respectivamente. A fecundidade e fertilidade, de forma geral, foram diminuídas na co-infecção da Wolbachia com o vírus dengue. Em todos os mosquitos infectados, não se observou diferenças na suscetibilidade ao vírus, porém a carga viral foi diminuída pela Wolbachia no DENV-4, em ambas as formas de infecção.

Foi possível a detecção de pools positivos independente da forma de infecção, demonstrando que a transmissão vertical do vírus dengue ocorreu, porém a proporção de pools positivos entre os grupos Mel e Tet não foi alterada. Entretanto, pudemos observar uma diminuição da carga viral nos pools positivos Mel. Os ovários na infecção oral, interessantemente, tiveram uma forte diminuição da suscetibilidade conferida pela Wolbachia. A carga viral dos ovários foi diminuída em DENV-1 e DENV-4, em ambas as formas de infecção. Os dados obtidos nestes experimentos apontam que a transmissão vertical do vírus dengue ocorreu em pequenas taxas. Independente da forma de infecção utilizada, as taxas não variaram, mostrando que os mecanismos que regulam a ocorrência da transmissão vertical precisam ser explorados. Concluímos que, a Wolbachia pode potencialmente ser responsável pela redução da transmissão vertical em campo. Isto é considerado um grande avanço no controle da dengue, se realmente for comprovada que a transmissão vertical é a responsável pela manutenção do vírus em períodos inter-epidêmicos.

The modulation of the symbiont/host interaction between Wolbachia pipientis and Aedes fluviatilis embryos by glycogen metabolism.

Wolbachia pipientis, a maternally transmitted bacterium that colonizes arthropods, may affect the general aspects of insect physiology, particularly reproduction. Wolbachia is a natural endosymbiont of Aedes fluviatilis, whose effects in embryogenesis and reproduction have not been addressed so far. In this context, we investigated the correlation between glucose metabolism and morphological alterations during A. fluviatilis embryo development in Wolbachia-positive (W+) and Wolbachia-negative (W-) mosquito strains. While both strains do not display significant morphological and larval hatching differences, larger differences were observed in hexokinase activity and glycogen contents during early and mid-stages of embryogenesis, respectively. To investigate if glycogen would be required for parasite-host interaction, we reduced Glycogen Synthase Kinase-3 (GSK-3) levels in adult females and their eggs by RNAi. GSK-3 knock-down leads to embryonic lethality, lower levels of glycogen and total protein and Wolbachia reduction. Therefore, our results suggest that the relationship between A. fluviatilis and Wolbachia may be modulated by glycogen metabolism.

wFlu: characterization and evaluation of a native Wolbachia from the mosquito Aedes fluviatilis as a potential vector control agent.

There is currently considerable interest and practical progress in using the endosymbiotic bacteria Wolbachia as a vector control agent for human vector-borne diseases. Such vector control strategies may require the introduction of multiple, different Wolbachia strains into target vector populations, necessitating the identification and characterization of appropriate endosymbiont variants. Here, we report preliminary characterization of wFlu, a native Wolbachia from the neotropical mosquito Aedes fluviatilis, and evaluate its potential as a vector control agent by confirming its ability to cause cytoplasmic incompatibility, and measuring its effect on three parameters determining host fitness (survival, fecundity and fertility), as well as vector competence (susceptibility) for pathogen infection. Using an aposymbiotic strain of Ae. fluviatilis cured of its native Wolbachia by antibiotic treatment, we show that in its natural host wFlu causes incomplete, but high levels of, unidirectional cytoplasmic incompatibility, has high rates of maternal transmission, and no detectable fitness costs, indicating a high capacity to rapidly spread through host populations. However, wFlu does not inhibit, and even enhances, oocyst infection with the avian malaria parasite Plasmodium gallinaceum. The stage- and sex-specific density of wFlu was relatively low, and with limited tissue distribution, consistent with the lack of virulence and pathogen interference/symbiont-mediated protection observed. Unexpectedly, the density of wFlu was also shown to be specifically-reduced in the ovaries after bloodfeeding Ae. fluviatilis. Overall, our observations indicate that the Wolbachia strain wFlu has the potential to be used as a vector control agent, and suggests that appreciable mutualistic coevolution has occurred between this endosymbiont and its natural host. Future work will be needed to determine whether wFlu has virulent host effects and/or exhibits pathogen interference when artificially-transfected to the novel mosquito hosts that are the vectors of human pathogens.