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Koella, Jacob
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Koella, Jacob
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Professeur.e ordinaire
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jacob.koella@unine.ch
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- PublicationAccès libreAdaptation of mosquitoes to climate change and its impact on the transmission of a vector-borne pathogen(2023)
; Avec l'augmentation des températures moyennes mondiales, les maladies à transmission vectorielle telles que le paludisme, la dengue ou le Zika sont susceptibles de connaître des changements de prévalence, d'intensité et de répartition géographique. Cela est largement dû à la dépendance à la température à la fois des moustiques et des parasites. Étant donné que les moustiques sont des ectothermes, la plupart de leur développement et de leur physiologie sont fortement influencés par la température. De plus, en raison de la biocinétique des enzymes, la performance thermique des insectes est généralement non linéaire et décalée vers la gauche autour d'un optimum. Par conséquent, de très petites variations vers des températures plus chaudes peuvent avoir des effets dramatiques. Jusqu'à présent, la plupart des études décrivant la relation entre les moustiques, la transmission par les moustiques et la température ont examiné les différences phénotypiques dans les traits de l'histoire de vie et la transmission basée sur des expériences à court terme. Cependant, le changement climatique est un processus à long terme qui laisse aux moustiques le temps de s'adapter aux nouvelles conditions environnementales. Dans cette thèse, nous avons cherché à étudier le potentiel d'adaptabilité du moustique tigre africain, Aedes aegypti, aux températures changeantes. Dans les deux premiers chapitres de cette thèse, nous évaluons et discutons de l'influence de l'acclimatation thermique sur différentes branches du système immunitaire du moustique. Dans les trois chapitres suivants, nous utilisons une approche évolutive pour étudier l'impact de l'adaptation thermique sur plusieurs aspects de la capacité vectorielle du moustique. En élevant des moustiques pendant plusieurs générations à quatre températures différentes - 24°C, 26°C, 28°C et 30°C -, nous avons créé 12 lignées adaptées à ces températures. Dans le chapitre 3, nous évaluons l'impact de l'adaptation thermique en mesurant la réponse thermique de nos lignées en ce qui concerne leur développement larvaire, leur taille corporelle adulte et leur longévité. Dans le chapitre 4, nous évaluons leur réponse antibactérienne et leur compétence pour la dengue à différentes températures. Et dans le chapitre 5, nous mesurons la préférence thermique des lignées adaptées au froid et au chaud. Les résultats de ces expériences et leurs implications pour l'épidémiologie des maladies vectorielles dans un climat changeant sont discutés tout au long de la thèse. Dans l'ensemble, ce travail offre une compréhension plus large de l'impact du réchauffement climatique sur la biologie thermique des moustiques et souligne la nécessité de prendre en compte les changements évolutifs pour effectuer des prédictions fiables. ABSTRACT With rising global mean temperatures, mosquito-borne disease such as malaria, dengue or Zika are prone to experience shifts in prevalence, intensity, and geographical range. This is largely due to the temperature dependence of both the mosquitoes and the parasites. Since mosquitoes are ectotherm, most of their development and physiology are strongly affected by temperature. And because of the biokinetics of enzymes, the thermal performance of insects is typically non-linear and left-skewed around an optimum. Consequently, very small shifts towards warmer temperatures can have dramatic effects. So far, most studies that described the relationship between mosquitoes, mosquito-borne transmission and temperature have been looking at phenotypic differences in life-history traits and transmission based and short-term experiment. But climate change is a long-term process that gives mosquitoes time to evolve to new environmental conditions. In this thesis, we’ve sought to investigate the potential of adaptability of the African tiger mosquito, Aedes aegypti, to changing temperatures and its underpinnings. In the first two chapters of this thesis, we evaluate and discuss how thermal acclimation influences different branches of the mosquito’s immune system. In the following three chapters, we use an evolutionary approach to investigate the impact of thermal adaptation on several aspects of mosquito’s vectorial capacity. By rearing mosquitoes over several generations at four different temperatures- 24°C, 26°C, 28°C and 30°C-, we’ve created 12 temperature-adapted lines. In chapter 3, we assess the impact of evolutionary thermal adaptation by measuring the thermal response of our lines regarding their larval development and adult body size and longevity. In chapter 4, we evaluate their anti-bacterial response and competence for dengue at different temperatures. And in chapter 5, we measure the thermal preference of cold and warm-adapted lines. The results of these experiments and their implication for the epidemiology of vector-borne diseases in a changing climate are discussed throughout the thesis. Overall, this work provides a broader understanding of the impact of climate warming on the thermal biology of mosquitoes and highlights the need to consider evolutionary changes to make reliable predictions. - PublicationAccès libreEcological immunity of "Anopheles gambiae" mosquitoes(2016)
Tout d'abord, nous avons étudié la variabilité de la résistance du moustique face aux parasites du paludisme, certains devenant infectés malgré la présence d'un système immunitaire fonctionnel. Nous nous sommes concentrés sur deux réponses immunitaires majeures: l'encapsulation des parasites avec de la mélanine et la production de peptides antimicrobiens qui vont tuer les parasites. La mélanisation et la réponse antimicrobienne sont coûteuses pour le moustique avec pour conséquence la réduction de la durée de vie. Nous avons également observé des corrélations génétiques négatives entre les coûts des deux réponses immunitaires et entre le coût et l'efficacité de la mélanisation. En outre, la mélanisation est une réponse qui peut être rapidement surchargée par l'augmentation de la stimulation immunitaire. L'immunité du moustique est donc conditionnée à des coûts, des limites physiologiques et un ensemble complexe de corrélations entre réponses immunitaires et coûts, qui vont déterminer son évolution et pourrait limiter la résistance au paludisme.
Les facteurs environnementaux peuvent eux aussi influer sur la capacité vectorielle d'A.gambiae, et ce directement, en modifiant les traits d'histoires de vie des adultes, tels que la longévité ou la fécondité. Ces facteurs ont aussi un effet indirect par leur influence sur développement larvaire avec des conséquences pour l'adulte. L'interaction entre le régime alimentaire des larves et la température peut modifier la probabilité qu'un moustique infecté par le parasite du paludisme survive jusqu'à avoir des sporozoites (le stade infectieux du parasite pour l'homme) dans ses glandes salivaires. La malnutrition conduit à la diminution de la survie du parasite et du moustique. La température quant à elle, a seulement un effet sur la survie du parasite et ce selon le régime alimentaire des larves. Les basses températures favorisent la transmission du parasite mais ce seulement avec un régime alimentaire standard. La relation entre la taille du moustique et sa longévité dépend elle aussi de l'environnement des larves. La relation est inexistante à 25°C, négative quand les facteurs environnementaux ont des effets opposés sur la taille de l'adulte, et positive quand ils ont des effets synergiques sur la taille. L'écologie des larves influence la compétence vectorielle de l'adulte et sa fitness et donc par conséquent la transmission du paludisme.
L'étude de l'éco-immunologie du moustique nous amène à développer une vision plus complexe de l'évolution de l'immunité. De plus, les facteurs environnementaux vont aussi influencer la résistance du moustique face au paludisme et la transmission de cette maladie à l'homme. Ces résultats confirment la nécessité de continuer à améliorer notre compréhension des interactions entre le vecteur et le parasite pour développer des programmes de lutte vectorielle plus performants., Malaria is a vector borne disease caused by protozoan parasites and transmitted to humans by mosquitoes. It is one of the most deadly infectious diseases in the world, with more than one million deaths each year. Malaria is even more worrying in the context of climate change, as global warming is predicted to increase the transmission to humans and to influence vector-parasite interactions. To answer these concerns, a better understanding of the ecological immunity of mosquitoes is needed, as it takes into account the intrinsic and environmental factors that may affect the mosquito vector competence. This evolutionary ecology approach relies on the correlations between the immune responses and other life history traits key to the fitness of the mosquito - eg. longevity, reproductive success, size. To improve our knowledge of the ecological immunity of mosquitoes, we decided to study the variability in immune responses and the influence of environmental factors on malaria transmission by Anopheles gambiae mosquitoes in the laboratory.
We first investigated the variability in the resistance to malaria parasites, as some mosquitoes become infectious and transmit the parasite, despite an efficient immune system. We focused on two major immune effectors the encapsulation of parasites with melanin and their lysis by antimicrobial peptides. Both the melanisation response and the antimicrobial response were physiologically costly in A. gambiae, with a reduction of the lifespan after an immune challenge. Besides, we found also negative genetic correlations between the costs of the two immune responses and between the cost and the efficacy of the melanisation response. In addition, the melanisation response could be overloaded by an increasing immune challenge, with an unequal repartition of the melanisation effort. Mosquito immunity is made of costs, physiological limits and complex interactions between benefits and costs that will determine the evolution of immunity and the resistance to malaria parasites.
Environmental factors also may influence the vector competence of mosquitoes, as there is a direct effect on adult traits - eg. longevity, reproductive success. There is also an indirect effect because of the influence on the larval development with consequences on adult traits. The interaction between the larval diet and the temperature may influence the probability that mosquitoes infected with the malaria parasite survived up to harbour sporozoites (the infectious stage of the parasite) in their salivary glands. Undernourishment leads to a lower parasite and mosquito survival. Temperature on the other hand, had just an effect on parasite survival in interaction with the larval diet, as a low temperature was in favour of malaria transmission with a standard diet. The association between mosquito size and longevity was also dependent on environmental factors during larval development. The relationship was null at 25°c, it was negative when the environmental factors had opposed effects on size, and positive when they had synergic effects. The larval ecology influences the vector competence and as a consequence malaria transmission.
The ecological immunity of mosquitoes may lead to a more complex vision of the evolution of immunity. Besides, environmental factors will also influence the resistance of mosquitoes to malaria parasites and malaria transmission. These results confirm the importance of improving further our understanding of host-parasite interactions for efficient vector control programs.