Guerin, Patrick

2018, Frei, Jérôme, Guerin, Patrick

La vie adulte des moustiques est marquée par la répétition de séquences comportementales incluant: la recherche d’un partenaire sexuel, la recherche de ressources (repas sanguin sur un hôte ou sucre d’origine végétale) et la recherche d’un site de ponte ; ces séquences comportementales étant intercalées de périodes plus ou moins longues de repos. L’entreprise de l’un ou l’autre de ces comportements typiques est influencée par des facteurs aussi bien internes (comme par exemple le bagage génétique ou l’état physiologique) qu’externes (comme les conditions environnementales ou les signaux émis par l’hôte). Dans ce contexte, le principal vecteur de la malaria, Anopheles gambiae Giles (An. gambiae), se distingue d’autres moustiques en plusieurs points : il commence sa vie adulte avec peu de réserves métaboliques, il concentre ses repas sanguins et doit souvent même les multiplier, afin de pouvoir pondre. Ce moustique est endophage, endophile et démontre un comportement anthropophile (préférence à piquer des êtres humains à par rapport à d’autres vertébrés) dicté principalement par la signature olfactive de l’homme. Dans cette thèse, je me suis donc intéressé à la physiologie respiratoire et à l’identification de signaux chimiques potentiels typiques à l’homme qui régulent la vie adulte de ce moustique.
Comprendre comment ce moustique échange les gaz respiratoires avec son environnement ou quel schéma respiratoire (SR) il utilise est fondamental, car on en sait très peu sur la physiologie respiratoire des insectes de petite taille. En tant que petit ectotherme et sachant que ce moustique est particulièrement dépendant de l’hématophagie pour répondre à ses besoins métaboliques de base, une meilleure compréhension des variations de son SR en fonction de sa taille et de la température est également importante. Pour ce faire, un système de respirométrie à flux continu a été poussé vers ses limites en termes de précision et de résolution temporelle, afin de résoudre le SR utilisé par An. gambiae. Au repos, le SR de An. gambiae est caractérisé par la répétition cyclique d’événements excrétoires de CO₂ marqués, suivis de périodes d’émission plus basses. Les composantes sous-jacentes constituant le SR ont pu être identifiées et quantifiées. Ces dernières incluent : le taux métabolique au repos représente par le taux de production standard de CO₂ au repos (sV̇CO₂), la durée (P_int) et le taux d’émission de CO₂ (iV̇CO₂) entre les événements excrétoires de CO₂ marqués, ainsi que la fréquence (F), le volume (V_b), l’amplitude (A) et la durée (P_b) de ces derniers. Sur l’intervalle de taille et de température expérimentés, sV̇CO₂ varie d’un facteur de 10 (20 à 32°C, 0.9 à 2.3 mg, 0.6 à 6 μl CO₂/heure). Une analyse par régressions multiples démontre une relation positive et isométrique de sV̇CO₂ avec la taille et un Q₁₀ apparent de 2.13 (pour une augmentation de 10°C, sV̇CO₂ est plus que doublé). Sachant qu’un taux métabolique plus élevé imposé par l’environnement pourrait provoquer une recherche de ressources nutritionnelles accrue, voire un contact plus fréquent avec l’hôte, cette relation est un fondement important pour toute tentative de modélisation bottom-up des maladies transmises par les moustiques. La comparaison entre deux groupes d’âges distincts démontre un sV̇CO₂ plus bas et mieux maîtrisé chez les An. gambiae plus âgés (6 jours), suggérant ainsi un âge optimal pour le contrôle du métabolisme. Les individus présentant un sV̇CO₂ particulièrement bas, en plus de respirer de manière cyclique, respirent aussi de manière discontinue (échanges de gaz proche de 0 durant la période de basse émission). En activité, An. gambiae utilise un SR continu. Il est conclu que ce petit insecte est capable d’utiliser les 3 SR décrits à ce jour dans la littérature chez les insectes (SR continu, cyclique et cyclique/discontinu). Lors d’une augmentation de température, il est démontré que F module fortement le taux d’échanges gazeux en augmentant plus vite que le taux métabolique au repos. Ce découplage est compensé par une diminution de V_b, suggérant ainsi une diminution de la capacité tampon pour le CO₂ dans l’hémolymphe lorsque la température augmente. F varie indépendamment de la masse corporelle, alors que V_b augmente de manière disproportionnée avec cette dernière, suggérant ainsi un volume trachéal relativement plus élevé chez les individus de plus grande taille. Si l’on tient compte de leur taille et de la variété de comportements que les moustiques sont capables d’entreprendre durant leur vie adulte, il est suggéré que la capacité d’utiliser divers SR peut être un avantage, afin d’adapter le schéma respiratoire à la demande métabolique imposée selon les circonstances rencontrées durant la vie adulte.
An. gambiae, en plus d’être anthropophile, montre même une préférence pour certains types d’humains. Il est connu que le mécanisme derrière ce comportement sélectif est médié par l’odeur émise par l’hôte. La seconde partie de cette thèse s’est donc concentrée sur l’identification de signaux chimiques émis par l’hôte potentiellement impliqués dans ce comportement sélectif. Pour ce faire, un paradigme expérimental intégrant une bonne évaluation du comportement dans des conditions expérimentales optimales a été développé et utilisé. Ce dernier comprend : i) une population test de moustiques adultes spécialement élevée et prête à rechercher un hôte, ii) un olfactomètre amélioré à deux ports permettant de mesurer l’intensité de la réponse chimioanémotaxique du moustique et sa capacité discriminative en redirigeant son vol vers l’une des deux odeurs sources présentées, iii) la présence inhérente de fluctuations de CO₂ contrôlées afin de simuler la présence de deux hôtes potentiels et augmenter la sensitivité des moustiques et iv) des conditions de vol optimales (température, humidité et vitesse du vent).
Les fluctuations de CO₂ ont pu être mesurées et reproduites de manière consistante dans les deux ports de l’olfactomètre. Cette stimulation a augmenté la réceptivité des moustiques à répondre à des odeurs. Des expériences conduites avec l’ajout d’acide lactique (une signature olfactive humaine d’origine eccrine) dans un des ports de l’olfactomètre confirment que ce compose volatile n’intensifie pas la réponse chimioanémotaxique de An. gambiae mais influence son comportement discriminant. Après avoir validé le paradigme expérimental avec l’acide lactique, ce dernier a été utilise pour évaluer la réponse du vecteur à des odeurs provenant de l’incubation de sueur mâle et femelle avec 3 espèces de bactéries peuplant l’aisselle humaine. Staphylococcus epidermidis a été choisi car il produit une odeur moins intense, alors que Corynebacterium jeikeium et Staphylococcus haemolyticus ont été choisi pour leurs contributions biologiques importantes dans la production d’une odeur axillaire intense. Ces deux dernières bactéries, par le biais d’une activité enzymatique spécifique et prononcée, libèrent respectivement des acides carboxyliques dont notamment le (R)/(S)-3-hydroxy-3-methylhexanoique acide (HMHA) et des composés volatiles soufrés tel que le (R)/(S)-3-methyl-3-sulfanylhexane-1-ol (MSH). Les expériences avec l’olfactomètre démontrent que les trois bactéries, de par leur action sur la sueur mâle ou femelle, libèrent des composés volatiles influençant le comportement aussi bien chimioanémotaxique que discriminant de An. gambiae. Si le vecteur n’a pas pu distinguer la sueur mâle de la sueur femelle stérile, l’action de chaque bactérie a rendu la sueur mâle plus attractive de manière consistante. L’action de Corynebacterium jeikeium a généré la réponse chimionanémotaxique la plus intense et a engendré la préférence la plus forte pour la sueur mâle. Les composés volatiles HMHA et MSH sont suspectés d’être propres à l’odeur humaine mais aucun des deux composés volatiles n’a généré de préférence telle que celle observée pour l’acide lactique. Il n’est cependant pas exclu que ces deux signaux chimiques influencent le comportement du moustique au moment où il approche l’hôte ou encore engendre une activation suivie d’un vol soutenu en direction de l’hôte à des distances plus éloignées., Anopheles gambiae Giles (An. gambiae) is the main vector of malaria. To fulfil metabolic demand An. gambiae is particularly dependent on blood feeding which is an important driving force of its strong vectorial capacity. It is therefore important to better understand how its metabolism scales with body size and, as an ectotherm, evaluate the thermal sensitivity of its metabolism. Meanwhile, understanding how respiratory gases are exchanged, which gas exchange pattern (GEP) is employed by An. gambiae is also of broader importance as little is known about the respiratory physiology of smaller insects. For this purpose a flow-through respirometer system was pushed to its limit in terms of both its precision and temporal resolution in order to fully resolve the GEP of resting female An. gambiae. The underlying components constituting the GEP could be identified and quantified, including: the standard CO₂ production rate of resting An. gambiae (sV̇CO₂) as a proxy for resting metabolic rate, the inter-burst CO₂ emission rate (iV̇CO₂) and duration (P_int), and CO₂ burst frequency (F), duration (P_b), amplitude (A) and volume (V_b). Over the temperatures and body size ranges tested, sV̇CO₂ varied over a 10-fold range (20 to 32°C, 0.9 to 2.3 mg, 0.6 to 6 μl CO₂/hour). Multiple regression analysis demonstrates a positive and almost isometric scaling with living body mass and an apparent Q₁₀ of 2.13, i.e. for a 10°C increment sV̇CO₂ is more than doubled. Comparison of two age groups reveals lower and more controlled sV̇CO₂ by older (6 days) An. gambiae, suggesting the existence of an optimum age for metabolic control. Considering that a higher metabolic demand imposed by the environment may enhance foraging and contact to hosts, these relationships provide an important foundation for bottomup modelling for diseases transmitted by mosquitoes.
At rest, the GEP of An. gambiae can be characterised by the cyclic repetition of CO₂ bursts intercalated with inter-burst periods with a lower CO₂ emission rate. Individuals presenting particularly low sV̇CO₂ values exchange respiratory gases not only cyclically but also discontinuously (gas exchange is negligible during inter-burst periods). Disturbed An. gambiae presented a continuous GEP. It is concluded that An. gambiae uses all three GEPs described so far in the literature. With increasing temperature it is shown that F strongly modulates the gas exchange rate by increasing faster than sV̇CO₂. This discrepancy is almost compensated by lower V_b values at higher temperature suggesting a decrease in the haemolymph buffering capacity for CO₂ with increasing temperature. F is independent of body mass whereas V_b scales out of proportion with body size suggesting a relatively larger tracheal volume in bigger mosquitoes. Considering mosquito size and the wide panel of behaviours undertaken during adult life, it is suggested that the ability to employ various GEPs and modulating its components might be an advantage to adapt the respiratory gas exchange pattern used (discontinuous and cyclic to only cyclic and eventually to continuous) to metabolic demand depending on the situation encountered in adult life.
Another major contributor to the vectorial capacity of An. gambiae is its odour-mediated preference to bite humans over other vertebrate host and certain human types over others. The second part of the thesis focuses on the identification of potential infochemicals that may explain this odour-mediated anthropophilic and discriminative host seeking behaviour of An. gambiae. For this purpose an experimental paradigm integrating both a sound behavioural evaluation concepts and an appropriate testing environment is used. An improved dual-choice olfactometer that tests the host seeking behaviour of An. gambiae in the presence of continuous well-controlled intermittent CO₂ stimulation is presented in both arm is developed. This background stimulation simulates the presence of two potential hosts whilst acting as a releaser of odour perception. Olfactometer tests with lactic acid, a human eccrine signature, added on one arm in the presence of CO₂ pulses as sensitizer, confirm earlier findings that this infochemical not necessarily augments anemochemotactic upwind flight of the insect vector but influences the mosquito’s discriminative behaviour. After confirming the validity of the experimental paradigm it is used to evaluate the responses of An. gambiae to odours from human male and female axillary sweat incubated with 3 human axilla bacteria species. Staphylococcus epidermidis was selected for its low odour-producing pattern, Corynebacterium jeikeium for its strong Nα-acylglutamine aminoacylase activity liberating carboxylic acids including (R)/(S)-3-hydroxy-3-methylhexanoic acid (HMHA), and Staphylococcus haemolyticus for its capacity to liberate sulfur-containing compounds including (R)/(S)-3-methyl-3-sulfanylhexan-1-ol (MSH). It is demonstrated that An. gambiae is able to discriminate for the olfactometer arm conveying odour generated by incubating any of the three bacteria species with either male or female sweat. Whereas An. gambiae cannot discriminate between male and female sterile sweat samples in the olfactometer, the mosquito consistently shows a preference for male sweat over female sweat incubated with the same bacterium, independent of the species used as inoculum. Axillary sweat incubated with C. jeikeium rendered An. gambiae particularly responsive and this substrate elicited the strongest preference for male over female sweat. HMHA and MSH are suspected to be unique to human odour. It is shown that when tested on their own, neither HMHA nor MSH elicited a clear discriminating response but may affect human host approach by An. gambiae or enhance activation followed by sustained upwind flight over longer distances.

2014, Kessler, Sébastien, González, Julia, Vlimant, Michèle, Glauser, Gaétan, Guerin, Patrick

A membrane feeding assay in which the effects of the antimalarial drugs quinine and artesunate are tested on Anopheles gambiae Giles sensu stricto is described. In the present study, 87% of female A. gambiae are shown to feed on whole defibrinated bovine blood alone, whereas only 47% and 43.5% feed on saline and on saline + bovine serum albumin (BSA) solutions, respectively, suggesting that additional components in the blood stimulate mosquito feeding. The addition of 1 mm quinine or artesunate to the BSA solution results in a significant reduction in percentage engorgement to 16.2% and 14.1%, respectively. However, the feeding rate is higher when 1 mm artesunate and quinine are mixed in the blood because 67.8% and 78.4% of females engorge on these solutions respectively. Artesunate (10 mm) in the blood reduces percentage engorgement to 20%. Because circulating doses of quinine and artesunate affecting Plasmodium in humans are much lower than those affecting feeding by A. gambiae in the in vitro assay, these two antimalarial drugs should have no effect, or only a minor effect, on the infection rate of mosquitoes feeding on treated patients. Because only the stylets penetrate the membrane and not the labellar lobes, the results of the present study suggest that both blood phagostimulants and feeding deterrents are detected by internal gustatory organs in A. gambiae, namely sensory cells in the apical and subapical labral pegs, in sensilla on the inner face of the labellar lobes, or by cibarial receptor cells. The neuroanatomy of gustatory sensilla on the apical and subapical labral pegs and on the inner face of the labellar lobes of female A. gambiae is described in the present study.

2013, Kröber, Thomas, Bourquin, Martine, Guerin, Patrick

The threat of transmission of Lyme borelliosis and tick-borne encephalitis by ixodid ticks has resulted in an increasing number of tick repellents coming onto the market. To allow proper evaluation of the efficacy of different types of compounds and their formulations, there is a need for standardised methods for testing ticks repellents. Ticks show a marked negative geotactic response following contact with a potential host, i.e., they climb up in order to locate attachment and feeding sites, whereas exposing ticks to repellents induces positive geotaxis, i.e., ticks walk downwards or drop off the treated host or substrate. We describe here complementary tests that employ these geotactic responses to evaluate repellents: one in vitro on a warm glass plate and the other on the lower human leg (shin). The compounds tested were DEET, EBAAP, icaridin, capric acid, lauric acid, geraniol, citriodiol, citronella essential oil and lavender essential oil, all non-proprietary ingredients of widely distributed tick repellent formulations.

In controls on both the warm glass plate and the human leg, the majority of Ixodes ricinus nymphs walk upwards. By contrast, in both the in vitro and in vivo tests, effective doses of repellents cause ticks to either walk downwards or fall off the substrates, termed here “affected ticks”. The ED75 values for affected ticks on the human leg indicate that the test products can be divided into three groups: (1) icaridin, EBAAP, DEET and capric acid with values between 0.013 and 0.020 mg/cm², (2) citriodiol and lauric acid with values between 0.035 and 0.058 mg/cm², and (3) geraniol, citronella oil and lavender essential oil with values between 0.131 and 1.58 mg/cm². The latter three products can be considered as less effective repellents. The tests on the warm glass plate resulted in very similar efficacy rankings for the products tested in vivo, and the ticks’ behavioural responses also corresponded closely to those observed on the treated human leg. The ED75 values on the glass plate ranged from half to one sixth needed on the leg. The warm glass plate test thus provides a reliable alternative to human subjects for an initial evaluation of new repellents, and is particularly appropriate for testing products with still to be determined human toxicity and dermatological effects.

2013, Kessler, Sébastien, Guerin, Patrick

2016, Emmanuel Kamba Mebourou, Guerin, Patrick

Résumé Les mouches tsétsés sont des insectes hématophages qu’on trouve en Afrique subsaharienne et dont les espèces sont classifiées en trois principaux groupes écologiques (riverain, savane et forêt). Les mouches tsétsés riveraines et de savane sont les vecteurs potentiels des trypanosomes, parasites qui causent la trypanosomiase (maladie du sommeil), à l’Homme et au bétail à travers leurs piqûres au cours leur repas sanguin. La trypanosomiase est une maladie tropicale négligée qui affecte la santé humaine et cause d’importantes pertes économiques. La réduction de la population des mouches tsétsés par l’utilisation des écrans visuels imprégnés d’insecticide (tissus bleus, noirs ou bleu‐noir) reste l’un des moyens efficaces pour lutter contre la maladie. La réduction des écrans visuels standards (1 m x 1 m) aux écrans de petites tailles (25 cm x 25 cm) sont des moyens effaces et bon marché pour contrôler la population des mouches tsétsés riveraines. Une telle réduction de taille des écrans visuels est inefficace contre les tsétsés de savane. L’objectif principal de cette thèse était de développer des appâts visuels efficaces, bon marché et standardisés qui permettent de contrôler les populations des mouches tsétsés. Le control et l’éradication des mouches tsétsés requièrent une solide connaissance de leur comportement et de leur écologie. J’ai d’abord exploré au laboratoire le comportement au repos de Glossina pallidipes qui est une mouche tsétsé de savane (groupe Morsitans). J’ai montré que (1) le fait de trouver une perche au‐dessus du sol est un comportement fondamental de survie chez G. pallidipes qui est capable de voler vers des sites de repos dans l'obscurité estimée à 10 fois plus bas que l'illumination pendant une nuit à ciel couvert et (2) le choix des sites de repos diurnes par les mouches est lié à leur résolution visuelle déterminée par leurs réponses optomotrices et par électrorétinographie. Ensuite, j'ai travaillé suivant l'hypothèse que les sites de repos horizontaux des mouches tsétsés (branches horizontales dans la nature) pourraient être des substrats d'atterrissage efficaces de ces mouches lorsqu'ils sont associés à des écrans visuels. Le comportement en vol et l'atterrissage de G. pallidipes sur des écrans visuels bidimensionnels et tridimensionnels dans une arène circulaire de vol libre et dans une chambre de vol confirment que G. pallidipes s’approche d'un objet visuel par le dessous et explore l'objet en volant autour de la partie inférieure de celui‐ci. Une barre en bois de 1.5 cm de diamètre recouverte d'un tissu mat noir et placé horizontalement à la base d'un écran carré bleu (25 cm x 25 cm) augmente les atterrissages de G. pallidipes de facteur 2 sur l’écran comparé à l’écran tout bleu dans la chambre de vol. L’écran bleu incorporant une barre noire à la base est prometteur d’un dispositif rentable à utiliser comme appâts visuels imprégnés d'insecticide pour contrôler la population des mouches tsétsés. Enfin, la question de la persistance de deltaméthrine, un insecticide de la classe des pyréthroïdes actuellement utilisé pour le contrôle des tsétsés, a été traitée. L'effet de l’exposition dans les conditions naturelles (Lambwe Valley, Kenya) sur la capacité de quatre différents textiles contenant des proportions croissantes (0, 35, 65 et 100%) de polyester et imprégnés de deltaméthrine a été évalué. Ces textiles ont été saturés d'une solution aqueuse de deltaméthrine à 1000 mg/m2 et ont été exposés au champ durant 18 mois. La toxicité sur G. pallidipes de ces textiles imprégnés de deltaméthrine et exposés au champ a été évaluée sur 24 heures après 45 secondes de contact de ces textiles avec les mouches. Seuls les textiles constitués de polyester à 65% et 100% étaient capables de tuer respectivement 47 et 67% de G. pallidipes après 9 mois d'exposition dans les conditions naturelles. Le textile à 100% polyester était encore capable de paralyser toutes les mouches après 18 mois d’exposition au champ. La dose létale de deltaméthrine pour tuer 50% (DL50) de G. pallidipes était estimée à 30 mg/m2 sur du papier buvard tandis que Le textile à 100% polyester conservait 17 mg/m2 après 9 mois d’exposition au champ et causait une mortalité de 67% chez les mouches soulignant l'influence du type de matériel sur la disponibilité de l’insecticide aux mouches tsétsés. Sur la base de l'ensemble des résultats de cette thèse, une perspective de recherche a été proposée pour la République centrafricaine qui abrite quatre foyers de trypanosomiase où la lutte contre les mouches tsétsés a longtemps été négligée.

2014-1, Kaba, Dramane, Zacarie, Tusevo, Makumyaviri M’Pondi, Alexis, Njiokou, Flobert, Bosson-Vanga, Henriette, Kroeber, Thomas, McMullin, Andrew, Mihok, Steve, Guerin, Patrick

Background: Glossina palpalis palpalis (G. p. palpalis) is one of the principal vectors of sleeping sickness and nagana in Africa with a geographical range stretching from Liberia in West Africa to Angola in Central Africa. It inhabits tropical rain forest but has also adapted to urban settlements. We set out to standardize a long-lasting, practical and cost-effective visually attractive device that would induce the strongest landing response by G. p. palpalis for future use as an insecticideimpregnated tool in area-wide population suppression of this fly across its range. Methodology/Principal Findings: Trials were conducted in wet and dry seasons in the Ivory Coast, Cameroon, the Democratic Republic of Congo and Angola to measure the performance of traps (biconical, monoconical and pyramidal) and targets of different sizes and colours, with and without chemical baits, at different population densities and under different environmental conditions. Adhesive film was used as a practical enumerator at these remote locations to compare landing efficiencies of devices. Independent of season and country, both phthalogen blue-black and blue-black-blue 1 m2 targets covered with adhesive film proved to be as good as traps in phthalogen blue or turquoise blue for capturing G. p. palpalis. Trap efficiency varied (8–51%). There was no difference between the performance of blue-black and blue-blackblue 1 m2 targets. Baiting with chemicals augmented the overall performance of targets relative to traps. Landings on smaller phthalogen blue-black 0.25 m2 square targets were not significantly different from either 1 m2 blue-black-blue or blue-black square targets. Three times more flies were captured per unit area on the smaller device. Conclusions/Significance: Blue-black 0.25 m2 cloth targets show promise as simple cost effective devices for management of G. p. palpalis as they can be used for both control when impregnated with insecticide and for population sampling when covered with adhesive film.

2013, Chappuis, Charles, Guerin, Patrick

Les tsé-tsé sont les principaux vecteurs des trypanosomes africains qui causent la maladie du sommeil chez l’humain et le nagana chez les bovins. Ces maladies représentent un lourd fardeau en ce qui concerne la santé et la prospérité humaine. Une façon de lutter contre ces trypanosomes est de s’attaquer au vecteur en contrôlant sa population à l’aide de pièges qui le trompent par des moyens visuels et olfactifs. Par conséquent, une meilleure compréhension de la manière dont une mouche tsé-tsé utilise les indices olfactifs et visuels laissés par l’hôte peut aider à développer des méthodes de captures plus efficaces encore. Et c’est dans ce contexte que nous avons étudié les phases critiques du comportement de recherche d’hôte de G. pallidipes, telles que l’activation, l’anémotaxie optomotrice, l’approche d’une stimulation visuelle forte, la recherche locale autour d’elle, l’atterrissage et finalement, la piqûre.
Nous nous sommes intéressés plus particulièrement à savoir comment l’haleine intervient dans le comportement de G. pallidipes. En effet, l’haleine est un mélange complexe de plus de 200 composés organiques volatiles (COV) qui proviennent en partie des échanges dans les poumons entre l’air inspiré et le sang. En quantifiant des phases comportementales aussi critiques que l’activation, l’anémotaxie optomotrice, la recherche locale autour d’une stimulation visuelle forte, nous montrons comment G. pallidipes répond à l’haleine dans une chambre de vol. De plus, nous démontrons que le CO₂, une molécule constituante de l’haleine et connue pour attirer les mouches tsé-tsé ainsi que d’autres insectes haematophages, n’est pas entièrement responsable des réponses comportementales obtenues avec l’haleine. En effet, c’est la combinaison du CO₂ avec les COVs de l’haleine qui induit le comportement de recherche d’hôte chez les tsé-tsé. Nos enregistrements d’électroantennogramme (EAG) et nos données comportementales révèlent que les constituants de l’haleine tels que l’acétone, les alcanes de C₅-C₁₀, l’isoprène et le geranylacétone, jouent un rôle dans le comportement de recherche de l’hôte chez G. pallidipes.
Nous démontrons en chambre de vol qu’une barre noire coiffée d’une sphère bleue est un stimulus déclenchant l’atterrissage chez G. pallidipes. De plus, le comportement d’atterrissage peut être modulé en changeant la taille de la barre et la taille ou la forme de l’objet qui coiffe la barre.
Finalement, nous démontrons que le système de refroidissement des mammifères induit la piqûre chez les tsé-tsé. En effet, l’humidité et la chaleur agissent d’une façon synergique pour induire la piqûre et influencent le temps de latence, la persistance à piquer et la dynamique d’un comportement aussi essentiel que la piqûre. En plus, nous avons pour la première fois identifié chez les tsé-tsé des neurones démontrant des propriétés hygroréceptives dans les sensilles basiconiques des palpes maxillaires., Tsetse flies are major vectors of African trypanosomes causing sleeping sickness in humans and nagana in cattle. These diseases are substantial burdens on human health and prosperity. One way to break the trypanosomes life-cycle is the control of tsetse populations using visual odour-baited trapping devices. A better understanding of how tsetse use visual and chemical cues to locate hosts could help to design even more efficient trapping devices. It is in this context that critical host seeking behaviours of G. pallidipes were investigated in a wind tunnel. These behaviours include fly activation, optomotor anemotaxis, approach flights to a visual target, local search flights around a visual stimulus, landing responses of the fly and its biting response.
I was interested in how a host odour emanation such as human breath intervenes in the host-seeking behaviour of G. pallidipes. Breath is a complex blend of more than 200 volatile organic compounds (VOCs) originating in part, from the exchange between air and blood in lungs. Quantifying critical behaviours such as activation, optomotor anemotaxis and local search flights around a blue sphere with a 3D tracking system in a wind tunnel allows us to understand how G. pallidipes responds to breath as an olfactory stimulus. Furthermore, I demonstrate how CO₂, a constituent of breath known to attract tsetse and other blood-sucking insects, is not responsible on its own for the behavioural responses recorded for G. pallidipes to breath in the wind tunnel. In fact, CO₂ combines with VOCs present in breath to elicit host-seeking behaviours in tsetse. Electroantennogram (EAG) recordings and the wind tunnel behavioural experiments reveal that breath constituents such as acetone, C₅-C₁₀ alkanes, isoprene and geranylacetone play a role in the host-seeking behaviour of G. pallidipes.
I demonstrate in the wind tunnel that an object such as a black column supporting a blue sphere can serve as a landing stimulus for G. pallidipes and that the fly’s landing behaviour can be modulated by changing the width of the column and the size or shape of the object it supports.
The manner in which tsetse exploit the cooling system of mammals to elicit their biting response was studied in a specially designed experimental set up. In this manner it could be demonstrated that simultaneous increases in the humidity and temperature of air act synergistically to induce biting in G. pallidipes. These combined physical stimuli influence the biting response latency, biting persistence and the dynamics of this fundamental behaviour. In addition, I report on neurones with hygroreceptive properties present in wall-pore sensilla on the maxillary palps of G. pallidipes that are probably implicated in biting behaviours.

2016, Andrade, John, Guerin, Patrick

Ixodid ticks are vectors of disease of humans and animals, worldwide. Use of acaricides is one of the most effective strategies for tick control, and a growing interest in recent years has focused specifically on the discovery of systemic acaricides for ticks. Systemic acaricides are those destined to be dosed in the blood of host animals, and designed to target ticks during the uptake of their bloodmeal. An earlier published study demonstrated the utility of feeding ticks in vitro on an artificial membrane for experimentally introducing systemic acaricides into ticks during the bloodmeal and to quantify their effects on tick mortality. The present thesis research had three aims: to describe a simplified method for producing artificial membranes on which to feed ixodid ticks in vitro; to compare the feeding behaviours of ixodid ticks fed in vitro and in vivo; and finally, to characterize and quantify the systemic effects of products from different acaricide classes on tick feeding behavior and mortality in vitro. Silicone membranes for in vitro feeding of ixodid ticks are traditionally custommade and manually produced to a specific thickness, which is dependent upon the hypostome length of the tick species or life stage being fed. In this study, a standardized method has been described for both preparing and manipulating the thickness of silicone membranes for in vitro feeding of ixodid ticks. Tick attachment and engorgement using these membranes was highly satisfactory for both Ixodes ricinus females and Amblyomma hebraeum nymphs. This method should permit production of standardized silicone membranes for olher tick species and life stages in the future. Little is known about the effects of feeding I. ricinus in vitro. This study shows that both I. ricinus females and A. hebraeum nymphs fed for a longer period of time before drop-off and attained a smaller engorged weight in vitro on bovine blood compared with ticks fed in vitro on steer. The daily increase in the partial engorged weight of I. ricinus females fed in vitro and in vivo diverged significantly after day 3, but was generally similar over the first three days of feeding. These results may have implications for any generalisations of findings obtained with in vitro feeding systems for ixodid ticks. The LD₅₀ values of 12 compounds from five acaricide classes (macrocylic lactones [MLs], phenylpyrazoles, organophosphates, organochlorines, and isoxazolines) have been tested using I. ricinus females. The assay proved sensitive enough to detect significant differences in acaricide LD₅₀ values both between and within acaricide classes. The MLs were demonstrated to have a significant dose-dependent inhibitory effect on the partial engorged weight attained by feeding ticks, whereas the inhibitory effect on feeding was not significant for the phenylpyrazoles, and the organophosphates significantly increased feeding by the ticks in vitro. Consistent effects on tick feeding were demonstrated across all acaricides tested from each class. The feeding assay permits standardized tests of the systemic activity of candidate acaricides for ixodid ticks in vitro. Les tiques de la famille des Ixodidés sont des vecteurs de maladies pouvant affecter l’homme ou les animaux partout dans le monde. Le contrôle chimique au moyen d’acaricides constitue l’une des méthodes de lutte les plus efficaces à l’encontre des tiques. Ces dernières années, un intérêt croissant pour la recherche dans ce domaine a permis la découverte d’acaricides systémiques contre les tiques. Un acaricide systémique est un produit conçu pour circuler dans le système vasculaire des animaux traités et affectant les tiques durant leur repas de sang. Une récente étude a démontré l’efficacité d’un système artificiel d’alimentation à travers une membrane artificielle permettant la quantification de la mortalité des tiques ayant ingéré différents acaricides systémiques durant un repas de sang in vitro. La présente thèse a donc 3 buts: décrire un système simplifié pour la production des membranes permettant le nourrissage des tiques, comparer le comportement alimentaire des tiques ixodidés nourries sur le sang bovins de façon in vitro ou in vivo et, finalement, caractériser et quantifier les effets de plusieurs produits appartenant à différentes classe d’acaricides sur le comportement alimentaire des tiques nourries sur le sang de bovins in vitro. Les membranes de silicone pour le nourrissage in vitrodes tiques ixodidés sont généralement faites sur mesure et manuellement de façon à obtenir une épaisseur adéquate en fonction de la longueur de l’hypostome de l’espèce et du stade de vie de la tique utilisée. Dans cette thèse, une méthode standard est décrite pour préparer et ajuster l’épaisseur des membranes de silicone pour le nourrissage des tiques ixodidés in vitro. L’attachement et l’engorgement des femelles Ixodes ricinus et des nymphes Amblyomma hebraeum sur ce type de membrane se sont avérés entièrement satisfaisants. Cette méthode devrait donc faciliter la production de membranes de silicone standardisées pour différentes espèces et stades de vie de tiques dans l’avenir. Les effets des conditions in vitro sur la nutrition d’I. ricinus sont encore peu connus. Dans cette thèse, je démontre que les femelles I. ricinus et les nymphes A. hebraeum se nourrissent durant une période de temps plus longue avant de se détacher et atteignent un poids d’engorgement plus faible sur le sang de bœuf in vitro que les tiques nourries directement sur des bœufs. La prise de poids journalière durant l’engorgement des femelles I. ricinus nourries diffère significativement après trois jours selon que les tiques sont nourries de façon in vitro ou in vivo, bien qu’elle soit similaire durant les trois premiers jours du repas de sang. Ces résultats pourraient avoir des implications pour la généralisation des résultats obtenus avec des tiques ixodidés nourries in vitro. Les doses létales 50 (DL₅₀) pour 12 composés appartenant à cinq classes d’acaricides (lactones macrocycliques [LMs], phénylpyrazoles, organophosphates, organochlorines, et isoxazolines) ont été calculées pour les femelles I. ricinus. Le test s’est avéré être suffisamment sensible pour détecter des différences significatives entre les DL₅₀ des acaricides, à la fois entre et au sein des différentes classes des produits. Dans cette thèse, je démontre que les LMs inhibent significativement l’engorgement des tiques en fonction de la dose au cours du repas sanguin. Cet effet inhibiteur n’est toutefois pas significatif pour les phénylpyrazoles, et les organophosphates augmentent même la quantité de sang ingérés par les tiques. Des effets consistants ont été trouvés entre tous les acaricides testés au sein de chaque classe, et ces effets corroborent le mode d’action moléculaire de chaque composé. Ce nourrissage in vitro permet de standardiser les tests pour évaluer l’activité d’acaricides potentiels contre les tiques ixodidés.

2013, Kessler, Sébastien, Vlimant, Michèle, Guerin, Patrick

In this study, we show that female African malaria mosquitoes Anopheles gambiae starved for 3–5 h start to engorge on sucrose at concentrations between 50 and 75 mmol l⁻¹. Half of the feeding response (ED₅₀) is reached at 111 mmol l⁻¹ and the maximum response (0.4 mg) occurs at 250 mmol l⁻¹. Two receptor cells in a trichoid sensillum of the labellum, called the ‘sucrose’ and ‘water’ neurones, are activated by sucrose and water, respectively. The electrophysiological response of the sucrose receptor cell starts well below the level of sugar necessary to induce engorgement. The sugar receptor cell is most sensitive to small increments in sucrose concentration up to 10 mmol l⁻¹ with a response plateau from 25 mmol l⁻¹. Fructose has a mild phagostimulatory effect on A. gambiae, whereas no significant differences in meal sizes between water and glucose were found. However, when 146 mmol l⁻¹ fructose plus glucose are mixed, the same engorgement as on 146 mmol l⁻¹ sucrose is observed. Likewise, even though the sucrose receptor cell is not activated by either fructose or glucose alone, equimolar solutions of fructose plus glucose activate the neurone. We conclude that there is a behavioural and neurophysiological synergism between fructose and glucose, the two hexose sugars of sucrose. We show that some bitter-tasting products for humans have a deterrent effect on feeding in A. gambiae. When 1 mmol l⁻¹ quinidine, quinine or denatonium benzoate is added to 146 mmol l⁻¹ sucrose, feeding is almost totally inhibited. The effect of berberine is lower and no significant inhibition on engorgement occurs for caffeine. The deterrent effect depends on the concentration for both quinine and quinidine. Capillary feeding experiments show that contact chemosensilla on the mouthparts are sufficient for the detection of sucrose and bitter products. The feeding assay findings with deterrents correlate with the neurophysiological responses of the sucrose and water labellar neurones, which are both inhibited by the bitter compounds denatonium benzoate, quinine and berberine between 0.01 and 1 mmol l⁻¹, but not by the same concentrations of caffeine. In conclusion, sucrose stimulates feeding and activates the labellar sucrose neurone, whereas feeding deterrents inhibit both the sucrose and water neurones. This study provides an initial understanding of the physiological mechanisms involved in sugar feeding in A. gambiae and shows how some bitter products interfere with it.

2013, Gurba, Alexandre, Guerin, Patrick

Les composés produits par les plantes ont un impact important dans plusieurs aspects de la biologie de nombreux insectes et les plantes sont une source de nourriture particulièrement importante. A l’état adulte, les insectes utilisent ces messages chimiques pour identifier et localiser une source de nourriture qui leur convient. La spécificité de la plante est aussi cruciale pour le bon développement des larves peu mobiles. Le choix du lieu de ponte est donc important pour la survie de la progéniture et est également grandement déterminé par l’odeur spécifique des plantes hôtes. Il a aussi été prouvé que le comportement sexuel des insectes est influencé par les odeurs de plante hôte en augmentant la sensibilité des mâles aux phéromones sexuelles.
Petunia est un genre de plante particulièrement intéressant pour étudier le rôle des caractères floraux dans la spéciation, car toutes les espèces connues sont capables de se croiser artificiellement. Toutefois, l’hybridation sur le terrain reste rare. L’isolation reproductive est alors assurée par l’attraction sélective des pollinisateurs. Il existe chez Petunia trois syndromes de pollinisation distincts correspondant à autant de guildes de pollinisateurs : abeilles, sphingidés ou colibris. P. axillaris attire Manduca sexta, un sphingidé, en produisant une puissante odeur. En revanche, P. exserta qui est pollinisé par des colibris ne relâche aucune odeur. Le croisement de ces deux espèces permet d’étudier la base génétique de l’évolution du parfum chez Petunia et son importance dans la préférence de butinage de M. sexta. Nous avons caractérisé le parfum de P. axillaris et confirmé que P. exserta ne produisait pas d’odeur. Nous avons montré que M. sexta est très sensible à ces composés, particulièrement au methyl benzoate, benzyl alcohol et méthyl salicylate de P. axillaris. Finalement, nous avons observé par le comportement en chambre de vol que les plantes produisant des odeurs étaient toujours préférées, quel que soit la couleur de la fleur. Nous en avons déduit que la production de parfum et un trait floral déterminant dans la relation plante-insecte et que ce trait peut à lui seul changer la préférence de butinage de M. sexta. Les conséquences de ces résultats sur la spéciation chez Petunia sont discutées.
Chez les insectes l’attraction spécifique par certaines odeurs est en grande partie modulée par la présence de nourriture. Nous nous sommes intéressés à la perception de M. sexta aux différents nutriments énergétiques essentiels que sont les sucres. Après avoir caractérisé les sensilles gustatives de son proboscis, nous avons mesuré la réponse neuronale des sensilles styloconiques et basiconiques au glucose, fructose et sucrose. Pour les deux types sensillaires, la réponse au fructose est légèrement plus intense qu’au sucrose alors que celle au glucose est imperceptible à la dose testée. Parallèlement, la préférence de nourrissage du papillon a été évaluée en choix binaires. Il en découle que les papillons préfèrent se nourrir de sucrose ou de fructose par rapport au glucose. De plus il parvient à détecter de faible concentration de sucrose et préfère se nourrir sur les solutions les plus concentrées. Finalement, il semble que le volume de solution de sucrose soit déterminé par sa concentration. La préférence comportementale pour ces sucres est bien corrélée avec leur perception neuronale.
Le ver de la grappe, Lobesia botrana, et le ver de la pomme, Cydia pomonella, sont tous deux de très importants insectes ravageurs des cultures à l’échelle de la planète. Sans mesures de contrôle adéquates, les pertes financières sur les cultures peuvent être considérables. La confusion sexuelle est une méthode spécifique de lutte utilisant la phéromone sexuelle pour attirer les mâles vers des leurres et ainsi diminuer les probabilités d’accouplement. Utiliser des produits de plantes hôtes pour améliorer l’attraction des mâles par les phéromones sexuelles présente une possibilité intéressante. Nous avons mesuré l’attraction des mâles de L. botrana à différent doses d’heptane ou d’octane en combinaison avec une concentration sous-dosée de phéromone. Alors que l’attractivité du mélange augmente avec la dose pour les deux produits, nous obtenons une proportion maximale de papillons arrivant à la source avec 10 ng/min d’alcane relâché avec la phéromone, un niveau d’attraction comparable avec celui obtenu avec des phéromones directement relâché avec des femelles. Alors que ces alcanes sont inactifs seuls, la phéromone directement dilué dans l’heptane induit non seulement autant de contact avec la source qu’avec un solvant classique, mais recrute plus de papillons dans les premières phases d’attraction. Un autre composé de plante, le 2-phénylethanol augmente également l’attraction de la phéromone lorsqu’il est relâché à 100 pg/min. De plus, lorsque l’un de ces composés de plante est ajouté à la phéromone, le temps que met le papillon pour atteindre la source est réduit de moitié. Tous ces résultats sont confirmés également chez C. pomonella. Le large spectre de concentrations où ces alcanes sont actifs chez ces deux espèces offre un outil prometteur pour améliorer le contrôle des populations sur le terrain en utilisant la confusion sexuelle.
Au travers de cette thèse, nous avons étudié les interactions plantes-insectes sous plusieurs facettes. Nous avons montré comment une plante arrive à manipuler un pollinisateur pour parvenir à se reproduire, ou comment un papillon utilise les stimuli chimiques d’une plante pour se nourrir. Nous avons également démontré que certaines odeurs de plantes amélioraient les chances des papillons mâles à trouver une femelle., Compounds produced by plants have an important impact on many aspects of the biology of insects from whom plants are a particularly important source of food. As an adult, insects use chemical messages to identify and locate a suitable food source. The specificity of the host plant relationship is also crucial for healthy development of larvae. The choice of oviposition site is determinant for the survival of offsprings and is largely selected by the specific array of host plants stimuli. It has also been shown that the sexual behaviour of insects is influenced by host plant odours by increasing the sensitivity of males to sex pheromones of females.
The genus Petunia is particularly interesting to study the role of floral traits in speciation because all the known species are artificially crossable. However, hybridization in the field is rare as the reproductive isolation is provided by the selective attraction of pollinators. Three distinct pollination syndromes have emerged in Petunia, corresponding to as many guilds of pollinators: bees, hummingbirds or hawkmoths. P. axillaris attracts hawkmoths such as Manduca sexta, a Sphingidae, by releasing a strong sweet odour. In contrast, P. exserta which is pollinated by hummingbirds is devoid of scent. Crossings between these two species were exploited here to study the genetic basis of the evolution of fragrance in Petunia and its importance in foraging preferences of M. sexta. We characterized the scent of P. axillaris and confirmed that P. exserta produces no odour. We show that the antennal olfactory receptor cells of M. sexta is very sensitive to the compounds released by P. axillaris, especially methyl benzoate, benzyl alcohol and methyl salicylate. Finally, we observed through choice tests in a wind tunnel that plants producing odours were always preferred, regardless of the colour of the flower. We conclude that the production of fragrance is an important floral trait in this plant-insect relationship and that this feature alone can modify the foraging preference of M. sexta. The implications of these findings on speciation processes in Petunia are discussed.
In insects specific attraction by odours is largely modulated by the presence of food. We were interested in the perception of different essential energy nutrients including nectar sugars by M. sexta. We have characterized the taste sensilla on the proboscis and measured the neural response of the gustatory receptor cells of styloconic and basiconic sensilla to glucose, fructose and sucrose. For both sensillar types, the response to fructose is slightly stronger than to sucrose while glucose was not detected at the dose tested. Meanwhile, the feeding preference of the moth was assessed through binary choices experiments. It turns out that the M. sexta prefers to feed on sucrose or fructose compared to glucose. In addition, it can detect low concentrations of sucrose and prefers to feed on the most concentrated solutions. Finally, it seems that the volume of sucrose solution imbibed is determined by its concentration. Behavioural preferences by M. sexta for these sugars correlate well with their mouthpart sensory cell responses.
The European grapevine moth, Lobesia botrana, and the codling moth, Cydia pomonella, are both very important worldwide insect pests. Without adequate control, fruit damage can be important and the arising financial losses substantial. Mating disruption is a specific control method using the female sex pheromone to attract males to lures and thus reduce their chances of mating. The use of host plant volatiles to improve the attractiveness of males to sex pheromones presents an interesting possibility to improve the mating disruption control method. We measured the attraction of male L. botrana to different doses of heptane and octane in combination with the underdosed sex pheromone. While the attractiveness of the mixture increases with dose for both products, a maximum number of males arrive at the source with a release rate of 10 ng/min of the alkanes released with the pheromone. This level of attraction is comparable with that obtained with the sex pheromones released directly from calling females. While the alkanes are inactive on their own, the pheromone diluted directly in heptane induces not only contact to the source no different to the control, but recruits more moths in the early stages of flight. Another plant compound, 2-phenylethanol also increases the attraction of the underdosed L. botrana sex pheromone to males when released at 100 pg/min. In addition, when one of these plant compounds is added to the pheromone, the time needed to reach the source is halved in L. botrana. The findings with these plant compounds were confirmed in C. pomonella. The wide range of concentrations over which these alkanes are active in both species provides a promising mean to improve control of field populations using mating disruption.
Throughout this thesis we studied plant-insect interactions from different angles. We have shown how a plant can manipulate a pollinator to achieve pollination, alternatively, how a moth selects plant stimuli to cover its energy needs. We have also shown that hitherto unstudied plant volatiles improved the chances of male moths to encounter females.