“In vitro” feeding of ixodid ticks using a silicone membrane for testing effects of systemic acaricides on tick feeding and mortality - Andrade, John (Neuchâtel, 2016)
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.
Université de Neuchâtel, Faculté des sciences, Institut de zoologie
Keywords: Nourrissage in vitro des tiques; systèmes de nourrissage artificiel pour les tiques; nourrissage des tiques sur des membranes; comportement d’alimentation des tiques in vitro; acaricides systémiques. In vitro feeding of hard ticks; artificial feeding of ticks; tick membrane feeding; tick feeding behavior; systemic acaricide.