Птицы как кормовая база комаров – переносчиков возбудителя тропической малярии
- Авторы: Мищенко А.В.1, Артемьева Е.А.1
-
Учреждения:
- Ульяновский государственный педагогический университет имени И.Н. Ульянова
- Выпуск: Том 10, № 1 (2021)
- Страницы: 113-116
- Раздел: Общая биология
- URL: https://snv63.ru/2309-4370/article/view/70314
- DOI: https://doi.org/10.17816/snv2021101117
- ID: 70314
Цитировать
Полный текст
Аннотация
В статье рассматривается кормовая база переносчика малярии – комаров рода Anopheles, которую составляют птицы тропических областей Западной Африки. Птицы как дальние мигранты проникают в высокие широты и способствуют распространению малярии в Европе и других странах северного полушария. Результаты проведенных исследований показывают, что главную роль в выборе самками комаров Anopheles gambiae кормовых объектов – птиц – играют гнездовые и кормовые биотопы пернатых, которые комфортны для размножения комаров. Вероятно, самки комаров используют для питания неоперённых или слабо оперённых птенцов в гнездах, неоперённые участки тела взрослых птиц. В циркуляцию Plasmodium falciparum включены популяции птиц прежде всего водного, околоводного и болотного комплексов, а также птицы, развитие которых проходит в специфических условиях замкнутого пространства – в норах, дуплах, закрытых гнездах. Комар Anopheles gambiae в данной системе играет роль переносчика Plasmodium falciparum не только в популяциях птиц и млекопитающих, но и человека, что и определяет ареал тропической малярии, которая является природноочаговым трансмиссивным заболеванием. Выявлено 37 видов птиц – носителей малярии в природных и антропогенных биоценозах Мали (Западная Африка). Наиболее многочисленными в период миграции и на гнездовании являются птицы водного, околоводного и лугово-болотного комплексов (цапли, кваквы, кулики) – дальние мигранты на территории России и сопредельных стран. К территориям риска относятся, прежде всего, южные регионы – Астраханская область, Ростовская область, Краснодарский край.
Полный текст
Введение
Малярия является широко распространённым заболеванием в тропических и экваториальных областях Северной и Южной Америки, Африки и Евразии [1, с. 10; 2, с. 481]. По данным Всемирной организации здравоохранения, ежегодно фиксируется от 200 до 500 миллионов случаев заражения малярийным плазмодиумом по всему миру [3, с. 20]. Переносчиками малярии являются комары рода Anopheles, личинки которых развиваются в пресных водоёмах в условиях тёплого и влажного климата [4, с. 5]. В связи с глобальными процессами потепления климата случаи малярии стали выявляться и в более высоких широтах, в том числе и в Европейской части России [5, с. 46].
Следует отметить также сообщения о заражении малярийным плазмодием не только людей, но и животных (приматов, птиц) [6, с. 4; 7, с. 70; 8, с. 53; 9, с. 23]. Циркуляция возбудителя среди теплокровных с участием двукрылых переносчиков рода Anopheles делает перспективной работу по выявлению трофической специализации комаров, прежде всего на территории, эндемичной заболеванию. Ранее показана эффективность молекулярно-генетических методов в определении видовой принадлежности инфекционных агентов [10, с. 130; 11, с. 22; 12, с. 195].
Цель исследования: выявление спектра позвоночных, которые служат кормовой базой для самок Anopheles gambiae – переносчика возбудителя тропической малярии Plasmodium falciparum, с помощью современных методов молекулярной биологии.
Объекты исследования
Объектами исследования являются образцы крови жертв из желудков самок комаров Anopheles gambiae Giles, 1902 – наиболее распространённого переносчика возбудителя малярии в Западной Африке Plasmodium falciparum William H. Welch, 1897. Жертвы комаров Anopheles gambiae – это различные тропические птицы и домашние куры, рукокрылые, домашние овцы и человек.
Материалы и методика исследований
Сбор образцов крови жертв из желудков самок комаров Anopheles gambiae осуществлялся в 2011 году в районе, ограниченном географическими координатами 14,2° и 14,5° с.ш., и 4,6° и 4,1° з.д. (Мали, Западная Африка). В каждом пункте сбора (всего 10) для отлова комаров использовались по 3 энтомологических ловушки с приманкой из раствора сахара с добавлением сока фруктов. Приманивание комаров осуществлялось в течение суток, после чего производился отбор самок с наполненными кровью желудками. Всего отобрано 112 экземпляров Anopheles gambiae, из которых микропрепаровальными иглами извлекался желудок, содержащий кровяные сгустки, для их дальнейшей молекулярно-генетической идентификации.
Образцы крови, извлечённые из желудка комаров, гомогинезировались в лизирующем растворе (ТРИС с pH 7,8 (50 мМ), ЭДТА (50 мМ), натрия хлорид (150 мМ), натрия лаурил саркозинат (2,5%), меркаптоэтанол (500 мМ), Протеиназа K (600 мг/мл), N-фенацилтиазолбромид (20 мМ)), после чего проводилась фенол-хлороформная экстракция.
В качестве генетического маркера использовали ген субъединицы I цитохром C оксидазы (COI), который фланкировали праймерами: прямой: 5`-TGTAAACGACGGCCAGTATTCAACCAATCATAAAGATATTGG-3`; обратный: 5`-CAGGAAACAGCTATGACTAGACTTTGGGTGGCCAAAGAATCA-3`. Для успешной амплификации фрагмента был подобран состав реакционной смеси для полимеразной цепной реакции (ПЦР): 1x буфер, дезоксирибонуклеотиды (250 мкМ), праймеры (0.25 мкМ), taq-полимераза (10 ед.), деионизированная вода, матрица ДНК (3 мкл). ПЦР проводили в пробирках объёмом 0,2 мл с использованием амплификатора SpeedCycler 2 (Analytik Jena) со следующими температурными параметрами: денатурация ДНК проходила при +94°C в течение 2 мин., циклирование – плавление матрицы при +94°C, 30 сек.; отжиг праймеров при +52°C, 30 сек.; элонгация цепи при +72°C, 1 мин. (всего 30 циклов); окончательная достройка цепей проводилась при +72°C в течение 5 мин. После завершения реакции по 5 мкл смеси наносили на 1% агарозный гель для оценки качества ПЦР и разделения фрагментов; после чего готовился препаративный гель, из которого проводили выделение и очистку фрагментов нужной длины (около 1400 п.о.) (при этом использовали набор GeneJET Gel Extraction Kit (Thermo Scientific)). Концентрацию ДНК измеряли на спектрофотометре ScanDrop (Analytik Jena). Сиквенсовую реакцию осуществляли по протоколу с набором BigDye® Terminator v3.1 Cycle Sequencing Kit (Life Technologies) со следующим составом реакционной смеси: Ready Reaction Premix 2.5X, BigDye® Sequencing Buffer 5X, прямой праймер (3,2 пмоль), матрица ДНК (кол-во в зависимости от концентрации), деионизированная вода (до финального объёма – 20 мкл); для очистки использовали BigDye® XTerminator TM Purification Kit (Life Technologies). Секвенирование проводили с помощью генетического анализатора ABI PRISM 3500 (Life Technologies), полученные последовательности анализировали в программе Sequence Scanner 2 software (Life Technologies Corporation) [13, с. 3].
Принадлежность фрагментов определяли, сравнивая обработанные и скорректированные последовательности гена (COI) с депонированными ранее в базу GenBank [14, с. 5]. Для учёта брались последовательности, давшие 100% совпадение по нуклеотидному составу с имеющимися в базе.
Результаты исследований и их обсуждение
По результатам молекулярно-генетической экспертизы содержимого желудков комаров A. gambiae из 112 образцов крови: 72 образца принадлежат к виду Homo sapiens (человек), 38 – различным видам Aves (птицы) и только 2 – видам млекопитающих. Примечательно, что кроме крови людей и птиц, в желудках комаров обнаружена кровь и домашних животных. Так, один образец крови принадлежит Ovis aries (овца домашняя) и ещё один – домашним курам Gallus gallus [15, с. 195; 16, с. 207; 17, с. 260].
Интересным является факт наличия большого количества (37) образцов крови диких африканских птиц, в то время как диких млекопитающих всего один вид – эфиопский эполетовый крылан Epomophorus labiatus (Temminck, 1837) (Chiroptera, Pteropodidae), обитает в сухой саванне.
Из класса птиц идентифицированы следующие виды:
Ciconiiformes, Ardeidae: Nycticorax nycticorax nycticorax (Linnaeus, 1758) (обыкновенная кваква – 4 экз.), обитает по берегам водоемов, в плавнях; Butorides striata (Linnaeus, 1758) (зелёная кваква – 3 экз.), обитает по берегам рек и озёр, болот и мангров, в густой растительности; Bubulcus ibis (Linnaeus, 1758) (египетская цапля – 6 экз.), обитает в тропиках, субтропиках, южной части умеренных широт обоих полушарий. В настоящее время активно расширяет свой ареал. Типичные места гнездования связаны с открытыми лугово-степными пространствами: лугами, болотами, степями, саваннами, а также агропромышленными и культурными ландшафтами, селится по соседству с человеком. В пределах стран СНГ египетская цапля гнездится в России (низовья рр. Терека и Волги), Армении (долина р. Аракс), Азербайджане (Ленкоранская низменность, низовья рр. Аракса и Куры), Казахстане (дельта р. Урал), в Туркменистане (долина р. Теджена, низовья р. Атрека).
Charadriiformes, Burhinidae: Burhinus oedicnemus (Linnaeus, 1758) (кулик авдотка – 1 экз.), обитает в степях и пустынях, ведет одиночный образ жизни, гнездится на земле. На территории России это единственный представитель семейства, встречается в Нижнем Поволжье, Предкавказье, на юге Оренбургской области; Vanellus spinosus (=Hoplopterus spinosus) (Linnaeus, 1758) (шпорцевый чибис – 4 экз.), в Европе – редкая гнездящаяся птица (Греция, Испания, Германия, Кипр, др.), гнездо устраивает вблизи водоёмов на земле. Vanellus cinereus (Blyth, 1842) (серый чибис – 3 экз.), гнездится в северо-восточном Китае и Японии, на Филиппинах, в Индонезии и Новом Южном Уэльсе (Австралия), на влажных лугах, рисовых полях и болотах, в России – залетный вид.
Columbiformes, Columbidae: Turtur chalcospilos (Wagler, 1827) (бронзовопятнистая лесная горлица – 2 экз.), вид обитает на земле в лесах и зарослях кустарника.
Cuculiformes, Cuculidae: Centropus senegalensis (сенегальская шпорцевая кукушка – 1 экз.), строит гнездо в зарослях густой растительности, гнезда часто имеют крышу.
Coraciiformes, Alcedinidae: Ceryle rudis (Linnaeus, 1758) (малый пегий зимородок – 2 экз.), гнездится в обрывах отдельными парами или колониями до 100 и более пар, питается мелкой рыбой, водными беспозвоночными, которых птица добывает в реках, прудах, рисовых чеках, селится около жилья человека. В России зарегистрированы залёты этого вида в низовья Волги.
Piciformes, Picidae: Dendropicos griseocephalus (золотоспинный африканский дятел – 3 экз.).
Indicatoridae: Indicator exilis (Cassin, 1856). (медоуказчик крошечный – 1 экз.).
Bucerotiformes, Bucerotidae: Bycanistes brevis Friedmann, 1929 (серебрянокрылый калао – 1 образец), обитает в лесах Африки к югу от Сахары; Tockus camurus (красноклювая карликовая птица-носорог – 1 экз.), гнездится в дуплах во влажном тропическом лесу; Tockus nasutus Linnaeus, 1766 (африканский серый токо – 1 экз.), обитает в тропических лесах и саваннах.
Passeriformes, Laniidae: Lanius excubitor excubitor Linnaeus, 1758 (обыкновенный серый сорокопут – 1 экз.), обитает в поймах рек на территории России и сопредельных стран.
Sturnidae: Lamprotornis caudatus (Ruppell, 1845) (длиннохвостый глянцевый скворец – 1 экз.), обитает на земле.
Ploceidae: Ploceus nigerrimus Vieillot, 1819 (болотный ткач – 1 экз.); Ploceus velatus Vieillot, 1819 (чернолобый ткач – 1 экз.), обитает в засушливых областях в западной и внутренней Южной Африке, как в кустарниковых зарослях, саванне, на лугах, так и во влажных областях, в городских парках и садах, гнезда строит на деревьях, растущих у водоемов.
Выводы
Результаты проведенных исследований показывают, что главную роль в выборе самками комаров Anopheles gambiae кормовых объектов – птиц – играют гнездовые и кормовые биотопы пернатых, которые комфортны для размножения комаров. Вероятно, самки комаров используют для питания неоперённых или слабо оперённых птенцов в гнездах, неоперённые участки тела взрослых птиц [18, с. 170; 19, с. 320].
Выявлены следующие экологические группы птиц, которые являются кормовой базой комаров Anopheles gambiae.
Наземные и наземногнездящиеся лесные и кустарниковые виды: Lamprotornis caudatus, Turtur chalcospilos.
Наземногнездящиеся лугово-болотные виды (гнездо на влажных лугах, болотах, рисовых полях): Vanellus cinereus, Vanellus spinosus, Burhinus oedicnemus.
Виды, выводящие птенцов в закрытых гнездах, в густых зарослях или деревьях, растущих у воды: Centropus senegalensis, Ploceus velatus, Ploceus nigerrimus, Lanius excubitor.
Дуплогнездники, во влажном лесу: Indicator exilis, Dendropicos griseocephalus, Bycanistes brevis, Tockus camurus, Tockus nasutus.
Околоводные виды и водные виды, гнездящиеся в плавнях (в том числе в агропромышленных и культурных ландшафтах): Butorides striata, Nycticorax nycticorax, Bubulcus ibis.
Норники, в обрывах по берегам рек (в том числе у жилья человека): Ceryle rudis.
В циркуляцию Plasmodium falciparum включены популяции птиц, прежде всего водного, околоводного и болотного комплексов, а также птицы, развитие которых проходит в специфических условиях замкнутого пространства – в норах, дуплах, закрытых гнездах. Комар Anopheles gambiae в данной системе играет роль переносчика Plasmodium falciparum не только в популяциях птиц и млекопитающих, но и человека, что и определяет ареал тропической малярии, которая является природноочаговым трансмиссивным заболеванием.
Выявлено 37 видов птиц – носителей малярии в природных и антропогенных биоценозах Мали (Западная Африка). Наиболее многочисленными в период миграции и на гнездовании являются птицы водного, околоводного и лугово-болотного комплексов (цапли, кваквы, кулики) – дальние мигранты на территории России и сопредельных стран. К территориям риска относятся, прежде всего, южные регионы – Астраханская область, Ростовская область, Краснодарский край.
В настоящее время проведены исследования по циркуляции вируса лихорадки Западного Нила в популяциях перелетных водных (чайки, крачки, кулики) и околоводных птиц (цапли), которые зимуют в Африке, и последующего заражения человека данным вирусом комарами-переносчиками – родниковым (лесным) малярийным комаром Anopheles claviger (Meigen, 1804) и обыкновенным малярийным комаром Anopheles maculipennis Meigen, 1818 на территории Ростовской области [20, с. 18]. Оба вида имеют обширные ареалы в России и сопредельных странах, в том числе обитают в Среднем Поволжье (Ульяновской области) [21, с. 130].
Об авторах
Андрей Владимирович Мищенко
Ульяновский государственный педагогический университет имени И.Н. Ульянова
Автор, ответственный за переписку.
Email: a.misch@mail.ru
кандидат биологических наук, доцент кафедры географии и экологии
Россия, УльяновскЕлена Александровна Артемьева
Ульяновский государственный педагогический университет имени И.Н. Ульянова
Email: hart5590@gmail.com
доктор биологических наук, профессор кафедры географии и экологии
Россия, УльяновскСписок литературы
- Layne S.P. Principles of Infectious Disease Epidemiology, EPI 220, UCLA Department of Epidemiology, Archived from the original on 2006–02–20.
- Балашов Ю.С. Особенности паразитизма членистоногих на наземных позвоночных // Паразитология. 1981. Т. 15, № 6. С. 481.
- Olupot-Olupot P., Maitland K. Management of severe malaria: Results from recent trials // Advances in Experimental Medicine and Biology. 2013. Vol. 764. P. 241–250. doi: 10.1007/978-1-4614-4726-9_20.
- Wang Y., Gilbreath T.M., Kukutla P., Yan G., Xu J. Dynamic gut microbiome across life history of the malaria mosquito Anopheles gambiae in Kenya // PLoS ONE. 2011. Vol. 6 (9). e24767. doi: 10.1371/journal.pone.0024767.
- Иванова Т.Н., Таныгина Е.Ю., Симонова Л.В., Тимошенко Н.И., Баранова А.М. Завозная малярия в мегаполисе (Москва, 2016–2017 гг.) и противомалярийные мероприятия // Медицинская паразитология и паразитарные болезни. 2018. № 2. С. 45–48.
- Малышева Н.С., Гладких К.А. Кровососущие комары (Diptera: Culicidae) как возможное звено в трансмиссии возбудителей некоторых заболеваний человека на территории Курской области // Auditorium. 2014. № 4. С. 4.
- Гапонов С.П., Теуэльде Т.Р. Кровососущие комары (Diptera, Culicidae) и мокрецы (Diptera, Ceratopogonidae) в гнездах воробьинообразных птиц в г. Воронеже // XI всерос. диптерологический симпозиум (с междунар. участием). Воронеж, 24–29 августа 2020 г.: сб. мат-лов / отв. ред.: О.Г. Овчинникова, И.В. Шамшев. СПб.: Издательство «Лема», 2020. С. 69–71.
- Эрлих В.Д. Пищевые предпочтения комаров Anopheles комплекса «maculipennis» – показатель эффективности борьбы с ним // Medical Parasitology and Parasitic Diseases. 1983. Т. 52. С. 53.
- Болгова А.В., Будаева И.А., Гапонов С.П. О трофических связях комаров (Diptera: Culicidae) – переносчиков возбудителей природно-очаговых заболеваний Воронежской области // Современные проблемы паразитологии и эпизоотологии: сб. ст. IX всерос. науч.-практ. конф., посв. 85-летию создания кафедры паразитологии и зпизоотологии Воронежского ГАУ (Воронеж, 4 декабря 2015 года). Воронеж: ФГБОУ ВПО Воронежский ГАУ, 2016. С. 21–25.
- Rich S.M., Ayala F.J. Evolutionary origins of human malaria parasites // Malaria: Genetic and Evolutionary Aspects. New York: Springer, 2006. P. 125–146.
- Мищенко А.В., Артемьева Е.А., Макаров Д.К., Солтис В.В. К эколого-генетическому мониторингу популяций пиона тонколистного (Paeonia tenuifolia L.) – кормового растения листовертки пионовой Pelatea klugiana (Freyer, 1836) (Lepidoptera, Tortricidae) – редкого и эндемичного вида чешуекрылых Ульяновской области (Среднее Поволжье) // Проблемы региональной экологии. 2017. № 1. С. 20–23.
- Мищенко А.В., Масленникова Л.А., Макаров Д.К., Солтис В.В. Молекулярное клонирование как метод идентификации бактерий в коллекционных образцах редких и эндемичных видов растений Ульяновской области // Вестник ВГУ. Серия: Химия. Биология. Фармация. 2018. № 2. С. 191–196.
- Thermo Fisher Scientific [Internet] // https://thermofisher.com.
- GenBank [Internet] // https://ncbi.nlm.nih.gov/genbank.
- Остроушко Т.С., Панюкова Е.В., Пестов С.В. Двукрылые насекомые (Insecta: Diptera) комплекса «гнус» фауны европейского северо-востока России // Труды Коми научного центра УрО РАН. № 183: Беспозвоночные европейского Северо-Востока России / редкол.: М.М. Долгин (отв. ред.), А.Г. Татаринов (отв. секретарь), Е.Н. Мелехина. Сыктывкар: Коми научный центр УрО РАН, 2007. С. 190–235.
- Хлызова Т.А., Фёдорова О.А., Сивкова Е.И. Патологическое воздействие слюны кровососущих двукрылых насекомых на организм человека и животных (обзор) // Вестник Оренбургского государственного университета. 2017. № 7 (207). С. 90–96.
- Мирзаева А.Г., Смирнова Ю.А., Юрченко Ю.А., Кононова Ю.А. К познанию фауны и экологии кровососущих комаров (Diptera: Culicidae) лесостепных и степных районов Западной Сибири // Паразитология. 2007. Т. 41, № 4. С. 253–267.
- Валькюнас Г.А. Паразиты крови птиц Беломоро-Балтийского направления миграции. 1. Роль миграций в заражении птиц паразитическими простейшими крови // Паразитология. 1984. Т. 18, № 2. С. 166–174.
- Ясюкевич В.В., Титкина С.Н., Попов И.О., Давидович Е.А., Ясюкевич Н.В. Климатозависимые заболевания и членистоногие переносчики: возможное влияние наблюдаемого на территории России изменения климата // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. 2013. Т. XXV. С. 314–360.
- Забашта М.В. Экологические и эпидемиологические аспекты лихорадки Западного Нила: автореф. дис. … канд. биол. наук. Саратов, 2012. 29 с.
- Константинов Ф.Ф. К фауне кровососущих комаров (Culicidae, Diptera) Ульяновской области // Насекомые Ульяновской области. Серия «Природа Ульяновской области». Вып. 5. Ульяновск: Филиал МГУ, 1994. С. 130–131.
Дополнительные файлы
![](/img/style/loading.gif)