Quando o vírus do Nilo Ocidental (WNV) foi inicialmente isolado em dois pacientes em um Queens, NOVA IORQUE., hospital no verão de 1999, teria sido difícil prever a rapidez com que uma espécie comum de mosquito doméstico, Culex pipiens, ajudaria a espalhar o vírus por todo o hemisfério ocidental.

Mordida por mordida, Costa à costa, populações de mosquitos transmitem o vírus - originalmente descoberto na província do Nilo Ocidental em Uganda, há mais de 75 anos - para populações humanas em 44 estados dos EUA em apenas três anos.

Com mais de 2, 500 espécies diferentes de mosquitos conhecidos na Terra hoje, muitos desafios permanecem para entomologistas e especialistas em controle de doenças com o objetivo de monitorar populações de mosquitos em evolução e doenças infecciosas transmitidas por mosquitos - que afetam cerca de 700 milhões de pessoas em todo o mundo e resulta em mais de 1 milhão de mortes humanas a cada ano.

Os físicos agora estão explorando a tecnologia baseada em laser tradicionalmente usada para estudar as condições da atmosfera - como Light Detection and Ranging (LIDAR) - para iluminar as características mais sutis da atividade do mosquito e rastrear melhor as populações que podem carregar uma ameaça viral.

Uma investigação liderada por Benjamin Thomas, professor assistente de física no NJIT, adotou o uso de LIDAR, uma tecnologia de sensoriamento remoto óptico infravermelho capaz de capturar a taxa com que os mosquitos batem suas asas durante o vôo, conhecido como frequência de batida de asa (WBF).

Ao compreender as variações de WBF em mosquitos, O laboratório de Thomas está aprendendo duas características principais que podem ajudar a distinguir quais mosquitos podem ser vetores de doenças infecciosas, daqueles que não são:espécie e gênero.

"Os mosquitos continuam sendo os animais mais mortíferos da Terra, de longe, "disse Thomas." Infelizmente, nossos métodos atuais de rastreamento e coleta de dados sobre eles normalmente custam muito em termos de tempo e recursos, portanto, não temos muitos dados entomológicos sobre muitas espécies e suas populações femininas, que são tipicamente transmissores de doenças. "

Estratégias atuais - como armadilhas físicas baseadas em feromônios - têm sido usadas para estudar com precisão as populações de mosquitos em pequena escala. Contudo, Thomas diz que o trabalho de sua equipe pode ajudar a preencher a lacuna de dados entomológicos em grande escala, dando aos pesquisadores uma maneira melhor de pesquisar a evolução mais ampla das populações de insetos e seus ecossistemas, bem como rastrear a propagação de doenças transmitidas por mosquitos. "

"Em casos como o surto de Zika, estávamos principalmente acompanhando sua disseminação por meio de relatos de doenças, sempre nos deixando um passo atrás dos mosquitos que transmitem o vírus, "disse Thomas." Estamos desenvolvendo um novo instrumento óptico capaz de escanear o ambiente e medir centenas de insetos por hora em tempo real. Isso poderia nos dar um método melhor de coleta de dados entomológicos em grande escala, ajudando-nos a rastrear espécies específicas que sabemos serem perigosas em resposta a um surto. "

Gravando a Batida dos Mosquitos

Embora os mosquitos machos e fêmeas apresentem anatomia semelhante à boca, apenas as fêmeas dos mosquitos possuem mandíbulas capazes de perfurar a pele dos mamíferos para sugar sangue - uma adaptação que serve para fornecer os nutrientes necessários à reprodução. Como os mosquitos fêmeas extraem sangue exclusivamente de humanos desta forma, identificá-los entre populações maiores é um passo importante para rastrear potenciais transmissores de doenças.

A abordagem baseada em laser de Thomas pode identificar com precisão WBFs de mosquitos fêmeas, que normalmente em média cerca de 500 batidas de asa por segundo, dos WBFs de suas contrapartes masculinas, que são normalmente 600 batidas de asas por segundo em média.

"Em nosso laboratório, os mosquitos são colocados em um invólucro de tubo e transitarão pelo caminho do laser do nosso instrumento, e com base em seu movimento de asa, eles vão produzir uma assinatura específica de luz que reflete de volta para o instrumento, "explicou Thomas." Esse retroespalhamento de luz contém as informações de que precisamos para identificar o que quer que cruze o feixe ... seja uma abelha, uma mosca doméstica, um mosquito macho ou mosquito fêmea. Junto com nosso laser, temos um telescópio que coleta toda essa luz e podemos analisar esses dados em tempo real. "

Em experimentos controlados no laboratório, A equipe de Thomas testou a capacidade de seu sistema de distinguir com precisão entre mosquitos machos e fêmeas de quatro espécies diferentes que foram previamente identificadas como vetores de doenças: Aedes albopictus , Aedes Vexans , Aedes aegypti e outra espécie de Culex gênero.

Nos testes, o instrumento se mostrou capaz de identificar o gênero do mosquito com 96,5 por cento de precisão. Contudo, uma perspectiva mais complicada para o laboratório de Thomas tem sido a identificação de espécies de insetos; Atualmente, o laboratório pode identificar espécies de mosquitos com 75 por cento de precisão. Em um estudo recente, publicado em Anais da Conferência de SPIE , A equipe de Thomas começou a explorar novos parâmetros ópticos para melhor caracterizar a forma e cor dos insetos, o que poderia melhorar a identificação geral das espécies.

"Nosso sistema de laser agora incorpora dois comprimentos de onda infravermelhos diferentes no mesmo caminho óptico, então, dependendo se uma espécie é marrom, preto ou listrado, isso afetará a força do sinal que volta de um dos dois canais de forma diferente, "disse Thomas." Também começamos a medir como a luz é polarizada para entender melhor a superfície e a forma dos insetos. Por exemplo, apenas medindo a polarização da luz voltando para nós, agora podemos dizer se os mosquitos estão carregando ovos ou não. "

O laboratório de Thomas está agora em processo de otimização de sua abordagem para uso em campo - trabalhando não apenas para melhorar ainda mais a precisão da identificação de espécies, mas também para melhorar o alcance do telescópio de seu sistema. A equipe está expandindo o alcance de seu telescópio para coletar luz de seu alcance atual de 100 metros a algumas centenas de metros, a fim de coletar dados de ambientes externos onde habitam grandes populações de mosquitos. Com testes de segurança e aprimoramentos para o projeto em andamento, Thomas diz que os testes de campo podem começar em 2019.

"Assim que nosso instrumento for implantado no campo, poderíamos, idealmente, coletar dados por meio de uma conexão com a Internet ao longo de alguns dias, "disse Thomas." Isso pode nos fornecer uma grande quantidade de informações sobre os mosquitos e outros insetos no meio ambiente. A longo prazo, estudos futuros podem até mesmo nos dizer sobre como a distribuição espacial de uma determinada população está evoluindo como resultado das mudanças climáticas. "