Op een vroege lenteochtend zweefde een zoemende drone over een klein stadje in Bahia, Brazilië. Driehonderd voet boven de grond, een kleine bus klikte open en stoot de inhoud uit in de mond van het loslaatmechanisme eronder. Even was er stilte. Toen strekte een zwerm muggen, vers ontwaakt uit ijzige slaap, hun vleugels uit en vluchtte.
Elk exemplaar was mannelijk, vrijgezel en klaar om zich te vermengen - en als alles volgens plan verliep, zou de zoemende horde van gretige maagden gestaag de lokale muggenpopulatie infiltreren en de komende dagen met duizenden gelukkige dames samenwerken.
Gezien het feit dat er ongeveer 100 soorten muggen zijn die dodelijke menselijke ziekteverwekkers dragen - inclusief parasieten die malaria veroorzaken, evenals Zika-, knokkelkoorts- en West-Nijlvirussen - klinkt dit misschien als de gruwelijke start van een apocalyptische sciencefictionfilm à la Outbreak . Maar het is precies het tegenovergestelde: de muggen die in dit experiment worden losgelaten, zijn misschien wel enkele van de beste wapens tegen de verspreiding van besmettelijke ziekten.
De afgelopen twee jaar heeft een team van wetenschappers en ingenieurs van WeRobotics en het International Atomic Energy Agency (IAEA) nieuwe manieren getest om steriele mannelijke muggen te verspreiden in regio's waar deze dodelijke ziekten hoogtij vieren. De eerste drone-gebaseerde proefrun van de onderzoekers, die afgelopen voorjaar in Brazilië werd uitgevoerd, leverde veelbelovende resultaten op en ze bereiden zich al voor op meer.
"Dit is echt een opwindende stap voorwaarts", zegt Kelsey Adams, een mugbioloog aan de Harvard School of Public Health die niet is aangesloten bij het werk. "Met innovatieve technieken zoals deze, kunnen we de gebieden uitbreiden waarin we [gemodificeerde muggen] vrijgeven."
Het einddoel is simpel: verdrijf vruchtbare mannen met eunuchen en kijk hoe het aantal potentiële ziekteverwekkende muggen daalt. Deze zogenaamde steriele insectentechniek heeft al succes opgeleverd in landbouwongedierte zoals fruitvliegen, en in andere insecten die ziekte van persoon tot persoon overbrengen, zoals tseetseevliegen. Gebruik van de technologie in muggen is echter een iets nieuwer fenomeen.
Als het erop aankomt, is de steriele insectentechniek een spel van getallen. Wilde populaties moeten worden overspoeld met lab-gekweekte kerels, soms in verhoudingen van meer dan 10 of meer steriele mannen voor elke vruchtbare lokale. En eenmalige dumping is niet voldoende: een regio moet steeds opnieuw worden overstroomd, totdat de populaties van inheemse muggen naar verwaarloosbare niveaus worden gedreven (en zelfs dan kan het een afschuwelijke oefening in onderhoud blijven). Wat meer is, sommige soorten muggen, waaronder de Aedes aegypti muggen die Zika, knokkelkoorts en gele koorts overbrengen, zijn klassieke bankaardappels, die vaak niet meer dan een paar honderd voet in hun leven reizen. Dit vergroot de moeilijkheid om een brede dekking te garanderen.
Muggen kunnen nu massaal worden gefokt en gesteriliseerd in een aantal laboratoriumomgevingen - een snelle straal straling is voldoende om insectensperma ernstig te beschadigen. Het proces van het veilig verpakken, transporteren en afleveren van deze steriele soldaten naar de locaties waar ze hun vuile werk zullen doen, is echter een eigen hindernis. Tot nu toe hebben de meeste inspanningen te maken gehad met door de mens aangedreven grondafvoer van voertuigen, maar hobbelige vrachtwagenritten op onafgewerkte wegen verdringen onvermijdelijk hun kostbare lading, en veel regio's vol met ziektes zijn ontoegankelijk met de auto.
In plaats daarvan kijken onderzoekers nu naar de hemel.
"Drones zijn echt een game-wisselaar", zegt Jürg Germann, hoofdingenieur van WeRobotics.
De technologie is verrassend alomtegenwoordig: voor een paar duizend dollar kunnen drones worden gekocht en omgezet in mug-chauffeurs. In vergelijking met onhandige auto's zijn drones minstens vijf tot tien keer efficiënter in het verspreiden van muggen, zegt Germann. Wat meer is, drones zijn aerodynamisch, herbruikbaar en volledig onbelast door wegen (of het ontbreken daarvan). Overal waar lucht is, kan een drone gaan, met overwinterende muggen op sleeptouw.
Bij eerder werk met fruitvliegen zijn vliegtuigen op grote hoogte gebruikt. Maar in tegenstelling tot vliegtuigen, kunnen drones laag over de grond vliegen, wat zorgt voor meer precisie en controle - en het minimaliseren van de schade die kwetsbare bugs kunnen oplopen als ze gewelfd van het vaartuig. Het beste van alles is dat drones geen foutgevoelige piloten nodig hebben: de onderzoekers kunnen hun koers naar thuisbasis zetten en afscheid nemen.
Commercieel verkrijgbare drone kan worden gecoöpteerd in "mug limousines", zoals medeoprichter van WeRobotics Patrick Meier er graag naar verwijst, met in één keer 50.000 muggen. (WeRobotics) Na een jaar van prototyping hebben WeRobotics en IAEA hun inspanningen op het veld gezet. Ze richtten hun aandacht eerst op Brazilië, waar een Zika-epidemie, verspreid door Aedes aegypti- muggen, leidde tot duizenden geboorteafwijkingen in 2015 en 2016.
In de loop van drie proeven verspreidden de onderzoekers in maart van dit jaar in totaal 284.200 steriele mannelijke Aedes aegypti- muggen rond de Braziliaanse gemeenschap Carnaíba do Sertão. Met de drones die op volle snelheid vlogen, konden de onderzoekers in een paar minuten duizenden vierkante voet afleggen - en meer dan 90 procent van de luchtbellen leek de landing te steken.
Het overleven van de gevaarlijke druppel was nog maar het begin - maar IAEA muggenexpert Jérémy Bouyer was blij te zien dat deze drone-afgeleide kerels zich staande hielden tegenover hun vruchtbare tegenhangers, vader van ongeveer één steriel ei voor elk levensvatbaar ei geproduceerd door een wild mannetje. Bouyer is optimistisch dat met meer geknoei, het aantal zal blijven stijgen.
In zo'n vroeg stadium is het een uitdaging om de langetermijneffecten van deze onvruchtbare insectenblitzes te beoordelen. Maar epidemieën treffen wanneer je ze het minst verwacht - en insectenbestrijding gaat helemaal over het knijpen van ziekten in de knop. WeRobotics en IAEA plannen al meer proeven in de komende maanden en jaren. In de tussentijd werken Germann en zijn team aan het vergroten van de capaciteit van elke drone en het minimaliseren van muggensterfte. Uiteindelijk hopen de onderzoekers via een intensief trainingsprogramma een betere versie van hun technologie aan lokale experts door te geven, waardoor een duurzaam en zelfvoorzienend verspreidingssysteem ontstaat. Tegen 2020 is WeRobotics van plan om wereldwijd ongeveer 30 drone-stations te hebben.
"We willen niet alleen technologie naar het probleem gooien - dat is geen impact", zegt mede-oprichter van WeRobotics, Patrick Meier. “De drones zouden de helden in dit verhaal moeten zijn. Niet de westerse organisaties. '
Naarmate de technologie vordert, kunnen er nog meer deuren opengaan. In de strijd tegen ziektedragende insecten zijn drones niet alleen goed voor het verspreiden van ongedierte. Onbemande vliegtuigen zijn al gebruikt om kweekplekken voor muggen in kaart te brengen - die lastig te vinden en te volgen zijn met het blote oog - waardoor onderzoekers gemakkelijker het gedrag en de verspreiding van muggen kunnen bestuderen. Bovendien zijn drones vanuit hun hoge uitkijkpunt een uitstekend hulpmiddel voor het sproeien van insecticiden.
Zelfs in het kader van muggen-dring, is er extra ruimte voor groei, zegt Adams, die het reproductieve gedrag van Anopheles- muggen bestudeert, die parasieten kunnen dragen die malaria veroorzaken , onder toezicht van onderzoeker naar infectieziekte Flaminia Catteruccia. De drones zijn zeker niet soortspecifiek, en Bouyer, Germann en Meier zijn optimistisch dat Anopheles en andere muggen levensvatbare kandidaten kunnen zijn voor verspreiding in de toekomst.
In feite, als het gaat om Anopheles muggen, kunnen drones zelfs nog meer een zegen zijn. Anopheles zijn geen lethargische knobbeltjes zoals hun Aedes neven en nichten. Airdropping deze malaria mongers kan meer waar voor uw geld zijn, omdat minder muggen een groter geografisch gebied kunnen bestrijken.
Wat meer is, er is bewijs dat de meeste Anopheles (en sommige Aedes ) vrouwen grotendeels monogaam zijn; in feite, voor de dames van sommige Anopheles- soorten, is partnerkeuze een letterlijke eenmalige beslissing. En hormonaal en gedragsonderzoek in de groep van Catteruccia en anderen heeft aangetoond dat, zelfs in een zwerm parende muggen, een handjevol onevenredig succesvol is. Dit betekent een paar dingen: ten eerste zullen de meeste mannelijke muggen, helaas, maagden sterven. Ten tweede, en misschien nog belangrijker, geven vrouwen waarschijnlijk een indicatie van mannelijk machismo terwijl ze zich een weg banen door de menigte. Op een dag, zegt Adams, kunnen wetenschappers misschien vrouwelijke muggen ertoe brengen om steriele mannetjes te verkiezen boven vruchtbare mannetjes, gezien de juiste prikkels.
Ter voorbereiding op hun proeven brachten IAEA-wetenschappers honderdduizenden Aedes aegypti- muggen groot in laboratoria. (WeRobotics) Maar steriele insectentechniek is slechts een van de vele strategieën waarmee de reproductieve cyclus van deze bloeddorstige insecten kan worden aangepakt. En hoewel het in veel contexten zeer effectief is geweest, is deze strategie niet zonder nadelen.
"Een van de grootste problemen is dat het niet zichzelf in stand houdt, " legt Adams uit. "Je hebt vaak meer muggen nodig dan je zou denken."
Ten eerste zou het wereldwijd opzetten van deze laboratoriumveredelings- en sterilisatiecentra een formidabele prestatie zijn. Tijdens hun kleine proef met één gemeenschap in Brazilië hebben WeRobotics en IAEA meer dan 700.000 muggen grootgebracht - een aantal dat enorm moest worden opgeschaald om zelfs maar een fractie van de wereldwijde behoefte te dekken. Bovendien is het isoleren van een populatie alleen voor mannen voor sterilisatie en afgifte niet zo eenvoudig als het klinkt en kunnen fouten extreem duur zijn. Vrouwtjes zijn de bloedzuigers van het stel - en dus de gezanten van ziekte. De toevallige vrijlating van een populatie die zelfs 1 procent vrouw is, kan een epidemie zelfs verergeren, zegt Adams.
Gelukkig bestaan er veel alternatieven. Een optie omvat het produceren van muggen die dodelijke genen kunnen doorgeven aan hun nakomelingen - een andere vorm van stiekeme anticonceptie. Deze technologie kan vooral krachtig zijn wanneer deze naast een "gen-drive" is ontwikkeld - in wezen een genetisch element dat zich een weg baant in alle nakomelingen, ongeacht welke ouder de eigenschap heeft. Genaandrijvingen verspreiden zich dus sneller door populaties, waardoor ze efficiënter zijn dan strategieën zoals de steriele insectentechniek: een kleiner aantal insecten kan een wilde populatie domineren, wat de behoefte aan massamuggenproductie enigszins verlicht.
Een zorg die sommige wetenschappers de afgelopen jaren naar voren hebben gebracht, is dat verschillende van deze methoden erop gericht zijn bepaalde soorten muggen volledig uit te roeien. En ziektegerelateerd of niet, een uitsterven is een uitsterven.
Maar ongeveer 3.500 soorten muggen zwerven door de lucht - en velen van hen hebben overlappende ecologische functies, zegt Adams. "Het elimineren van één mug heeft niet noodzakelijk grote gevolgen voor het milieu, aangezien er duizenden zijn", legt ze uit. "Maar we moeten natuurlijk nog steeds voorzichtig zijn."
Een alternatief voor genocide is om immuniteit voor parasieten of virussen in een muggenpopulatie te introduceren. In combinatie met gen-drives, zou deze technologie mogelijk een blijvende lijn van insecten kunnen creëren die naar hartenlust op bloed kunnen steunen - en zalig ziektevrij.
Natuurlijk zijn deze methoden ook niet waterdicht. Net zoals bacteriën, virussen en parasieten resistentie tegen medicijnen ontwikkelen, kunnen muggen hun weg uit genaandrijvingen en andere soorten DNA-manipulaties muteren. Zelfs als het met lage snelheden gebeurt, kan een persoon zijn genetische hik snel doorgeven aan toekomstige generaties, waardoor jarenlange inspanning ongedaan wordt gemaakt.
Bouyer wijst erop dat ongelukken met mutaties kunnen worden omzeild door te vertrouwen op de originele, op bestraling gebaseerde steriele insectentechniek: het is niet eenvoudig om een genetische oplossing te vinden voor de onvruchtbaarheid van een seksuele partner. Hoewel steriele insectentechnieken al tientallen jaren worden gebruikt, voegt hij eraan toe dat geavanceerde en invasieve genetische modificaties meer obstakels kunnen tegenkomen op de weg naar commercialisering, gezien de strenge GMO-voorschriften die in veel landen bestaan.
Geen enkele muggenbestrijdingsstrategie is waarschijnlijk een wondermiddel op zichzelf. Bouyer zegt echter dat sommige van deze technieken in de toekomst effectief in combinatie kunnen worden gebruikt. Zoals het geval is met medicijnen en andere medicijnen, is het voor een populatie veel moeilijker om weerstand te ontwikkelen wanneer ze tegen meerdere tegenstanders tegelijk vecht.
In ieder geval is Meier enthousiast over de mogelijkheid van nieuwe passagiers voor Air Mosquito. "We zijn gewoon de limousine", zegt hij lachend. “Welke muggen de limousine in gaan, is aan andere experts. Aan onze kant, zolang er muggen zijn, zal de [drop] werken - ongeacht hoe ze zijn aangepast. "
