¿Por qué importa saber la edad de los mosquitos?

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<strong>Mosquito Aedes aegypti</strong> — **Photo by National Institute of Allergy and Infectious Diseases on Unsplash**

Los patógenos transmitidos por mosquitos, incluidos la malaria, el Zika, el dengue y el chikungunya, siguen siendo un importante problema de salud pública a nivel mundial. Como sólo los mosquitos más maduros son infecciosos y representan un riesgo para la salud humana, los científicos han tratado de clasificar los mosquitos por edades basándose en este conocimiento; sin embargo, no existen métodos fiables, rentables y prácticos para envejecer a los mosquitos a pesar del tremendo valor epidemiológico de este enfoque. El objetivo general del proyecto financiado por los Institutos Nacionales de Salud (NIH, National Institutes of Health de Estados Unidos) es establecer un enfoque novedoso para clasificar por edades los mosquitos Aedes aegypti en el campo, según lo indicado por el resumen del proyecto.

Indicaron que “el enfoque adoptado se basa en la espectroscopía Raman mejorada en superficie (SERS) para analizar las biomoléculas del extracto de agua de mosquito que están unidas con nanopartículas de plata (AgNP) y luego los espectros SERS se utilizan en modelos modernos de aprendizaje automático para clasificar los mosquitos por edad. Nuestra hipótesis central es que las AgNP interactúan con biomoléculas específicas, lo que permite a SERS generar información espectral única y predecible para establecer modelos modernos de aprendizaje automático para determinar la edad de los mosquitos. Nuestro trabajo anterior demuestra la viabilidad de SERS y redes de neuronas artificiales (ANN) para determinar la edad de los mosquitos Aedes aegypti tanto en laboratorio (error 1 día) como en campo (error 2 días). En el trabajo propuesto, estableceremos protocolos sólidos de laboratorio y de campo para producir datos SERS confiables y repetibles del extracto de agua de mosquitos. Luego, manipularemos las condiciones de laboratorio y de campo para determinar el impacto de lo biótico (estado de alimentos e infección) y abiótico (temperatura) en las características de SERS. Se establecerá y validará un modelo de aprendizaje automático robusto y preciso basado en RNA modernas y estrategias de adopción de dominio (DA) para clasificar por edad los mosquitos en el campo. Además, exploraremos las estrategias de aprendizaje multitarea (MTL) para determinar simultáneamente la edad y el estado de infección. Nuestro objetivo a largo plazo es establecer un sistema rápido, rentable y desplegable en el campo que permita el análisis en tiempo real y el intercambio de datos para facilitar los estudios epidemiológicos, la evaluación de riesgos, el seguimiento y la evaluación de las intervenciones de control de vectores”.

Lili He, profesora de Ciencias de los Alimentos, quedó perpleja cuando el director del Laboratorio de Análisis de Pesticidas de Massachusetts (MPAL) preguntó si la técnica de espectroscopia molecular en la que ella se especializa podría usarse para determinar la edad de los mosquitos*.

“Mi primera impresión fue, ¿qué? ¿Por qué tenemos que determinar la edad de los mosquitos?”, recuerda He, jefa del Departamento de Ciencias de los Alimentos de la Universidad de Massachusetts Amherst.

<strong>Lili He</strong> — **Lili He, directora del UMass Amherst Institute for Applied Life Sciences’ (IALS) Raman, IR and XRF Core Facility. Crédito de la imagen: UMass Amherst.**

Luego aprendió de John Clark, director del MPAL con sede en la UMass Amherst, que sólo los mosquitos más viejos infectados con patógenos pueden transmitir enfermedades infecciosas como los virus del Nilo Occidental, Zika y Chikungunya, el dengue y la malaria, cuando pican a humanos y al ganado.

Los mosquitos pueden vivir hasta un año. Antes de que puedan transmitir enfermedades, deben vivir lo suficiente como para infectarse con un patógeno a través de la ingesta de sangre, sobrevivir durante el período de incubación variable del patógeno y luego transmitirlo picando a una persona o a otros animales.

“En este momento no existe una forma muy precisa y económica de determinar la edad de los mosquitos. Tener esa capacidad posibilitará una evaluación rápida del riesgo de enfermedades transmitidas por mosquitos en un área particular, lo que permitirá estrategias rápidas y efectivas de control de mosquitos”, señaló He.

Para afrontar el desafío, la científica recibió una subvención de 1,71 millones de dólares durante cinco años de los Institutos Nacionales de Salud (NIH) para desarrollar y probar un enfoque novedoso para la clasificación por edades de los mosquitos. El equipo multidisciplinario que lidera incluye expertos en desarrollo analítico, biología de mosquitos, bioquímica, estudios de campo y modelos de aprendizaje automático.

En el proyecto están, además de He, el ya mencionado John Marshall Clark, del Departamento de Ciencias Veterinarias y Animales de la UMass (VASCI); Wei Zhu, profesora asistente de matemáticas y estadística; y las entomólogas Laura Harrington y Courtney Murdock, ambas de la Universidad de Cornell, y Ponlawat Alongkot, jefe de Biología y control de vectores en el Instituto de Investigación de Ciencias Médicas de las Fuerzas Armadas en Bangkok, Tailandia.

“Este es un proyecto muy colaborativo y hemos formado un equipo muy fuerte. Todos tienen una parte importante”, aseguró He, directora de la instalación central Raman, IR y XRF del Instituto de Ciencias de la Vida Aplicadas (IALS).

Harrington y Murdock, reconocidas internacionalmente por su investigación en biología de vectores, criarán mosquitos en sus laboratorios en diferentes condiciones, controlando la dieta, la temperatura y el estado de infección. También se recolectarán mosquitos en campos de Florida y Tailandia. He enviará mosquitos individuales, que pondrá en agua y en una centrífuga para descomponer el tejido. Luego utilizará una técnica de huellas dactilares moleculares integrada con nanotecnología llamada surface-enhanced Raman Spectroscopy (SERS) para analizar los espectros moleculares de biomoléculas del extracto de agua de mosquito que están unidas con nanopartículas de plata (AgNP). Que según explicó, “es una técnica muy sencilla y rápida”.

**Ejemplar muerto de Aedes aegypti en un entorno familiar. Crédito de la imagen: Ricardo Daniel González Guinder**

Los datos de los mosquitos se enviarán a Zhu, quien aplicará su experiencia en una técnica de adaptación de dominio para que los datos sean más comparables. “Puede entrenar un modelo de aprendizaje para aplicarlo a diferentes datos; en este caso, datos de mosquitos en diferentes ubicaciones. Eso es extremadamente útil”, afirmó He.

El equipo tiene como objetivo establecer protocolos en el laboratorio y el campo, y desarrollar la capacidad de identificar factores como la dieta, el estado de infección y la temperatura del lugar, así como establecer modelos modernos de aprendizaje automático para clasificar los mosquitos por edad.

“La malaria mata a entre dos y tres millones de personas e infecta a otros 200 millones o más cada año. Los patógenos transmitidos por mosquitos también amenazan la producción ganadera y la calidad y sostenibilidad de los alimentos animales. Por eso este proyecto tiene tanta importancia”, concluyó He.