Ecology of vector-borne diseases: effects of host traits on mosquito feeding preferences and its implications for diesease transmission.

Las últimas décadas han presenciado una acelerada emergencia o el resurgimiento de enfermedades transmitidas por vectores (ETVs) en muchas áreas geográficas, afectando a humanos, animales salvajes y domésticos, lo que representa una gran amenaza para la salud pública y la conservación de la biodiversidad. A pesar del impacto médico y económico de las ETVs, la ecología de estas, especialmente las interacciones entre los hospedadores y los vectores, aún son insuficientemente conocidas. Los estudios epidemiológicos previos han asumido tradicionalmente una interacción aleatoria entre hospedadores y vectores, ignorando los posibles efectos de la heterogeneidad en las características del hospedador, tales como el estado de salud del individuo y la historia evolutiva, en las tasas de transmisión de patógenos. La falta de reconocimiento e incorporación de los posibles efectos de las características del huésped en los modelos epidemiológicos podría dar lugar a estimaciones sesgadas de la dinámica de transmisión de ETVs. Por lo tanto, los cuatro capítulos incluidos en esta tesis se centran en el estudio de los efectos de la heterogeneidad de ciertos rasgos del hospedador en las interacciones hospedador-vector a nivel tanto inter como intraespecífico. Aunque algunos patógenos transmitidos por vectores (PTVs) causan enfermedades en humanos, la mayoría de ellos son zoonóticos, siendo la fauna silvestre el hospedador vertebrado primario. Los mosquitos son vectores primarios de muchos PTVs, como el Plasmodium aviar y el virus de West Nile (WNV). Dado el importante papel de los mosquitos y los hospedadores silvestres en el ciclo de transmisión de los PTVs, en esta tesis se utilizó principalmente un patógeno transmitido por los mosquitos, el Plasmodium aviar, sus vectores naturales Culex pipiens y Culex restuans y el hospedador vertebrado Gorrión Común (Passer domesticus) como sistema de estudio. Las características del huésped pueden tener una profunda influencia en la interacción entre este y los mosquitos, ya que los mosquitos basan su búsqueda de alimento en ciertas características del hospedador, lo que resulta en una preferencia de alimentación que da lugar a tasas de contacto huésped-vector heterogéneas. La actividad de búsqueda de hospedador por parte de los mosquitos es un proceso integrador que combina múltiples señales. En esta tesis, en primer lugar revisé el papel de las características morfológicas, comportamentales y fisiológicas del huésped en la atracción de los mosquitos. La preferencia de alimentación de los mosquitos es el resultado de las interacciones entre la preferencia por determinados huéspedes y los factores extrínsecos, incluido el atractivo y la disponibilidad de los mismos. La preferencia puede verse afectada por la variación en las características del hospedador, a través de señales olfativas, visuales, y térmicas, entre otras, utilizadas en el proceso de búsqueda de los huéspedes. Las lagunas aún existentes en el conocimiento sobre los efectos de la heterogeneidad de las características del huésped en la preferencia de alimentación de mosquitos ponen de manifiesto la necesidad de realizar estudios específicos tanto teóricos como empíricos sobre este tema. Para determinar el efecto de las características morfológicas y comportamentales del huésped en la preferencia de alimentación de los mosquitos, llevé a cabo un estudio comparativo mediante la combinación de datos sobre tasas de alimentación de mosquitos en una comunidad de aves de América del Norte con datos de morfología y comportamiento de dichas aves. Las aves con plumaje de coloración más clara, tamaño corporal más grande y comportamiento de descanso solitario fueron picadas con mayor frecuencia de lo esperado en función de su abundancia relativa en la comunidad. Este estudio destaca el papel de las características morfológicas y comportamentales del huésped en las diferencias inter-específicas en los patrones de alimentación de los mosquitos. Estos resultados resultan de utilidad en la aplicación de programas de vigilancia de PTVs, pudiendo centrarse en especies de aves más grandes, con hábitos de descanso solitarios y / o de colores más claros como especies focales. Para determinar el papel de las características fisiológicas del huésped en la preferencia de la alimentación de los mosquitos, realicé experimentos de selección doble, consistente en exponer dos gorriones con diferentes tasas metabólicas a Cx. pipiens y analicé la relación entre las preferencias de alimentación del mosquito y el metabolismo del hospedador. Las aves con tasas metabólicas basales más bajas fueron picadas por mosquitos con mayor frecuencia que sus conspecíficos. Esto representa la primera evidencia experimental del vínculo entre el metabolismo del huésped y la preferencia de alimentación del vector. Además, las aves con mayor masa corporal fueron picadas con mayor frecuencia por los mosquitos. Como Cx. pipiens es un vector clave para múltiples PTVs, la identificación de las características que afectan a la preferencia de alimentación de esta especie de mosquito puede arrojar luz sobre la epidemiología de estos patógenos. Para evaluar el impacto de infección del huésped por el patógeno Plasmodium en los patrones de alimentación de los mosquitos, llevé a cabo dos experimentos de selección doble. Así, expuse dos gorriones con diferente estado de infección (es decir, infectados por Plasmodium y no infectados) y con diferente intensidad de infección (a través de un tratamiento que reduce la carga parasitaria, es decir, una carga de Plasmodium más alta frente a una carga más baja) a los mosquitos en búsqueda de alimento. Las aves infectadas con Plasmodium fueron picadas con mayor frecuencia que aquellas infectadas aunque medicadas. Sin embargo, el estado de infección de las aves en sí mismo no afectó significativamente el patrón de alimentación de los mosquitos, siendo las aves infectadas por Plasmodium y no infectadas picadas de manera similar por los mosquitos. Estos resultados apoyan, al menos parcialmente, la hipótesis de la manipulación parasitaria, la cual probablemente opera a través de una reducción en el comportamiento defensivo del hospedador, y destacan la importancia de considerar la carga parasitaria en estudios sobre las interacciones huésped-vector-patógeno. Mediante el uso de un enfoque interdisciplinar que combina estudios comparativos, análisis moleculares y aproximaciones experimentales, esta tesis logra identificar varias relaciones clave entre las características del huésped y la preferencia de alimentación de los mosquitos, a nivel tanto inter como intra-específico, lo que puede ayudar a comprender mejor la dinámica de tasas de contacto entre hospedadores y vectores y, por tanto, la dinámica de transmisión de PTVs. La incorporación de la heterogeneidad de las características del huésped en futuros estudios sobre la ecología de las ETVs puede mejorar nuestro esfuerzo de vigilancia y control de la compleja red de transmisión de ETVs

Antenna enhanced graphene THz emitter and detector

Recent intense electrical and optical studies of graphene have pushed the material to the forefront of optoelectronic research. Of particular interest is the few terahertz (THz) frequency regime where efficient light sources and highly sensitive detectors are very challenging to make. Here we present THz sources and detectors made with graphene field effect transistors (GFETs) enhanced by a double-patch antenna and an on-chip silicon lens. We report the first experimental observation of 1-3 THz radiation from graphene, as well as four orders of magnitude performance improvements in a GFET thermoelectric detector operating at ~2 THz. The quantitative analysis of the emitting power and its unusual charge density dependence indicate significant non-thermal contribution from the GFET. The polarization resolved detection measurements with different illumination geometries allow for detailed and quantitative analysis of various factors that contribute to the overall detector performance. Our experimental results represent a significant advance towards practically useful graphene THz devices

Raman Scattering and Anomalous Stokes-anti-Stokes Ratio in MoTe2 Atomic Layers

Stokes and anti-Stokes Raman scattering are performed on atomic layers of hexagonal molybdenum ditelluride (MoTe2), a prototypical transition metal dichalcogenide (TMDC) semiconductor. The data reveal all six types of zone center optical phonons, along with their corresponding Davydov splittings, which have been challenging to see in other TMDCs. We discover that the anti-Stokes Raman intensity of the low energy layer-breathing mode becomes more intense than the Stokes peak under certain experimental conditions, and find the effect to be tunable by excitation frequency and number of atomic layers. These observations are interpreted as a result of resonance effects arising from the C excitons in the vicinity of the Brillouin zone center in the photon-electron-phonon interaction process

Do mosquitoes transmit the avian malaria-like parasite Haemoproteus? An experimental test of vector competence using mosquito saliva

[Background] The life-cycle of many vector-borne pathogens includes an asexual replication phase in the vertebrate host and sexual reproduction in the insect vector. However, as only a small array of parasites can successfully develop infective phases inside an insect, few insect species are competent vectors for these pathogens. Molecular approaches have identified the potential insect vectors of blood parasites under natural conditions. However, the effectiveness of this methodology for verifying mosquito competence in the transmission of avian malaria parasites and related haemosporidians is still under debate. This is mainly because positive amplifications of parasite DNA in mosquitoes can be obtained not only from sporozoites, the infective phase of the malaria parasites that migrate to salivary glands, but also from different non-infective parasite forms in the body of the vector. Here, we assessed the vectorial capacity of the common mosquito Culex pipiens in the transmission of two parasite genera.[Methods] A total of 1,560 mosquitoes were allowed to feed on five house sparrows Passer domesticus naturally infected by Haemoproteus or co-infected by Haemoproteus/Plasmodium. A saliva sample of the mosquitoes that survived after 13 days post-exposure was taken to determine the presence of parasite DNA by PCR.[Results] Overall, 31.2% mosquito’s head-thorax and 5.8% saliva samples analysed showed positive amplifications for avian malaria parasites. In contrast to Haemoproteus DNA, which was not found in either the body parts or the saliva, Plasmodium DNA was detected in both the head-thorax and the saliva of mosquitoes. Parasites isolated from mosquitoes feeding on the same bird corresponded to the same Plasmodium lineage.[Conclusions] Our experiment provides good evidence for the competence of Cx. pipiens in the transmission of Plasmodium but not of Haemoproteus. Molecular analyses of saliva are an effective method for testing the vector competence of mosquitoes and other insects in the transmission of vector-borne pathogens.This study was funded by projects CGL2012-30759 and CGL2015-65055-P from the Spanish Ministerio de Economia y Competitividad and European Regional Development’s funds (FEDER). We acknowledge support of the publication fee by the CSIC Open Access Publication Support Initiative through its Unit of Information Resources for Research (URICI). R.G.L. was supported by a FPI grant (BES-2013-065274), J.M.P. by a Juan de la Cierva contract, L.G. by a contract under the Excelence Projects from Junta de Andalucía (RNM-7800) and J.Y. by a grant from China Scholarship Council.Peer reviewe

A robust and active hybrid catalyst for facile oxygen reduction in solid oxide fuel cells

The sluggish oxygen reduction reaction (ORR) greatly reduces the energy efficiency of solid oxide fuel cells (SOFCs). Here we report our findings in dramatically enhancing the ORR kinetics and durability of the state-of-the-art La[subscript 0.6]Sr[subscript 0.4]Co[subscript 0.2]Fe[subscript 0.8]O[subscript 3](LSCF) cathode using a hybrid catalyst coating composed of a conformal PrNi[subscript 0.5]Mn[subscript 0.5]O[subscript 3](PNM) thin film with exsoluted PrOxnanoparticles. At 750°C, the hybrid catalyst-coated LSCF cathode shows a polarization resistance of ∼0.022 Ω cm[superscript 2], about 1/6 of that for a bare LSCF cathode (∼0.134 Ω cm[superscript 2]). Further, anode-supported cells with the hybrid catalyst-coated LSCF cathode demonstrate remarkable peak power densities (∼1.21 W cm[superscript -2]) while maintaining excellent durability (0.7 V for ∼500 h). Near Ambient X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) and Near Edge X-Ray Absorption Fine Structure (NEXAFS) analyses, together with density functional theory (DFT) calculations, indicate that the oxygen-vacancy-rich surfaces of the PrOxnanoparticles greatly accelerate the rate of electron transfer in the ORR whereas the thin PNM film facilitates rapid oxide-ion transport while drastically enhancing the surface stability of the LSCF electrode

Silencing SOCS3 Markedly Deteriorates Spondyloarthritis in Mice Induced by Minicircle DNA Expressing IL23

Objective: Despite extensive studies, the precise mechanism underlying spondyloarthritis, especially ankylosing spondylitis, remains elusive. This study aimed to develop an ideal animal model for an insight into mechanism of spondyloarthritis and functional relevance of SOCS3 in spondyloarthritis.Methods: Since SOCS3 is a major regulator of IL23-STAT3 signaling, we generated SOCS3 knockdown transgenic (TG) mice for development of an animal model of spondyloarthritis. A hydrodynamic delivery method was employed to deliver minicircle DNA expressing IL23 (mc-IL23) into wild-type (WT) and the TG mice. Knockdown/overexpression systems mediated by lentivirus and retrovirus were used to determine whether SOCS3 regulated osteoblast differentiation.Results: Forced expression of IL23 induced severe joint destruction and extensive bone loss in SOCS3 knockdown TG mice, while this treatment only caused moderate symptoms in WT mice. Furthermore, severe spondyloarthritis was found in IL23-injected TG mice as compared to mild disease observed in WT controls under same condition. Moreover, our studies showed that IL23 promoted osteoblast differentiation via activation of STAT3 pathway and disruption of SOCS3 expression greatly increased phosphorylation of STAT3. In addition, silencing SOCS3 resulted in enhanced osteoblast differentiation through activation of Smad1/5/9 signaling, as evidenced by elevated phosphorylation level of Smad1/5/9. Experiments further demonstrated that SOCS3 interacted with Smad1 and thus suppressed the BMP2-Smad signaling.Conclusions: The results reveal that SOCS3 is involved in IL23-induced spondyloarthritis and acts as a key regulator of osteoblast differentiation, and suggest that SOCS3 knockdown TG mice may be an ideal animal model for further studies of spondyloarthritis

Video Person Re-Identification with Frame Sampling–Random Erasure and Mutual Information–Temporal Weight Aggregation

Partial occlusion and background clutter in camera video surveillance affect the accuracy of video-based person re-identification (re-ID). To address these problems, we propose a person re-ID method based on random erasure of frame sampling and temporal weight aggregation of mutual information of partial and global features. First, for the case in which the target person is interfered or partially occluded, the frame sampling–random erasure (FSE) method is used for data enhancement to effectively alleviate the occlusion problem, improve the generalization ability of the model, and match persons more accurately. Second, to further improve the re-ID accuracy of video-based persons and learn more discriminative feature representations, we use a ResNet-50 network to extract global and partial features and fuse these features to obtain frame-level features. In the time dimension, based on a mutual information–temporal weight aggregation (MI–TWA) module, the partial features are added according to different weights and the global features are added according to equal weights and connected to output sequence features. The proposed method is extensively experimented on three public video datasets, MARS, DukeMTMC-VideoReID, and PRID-2011; the mean average precision (mAP) values are 82.4%, 94.1%, and 95.3% and Rank-1 values are 86.4%, 94.8%, and 95.2%, respectively