Mosquito species diversity and mosquitoassociated viruses from the Atrato River valley in Northwest Colombia

Abstract

Colombia is one of the hotspots regarding mosquito biodiversity and mosquito-transmitted diseases. Endemic, tropical diseases like malaria and dengue are major public health issues and novel viruses of zoonotic origin like Chikungunya and Zika are emerging. Nevertheless, little is known about the mosquito vector species circulating in remote Colombian regions and the mosquito-associated viromes. In a pilot study carried out from August 2014 to December 2016, more than 8000 mosquitoes (Diptera: Culicidae) were collected in the Atrato River valley in Northwest Colombia to identify the mosquito species in the region and get information on the species abundance, biting behaviour, and phylogeny of these mosquito species. In addition, a PCR- and NGS-based virus search was promoted in the most abundantly collected mosquito species to get insight into the virome of each mosquito species and identify yet undescribed mosquito-associated viruses, sequence their genomes, establish their phylogenetic relationships with formerly described viruses and describe their genome organizations. More than 43 mosquito species of 14 genera could be identified by morphology and molecular markers (Cytochrome c oxidase subunit 1, internal transcribed spacer 2), and their biting behaviours and phylogenetic relationships were described. Mansonia titillans (17,7%), Psorophora albipes (16,5%), Anopheles darlingi (15,8%), Anopheles nuneztovari (10,9%), Coquillettidiae venezuelensis (8,9%), and Coquillettidiae lynchi (8,6%) were the most abundantly collected mosquito species, each bearing a species-specific virome. Moreover, 46 human blood samples from patients with suspicion of malaria were screened for viruses. A total of 64 novel viruses were discovered in mosquitoes and human blood samples. The genomes of these viruses were sequenced and annotated, and the viruses were assigned to a taxonomic rank by phylogenetic analyses. Each of the mosquito species just mentioned has been involved in the transmission of zoonotic diseases. The Atrato River valley thus harbours a high diversity of mosquito species and associated undiscovered viruses, the majority being insect and plant viruses. Systematic monitoring of mosquito species diversity and mosquito-associated viruses in biodiversity hotspots could be a promising approach for the prevention and control of novel zoonotic diseases.

2014 bis Dezember 2016 mehr als 8000 Stechmücken (Diptera: Culicidae) im Atrato-Flusstal im Nordwesten Kolumbiens gesammelt, um die Mückenarten in der Region erstmals zu bestimmen und Informationen über den Artenreichtum, das Stechverhalten und die Phylogenie dieser Culiciden zu erlangen. Im Anschluss, wurde in den am häufigsten angetroffenen Stechmücken-Arten eine auf PCR und NGS basierende Virensuche durchgeführt, um einen Einblick in die Virome der jeweiligen Stechmücken-Arten zu bekommen. Ziel war es, in den Stechmücken neuartige Viren zu entdecken, ihre Genome zu entschlüsseln und ihre phylogenetischen Verwandtschaftsverhältnisse mit bisher bekannten Viren zu beschreiben. Über 43 Stechmückenarten aus 14 Gattungen konnten mit Hilfe von Bestimmungsschlüsseln und molekularen Markern (Cytochrom-c-Oxidase Untereinheit 1, Interner transkribierter Spacer 2) identifiziert werden, und es wurde Aufschluss über deren phylogenetische Verwandtschaftsverhältnisse sowie das Stechverhalten gewonnen. Mansonia titillans (17,7%), Psorophora albipes (16,5%), Anopheles darlingi (15,8%), Anopheles nuneztovari (10,9%), Coquillettidia venezuelensis (8,9%) und Coquillettidia lynchi (8,6%) gehörten zu den am häufigsten gesammelten Stechmückenarten in der Region, und jede dieser Arten zeichnete sich durch ein artspezifisches Virom aus. Darüber hinaus wurden 46 Blutproben von Patienten mit Verdacht auf Malaria-Infektion auf Viren Präsenz untersucht. Die Genome all dieser Viren konnten sequenziert und annotiert werden, und die Viren wurden mit Hilfe von phylogenetischen Analysen taxonomisch eingeordnet. Insgesamt konnten 64 neuartige Viren in den Stechmücken und Blutproben beschrieben werden. Jede der hier untersuchten Stechmückenarten ist an der Übertragung zoonotischer Erkrankungen beteiligt. Das Atrato-Flusstal zeichnet sich durch eine außerordentliche Stechmücken-Artenvielfalt aus, die eine ungeahnte Diversität an unbekannten Viren birgt. Bei den meisten handelt es sich um Insekten und Pflanzenviren. Ein kontinuierliches Monitoring der Stechmücken-Diversität und der assoziierten Viren in solchen Hotspots der Biodiversität könnte einen vielversprechenden Beitrag zur Prävention und Kontrolle von zoonotischen Krankheiten leisten.