Les physiciens explorent une technologie laser pour mettre en lumière les caractéristiques les plus subtiles de l'activité des moustiques et mieux suivre les populations susceptibles de présenter une menace virale. Avec plus de 2500 espèces de moustiques connues sur la Terre aujourd'hui, les entomologistes et les experts en contrôle des maladies ont de nombreuses difficultés à surveiller l'évolution des populations de moustiques et des maladies infectieuses transmises par les moustiques qui touchent près de 700 millions de personnes dans le monde et font plus d'un million de morts chaque année.
Une enquête menée par Benjamin Thomas, professeur adjoint de physique à l'Institut de technologie du New Jersey (NJIT; Newark, NJ), a adopté l'utilisation de la détection et de la mesure de la lumière (lidar), une technologie de télédétection optique infrarouge capable de capturer les taux que les moustiques battent leurs ailes en vol, connu sous le nom de fréquence de battement d'aile (WBF). En comprenant les variations du facteur de blanchiment de l'animal chez les moustiques, le laboratoire de Thomas apprend deux caractéristiques clés permettant de distinguer les moustiques vecteurs de maladies infectieuses de ceux qui ne le sont pas: l'espèce et le sexe.
«Les moustiques restent de loin le plus meurtrier des animaux sur Terre», a déclaré Thomas. «Malheureusement, nos méthodes actuelles de suivi et de collecte des données à leur sujet coûtent généralement beaucoup en temps et en ressources. Nous avons donc manqué de nombreuses données entomologiques sur de nombreuses espèces et leurs populations de femelles, qui transmettent généralement des maladies.»
Les stratégies actuelles - telles que les pièges physiques à base de phéromones - ont été utilisées pour étudier avec précision les populations de moustiques à petite échelle. Cependant, Thomas estime que les travaux de son équipe pourraient contribuer à combler le manque de données entomologiques à grande échelle, offrant ainsi aux chercheurs un meilleur moyen d'enquêter sur l'évolution générale des populations d'insectes et de leurs écosystèmes, ainsi que de suivre la propagation des maladies transmises par les moustiques.
«Dans des cas comme l'épidémie de Zika, nous suivions principalement sa propagation en suivant les cas de maladie, ce qui nous laissait toujours un pas derrière les moustiques qui transmettent le virus», a déclaré Thomas. «Nous avons développé un nouvel instrument optique capable de scanner l'environnement et de mesurer des centaines d'insectes par heure en temps réel. Cela pourrait nous donner une meilleure méthode pour collecter des données entomologiques à grande échelle tout en nous aidant à détecter des espèces spécifiques que nous savons dangereuses en réponse à une épidémie.»
Bien que les moustiques mâles et femelles présentent une anatomie semblable à celle d'une bouche, seules les moustiques femelles possèdent des mandibules capables de perforer la peau des mammifères pour sucer le sang - une adaptation qui sert à fournir les nutriments nécessaires à la reproduction. Étant donné que les moustiques femelles extraient exclusivement le sang des humains de cette manière, leur identification parmi des populations plus importantes est une étape importante dans le dépistage des transmetteurs potentiels de maladies.
L’approche au laser de Thomas permet d’identifier avec précision les WBF de moustiques femelles, qui génèrent en moyenne environ 500 battements d’aile par seconde, par rapport aux WBF de leurs homologues masculins, soit en moyenne 600 battements d’aile par seconde.
«Dans notre laboratoire, les moustiques sont placés dans une enceinte tubulaire et transitent par le trajet laser de notre instrument. Selon le mouvement de leurs ailes, ils produiront une signature lumineuse spécifique qui reflètera vers l'instrument», a expliqué Thomas. «Cette rétrodiffusion de la lumière contient les informations dont nous avons besoin pour identifier tout ce qui traverse le faisceau… que ce soit une abeille, une mouche domestique, un moustique mâle ou une moustique femelle. Parallèlement à notre laser, nous avons un télescope qui collecte toute cette lumière et nous pouvons analyser ces données en temps réel».
Dans des expériences contrôlées en laboratoire, l'équipe de Thomas a testé la capacité de son système à distinguer avec précision les moustiques mâles et femelles de quatre espèces identifiées auparavant comme vecteurs de maladie: Aedes albopictus, Aedes Vexans, Aedes aegypti et une autre espèce du Culex.
Lors des tests, l'instrument s'est avéré capable d'identifier le sexe du moustique avec une précision de 96,5%. Cependant, une perspective plus délicate pour le laboratoire de Thomas a été d'identifier les espèces d'insectes; actuellement, le laboratoire peut identifier les espèces de moustiques avec une précision de 75%. Dans une récente étude publiée dans le compte-rendu du congrès de SPIE, l'équipe de Thomas a commencé à explorer de nouveaux paramètres optiques permettant de mieux caractériser la forme et la couleur des insectes, ce qui pourrait améliorer l'identification globale des espèces.
«Notre système laser intègre désormais deux longueurs d'ondes infrarouges différentes dans le même trajet optique. Par conséquent, si une espèce est brune, noire ou rayée, la force du signal renvoyé par l'un des deux canaux sera différente», a déclaré Thomas . «Nous avons également commencé à mesurer la polarisation de la lumière pour mieux comprendre la surface et la forme des insectes. Par exemple, rien qu'en mesurant la polarisation de la lumière qui nous revient, nous pouvons maintenant savoir si les moustiques sont porteurs d'œufs ou non.»
Le laboratoire de Thomas est en train d'optimiser son approche pour une utilisation sur le terrain - il travaille non seulement pour améliorer encore la précision de l'identification des espèces, mais également pour élargir la portée du télescope de son système. L'équipe élargit la portée de son télescope pour collecter la lumière de sa portée actuelle de 100 m à quelques centaines de mètres afin de collecter des données dans des environnements extérieurs où vivent de plus grandes populations de moustiques. Avec des tests de sécurité et des améliorations en cours dans la conception, Thomas a déclaré que les tests sur le terrain pourraient commencer dès 2019.
«Une fois que notre instrument est déployé sur le terrain, nous pourrions idéalement collecter des données via une connexion Internet en quelques jours», a déclaré Thomas. «Cela pourrait nous fournir une énorme quantité d'informations sur les moustiques et autres insectes dans l'environnement. À long terme, des études futures pourraient même nous dire comment la distribution spatiale d'une population donnée évolue en raison du changement climatique.»
