Two isoforms of the tick Ixodes ricinus digestive peptidases cathepsins L1 and L3 are expressed also in salivary glands. In order to assess their role in this tissue, the specific antibodies against these peptidases were prepared by affinity chromatography and used for their detailed immuno-localization using cutting-edge methods of electron microscopy.

The tick Ixodes ricinus is one of the most important vectors of human pathogens like the spirochete Borrelia burgdorferi and TBE virus. The effect of repeated infestations with pathogen-free I. ricinus nymphs and the effect of vaccination with ticks saliva of the tick I. ricinus on the transmision Borrelia burgdorferi and on the production of the cytokines were studied. The draining lymph nodes of C3H/HeN mice were examined for IL-2, IFN-? and IL-10 production by antigen capture enzyme-linked immunosorbent assay. Spirochete load in skin, heart and bladder was examined by real-time polymerase chain reaction.

The thesis focuses on the investigation of the role of tick salivary components in the course of Lyme disease in mice. It includes studies on the saliva-facilitated transmission of Borrelia burgdorferi in vivo and the effect of tick cysteine protease inhibitors (cystatins) both on murine immune cells and the transmission of B. burgdorferi spirochetes in mice. The thesis also reveals practical applications of salivary cystatins for the development of anti-tick vaccine and the application of the pharmacological action of a tick salivary cystatin for the therapy of the disease symptoms in a mouse model of experimental asthma.

Les tiques sont des arthropodes ectoparasites obligatoires qui se nourrissent sur une grande variété de vertébrés sur une large partie du globe. Au cours de leur repas, les tiques sécrètent dans leur salive de nombreux facteurs leur permettant de contourner bon nombre des défenses de l’hôte. Bien que la littérature rapporte beaucoup d’informations au sujet des effets du repas de la tique sur l’hôte, la nature des facteurs actifs exprimés par les glandes salivaires de la tique est peu connue. Au cours d’anciens travaux au sein du laboratoire, le crible de deux banques d’ADN complémentaires - issues de la rétro-transcription des ARN messagers synthétisés par les glandes salivaires de la tique Ixodes ricinus – a permis l’identification de 27 protéines dont l'expression est spécifiquement induite ou régulée positivement pendant le repas sanguin de la tique I. ricinus. Parmi ces protéines, la protéine Seq24, induite au cours du repas sanguin, présente la capacité de moduler les immunités innée et acquise de l’hôte. En conséquence, la protéine Seq24 a été nommée Iris pour « Ixodes ricinus Immunosuppressor ». Au cours de la présente étude, notre but fût de caractériser le rôle d’Iris et de déterminer son importance dans le repas sanguin de la tique I. ricinus.<p>La protéine Iris appartient à la famille des inhibiteurs de sérine protéases et présente une homologie significative avec l’inhibiteur d’élastase de leucocytes. Une analyse in silico a confirmé qu’Iris présentait la structure des serpines, et notamment le RCL (Reactive Center Loop), boucle responsable de l’activité anti-protéasique. Comme attendu (sur base de l’analyse in silico), Iris inhibe de manière spécifique l’activité de plusieurs sérine protéases, et en particulier l’élastase de leucocyte. Ces tests effectués, nous avons essayé de comprendre quel(s) pouvai(en)t être le(s) rôle(s) d’Iris dans l’accomplissement du repas sanguin de la tique, c’est à dire dans la lutte contre les différents systèmes de défenses de l’hôte.<p>Tout d’abord, des tests ont démontré la capacité d’Iris à inhiber les mécanismes de l’hémostase. Des tests sur du plasma et du sang complet ont montré qu’Iris allonge le temps de fibrinolyse, la voie intrinsèque de la coagulation et l’adhésion plaquettaire. L’utilisation de mutants a également démontré que si les deux premières activités sont dépendantes du RCL, et donc d’un mode de fonctionnement anti-protéolytique, l’adhésion plaquettaire est indépendante de ce système. Ce résultat met en évidence l’existence d’autres sites actifs, isolés par analyse in silico, nommés Receptor Binding Domain (RBD).<p>Un travail antérieur du laboratoire avait permis d’indiquer la capacité de la protéine recombinante Iris semi-purifiée à inhiber la production de TNF-a, d’IL-6, et d’IL-8 (cytokines pro-inflammatoires) ainsi que l’IFN-g par des PBMCs (Peripherical Blood Mononuclear Cells) humaines. Ces résultats ont été confirmés avec de la protéine purifiée. Des analyses complémentaires ont démontré qu’un mutant d’Iris - dépourvu d’activité anti-protéasique - conserve l’activité pro-inflammatoire. Là encore, ce mécanisme semble impliquer un ou plusieurs RBD. L’utilisation d’anticorps dirigés contre ces zones a permis de déterminer le domaine d’interaction (aa :105-120) impliqué dans cette fonction. D’autre part, une analyse par FACS a permis de démontrer qu’Iris interagit uniquement avec les cellules d’origine monocytaire.<p>Enfin, nous avons également analysé l’importance d’Iris au cours du repas sanguin de la tique par une approche vaccinale. Les résultats observés indiquent que 30 % des tiques nourries sur des lapins immunisés par la protéine rIris ne survivent pas au repas. / Doctorat en sciences, Spécialisation biologie moléculaire / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Einleitung: Coxiella burnetii ist ein gramnegatives und obligat intrazelluläres Bakterium und Erreger der meldepflichtigen Zoonose Q-Fieber. Den Hauptübertragungsweg stellt die Inhalation infizierter Stäube dar, aber auch Zecken werden seit der Isolation des Pathogens aus der Spezies Dermacentor andersonii als Vektoren diskutiert. Es liegen jedoch keine gesicherten Berichte über Infektionen des Menschen durch Zecken oder eine Beteiligung von Vektoren bei Q-Fieber-Ausbrüchen vor. Zudem steht durch die genetische Nähe zu überwiegend apathogenen Endosymbionten die Spezifität molekularer Untersuchungsmethoden in Frage, wodurch die Relevanz von Zecken in der Übertragung von Q-Fieber in der Literatur kontrovers diskutiert wird. Ziele der Untersuchung: Es sollten mithilfe einer systematischen Literaturanalyse die Daten zur Prävalenz von C. burnetii in Zecken in Europa dargelegt werden. Zudem sollte mittels eines in-vitro-Fütterungssystems untersucht werden, inwieweit die heimischen Spezies Ixodes ricinus und Dermacentor marginatus den Erreger aus dem Blut aufnehmen und ausscheiden, sowie ob das Bakterium transstadial in I. ricinus übertragen wird, wodurch Aussagen über die Vektorkompetenz dieser Arten möglich sind. Tiere, Material und Methoden: Im experimentellen Ansatz wurde die Infektion der Zecken in einem Silikonmembran-basierten Fütterungssystem mit heparinisiertem Rinderblut vorgenommen. Die Gruppengrößen betrugen 7-9 Weibchen mit fünf Männchen oder 50-60 Nymphen. Es wurden verschiedene Konzentrationen C. burnetii Nine Mile RSA439 Phase II eingesetzt: 10^4 (zwei Gruppen adulte I. ricinus), 10^5 (zwei Gruppen adulte I. ricinus) und 10^6 (fünf Gruppen adulte I. ricinus, vier Gruppen adulte D. marginatus, drei Gruppen I. ricinus Nymphen) Genomäquivalente (GE)/ml Blut sowie insgesamt sieben Negativkontrollgruppen. Zudem wurden vier Gruppen adulte I. ricinus für 36 Stunden zu Beginn der Fütterung mit 10^6 GE C. burnetii/ml infiziert und anschließend mit sterilem Blut gefüttert. Täglich wurde Zeckenkot entfernt, zudem wurden adulte I. ricinus zu unterschiedlichen Zeitpunkten während oder nach der Fütterung entnommen. Die Proben wurden nach DNA-Extraktion mittels quantitativer Echtzeit-PCR (qPCR) auf das C. burnetii-Gen icd untersucht. Ein Teil (n = 46) der infizierten Nymphen wurde vor bzw. nach der Häutung mittels qPCR untersucht. Ein anderer Teil (acht Weibchen in zwei Gruppen) wurde nach der Häutung erneut auf sterilem Blut gefüttert. Dabei wurden Kot sowie Blut getestet. Weiterhin fand in L929-Zellen und axenischem Medium eine Anzucht von C. burnetii aus einem Filtrat des Zeckenkots sowie aus dem Filtrat eines qPCR-positiven Weibchens statt, welches sich von einer zuvor infizierten Nymphe gehäutet hatte. Die statistische Auswertung erfolgte mittels SPSS V 22.0, wobei je nach Voraussetzung der t-Test, der Mann-Whitney-U-Test sowie der Chi²-Test nach Pearson verwendet wurden. Das Signifikanzniveau wurde jeweils auf p < 0,05 festgelegt. Ergebnisse: Im Fütterungssystem haben 49 % der adulten I. ricinus und 29 % der D. marginatus vollständig gesaugt. Die Häutungsrate der I. ricinus Nymphen betrug 92 %. I. ricinus-Weibchen nahmen den Erreger auf, welcher innerhalb von sieben Wochen in einer Konzentration von ca. 10^3 GE/mg in den Zecken nachweisbar war. Eine Ausscheidung von infektiösen C. burnetii mit dem Kot wurde bei adulten Zecken ab einer Konzentration von 10^5 GE/ml im verfütterten Blut festgestellt. Dabei erfolgte in allen Versuchen mit beiden Zeckenspezies eine signifikant höhere Ausscheidung von C. burnetii an den Tagen 10-13, welche bis zu 10^5 GE/mg erreichte. Es wurde eine transstadiale Übertragung bei I. ricinus mit einer Rate von 25 % nach-gewiesen. Infizierte Nymphen, die nach der Häutung steriles Blut bekamen, schieden ebenfalls C. burnetii im Kot aus; im Blut wurde hingegen keine DNA von C. burnetii nachgewiesen. Schlussfolgerungen: Das genutzte Fütterungssystem eignet sich für die Untersuchung der Vektorkompetenz von Zecken. Beide Zeckenspezies sind in der Lage, infektiösen Zeckenkot auszuscheiden, wodurch eine Gefahr einer möglichen aerogenen Übertragung entsteht. Dabei muss jedoch eine hohe Erregerkonzentration im Blut des Wirts erreicht werden. Es wurde eine transstadiale Übertragung von C. burnetii in I. ricinus von Nymphen zu Adulten und damit die Möglichkeit der Bildung eines Reservoirs nachgewiesen. Die Ergebnisse legen eine Vermehrung von C. burnetii im Mitteldarm der Zecken nahe. Dadurch konnten historische Aussagen aus der Literatur über andere Zeckenspezies zur Ausscheidung von C. burnetii mittels Zeckenkot bestätigt werden. In der Studie konnte weiterhin gezeigt werden, dass heimische Zecken unter Laborbedingungen zur Verbreitung von Q-Fieber beitragen können. Weitere Untersuchungen sind jedoch notwendig, um die tatsächliche Bedeutung der Vektorkompetenz von Zecken unter natürlichen Bedingungen abschätzen zu können.:1 Einleitung 2 Literaturübersicht 2.1 Coxiella burnetii 2.1.1 Historischer Ursprung und taxonomische Einordnung 2.1.2 Morphologie und Replikation 2.1.3 Coxiella burnetii als Krankheitserreger 2.1.3.1 Epidemiologie 2.1.3.2 Coxiellosen der Tiere 2.1.3.3 Q-Fieber des Menschen 2.1.3.4 Nachweis und Therapie 2.2 Zecken 2.2.1 Taxonomie 2.2.2 Verbreitung und Habitat 2.2.3 Morphologie 2.2.4 Lebenszyklus 2.2.5 Wirtssuche und sensorische Fähigkeiten 2.2.6 Blutmahlzeit und Verdauung 2.2.7 Zeckenmikrobiom und Coxiella-like Endosymbionten 2.2.8 Zecken als Vektoren 2.2.8.1 Infektionserreger 2.2.8.2 Coxiella burnetii in Zecken 2.3 Fütterung von Zecken 2.3.1 Fütterungssysteme 2.3.1.1 Membranbasierte Fütterungssysteme 2.3.1.2 Fixierungsstimuli im Zeckenfütterungssystem 2.3.1.3 Experimentelle Infektionen im membranbasierten in-vitro-System 3 Veröffentlichungen 3.1 Stellungnahme zum Eigenanteil an den Arbeiten zur Publikation 3.1.1 Publikation 1 3.2 Stellungnahme zum Eigenanteil an den Arbeiten zur Publikation 3.2.2 Publikation 2 4 Diskussion 5 Zusammenfassung 6 Summary 7 Literaturverzeichnis 8 Anhang 8.1 Bilder der Zeckenfütterung 9 Danksagung

The spotted fever rickettsia, Rickettsia helvetica, is an endemic tick-borne bacteria in Sweden. It causes infections in humans, manifested as aneruptive fever, headache, arthralgia and myalgia, and sometimes an inoculation eschar or a rash. There have also been two known cases of human infections with R. felis in Sweden. The present thesis starts by investigating dispersal of ticks and Rickettsia spp. by migrating birds flying from Africa to Europe. Almost 15,000 birds were searched and 734 ticks collected, mainly of the species Hyalomma marginatum complex. Almost half (48%) of the ticks were infected with Rickettsia spp., 96% of which was R. aeschlimannii, the remaining R. africae and undefined species. The next study focused on questing ticks over a large area in Sweden and determining the prevalence of Rickettsia spp., Anaplasma spp. and Coxiella burnetii. Rickettsia spp. was found in 9.5-9.6% of the ticks and A. phagocytophilum in 0.7%; no C. burnetii was found. The last three papers in the thesis focused on the clinical presentation of rickettsiosis, the symptoms associated with the infection in general and particularly in patients with neurological complications. A tick-exposed population in Sweden was investigated to gain a better understanding of symptoms due to rickettsioses, also in relation to co-infections with other tick-borne bacteria. Based on symptoms, it was not possible to distinguish what pathogen caused the infections. Most patients had erythema migrans, some had serological reactions to Rickettsia spp., Borrelia spp. or co-infections by Rickettsia spp., Borrelia spp. and/or Anaplasma spp. In the fourth and fifth papers, we found associations between antibodies against Rickettsia spp. and sudden deafness (in 10-24% of patients) and facial nerve paralysis (in 8.3-25% of patients). In three patients R. felis was detected in the cerebrospinal fluids.    Briefly, the thesis helps to clarify our knowledge about tick dispersal, shows a narrower prevalence estimate of Rickettsia spp. in Swedish ticks, and illuminates symptoms of rickettsioses and co-infections with other tick-borne infections. It also shows that presence of erythema migrans may be explained by more than Lyme disease and indicates a possible association between rickettsiosis and sudden deafness and facial nerve paralysis.

This thesis examines the parasite dynamics and the mechanisms affecting parasite load and transmission focalising on the role played by host and habitat heterogeneities. This study is based on the gastrointestinal nematode Heligmosomoides polygyrus and the small mammal yellow necked mouse and uses data gathered from experimental field manipulations of parasites intensities and data gathered from trapping monitoring. Initially the parasite community of yellow-necked mouse (Apodemus flavicollis) was explored in North-Eastern Italian Alps with the aim to describe the major patterns and identify the factors affecting parasite community structure. Despite the observed spatial variability it has been found that differences within the host population such age and secondly sex and breeding conditions, were the major factors acting on parasite occurrence and intensity. Habitat differences had a less apparent effect on parasite community structure. The consequences of H. polygyrus infection on other parasite species infections have been analysed, in specific the infestation of the tick Ixodes ricinus in populations of A. flavicollis. H. polygyrus load and tick infestation were monitored as well as were carried out field manipulations of H. polygyrus intensity and were monitored changes in tick infestation. It has been found that H. polygyrus load was negatively related to I. ricinus infestations. Host factors mediated the H. polygyrus-I. ricinus interaction such that young and non-breeding mice exhibited higher I. ricinus to H. polygyrus intensity respect breeding adults. The role of host sex on parasite abundance was then investigated carrying out a field experiment where the H. polygyrus intensity were manipulated in relation to mice gender. In specific, H. polygyrus was removed alternately from either sexes and the parasite load was analysed in the untreated sex. It was found that males mice were responsible to drive parasite transmission in the host population and this was observed in absence of sex-bias in parasite infection, suggesting that this pattern was not a mere consequence of quantitative differences in parasite loads between sexes. To disentangle the possible mechanism causing this sex bias in parasite transmission mathematical simulations based on parameters obtained for the field experiment were used. Two non mutually exclusive hypotheses causing sex bias in parasite transmission were tested: a- males immune response is less efficient and this causes the development of more successful parasite infective stages or b-males behaviours allow them to be more efficient is spreading in more exposed areas parasite infective stages. Multi-host models were developed and simulations were compared with field results. While it was not disentangled the most dominant mechanism causing sex bias in parasite transmission this study underlined the importance of host sexes in affecting parasite dynamics and host-parasite interaction. In conclusion this thesis highlighted the importance of considering host and environmental differences when investigating host parasite interactions. This finding could be extremely important when planning measured of disease control or to avoid disease outbreak. Controlling target group of individuals host could avoid economical losses and a more effective measure of intervention.

De nombreuses études suggèrent que linhibition de la voie alterne du complément de lhôte est nécessaire aux parasites hématophages pour leur permettre daccomplir leur repas sanguin. Une revue décrivant ces études a été publiée dans Developmental and Comparative Immunology (Schroeder et al., (2009) Dev. Comp. Immunol. 33, 5-13). Plusieurs études suggèrent que linhibition de la voie alterne de lhôte par les protéines salivaires de tiques est importante pour lacquisition du repas sanguin et la transmission subséquente de pathogènes à lhôte infesté. Confortant cette hypothèse, une protéine salivaire capable dinhiber la voie alterne du complément a été clonée chez la tique américaine Ixodes scapularis (Valenzuela et al., (2000) J. Biol. Chem. 275, 18717-18723). Cette protéine, appelée Isac, ne présente aucune homologie avec les autres molécules anti-complément connues à ce jour, suggérant que cette protéine a été acquise au cours de lévolution par un mécanisme dévolution convergente. En plus de cet aspect fondamental, Isac représente un candidat antigénique prometteur pour le développement dun vaccin anti-tique potentiellement capable dinduire le rejet de la tique et/ou de prévenir la transmission des pathogènes. Le but initial de cette thèse était didentifier le ou les homologue(s) de la protéine Isac de la tique américaine Ixodes scapularis chez la tique européenne Ixodes ricinus. De façon intéressante, deux séquences différentes ont été isolées du transcriptome des glandes salivaires de la tique I. ricinus (Daix et al., (2007) Insect Mol. Biol. 16 (2), 155-166). Lexpression de ces séquences a révélé quelles codent pour des protéines secrétées capables dinhiber la voie alterne du complément. Ces protéines ont été appelées IRAC I et II pour « Ixodes ricinus anti-complement protein I and II ». La caractérisation des IRACs à laide danticorps monoclonaux a permis de révéler que ces deux protéines sont exprimées de façon constitutive au sein des glandes salivaires de la tique Ixodes ricinus et sont sur-exprimées au cours du repas sanguin. Létude de lexpression des protéines IRAC I et IRAC II au sein de la population dIxodes ricinus a révélé que ces deux protéines sont des paralogues codés par des gènes différents et non par des allèles dun même locus. Enfin, des analyses phylogéniques portant sur les différentes séquences codant pour les protéines homologues à Isac isolées chez les tiques Ixodes scapularis, Ixodes ricinus et Ixodes pacificus ont révélé que les tiques appartenant au complexe Ixodes ricinus codent pour une famille encore non décrite de molécules anti complément qui se sont diversifiées au cours de lévolution par un processus de sélection darwinienne positive. Les analyses phylogéniques des IRACs suggèrent que ces séquences ont subi une diversification par un processus de pression de sélection darwinienne positive, menant probablement à des molécules possédant des propriétés biologiques différentes. Dans la seconde étude, nous avons testé lhypothèse de travail selon laquelle chaque paralogue pourrait posséder des activités inhibitrices différentes à lencontre du complément de différentes espèces dhôtes naturels, contribuant ainsi à élargir le spectre dhôte des tiques I. ricinus. Les résultats obtenus démontrent que cette hypothèse est correcte (Schroeder et al., (2007) Microbes Infect. 9 (2), 247-250). Dans la troisième et dernière étude de ce manuscrit, nous avons testé le potentiel des protéines IRACs comme candidat antigénique pour le développement dun vaccin anti tique. Des recombinants de lherpèsvirus bovin 4 (BoHV-4) exprimant IRAC I ou IRAC II ont été produits. De façon intéressante, nous avons observé que bien que les recombinants BoHV-4 expriment de hauts taux de protéines IRACs fonctionnelles in vitro, les lapins immunisés à laide des recombinants BoHV-4 exprimant les IRACs ne développent pas de réponse humorale détectable à lencontre des transgènes. Dans le but daugmenter limmunogénicité des IRACs exprimés comme transgène, une seconde génération de recombinants BoHV-4 a été produite. Ceux-ci induisent lexpression des IRACs sous la forme de protéines de fusion transmembranaires à la surface des cellules infectées. Linoculation de ces recombinants à des lapins a engendré le développement dune forte réponse humorale à lencontre des IRACs. Néanmoins, cette réponse immune na pas engendré deffet majeur sur le repas sanguin de femelles Ixodes ricinus placées sur les lapins immunisés. / An increasing number of studies demonstrate that inhibition of host complement activation is crucial for completion of the blood feeding process of hematophagous parasites. A review of these studies has been published in Developmental and Comparative Immunology (Schroeder et al., (2009) Dev. Comp. Immunol. 33, 5-13). Several observations suggest that inhibition of the host complement alternative pathway by tick salivary proteins is crucial for the achievement of blood feeding and efficient transmission of the pathogens transmitted by the parasite. Strongly supporting this conclusion, a salivary protein able to inhibit the alternative pathway was cloned from the American tick Ixodes scapularis (Valenzuela et al., (2000) J. Biol. Chem. 275, 18717-18723). Interestingly, this molecule, termed Isac, has no similarity to any previously reported anti-complement molecules suggesting that it has been acquired through a mechanism of convergent evolution. In addition to this fundamental aspect, Isac is also a promising candidate antigen for the development of an anti-tick vaccine potentially able to induce the reject of the tick and/or to prevent the transmission of the pathogens. The initial goal of the present work was to clone the orthologue of Isac from the European tick Ixodes ricinus. Interestingly, two different sequences were isolated from the transcriptome of I. ricinus salivary glands (Daix et al., (2007) Insect Mol. Biol. 16 (2), 155-166). Expression of these sequences revealed that they both encode secreted proteins able to inhibit the complement alternative pathway. These proteins were called I. ricinus anticomplement (IRAC) protein I and II. Further characterization of IRACs using monoclonal antibodies revealed that both proteins are expressed constitutively in I. ricinus salivary glands and are up-regulated during blood feeding. Analysis of a series of individual ticks revealed that all ticks tested express both IRAC I and IRAC II, demonstrating that they are the products of different genes and not of alleles of the same locus. Finally, phylogenetic analyses of the I. ricinus IRAC I and II sequences together with homologues from I. scapularis and I. pacificus demonstrates that ticks belonging to the Ixodes ricinus complex encode a new family of relatively small anti-complement molecules undergoing diversification by positive Darwinian selection. Phylogenetic analyses of IRACs suggested that these sequences were diversifying by a process of positive Darwinian selection, possibly leading to molecules with different biological properties. In the second study, we tested the hypothesis that each paralogue may have different inhibitory activities against the complement of different natural host species, thereby contributing to broaden the host range of I. ricinus ticks. The data obtained demonstrated that this working hypothesis is correct (Schroeder et al., (2007) Microbes Infect. 9 (2), 247-250). In the third and last chapter of the present manuscript, we addressed the potential of IRAC I and II as candidate antigens for the development of an anti-tick vaccine. Bovine herpesvirus 4 (BoHV-4) recombinants expressing IRAC I or II were produced. Interestingly, we observed that although both recombinants expressed high levels of functional IRAC proteins in vitro, our attempts to immunize rabbits against IRACs via infection with these viruses invariably failed. In order to improve the immunogenicity of IRACs expressed as transgene, a second generation of BoHV-4 recombinants was produced. The latter expressed IRACs as transmembrane fusion proteins on cell surface. Comparison of the vaccine potential of BoHV-4 recombinant viruses expressing either secreted or transmembrane IRAC proteins revealed that while the former did not induce a detectable immune response against IRACs, the latter led to high titers of anti-IRAC antibodies. However, the immune response induced against IRACs did not lead to the reject of the tick but only slightly increased the duration of the blood feeding process.

Ticks are of global interest as the pathogens they spread can cause diseases that are of importance to both human health and economies. In Scotland, the most populous tick species is the sheep tick Ixodes ricinus, which is the vector of pathogens causing diseases such as Lyme borreliosis and Louping-ill. Recently, both the density and spread of I. ricinus ticks have grown across much of Europe, including Scotland, increasing disease risk. Due to the nature of the tick lifecycle they are particularly dependent on environmental factors, including temperature and habitat type. Because of this, the recent increase in tick-borne disease risk is believed to be linked to climate change. Many mathematical models have been used to explore the interactions between ticks and factors within their environments; this thesis begins by presenting a thorough review of previous modelling of tick and tick-borne pathogen dynamics, identifying current knowledge gaps. The main body of this thesis introduces an original mathematical modelling framework with the aim to further our understanding of the impact of climate change on tick-borne disease risk. This modelling framework takes into account how key environmental factors influence the I. ricinus lifecycle, and is used to create predictions of how I. ricinus density and disease risk will change across Scotland under future climate warming scenarios. These predictions are mapped using Geographical Information System software to give a clear spatial representation of the model predictions. It was found that as temperatures increase, so to do I. ricinus densities, as well as Louping-ill and Lyme borreliosis risk. These results give a strong indication of the disease risk implications of any changes to the Scottish environment, and so have the potential to inform policy-making. Additionally, the models identify areas of possible future research.

Inhibitors of proteases in tick saliva play an important role during tick feeding. Tick saliva contains a wide range of bioactive components which are able to modulate host imunity. Therefore, ticks are able to feed for a long time and transfer tick-borne diseases pathogens. The risk of transfer can be significantly reduced by deactivation of theese protease inhibitors. In this study I made monoclonal antibodies for detection and quantification of two serine protease inhibitors in tick saliva and other tick-body parts.