Новое исследование, проведенное учеными из Университета Джона Хопкинса, предполагает, что специализированная область мозга комара смешивает вкусы с запахами для создания уникальных и предпочтительных ароматов. Полученные данные позволяют, по их словам, идентифицировать вещество, которое делает «человеческий вкус» отталкивающим для видов малярийных комаров, поэтому вместо того, чтобы питаться нами, они держат болезнь при себе, потенциально спасая примерно 450 человек. 000 жизней в год по всему миру.
Отчет об исследовании появился в сети 3 октября в журнале Nature Communications. Малярия - инфекционное паразитарное заболевание человека и животных, передающееся через укус самки комара Anopheles gambiae. По оценкам экспертов, в 2015 году от него пострадали 214 миллионов человек, в основном в Африке, несмотря на десятилетия усилий по уничтожению комаров и борьбе с ними. Вакцины против малярии не существует, и хотя болезнь излечима на ранних стадиях, лечение является дорогостоящим и труднодоступным в местах, эндемичных по этой болезни.
Все комары, в том числе тот, который переносит малярию, используют свое обоняние, чтобы найти хозяина для кормления кровью. Наша цель - позволить комарам рассказать нам, какие запахи они находят отталкивающими, и использовать их, чтобы удерживать их от укусов», - говорит Кристофер Поттер, доктор философии, доцент нейробиологии Медицинской школы Университета Джона Хопкинса.
Поскольку обоняние имеет важное значение для выживания комаров, у каждого комара есть три пары «носов» для восприятия запахов: две антенны, два верхнечелюстных щупика и две лабеллы. Верхнечелюстные щупики представляют собой толстые пушистые придатки, которые выступают из нижней части головы комара, более или менее параллельно его хоботку, длинной гибкой оболочке, которая удерживает его «иглу для кормления» под оберткой до тех пор, пока она не понадобится. На самом кончике хоботка находятся лабелла, две небольшие области, содержащие как «вкусовые» нейроны, воспринимающие вкус, так и обонятельные нейроны, распознающие запахи.
Чтобы лучше понять, как An. gambiae, вызывающие малярию, получают и обрабатывают обонятельную информацию из стольких сенсорных областей, что команда Поттера хотела увидеть, куда в мозгу идут обонятельные нейроны из этих областей.
Они использовали мощную генетическую технику, которая, по словам Поттера, никогда ранее не использовалась у комаров, чтобы заставить определенные нейроны «светиться» зеленым цветом. Зеленая светящаяся метка была разработана специально для нейронов, которые воспринимают сложные запахи через белки, называемые обонятельными рецепторами (ОР), поскольку известно, что ОР-нейроны помогают отличать людей от других теплокровных животных у комаров Aedes aegypti, переносчиков вируса Зика.
Это первый раз, когда исследователям удалось специально нацелиться на сенсорные нейроны у комаров. Раньше нам приходилось использовать мух в качестве прокси для всех насекомых, но теперь мы можем напрямую изучать обоняние насекомых, которые распространяют вирусы. малярия», - говорит Елена Рябинина, доктор философии, ведущий автор исследования и научный сотрудник Имперского колледжа Лондона. «Мы были приятно удивлены тем, насколько хорошо работает наша генетическая техника и как легко теперь увидеть нейроны, определяющие запахи. Простота идентификации определенно упростит нам задачу изучения этих нейронов в будущем».
Как и ожидалось, говорит Поттер, ОР-нейроны от антенн и верхнечелюстных щупиков направились в симметричные области мозга, называемые антенными долями, как у мух. Но Поттер был весьма удивлен, когда увидел, что ОР-нейроны от лабеллы идут в так называемую подпищеводную зону, которая, по его словам, никогда раньше не ассоциировалась с обонянием ни у одной мухи или насекомого; это было связано только с чувством вкуса.
«Это открытие предполагает, что, возможно, комарам нравится не только наш запах, но и наш вкус», - говорит Поттер. «Вполне вероятно, что запахи, исходящие от нашей кожи, улавливаются лабеллой и влияют на предпочтительный вкус нашей кожи, особенно когда комар ищет место, чтобы укусить».
Поттер говорит, что открытие потенциально предлагает исследователям еще один способ отпугнуть комаров. Усики и верхнечелюстные щупики более специализированы для приема сигналов дальнего действия, в то время как лабелла вступает в непосредственный контакт с нашей кожей. На самом деле, говорит Поттер, прежде чем ввести свой игольчатый хоботок, комары используют лабеллу, чтобы прощупать кожу жертвы. «На самом деле мы не знаем, почему они это делают, но мы подозреваем, что они ищут сенсорные сигналы, которые намекают на легкий доступ к кровеносному сосуду», - говорит он. «Это говорит о том, что комбинация репеллентов может удерживать комаров от укусов двумя способами. Один может воздействовать на антеннальные нейроны и уменьшать вероятность того, что они подойдут слишком близко, а другой может воздействовать на лабиринтные нейроны и заставлять комаров с отвращением отворачиваться. прежде чем высосать нашу кровь - если они подойдут достаточно близко, чтобы приземлиться на нас."
Генетическая система, состоящая из двух частей, которую Поттер разработал для создания светящихся нейронов, значительно облегчит его и другим лабораториям смешивание и сопоставление генетически измененных комаров для получения новых признаков, говорит он. Его группа уже создала штамм An. gambiae комаров, OR нейроны которых светятся зеленым при активации. Таким образом, ученые могут увидеть, какие нейроны загораются в ответ на определенный запах.
"Используя этот метод, мы надеемся найти отдушку, которая будет безопасной и приятно пахнущей для нас, но сильно репеллентной для комаров при очень низких концентрациях", - говорит Поттер.
Его группе также удалось сравнить мозг самцов и самок комаров. Поскольку только самки используют свое обоняние, чтобы найти людей, а самцы питаются только нектаром, ранее считалось, что у самцов есть лишь рудиментарное обоняние. Вместо этого группа Поттеров обнаружила, что у мужчин такой же уровень сложности в распознавании запахов, как и у женщин, но у них меньше обонятельных нейронов.«Похоже, что у самцов может быть просто уменьшенная версия обоняния самок. Поэтому они все еще могут чувствовать все, что пахнет самками, но не так хорошо», - говорит Поттер.
Его группа планирует изучить другие типы нейронов, чтобы лучше понять, как сигналы от трех типов обонятельных рецепторов комаров взаимодействуют и влияют на их поведение. Например, почему молочная кислота не привлекательна сама по себе, но очень привлекательна в смеси с углекислым газом?
«Мы хотели бы выяснить, какие области и нейроны в мозге приводят к такому комбинированному эффекту», - говорит Поттер. «Если мы сможем идентифицировать их, возможно, мы сможем остановить их работу».