Moskitos haben die einzigartige Fähigkeit, Menschen zu erschnüffeln, findet neue Studie | Wissenschaft & Technik

Eine Frage, die wir uns jeden Sommer vergeblich stellen: Warum ist es so schwer – wenn nicht sogar unmöglich –, der rücksichtslosen Erkennung von Mücken zu entgehen? Oft begleitet von einer weiteren Frage: Warum beißen sie mich mehr als alle anderen? Wissenschaftler und Hersteller von Insektenschutzmitteln wissen seit einiger Zeit, dass Kohlendioxid (CO₂), das beim Atmen ausgeatmet wird, und Octanol, eine flüchtige Verbindung, die im Schweiß vorhanden ist, Luftwege bilden, die Mücken nutzen, um sie zu ihren Opfern zu führen. Was Wissenschaftler nicht wussten, aber jetzt entdeckt haben, ist, dass Mücken im Gegensatz zu anderen Lebewesen im Tierreich mehrere Geruchs- und Geschmacksrezeptoren in jedem ihrer Tausenden von olfaktorischen Neuronen haben.

2004, Forscher Richard Axel und Linda Buck haben den Nobelpreis für Medizin erhalten für Entdeckungen im Zusammenhang mit „Geruchsrezeptoren und der Organisation des Geruchssystems“. Ein Jahrzehnt zuvor hatten Axel und Buck herausgefunden, dass rund 1.000 Gene am Riechen beteiligt sind, die für ähnlich viele Geruchsrezeptoren verantwortlich sind. Ihre Arbeit zeigte auch, dass jedes olfaktorische sensorische Neuron nur einen dieser Rezeptoren exprimiert – ein Phänomen, das als „Ein-Neuron-ein-Rezeptor“-Regel bezeichnet wird – und dass diese Information dann als elektrisches Signal an den Riechkolben, den Teil, gesendet wird das Säugetiergehirn, das Aromen verarbeitet und interpretiert. Aber laut Leslie Vosshall, Leiterin des Labors für Neurogenetik und Verhalten an der Rockefeller University in New York und ehemalige Postdoc in Axels Labor, „wurden alle Buck- und Axel-Regeln von Moskitos in den Mülleimer geworfen.“

Vosshall leitet ein Forschungsprogramm, das darauf abzielt, das olfaktorische System von Mücken zu verstehen. Ihre Arbeit konzentriert sich insbesondere auf die Mückenart Aedes aegypti, allgemein bekannt als „Dengue-Mücke“, wegen ihrer Rolle bei der Verbreitung des Virus, das das Dengue-Fieber verursacht. aber Aedes aegypti ist nicht nur für die Übertragung von Dengue-Fieber verantwortlich – ihre Bisse können auch Krankheitserreger einschleppen, die Gelbfieber-, Chikungunya-, Zika- und Mayaro-Viruskrankheiten verursachen. Herausfinden, wie man die Geruchsrezeptoren blockiert Aedes aegypti Frauen – diejenigen, die beißen – könnten große Auswirkungen auf die globale Gesundheit und die Prävention von Krankheiten haben.

Die neuesten Forschungsergebnisse von Vosshall und ihren Kollegen, veröffentlicht in der wissenschaftliche Zeitschrift Zelle, zeigen, dass Mücken wie alle anderen Tiere einige Neuronen mit nur einem einzigen Geruchsrezeptor haben. Aber das haben sie auch gefunden ä Ägypten Moskitos haben viele Neuronen, die mehrere Rezeptorgene koexprimieren. „Wenn Sie ein Mensch sind und einen einzigen Geruchsrezeptor verlieren, verlieren alle Neuronen, die diesen Rezeptor exprimieren, die Fähigkeit, diesen Geruch zu riechen“, sagt Vosshall. „Man muss härter arbeiten, um Moskitos zu brechen, weil es keine Wirkung hat, einen einzelnen Rezeptor loszuwerden. Alle zukünftigen Versuche, Moskitos durch Abwehrmittel oder irgendetwas anderes zu kontrollieren, müssen berücksichtigen, wie unzerstörbar ihre Anziehungskraft für uns ist.“

Sobald das Mückengenom sequenziert und die Gene, die die Geruchsrezeptoren exprimieren, identifiziert waren, verwendeten die Forscher verschiedene Techniken, um die Gene aufzuspüren und sie in den einzelnen Neuronen zu lokalisieren. Mithilfe der modernen Gen-Editing-Technik, die als CRISPR bekannt ist, konnten sie verschiedenfarbige fluoreszierende Proteine ​​einführen, die verschiedenen Rezeptoren entsprachen, wodurch sie dann sehen konnten, dass viele Neuronen mehr als einen aktiven Rezeptor hatten. Vosshalls Team fand heraus, dass Neuronen, die durch den menschlichen Geruch Octenol stimuliert wurden, auch durch andere von Ammoniak abgeleitete Chemikalien oder Amine aktiviert wurden, die ebenfalls dazu dienten, die Mücken anzulocken.

„Überraschenderweise waren die Neuronen zur Erkennung von Menschen durch 1-Octen-3-ol- und Aminrezeptoren keine separaten Populationen“, erklärt Meg Younger, Forscherin an der Boston University und Mitautorin der Studie. In einer E-Mail an EL PAÍS fügte die Forscherin der Rockefeller University Margo Herre, die Hauptautorin der Studie, hinzu: „Moskitos verwenden auch Decanal- und Undecanal-Aldehyde [volatile chemical compounds] und es bedarf weiterer Forschung, um die genaue Zusammensetzung menschlicher Gerüche zu bestimmen und welche dieser Gerüche Mücken wahrnehmen können.“

Das größere Bild, das diese Ergebnisse zeichnen, ist das ä Ägypten haben ein doppeltes oder dreifaches Redundanzsystem – das heißt, wenn sie einen Geruch nicht wahrnehmen, nehmen sie einen zweiten oder dritten Geruch wahr. Und wenn sie alle erkennen, wird das Signal verstärkt. Wie Vosshall erklärt: „Moskitos haben Plan B nach Plan B nach Plan B. Für mich ist das System unzerbrechlich.“

Die Erkenntnisse könnten weitreichende Folgen haben. Einerseits könnten sie helfen zu erklären, warum wiederholte Versuche, Mücken zu kontrollieren und ihre Rolle bei der Verbreitung von Krankheitserregern einzuschränken, alle mehr oder weniger gescheitert sind. Wie Younger erklärt, weiblich ä Ägypten sind hämatophag (Blutfresser), „weil sie die im Blut vorhandenen Proteine ​​brauchen, um ihre Eier zu reifen“. Der Eifer und die ausgeklügelte Stichfähigkeit von Mücken sind das Ergebnis von Millionen von Jahren Evolution.

Bisher sind Versuche, die Geruchsrezeptoren von Mücken durch genetische Veränderung zu blockieren, gescheitert, vielleicht weil sie alle von der allgemein akzeptierten Idee ausgegangen sind – die durch die neuen Erkenntnisse widerlegt wurde –, dass ein bestimmtes Gen nur einen Rezeptor für jeden Neuronentyp exprimiert. Dies würde auch die relative, aber nicht vollständige Wirksamkeit von DEET erklären, dem Abwehrmittel, das 1946 vom US-Militär entdeckt wurde und immer noch der Hauptwirkstoff in den allermeisten chemischen Insektenschutzmitteln ist. Obwohl sein Mechanismus noch nicht vollständig verstanden ist, wird angenommen, dass N,N-Diethyl-Meta-Toluamid (DEET) CO₂- oder Milchsäurerezeptoren hemmt, aber jetzt wissen wir, dass es andere Geruchsrezeptoren im selben Neuron gibt. Der gute Teil der schlechten Nachricht ist, dass die Forscher jetzt verstehen, dass sie ihre Bemühungen auf mehrere Rezeptoren gleichzeitig konzentrieren müssen, nicht nur auf einen.

Ob diese neue Entdeckung auch für andere Stechmückenarten gilt, bleibt abzuwarten – Aedes albopictus, zum Beispiel; andere Arten von Anopheles, eine Gattung von Moskitos, die Malaria übertragen; oder Culexus-Mücken, wie die gewöhnliche Mücke oder die Tigermücke, die dazu neigen, außer in seltenen Fällen kaum mehr als Unbehagen oder Juckreiz zu verursachen. Christopher Potter, ein Neurowissenschaftler an der Johns Hopkins University School of Medicine, befürchtet, dass dies der Fall ist. Im Jahr 2019 fand sein Labor heraus, dass Fruchtfliegen (Drosophila melanogaster) hatten auch eine doppelte oder dreifache Expression von Rezeptoren in einem einzelnen Neuron, und im Frühjahr dieses Jahres sie veröffentlichte Befunde, die auf denselben Ausdruck in einer Art hinweisen Anopheles Mücken.

Potter, der nicht an der Studie beteiligt war, sagt, dass „diese Redundanz bei Insekten alltäglich sein könnte“. In Bezug auf die neuen Erkenntnisse erklärt Potter, dass „das Dogma davor war, dass ein olfaktorisches Neuron nur einen Typ von olfaktorischen Rezeptoren exprimieren würde; Soweit wir wussten, war dies die Regel.“ Aber, sagt er, „Dr. Vosshalls Arbeit legt nun nahe, dass die olfaktorischen Neuronen einer Mücke möglicherweise viel anpassungsfähiger sind, insbesondere gegenüber den Schlüsselgerüchen, die sie erkennen muss, um ihre Wirte zu lokalisieren.“