Moskitos verwenden verschiedene Arten von Geruchssensoren, um menschliche Beute aufzuspüren

Moskitos verwenden verschiedene Arten von Geruchssensoren, um menschliche Beute aufzuspüren
Moskitos verwenden verschiedene Arten von Geruchssensoren, um menschliche Beute aufzuspüren
Anonim

Es scheint nun, dass die Malariamücke mehr als eine Familie von Geruchssensoren braucht, um ihre menschliche Beute aufzuspüren.

Das ist die Schlussfolgerung aus neuen Forschungsergebnissen zum Geruchssinn der Mücke, die in der Ausgabe vom 31. August des frei zugänglichen Online-Journals PLoS Biology veröffentlicht wurden, herausgegeben von der Public Library of Science.

Die in der Veröffentlichung beschriebenen Experimente liefern verblüffende neue Beweise dafür, dass Anopheles gambiae – die Mückenart, die Malaria verbreitet, jährlich etwa 250 Millionen Menschen infiziert und 900.000 Menschen tötet – über einen zweiten Satz von Geruchssensoren verfügt, die grundlegend anders sind aus dem Satz von Sensoren, die Wissenschaftler seit 10 Jahren kennen und untersuchen.

Die Entdeckung könnte dabei helfen, eine rätselhafte Frage zu klären, die Wissenschaftler bei der Entwicklung neuer und wirksamerer Formen von Mückenködern und Abwehrmitteln beschäftigt:

"Die zuvor im Labor identifizierten ORs [Geruchsrezeptoren] reagieren nicht auf viele menschliche Gerüche", sagt Vanderbilt-Student Chao Liu, der Hauptautor der Veröffentlichung. "Jetzt, da wir einen neuen Satz von Rezeptoren haben, können wir vielleicht das Bild vervollständigen."

Es besteht eine gute Chance, dass dieser neue Satz von Rezeptoren speziell darauf abgestimmt ist, eine Reihe von Geruchsstoffen zu erkennen, die von Menschen abgegeben werden, fügt Co-Autor R. Jason Pitts hinzu, ein leitender Forschungsspezialist und Doktorand bei Vanderbilt. "Wenn dies der Fall ist, wird es sehr wahrscheinlich eine entscheidende Rolle bei Versuchen spielen, verbesserte Köder und Abwehrmittel zu entwickeln, um die Ausbreitung von Malaria einzudämmen."

Laut Pitts haben sie auch vorläufige Beweise dafür, dass das Geruchssystem der Mücke auch weitere Familien von Sensoren umfassen könnte.

Vanderbilt-Professorin für Biowissenschaften und Pharmakologie Laurence Zwiebel, die Hauptforscherin der Studie war, leitet ein großes interdisziplinäres Forschungsprojekt zur Entwicklung neuer Wege zur Bekämpfung der Ausbreitung von Malaria auf der Grundlage des Mückengeruchs, der von den Grand Challenges in unterstützt wird Global He alth Initiative finanziert von der Foundation for NIH durch ein Stipendium der Bill & Melinda Gates Foundation.

"Es ist überhaupt nicht verwunderlich, dass das Geruchssystem der Mücke ausgeklügelter ist, als wir dachten", sagt Zwiebel. „Der Geruchssinn ist für die Mücke absolut unerlässlich. Wenn das Weibchen keinen Wirt für eine Blutmahlzeit finden kann, kann es sich nicht fortpflanzen. Infolgedessen haben Mücken eine unheimliche Fähigkeit entwickelt, Gerüche wahrzunehmen. Dies gilt für alle Arten von Mücken, nicht nur für Anopheles Es ist also sehr wahrscheinlich, dass die Moskitos, die West-Nil, Dengue-Fieber, Gelbfieber und Enzephalitis verbreiten, auch ähnliche Geruchssensoren haben."

Vor ungefähr zehn Jahren, als das Moskito-Genom erstmals sequenziert wurde, identifizierten Wissenschaftler von Vanderbilt und Yale die Gene und die Struktur eines Satzes von Anopheles-Sensoren, die als Geruchsrezeptoren (AgORs) bezeichnet werden. Zuerst dachten sie, dass diese Rezeptoren das gleiche Grunddesign hätten wie die Sensoren, die in der Nase von Menschen und anderen Säugetieren zu finden sind. Neuere Studien haben jedoch herausgefunden, dass die Mückenrezeptoren zusammen mit denen mehrerer anderer Insekten eine deutlich andere Struktur haben.

Forscher haben etwa 75 verschiedene AgORs identifiziert, die auf eine Vielzahl von flüchtigen Verbindungen ansprechen. Diese Rezeptoren werden auf der Oberfläche von Nerven exprimiert, die sich in winzigen hohlen Stacheln befinden, die Sensillen genannt werden und sich auf den Antennen der Mücke befinden. Wenn ein Zielmolekül in das Innere einer dieser Sensillen eindringt und mit dem AgOR in Kontakt kommt, das dazu bestimmt ist, es zu erkennen, veranlasst der Rezeptor den Nerv zu feuern und signalisiert damit die Anwesenheit der Verbindung.

Anfang dieses Jahres gelang es den Vanderbilt-Forschern und ihren Kollegen in Yale, mehr als 40 der AgORs mit den spezifischen Geruchsstoffen zu paaren, die sie auslösen.Dabei entdeckten die Forscher, dass diese Rezeptoren breit abgestimmt sind. Das heißt, jeder Rezeptor reagiert auf eine Anzahl unterschiedlicher Verbindungen. Sie überschneiden sich auch. Mehr als ein AgOR reagiert auf einzelne Geruchsstoffe.

In der neuen Studie kombinierten Liu und Pitts Gen-Silencing-Techniken mit einem neuen Verh altensassay, um zu bestätigen, dass DEET, das am häufigsten verwendete kommerzielle Insektenschutzmittel, ein spezifisches AgOR aktiviert. Obwohl die synthetische Verbindung Moskitos auf verschiedene Weise zu beeinflussen scheint, besteht kein Zweifel daran, dass diese olfaktorische Wirkung einen Großteil ihrer Wirksamkeit als Abwehrmittel erklärt, sagen die Wissenschaftler.

Trotz all ihrer Bemühungen konnten Mückenforscher jedoch keine AgORs finden, die auf eine Reihe wichtiger menschlicher Geruchsstoffe reagieren, darunter Ammoniak, Milchsäure und Butylamin, die alle durch menschlichen Schweiß oder Atem abgegeben werden. Wissenschaftler wissen, dass die Mücke diese Verbindungen erkennen kann: Wenn sie die gesamte Anopheles-Antenne „verdrahten“, können sie die Nervenaktivität messen, wenn die Antenne diesen Verbindungen ausgesetzt ist.Die Forscher haben die Nerven, die auf mehrere dieser menschlichen Geruchsstoffe reagieren, auf eine bestimmte Art von Sensillen zurückgeführt, die als Rillenstifte bezeichnet werden und denen AgORs zu fehlen scheinen.

Als Wissenschaftler der Rockefeller University letztes Jahr ankündigten, dass sie einen zweiten Satz von Geruchsrezeptoren in der Fruchtfliege Drosophila melanogaster, einem Tiermodell für grundlegende Genetik, entdeckt hatten, „war es daher, als ob ein Licht angesch altet würde“, sagt Pitts. Aufgrund der vielen Parallelen zwischen den olfaktorischen Systemen der Fruchtfliege und der Mücke wussten die Vanderbilt-Forscher, dass es sehr wahrscheinlich ist, dass die Mücke auch einen zweiten Satz von Rezeptoren hatte. Also fingen sie an, nach ihnen zu suchen.

Die Suche war erfolgreich und die Forscher identifizierten Gene, die für etwa 50 Versionen des neuartigen Rezeptors codieren. Die neuen Rezeptoren scheinen eine etwas andere Struktur als AgORs zu haben: Sie werden "ionotrope Rezeptoren" (AgIRs) genannt und ähneln stark dem Rezeptortyp im Gehirn, der auf den gemeinsamen Neurotransmitter Glutamat reagiert.

An dieser Stelle können die Forscher nur spekulieren, wie sich dieser strukturelle Unterschied auf die Funktion der AgIRs als Geruchsdetektoren auswirkt. Es ist ihnen jedoch gelungen, ein AgIR mit Butylamin in Verbindung zu bringen, einem menschlichen Geruchsstoff, den AgORs offenbar nicht identifizieren. Die Butylamin-Empfindlichkeit befindet sich in gerillten Stiftsensillen, einer Art sensorischer Haare auf den Antennen der Mücken. Die Korrelation von AgIR mit Butylamin könnte darauf hindeuten, dass AgIRs für die Empfindlichkeit von gerillten Pflocksensillen gegenüber anderen menschlichen Gerüchen wie Ammoniak und Milchsäure verantwortlich sind, eine Idee, die das Zwiebel Lab begonnen hat zu untersuchen.

Das grundlegende Problem, mit dem die Mücke bei der Suche nach menschlicher Beute konfrontiert ist – und die Menschen, die versuchen herauszufinden, wie sie es tut – ist, dass keiner der Hunderte von Gerüchen, die von Menschen abgegeben werden, notwendigerweise einzigartig ist. Sie werden tatsächlich von Bakterien produziert, die auf der menschlichen Haut leben. Aber diese Bakterien leben auch auf anderen Tieren. Die aktuelle Theorie besagt also, dass Moskitos eine Mischung aus verschiedenen Geruchsstoffen identifizieren müssen, die eine einzigartige Signatur für den Menschen darstellen.Die Bestimmung der Arbeitsweise der AgIRs könnte der Schlüssel zur Identifizierung einer solchen Signatur sein, und dies wiederum könnte der Schlüssel zur Entwicklung ungiftiger, ökologisch unbedenklicher Methoden zur Bekämpfung von Malaria und anderen durch Mücken übertragenen Krankheiten sein.

Jonathan D. Bohbot, ein ehemaliger wissenschaftlicher Mitarbeiter des Zwiebel-Labors, jetzt beim USDA Agricultural Research Service, der Doktorand Patrick Jones und der wissenschaftliche Mitarbeiter Guirong Wang trugen ebenfalls zu der Studie bei.

Die Forschung wurde von der Grand Challenges in Global He alth Initiative und den National Institutes of He alth finanziert.

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