Warum wählen Mücken uns? Lindy McBride ist an dem Fall beteiligt.

Nur wenige Tiere sind so gründlich spezialisiert wie die Mücken, die Krankheiten wie Zika übertragen, Malaria und Dengue-Fieber. Eigentlich, von mehr als 3,000 Mückenarten der Welt, die meisten sind opportunistisch, sagte Carolyn „Lindy“ McBride, ein Assistenzprofessor für Ökologie und Evolutionsbiologie und das Princeton Neuroscience Institute.

Sie können Säugetierbeißer sein, oder Vogelbeißer, mit einer leichten Präferenz für verschiedene Arten innerhalb dieser Kategorien, aber die meisten Moskitos sind weder völlig unterschiedslos noch artspezifisch. Am meisten interessiert sie sich jedoch für die Moskitos, die Wissenschaftler „Krankheitsüberträger“ nennen – Überträger von Krankheiten, die Menschen plagen – von denen sich einige so entwickelt haben, dass sie fast ausschließlich Menschen stechen.

McBride hat erst in diesem Monat zwei große Stipendien erhalten, um ihre laufende Forschung zu Krankheitsüberträgermücken zu unterstützen. Am 10. 2, Das teilten die National Institutes of Health mit von denen McBride einen erhalten hatte 33 NIH Director’s New Innovator Awards für „ungewöhnlich kreative Wissenschaftler mit hochinnovativen Forschungsideen in einem frühen Stadium ihrer Karriere,” Versprechen $2.4 Millionen für ihre Forschung in den nächsten fünf Jahren. Und am 10. 23, das New Yorker Stammzellstiftung ernannte sie zu einem ihrer sechs NYSCF-Robertson-Ermittler für 2018, ankündigen, dass sie liefern werden $1.5 Millionen über fünf Jahre an jeden dieser „vielversprechenden Nachwuchswissenschaftler, deren Spitzenforschung das Potenzial hat, Behandlungen und Heilungen zu beschleunigen“.

McBride untersucht mehrere Mücken, die Krankheiten übertragen, einschließlich Tempel der Ägypter, welches der primäre Überträger des Dengue-Fiebers ist, Zika und Gelbfieber, und Culex Pipiens, die das West-Nil-Virus trägt. EIN. Ägypten ist auf Menschen spezialisiert, während C. Pfeifen ist weniger spezialisiert, damit es West-Nil von Vögeln auf Menschen übertragen kann.

„Die Spezialisten sind in der Regel die besten Krankheitsüberträger, aus offensichtlichen Gründen: Sie beißen viele Menschen,“, sagte McBride. Sie versucht zu verstehen, wie sich das Gehirn und das Genom dieser Moskitos entwickelt haben, um sie auf Menschen zu spezialisieren – einschließlich der Frage, wie sie uns so effektiv von anderen Säugetieren unterscheiden können.

Forscher in McBrides Labor lassen oft Luft über Meerschweinchen Molly wehen (hier gesehen) und Mi (nicht abgebildet), um ihren Geruch für die Mückenforschung zu sammeln. In Experimenten, Mücken haben die Wahl zwischen Meerschweinchengeruch und Menschengeruch; Weder der Mensch noch die Meerschweinchen sind Mückenstichen direkt ausgesetzt.

Foto von Danielle Alio, Amt für Kommunikation

In einer gemeinsamen Pressemitteilung im August, Die beiden Senatoren von New Jersey lobten McBrides Arbeit – wenn auch nicht beim Namen, da die Zuschüsse noch nicht öffentlich bekannt gegeben worden waren. „Diese Zuschussfinanzierung wird zum Schutz der öffentlichen Gesundheit beitragen, indem bahnbrechende Forschungen in Princeton zu den Mückenarten unterstützt werden, die für die Verbreitung von Krankheiten wie Zika verantwortlich sind, Dengue, Gelbfieber und West-Nil-Virus, und kann letztendlich der Schlüssel zur Verhinderung der Übertragung dieser Krankheiten sein,“, sagte Sen. Cory Booker, wer war Princetons 2018 Referent am Klassentag.

„Diese Finanzierung wird uns helfen, die durch Mücken übertragenen Infektionen besser zu verstehen, wie das West-Nil-Virus, das in unserem Bundesstaat bereits mehrere Menschen infiziert hat,“, sagte Sen. Bob Menendez. „Es ist wichtig, dass wir Mücken und die von ihnen übertragenen Viren vollständig verstehen, damit wir aggressiv daran arbeiten können, die Ausbreitung weiterer Krankheiten zu verhindern und alle Einwohner von New Jersey zu schützen.“

Um ihr zu helfen zu verstehen, was auf Menschen spezialisierte Moskitos zu uns hinzieht, McBride vergleicht das Verhalten, Genetik und Gehirn der Zika-Mücke zu einem afrikanischen Stamm der gleichen Art, der nicht auf den Menschen spezialisiert ist.

Das NYSCF-Stipendium wird eine grundlegende wissenschaftliche Untersuchung darüber unterstützen, wie Tiergehirne komplexe Aromen interpretieren. Das ist eine kompliziertere Angelegenheit, als es zunächst den Anschein hat, da der menschliche Geruch aus mehr als besteht 100 verschiedene Verbindungen – und dieselben Verbindungen, in etwas anderen Verhältnissen, sind in den meisten Säugetieren vorhanden.

„Keine dieser Chemikalien allein ist für Mücken attraktiv, Mücken müssen also das Verhältnis erkennen, die exakte Mischung von Komponenten, die den menschlichen Geruch definiert,“, sagte McBride. „Und wie findet ihr Gehirn das heraus??“

Das NIH-Stipendium finanziert mehr angewandte Forschung darüber, welche Kombination von Verbindungen Mücken anzieht. Das könnte zu Ködern führen, die Mücken in tödliche Fallen locken, oder Abwehrmittel, die das Signal unterbrechen.

Die meisten Mückenstudien der letzten Jahrzehnte waren Verhaltensexperimente, die sehr arbeitsintensiv sind, sagte McBride. „Du gibst ihnen einen Geruch und sagst, 'Magst du das?“ und sogar mit fünf Verbindungen, Die Anzahl der Permutationen, die Sie durchlaufen müssen, um genau herauszufinden, was das richtige Verhältnis ist – es ist überwältigend.“ Mit 15 oder 20 Verbindungen, die Zahl der Permutationen schießt in die Höhe, und mit der vollen Ergänzung von 100, es ist astronomisch.

Um die Geruchspräferenz von Mücken zu testen, McBrides Labor hat hauptsächlich Meerschweinchen verwendet, kleine Säugetiere mit einer anderen Mischung aus vielen der gleichen 100 Geruchsstoffe des Menschen. Forscher sammeln ihren Geruch, indem sie Luft über ihren Körper blasen, und dann stellen sie Moskitos vor die Wahl zwischen Meerschweinchenwasser und einem menschlichen Arm. Auf den Menschen spezialisiertes „Domestic“ EIN. Ägypten Moskitos gehen in Richtung Arm 90 zu 95 Prozent der Zeit, sagte McBride, sondern der afrikanische „Wald“ EIN. Ägypten Moskitos fliegen eher auf das Meerschweinchenaroma zu.

In einem anderen kürzlich durchgeführten Experiment, die damalige Seniorin Meredith Mihalopoulos von der Klasse der 2018 rekrutierte sieben Freiwillige und führte „Präferenztests“ sowohl mit Wald als auch mit Haustieren durch EIN. Ägypten Mücken. Sie ließ die Moskitos zwischen sich und jedem der Freiwilligen wählen, festgestellt, dass manche Menschen für die Insekten attraktiver sind als andere. Dann Alexis Kriete, ein Forschungsspezialist im McBride-Labor, analysierte den Geruch aller Teilnehmer. Sie zeigten, dass dabei die gleichen Verbindungen vorhanden waren, jeder Mensch war einander ähnlicher als den Meerschweinchen.

„An Tiergerüchen ist nichts wirklich Einzigartiges,“, sagte McBride. „Es gibt keine Verbindung, die eine Meerschweinchenart charakterisiert. Eine Art zu erkennen, Mischungen muss man erkennen.“

Mit ihrer neuen Finanzierung, Das McBride-Labor wird erweitert, um andere Säugetiere und Vögel in seine Forschung einzubeziehen. Die Doktorandin Jessica Zung arbeitet mit Farmen und Zoos zusammen, um Haare zu sammeln, Pelz, Feder- und Wollproben aus 50 Tierarten. Sie hofft, Gerüche aus ihnen zu extrahieren und die Gerüche in einer Einrichtung der Rutgers University zu analysieren, die Gerüche fraktioniert und das Verhältnis der Verbindungen identifiziert. Indem sie ihre Geruchsprofile in ein Rechenmodell eingeben, Sie und McBride hoffen zu verstehen, wie genau sich Moskitos entwickelt haben, um Menschen von nichtmenschlichen Tieren zu unterscheiden.

Die Stipendien werden auch einen völlig neuartigen Ansatz unterstützen, der von der Doktorandin Zhilei Zhao entwickelt wird: Abbildung von Mückengehirnen mit sehr hohen Auflösungen, um herauszufinden, wie eine Mücke ihr nächstes Opfer identifiziert. „Welche Kombination von neuronalen Signalen im Gehirn bewirkt, dass die Mücke angezogen oder abgestoßen wird?“, fragte McBride. „Wenn wir das herausfinden, dann ist es trivial, nach Mischungen zu suchen, die attraktiv oder abstoßend sein können. Du hast die Mücke dort oben platziert, öffne seinen Kopf, Bild das Gehirn, Pop ein Aroma nach dem anderen, und schau: Trifft es die richtige Kombination von Neuronen??“

Der Schlüssel zu dieser Studie wird die Bildgebungsausrüstung sein, die vom Bezos Center for Neural Circuit Dynamics in Princeton bereitgestellt wird, sagte McBride. „Wir können da rübergehen und sagen, dass wir uns das vorstellen wollen, bei dieser Auflösung, mit dieser Ausrichtung, und ein paar monate später, Das Mikroskop ist gebaut," Sie sagte. „Wir hätten ein Mikroskop von der Stange kaufen können, aber es wäre so viel langsamer und so viel weniger kraftvoll gewesen. Hilfe von Stephan Thiberge, der Direktor des Bezos Centers, war für uns von entscheidender Bedeutung.“

McBride begann ihre Biologiekarriere mit dem Studium der Evolution bei Schmetterlingen, Aber sie wurde von Mücken mit Krankheitsüberträgern angelockt, weil sie so einfach im Labor zu züchten sind. Während die von McBride untersuchten Schmetterlinge ein Jahr brauchen, um sich zu entwickeln, EIN. Ägypten Mücken können in drei Wochen einen ganzen Lebenszyklus durchlaufen, Ermöglichung von Genexperimenten mit schnellem Durchlauf.

„Das hat mich zuerst zu Moskitos hingezogen,“, sagte McBride. „Eine der Überraschungen für mich war, wie befriedigend es ist, dass sie sich auf die menschliche Gesundheit auswirken. Das ist sicherlich nicht der Grund, warum ich zur Biologie gekommen bin – ich habe Vögel und Schmetterlinge in den Bergen studiert, so weit weg von den Menschen, wie ich nur konnte – aber ich schätze dieses Element der Mückenarbeit jetzt wirklich.

„Aber was immer noch so aufregend ist, ist, wie einfach wir Moskitos manipulieren können, um Hypothesen darüber zu testen, wie sich neue Verhaltensweisen entwickeln. … Wir können transgene Stämme erzeugen, Wir können Gene ausschalten, Wir können Neuronen mit Licht aktivieren. All diese Dinge wurden in Modellsystemen durchgeführt, wie Maus und Fliege, aber niemals in einem Nicht-Modellorganismus, nie in einem Organismus – ich zeige hier meine Voreingenommenheit – mit solch interessanter Ökologie und Evolution.“

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