Perché le zanzare scelgono noi? Lindy McBride è sul caso.

Pochi animali si specializzano così a fondo come le zanzare che portano malattie come Zika, malaria e dengue. Infatti, del più di 3,000 specie di zanzare nel mondo, la maggior parte sono opportunisti, disse Carolyn "Lindy" McBride, un assistente professore di ecologia e biologia evolutiva e del Princeton Neuroscience Institute.

Potrebbero essere morsichi di mammiferi, o morsicatrici di uccelli, con una lieve preferenza per varie specie all'interno di tali categorie, ma la maggior parte delle zanzare non sono né del tutto indiscriminate né specie-specifiche. Ma quella che più la interessa sono le zanzare che gli scienziati chiamano “vettori di malattie” – portatrici di malattie che affliggono gli esseri umani – alcune delle quali si sono evolute per pungere quasi esclusivamente gli esseri umani..

McBride ha vinto due grandi sovvenzioni proprio questo mese per sostenere la sua ricerca in corso sulle zanzare portatrici di malattie. Il mese di ottobre. 2, Lo ha annunciato il National Institutes of Health di cui McBride ne aveva ricevuto uno 33 Premi New Innovator del direttore dell'NIH per "scienziati insolitamente creativi con idee di ricerca altamente innovative in una fase iniziale della loro carriera"," promettendo $2.4 milioni alla sua ricerca nei prossimi cinque anni. E l'ottobre. 23, il Fondazione per le cellule staminali di New York l'ha nominata uno dei sei investigatori della NYSCF-Robertson 2018, annunciando che forniranno $1.5 milioni in cinque anni a ciascuno di questi “scienziati promettenti all’inizio della carriera la cui ricerca all’avanguardia ha il potenziale per accelerare trattamenti e cure”.

McBride studia diverse zanzare portatrici di malattie, Compreso Templi degli egiziani, che è il vettore principale della febbre dengue, Zika e febbre gialla, e Culex pipiens, che trasporta il virus del Nilo occidentale. UN. aegizi è specializzato in esseri umani, mentre C. pipiens è meno specializzato, permettendogli di trasmettere il Nilo occidentale dagli uccelli agli esseri umani.

“Sono gli specialisti che tendono ad essere i migliori vettori di malattie, per ovvie ragioni: Mordono molti esseri umani,", ha detto McBride. Sta cercando di capire come si sono evoluti il ​​cervello e il genoma di queste zanzare per renderle specializzate negli esseri umani, compreso come possono distinguerci dagli altri mammiferi in modo così efficace.

I ricercatori del laboratorio di McBride spesso diffondono aria sulle cavie Molly (visto qui) e Mia (non raffigurato), raccogliere il loro odore per la ricerca sulle zanzare. Negli esperimenti, alle zanzare viene data la possibilità di scegliere tra l’odore delle cavie e l’odore umano; né gli esseri umani né i porcellini d'India sono direttamente esposti alle punture di zanzara.

Foto di Daniele Alio, Ufficio delle Comunicazioni

In un comunicato stampa congiunto di agosto, I due senatori del New Jersey hanno elogiato il lavoro di McBride, anche se non per nome, poiché le sovvenzioni non erano state ancora annunciate pubblicamente. “Questo finanziamento contribuirà a proteggere la salute pubblica sostenendo la ricerca innovativa a Princeton sulle specie di zanzare responsabili della diffusione di malattie come Zika, dengue, febbre gialla e virus del Nilo occidentale, e potrebbero in definitiva rappresentare la chiave per prevenire la trasmissione di queste malattie,", ha detto il sen. Cory Booker, che era di Princeton 2018 Relatore del giorno di lezione.

“Questo finanziamento ci aiuterà a comprendere meglio le infezioni trasmesse dalle zanzare, come il virus del Nilo occidentale che ha già infettato diverse persone nel nostro Stato,", ha detto il sen. Bob Menendez. “È importante comprendere appieno le zanzare e i virus che trasportano in modo da poter lavorare per prevenire in modo aggressivo la diffusione di ulteriori malattie e proteggere tutti gli abitanti del New Jersey”.

Per aiutarla a capire cosa attira da noi le zanzare specializzate nell'uomo, McBride confronta il comportamento, genetica e cervello della zanzara Zika a un ceppo africano della stessa specie che non è specializzato negli esseri umani.

La sovvenzione del NYSCF sosterrà un’indagine scientifica di base su come il cervello degli animali interpreta gli aromi complessi. Questa è una proposta più complicata di quanto sembri a prima vista, poiché l'odore umano è composto da più di 100 composti diversi e quegli stessi composti, in rapporti leggermente diversi, sono presenti nella maggior parte dei mammiferi.

“Nessuna di queste sostanze chimiche è di per sé attraente per le zanzare, quindi le zanzare devono riconoscere il rapporto, l'esatta miscela di componenti che definisce l'odore umano,", ha detto McBride. “Allora come fa il loro cervello a capirlo?”

La sovvenzione del NIH sta finanziando ulteriori ricerche applicate su quale combinazione di composti attiri le zanzare. Ciò potrebbe portare alla creazione di esche che attirano le zanzare in trappole letali, o repellenti che interrompono il segnale.

La maggior parte degli studi sulle zanzare negli ultimi decenni sono stati esperimenti comportamentali, che richiedono molta manodopera, disse McBride. “Dai loro un odore e dici, 'Ti piace questo?’ e anche con cinque composti, il numero di permutazioni che devi affrontare per capire esattamente qual è il rapporto giusto: è travolgente. Con 15 o 20 composti, il numero di permutazioni sale alle stelle, e con il complemento completo di 100, è astronomico.

Per testare la preferenza olfattiva delle zanzare, Il laboratorio di McBride ha utilizzato principalmente porcellini d’India, piccoli mammiferi con una miscela diversa di molti degli stessi 100 composti olfattivi dell'uomo. I ricercatori ne raccolgono l'odore soffiando aria sui loro corpi, e poi presentano alle zanzare la scelta tra l'acqua di cavia e un braccio umano. “domestico” specializzato nell’uomo UN. aegizi le zanzare andranno verso il braccio 90 a 95 per cento delle volte, disse McBride, ma la “foresta” africana UN. aegizi le zanzare hanno maggiori probabilità di volare verso l'aroma di porcellino d'India.

In un altro recente esperimento, l'allora senior Meredith Mihalopoulos della Classe di 2018 ha reclutato sette volontari e ha effettuato “test di preferenza” sia con la foresta che con l’ambiente domestico UN. aegizi zanzare. Ha lasciato che le zanzare scegliessero tra lei e ciascuno dei volontari, scoprendo che alcune persone sono più attraenti per gli insetti rispetto ad altre. Poi Alexis Kriete, uno specialista di ricerca nel laboratorio McBride, analizzato l'odore di tutti i partecipanti. Hanno dimostrato che mentre erano presenti gli stessi composti, ogni essere umano era più simile tra loro che ai porcellini d'India.

“Non c’è nulla di veramente unico nell’odore degli animali,", ha detto McBride. “Non esiste un composto che caratterizzi una specie di porcellino d’India. Riconoscere una specie, devi riconoscere le miscele.

Con i loro nuovi finanziamenti, il laboratorio McBride si espanderà per includere altri mammiferi e uccelli nella loro ricerca. La studentessa laureata Jessica Zung sta lavorando con fattorie e zoo per raccogliere i capelli, pelliccia, campioni di piume e lana da 50 specie animali. Spera di estrarne l'odore e di analizzarli in una struttura della Rutgers University che fraziona gli odori e identifica il rapporto tra i composti. Inserendo i loro profili olfattivi in ​​un modello computazionale, lei e McBride sperano di capire come esattamente le zanzare potrebbero essersi evolute per distinguere gli esseri umani dagli animali non umani.

Le sovvenzioni sosterranno anche un approccio completamente nuovo sviluppato dallo studente laureato Zhilei Zhao: imaging del cervello delle zanzare ad altissima risoluzione per capire come una zanzara identifica la sua prossima vittima. “Quale combinazione di segnali neurali nel cervello fa sì che la zanzara venga attratta o respinta?chiese McBride. “Se riusciamo a capirlo, quindi è banale selezionare miscele che possano essere attraenti o repellenti. Hai messo la zanzara lassù, aprirgli la testa, immagina il cervello, fai scoppiare un aroma dopo l'altro, e guarda: Colpisce la giusta combinazione di neuroni?”

La chiave di questo studio sarà l’attrezzatura per l’imaging fornita dal Bezos Center for Neural Circuit Dynamics di Princeton, disse McBride. “Possiamo andare lì e dire che vogliamo immaginarlo, a questa risoluzione, con questo orientamento, e qualche mese dopo, viene costruito il microscopio," lei disse. “Avremmo potuto comprare un microscopio standard, ma sarebbe stato molto più lento e molto meno potente. Aiuto da Stephan Thiberge, il direttore del Centro Bezos, è stato fondamentale per noi.”

McBride ha iniziato la sua carriera nel campo della biologia studiando l'evoluzione delle farfalle, ma è stata attratta dalle zanzare portatrici di malattie dalla facilità con cui sono allevate in laboratorio. Mentre le farfalle studiate da McBride hanno bisogno di un anno per svilupparsi, UN. aegizi le zanzare possono compiere un intero ciclo vitale in tre settimane, consentendo esperimenti genetici a rapida conclusione.

“Questo è ciò che mi ha attirato per la prima volta verso le zanzare,", ha detto McBride. “Una delle sorprese per me è stata quanto sia soddisfacente il loro impatto sulla salute umana. Non è certamente questo il motivo per cui mi sono appassionato alla biologia: studiavo uccelli e farfalle in montagna, il più lontano possibile dagli umani, ma adesso apprezzo davvero quell'elemento del lavoro con le zanzare.

“Ma ciò che è altrettanto entusiasmante è la facilità con cui possiamo manipolare le zanzare per testare ipotesi su come si evolvono i nuovi comportamenti. … Possiamo creare ceppi transgenici, possiamo eliminare i geni, possiamo attivare i neuroni con la luce. Tutte queste cose sono state fatte in sistemi modello, come il topo e vola, ma mai in un organismo non modello, mai in un organismo – sto mostrando il mio pregiudizio qui – con un’ecologia ed un’evoluzione così interessanti.

fonte:

www.princeton.edu