Hvorfor velger myggen oss? Lindy McBride er på saken.

Få dyr spesialiserer seg så grundig som myggene som bærer på sykdommer som Zika, malaria og denguefeber. Faktisk, av de mer enn 3,000 myggarter i verden, de fleste er opportunistiske, sa Carolyn "Lindy" McBride, en assisterende professor i økologi og evolusjonsbiologi og Princeton Neuroscience Institute.

De kan være pattedyrbitere, eller fuglebitere, med en mild preferanse for ulike arter innenfor disse kategoriene, men de fleste myggene er verken helt vilkårlige eller artsspesifikke. Men hun er mest interessert i myggene som forskerne kaller "sykdomsvektorer" - bærere av sykdommer som plager mennesker - hvorav noen har utviklet seg til å bite mennesker nesten utelukkende.

McBride har vunnet to store bevilgninger denne måneden for å støtte hennes pågående forskning på sykdomsvektormygg. Den okt. 2, kunngjorde National Institutes of Health som McBride hadde fått en av 33 NIH Director's New Innovator Awards for "uvanlig kreative forskere med svært innovative forskningsideer på et tidlig stadium av karrieren,”pant $2.4 millioner til forskningen hennes i løpet av de neste fem årene. Og i okt. 23, de New York Stem Cell Foundation kalte henne en av deres seks NYSCF-Robertson-etterforskere for 2018, kunngjør at de vil gi $1.5 millioner over fem år til hver av disse "lovende forskerne i tidlig karriere, hvis banebrytende forskning har potensial til å fremskynde behandlinger og kurer."

McBride studerer flere mygg som bærer sykdommer, gjelder også Egypternes templer, som er den primære vektoren for denguefeber, Zika og gul feber, og Culex pipiens, som bærer West Nile-viruset. EN. aegypti spesialiserer seg på mennesker, samtidig som C. pipiens er mindre spesialisert, slik at den kan overføre West Nile fra fugler til mennesker.

"Det er spesialistene som pleier å være de beste sykdomsvektorene, av åpenbare grunner: De biter mange mennesker," sa McBride. Hun prøver å forstå hvordan hjernen og genomet til disse myggene har utviklet seg for å få dem til å spesialisere seg på mennesker - inkludert hvordan de kan skille oss fra andre pattedyr så effektivt.

Forskere i McBrides laboratorium fører ofte luft over marsvinene Molly (sett her) og Mia (ikke avbildet), å samle lukten deres for myggforskning. I eksperimenter, mygg får valget mellom marsvinenes lukt og menneskelukt; verken menneskene eller marsvinene er direkte utsatt for myggstikk.

Foto av Danielle Alio, Kommunikasjonskontoret

I en felles pressemelding i august, New Jerseys to senatorer berømmet McBrides arbeid - men ikke ved navn, siden bevilgningene ikke var offentliggjort ennå. "Denne tilskuddsfinansieringen vil bidra til å beskytte folkehelsen ved å støtte banebrytende forskning ved Princeton på myggarten som er ansvarlig for å spre sykdommer som Zika, dengue, gul feber og West Nile virus, og kan til slutt ha nøkkelen til å forhindre overføring av disse sykdommene," sa Sen. Cory Booker, som var Princetons 2018 Klassedagstaler.

"Denne finansieringen vil hjelpe oss å få en bedre forståelse av myggbårne infeksjoner, som West Nile-viruset som allerede har infisert flere mennesker i staten vår," sa Sen. Bob Menendez. "Det er viktig at vi fullt ut forstår mygg og virusene de bærer på, slik at vi kan arbeide for aggressivt å forhindre spredning av ytterligere sykdommer og beskytte alle New Jersey-anere."

For å hjelpe henne å forstå hva som trekker menneskespesialiserte mygg til oss, McBride sammenligner oppførselen, genetikk og hjerner til Zika-myggen til en afrikansk stamme av samme art som ikke spesialiserer seg på mennesker.

NYSCF-stipendet vil støtte en grunnleggende vitenskapelig undersøkelse av hvordan dyrehjerner tolker komplekse aromaer. Det er et mer komplisert forslag enn det først ser ut til, siden menneskelig lukt består av mer enn 100 forskjellige forbindelser - og de samme forbindelsene, i litt forskjellige forhold, finnes i de fleste pattedyr.

"Ikke noen av disse kjemikaliene er attraktive for mygg i seg selv, så mygg må gjenkjenne forholdet, den nøyaktige blandingen av komponenter som definerer menneskelig lukt," sa McBride. "Så hvordan finner hjernen deres ut av det?”

NIH-stipendet finansierer mer anvendt forskning på hvilken kombinasjon av forbindelser som tiltrekker mygg. Det kan føre til agn som tiltrekker mygg til dødelige feller, eller repellanter som avbryter signalet.

De fleste myggstudier de siste tiårene har vært atferdseksperimenter, som er svært arbeidskrevende, sa McBride. «Du gir dem en lukt og sier, 'Liker du dette?' og til og med med fem forbindelser, antall permutasjoner du må gjennom for å finne ut nøyaktig hva det riktige forholdet er – det er overveldende.» Med 15 eller 20 forbindelser, antall permutasjoner skyter i været, og med full komplement av 100, det er astronomisk.

For å teste luktpreferansen til mygg, McBrides laboratorium har først og fremst brukt marsvin, små pattedyr med en annen blanding av mange av det samme 100 luktforbindelser fra mennesker. Forskere samler lukten ved å blåse luft over kroppene deres, og deretter presenterer de mygg med et valg mellom eau de marsvin og en menneskearm. Menneskespesialiserte "innenlands" EN. aegypti mygg vil gå mot armen 90 til 95 prosent av tiden, sa McBride, men den afrikanske "skogen" EN. aegypti mygg er mer sannsynlig å fly mot marsvinaromaen.

I et annet nylig eksperiment, daværende senior Meredith Mihalopoulos fra klassen til 2018 rekrutterte syv frivillige og gjorde «preferansetester» med både skog og hus EN. aegypti Vekstsesongene er korte og de fleste planter formerer seg ved knoppskyting og deling i stedet for seksuelt ved blomstring. Hun lot myggen velge mellom seg selv og hver av de frivillige, finne ut at noen mennesker er mer attraktive for insektene enn andre. Deretter Alexis Kriete, en forskningsspesialist i McBride-laboratoriet, analyserte lukten til alle deltakerne. De viste at mens de samme forbindelsene var til stede, hvert menneske lignet mer på hverandre enn på marsvinene.

"Det er ingenting virkelig unikt med noen dyrelukt," sa McBride. "Det er ingen forbindelse som karakteriserer en marsvinart. Å gjenkjenne en art, du må gjenkjenne blandinger.»

Med deres nye finansiering, McBride-laboratoriet vil utvides til å inkludere andre pattedyr og fugler i forskningen deres. Avgangsstudent Jessica Zung jobber med gårder og dyrehager for å samle hår, pels, fjær- og ullprøver fra 50 dyrearter. Hun håper å trekke ut lukt fra dem og analysere luktene ved et Rutgers University-anlegg som fraksjonerer lukt og identifiserer forholdet mellom forbindelsene. Ved å legge inn luktprofilene deres i en beregningsmodell, hun og McBride håper å forstå hvordan nøyaktig mygg kan ha utviklet seg for å skille mennesker fra ikke-menneskelige dyr.

Stipendene vil også støtte en helt ny tilnærming som utvikles av doktorgradsstudenten Zhilei Zhao: avbilde mygghjerner i svært høye oppløsninger for å finne ut hvordan en mygg identifiserer sitt neste offer. "Hvilken kombinasjon av nevrale signaler i hjernen får myggen til å bli tiltrukket eller frastøtt?spurte McBride. "Hvis vi kan finne ut av det, da er det trivielt å søke etter blandinger som kan være attraktive eller frastøtende. Du setter myggen der oppe, åpne hodet, bilde hjernen, pop den ene aromaen etter den andre, og se: Treffer den riktig kombinasjon av nevroner?”

Nøkkelen til den studien vil være bildebehandlingsutstyret levert av Princetons Bezos Center for Neural Circuit Dynamics, sa McBride. "Vi kan gå over dit og si at vi ønsker å avbilde dette, ved denne resolusjonen, med denne orienteringen, og noen måneder senere, mikroskopet er bygget," hun sa. «Vi kunne ha kjøpt et hyllemikroskop, men det ville vært så mye tregere og så mye mindre kraftig. Hjelp fra Stephan Thiberge, direktøren for Bezos-senteret, har vært kritisk for oss."

McBride begynte sin biologikarriere med å studere evolusjon i sommerfugler, men hun ble lokket til sykdomsvektormygg av hvor enkle de er å oppdra i laboratoriet. Mens sommerfuglene McBride studerte trenger et år på å utvikle seg, EN. aegypti mygg kan gå gjennom en hel livssyklus på tre uker, muliggjør raske genetiske eksperimenter.

"Det var det som først trakk meg til mygg," sa McBride. "En av overraskelsene for meg har vært hvor tilfredsstillende det er at de har en innvirkning på menneskers helse. Det var absolutt ikke grunnen til at jeg begynte i biologi - jeg studerte fugler og sommerfugler i fjellet, så langt unna mennesker som jeg kunne komme - men jeg setter virkelig pris på det elementet med myggarbeid nå.

"Men det som fortsatt er like spennende er hvor lett vi kan manipulere mygg for å teste hypoteser om hvordan ny atferd utvikler seg. … Vi kan lage transgene stammer, vi kan slå ut gener, vi kan aktivere nevroner med lys. Alle disse tingene har blitt gjort i modellsystemer, som mus og flue, men aldri i en ikke-modellorganisme, aldri i en organisme - jeg viser min skjevhet her - med så interessant økologi og evolusjon."

Kilde:

www.princeton.edu