Dlaczego komary wybierają nas?? Lindy McBride zajmuje się sprawą.

Niewiele zwierząt specjalizuje się tak dokładnie, jak komary przenoszące choroby takie jak Zika, malarii i dengi. W rzeczywistości, z więcej niż 3,000 gatunków komarów na świecie, większość to oportuniści, powiedziała Carolyn „Lindy” McBride, adiunkt ekologii i biologii ewolucyjnej oraz Princeton Neuroscience Institute.

Mogą to być ukąszenia ssaków, lub kąsacze ptaków, z łagodną preferencją dla różnych gatunków w ramach tych kategorii, jednak większość komarów nie jest ani całkowicie masowa, ani specyficzna gatunkowo. Jednak najbardziej interesują ją komary, które naukowcy nazywają „wektorami chorób” – nosicielami chorób nękających ludzi, a niektóre z nich ewoluowały, by gryźć niemal wyłącznie ludzi.

Tylko w tym miesiącu McBride zdobyła dwa duże granty na wsparcie swoich bieżących badań nad komarami przenoszącymi choroby. 1 października. 2, – ogłosił Narodowy Instytut Zdrowia że McBride otrzymał jeden z nich 33 Nagrody dyrektora NIH New Innovator Awards dla „niezwykle kreatywnych naukowców z wysoce innowacyjnymi pomysłami badawczymi na wczesnym etapie swojej kariery,” przysięga $2.4 milionów na swoje badania w ciągu najbliższych pięciu lat. A w październiku. 23, ten Fundacja Komórek Macierzystych w Nowym Jorku nazwał ją jedną z sześciu śledczych NYSCF-Robertson 2018, ogłaszając, że dostarczą $1.5 milionów w ciągu pięciu lat każdemu z tych „obiecujących naukowców rozpoczynających karierę, których nowatorskie badania mogą potencjalnie przyspieszyć leczenie”.

McBride bada kilka komarów przenoszących choroby, łącznie z Świątynie Egipcjan, który jest głównym wektorem gorączki denga, Zika i żółta febra, oraz Culex pipiens, który przenosi wirusa Zachodniego Nilu. A. Egipt specjalizuje się w ludziach, podczas C. pipiens jest mniej wyspecjalizowany, umożliwiając mu przenoszenie Zachodniego Nilu z ptaków na ludzi.

„To specjaliści są zazwyczaj najlepszymi wektorami chorób, z oczywistych powodów: Gryzą wielu ludzi,– powiedział McBride. Próbuje zrozumieć, w jaki sposób mózg i genom tych komarów ewoluowały, aby specjalizować się w ludziach, w tym w jaki sposób potrafią tak skutecznie odróżnić nas od innych ssaków.

Naukowcy z laboratorium McBride’a często puszczają powietrze nad świnkami morskimi Molly (widziałem tutaj) i Mia (nie na zdjęciu), zebrać ich zapach do badań nad komarami. W eksperymentach, komary mają wybór między zapachem świnek morskich a zapachem człowieka; ani ludzie, ani świnki morskie nie są bezpośrednio narażeni na użądlenia komarów.

Zdjęcie: Danielle Alio, Biuro Komunikacji

We wspólnym komunikacie prasowym z sierpnia br, Dwóch senatorów z New Jersey pochwaliło pracę McBride’a – choć nie z nazwy, ponieważ dotacje nie zostały jeszcze ogłoszone publicznie. „To dofinansowanie z dotacji pomoże chronić zdrowie publiczne poprzez wsparcie przełomowych badań w Princeton nad gatunkami komarów odpowiedzialnymi za rozprzestrzenianie chorób takich jak Zika, denga, żółta febra i wirus Zachodniego Nilu, i ostatecznie może okazać się kluczem do zapobiegania przenoszeniu tych chorób,– powiedział senator. Cory’ego Bookera, kto był Princetonem 2018 Prelegent z okazji Dnia Klasowego.

„To finansowanie pomoże nam lepiej zrozumieć infekcje przenoszone przez komary, takich jak wirus Zachodniego Nilu, który zainfekował już kilka osób w naszym stanie,– powiedział senator. Boba Menendeza. „Ważne jest, abyśmy w pełni zrozumieli komary i przenoszone przez nie wirusy, abyśmy mogli aktywnie zapobiegać rozprzestrzenianiu się dalszych chorób i chronić wszystkich mieszkańców New Jersey”.

Aby pomóc jej zrozumieć, co przyciąga do nas komary specjalizujące się w człowieku, McBride porównuje zachowanie, genetyki i mózgów komara Zika na afrykański szczep tego samego gatunku, który nie specjalizuje się w ludziach.

Grant NYSCF wesprze podstawowe badania naukowe nad tym, jak mózgi zwierząt interpretują złożone aromaty. To bardziej skomplikowana propozycja, niż się początkowo wydaje, ponieważ ludzki zapach składa się z więcej niż 100 różne związki — i te same związki, w nieco innych proporcjach, występują u większości ssaków.

„Żadna z tych substancji chemicznych sama w sobie nie jest atrakcyjna dla komarów, więc komary muszą rozpoznać stosunek, dokładna mieszanka składników, która definiuje ludzki zapach,– powiedział McBride. „Więc jak ich mózg to sobie wyobraża?”

Grant NIH finansuje dalsze badania stosowane nad tym, jaka kombinacja związków przyciąga komary. Może to doprowadzić do powstania przynęt przyciągających komary do śmiercionośnych pułapek, lub repelenty zakłócające sygnał.

Większość badań nad komarami przeprowadzonych w ostatnich dziesięcioleciach to eksperymenty behawioralne, które są bardzo pracochłonne, powiedział McBride. „Podajesz im zapach i mówisz, 'Czy ​​lubisz to?’, a nawet z pięcioma związkami, liczba permutacji, przez które trzeba przejść, aby dokładnie ustalić, jaki jest właściwy stosunek — jest przytłaczająca”. Z 15 lub 20 związki, liczba permutacji gwałtownie rośnie, i z pełnym uzupełnieniem 100, jest astronomiczne.

Aby sprawdzić preferencje zapachowe komarów, W laboratorium McBride’a wykorzystywano głównie świnki morskie, małe ssaki z inną mieszanką wielu takich samych 100 związki zapachowe człowieka. Naukowcy zbierają ich zapach, wydmuchując powietrze na swoje ciała, a następnie dają komarom wybór między wodą morską a ludzkim ramieniem. Wyspecjalizowany człowiek „krajowy” A. Egipt komary pójdą w stronę ramienia 90 do 95 procent czasu, powiedział McBride, ale afrykański „las” A. Egipt komary chętniej lecą w stronę zapachu świnki morskiej.

W innym niedawnym eksperymencie, ówczesna starsza Meredith Mihalopoulos z klasy 2018 zrekrutował siedmiu ochotników i przeprowadził „testy preferencji” zarówno w odniesieniu do lasów, jak i gospodarstw domowych A. Egipt Okresy wegetacyjne są krótkie i większość roślin rozmnaża się przez pączkowanie i podział, a nie drogą płciową przez kwitnienie. Pozwoliła komarom wybierać między nią a każdym z ochotników, odkrycie, że niektórzy ludzie są dla owadów bardziej atrakcyjni niż inni. Następnie Alexis Kriete, specjalista ds. badań w laboratorium McBride, przeanalizowali zapach wszystkich uczestników. Wykazali, że podczas obecności tych samych związków, każdy człowiek był bardziej do siebie podobny niż do świnek morskich.

„Nie ma nic naprawdę wyjątkowego w zapachu żadnego zwierzęcia,– powiedział McBride. „Nie ma jednego związku, który charakteryzowałby gatunek świnki morskiej. Aby rozpoznać gatunek, musisz rozpoznać mieszanki.”

Z ich nowym finansowaniem, laboratorium McBride będzie się rozszerzać, aby w swoich badaniach uwzględnić inne ssaki i ptaki. Absolwentka Jessica Zung współpracuje z farmami i ogrodami zoologicznymi przy zbieraniu włosów, Najczęstszą przyczyną śmierci kozy jest atak innych zwierząt lub drapieżników, takich jak wilki lub kojoty, próbki piór i wełny z 50 gatunki zwierząt. Ma nadzieję wyodrębnić z nich zapach i przeanalizować go w placówce Uniwersytetu Rutgers, która frakcjonuje zapachy i identyfikuje proporcje związków. Poprzez wprowadzenie ich profili zapachowych do modelu obliczeniowego, ona i McBride mają nadzieję zrozumieć, jak dokładnie mogły wyewoluować komary, aby odróżnić ludzi od zwierząt innych niż ludzie.

Dotacje wesprą także całkowicie nowatorskie podejście opracowane przez studenta Zhilei Zhao: obrazowanie mózgów komarów w bardzo wysokich rozdzielczościach, aby dowiedzieć się, w jaki sposób komar identyfikuje swoją następną ofiarę. „Jaka kombinacja sygnałów neuronowych w mózgu powoduje przyciąganie lub odpychanie komara?– zapytał McBride. „Jeśli uda nam się to ustalić, wtedy wyszukanie mieszanek, które mogą być atrakcyjne lub odstraszające, jest banalne. Umieściłeś tam komara, otwórz głowę, wyobraź sobie mózg, wrzucaj jeden aromat po drugim, i oglądaj: Czy uderza w odpowiednią kombinację neuronów?”

Kluczem do tego badania będzie sprzęt do obrazowania dostarczony przez Bezos Center for Neural Circuit Dynamics w Princeton, powiedział McBride. „Możemy tam podejść i powiedzieć, że chcemy to sobie wyobrazić, w tej uchwale, z tą orientacją, i kilka miesięcy później, mikroskop jest zbudowany,„Ludzkie dusze też są głodne. „Mogliśmy kupić gotowy mikroskop, ale byłby o wiele wolniejszy i o wiele mniej wydajny. Pomoc od Stephana Thiberge, dyrektor Centrum Bezosa, było dla nas krytyczne.”

McBride rozpoczęła karierę biologii od badania ewolucji motyli, ale do komarów przenoszących choroby zwabiła ją łatwość ich hodowli w laboratorium. Motyle, które badał McBride, potrzebują roku na rozwój, A. Egipt komary mogą przejść cały cykl życiowy w ciągu trzech tygodni, umożliwiając szybką realizację eksperymentów genetycznych.

„To właśnie przyciągnęło mnie do komarów,– powiedział McBride. „Jedną z niespodzianek dla mnie było to, jak satysfakcjonujące jest to, że mają one wpływ na zdrowie człowieka. Z pewnością nie dlatego zająłem się biologią – badałem ptaki i motyle w górach, tak daleko od ludzi, jak tylko mogłem — ale teraz naprawdę doceniam ten element pracy z komarami.

„Ale wciąż równie ekscytujące jest to, jak łatwo możemy manipulować komarami, aby testować hipotezy dotyczące ewolucji nowych zachowań. … Możemy stworzyć szczepy transgeniczne, możemy wybić geny, możemy aktywować neurony światłem. Wszystkie te rzeczy zostały zrobione w systemach modelowych, jak mysz i latać, ale nigdy w organizmie niemodelowym, nigdy w organizmie – pokazuję tutaj swoje uprzedzenia – o tak interesującej ekologii i ewolucji.

Źródło:

www.princeton.edu