ทำไมยุงถึงเลือกเรา? ลินดี้ แมคไบรด์อยู่ในคดีนี้.

มีสัตว์ไม่กี่ชนิดที่เชี่ยวชาญเท่ายุงที่เป็นพาหะนำโรคอย่างซิกา, ไข้มาลาเรียและไข้เลือดออก. ในความเป็นจริง, มากกว่า 3,000 ชนิดของยุงในโลก, ส่วนใหญ่จะฉวยโอกาส, แคโรลีน “ลินดี้” แมคไบรด์กล่าว, ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านนิเวศวิทยาและชีววิทยาวิวัฒนาการและสถาบันประสาทวิทยาศาสตร์พรินซ์ตัน.

พวกเขาอาจเป็นสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมกัด, หรือนกกัด, โดยมีความชื่นชอบเล็กน้อยต่อสายพันธุ์ต่างๆ ภายในประเภทเหล่านั้น, แต่ยุงส่วนใหญ่ไม่ได้เลือกปฏิบัติหรือจำเพาะสายพันธุ์โดยสิ้นเชิง. แต่เธอสนใจยุงที่นักวิทยาศาสตร์เรียกว่า “พาหะนำโรค” มากที่สุด ซึ่งเป็นพาหะของโรคที่แพร่ระบาดในมนุษย์ บางชนิดมีวิวัฒนาการมาเพื่อกัดมนุษย์โดยเฉพาะ.

McBride ได้รับทุนขนาดใหญ่สองทุนในเดือนนี้เพื่อสนับสนุนการวิจัยที่กำลังดำเนินอยู่ของเธอเกี่ยวกับยุงพาหะนำโรค. เมื่อวันที่ ต.ค. 2, สถาบันสุขภาพแห่งชาติได้ประกาศ ที่แมคไบรด์ได้รับหนึ่งในนั้น 33 รางวัลผู้สร้างนวัตกรรมใหม่ของผู้อำนวยการ NIH สำหรับ "นักวิทยาศาสตร์ที่มีความคิดสร้างสรรค์ที่ผิดปกติซึ่งมีแนวคิดการวิจัยที่เป็นนวัตกรรมขั้นสูงในช่วงเริ่มต้นอาชีพของพวกเขา,“ให้คำมั่นสัญญา $2.4 ล้านดอลลาร์สำหรับการวิจัยของเธอในอีกห้าปีข้างหน้า. และในวันที่ ต.ค. 23, ที่ มูลนิธิสเต็มเซลล์นิวยอร์ก ตั้งชื่อให้เธอเป็นหนึ่งในหกผู้สืบสวน NYSCF-Robertson 2018, ประกาศว่าจะจัดให้ $1.5 ล้านในระยะเวลาห้าปีสำหรับ "นักวิทยาศาสตร์อาชีพยุคแรกที่มีอนาคตซึ่งมีการวิจัยที่ล้ำสมัยมีศักยภาพในการเร่งการรักษาและการรักษา"

McBride ศึกษายุงหลายชนิดที่เป็นพาหะของโรค, รวมทั้ง วัดของชาวอียิปต์, ซึ่งเป็นพาหะหลักของโรคไข้เลือดออก, ซิกาและไข้เหลือง, และ คูเล็กซ์ ปิเปี้ยนส์, ซึ่งมีไวรัสเวสต์ไนล์. NS. เออียิปต์ตี เชี่ยวชาญด้านมนุษย์, ในขณะที่ ค. ปี่เปียน มีความเชี่ยวชาญน้อยกว่า, ปล่อยให้มันถ่ายทอดเวสต์ไนล์จากนกสู่มนุษย์.

“เป็นผู้เชี่ยวชาญที่มีแนวโน้มเป็นพาหะนำโรคที่ดีที่สุด, ด้วยเหตุผลที่ชัดเจน: พวกมันกัดมนุษย์จำนวนมาก,” แมคไบรด์กล่าว. เธอพยายามทำความเข้าใจว่าสมองและจีโนมของยุงเหล่านี้พัฒนาไปอย่างไรเพื่อให้พวกมันมีความเชี่ยวชาญในมนุษย์ รวมถึงวิธีที่พวกมันสามารถแยกแยะเราจากสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมอื่นๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ.

นักวิจัยในห้องทดลองของ McBride มักจะปล่อยอากาศผ่านหนูตะเภามอลลี่ (เห็นที่นี่) และมีอา (ไม่ได้ภาพ), เพื่อรวบรวมกลิ่นเพื่อการวิจัยยุง. ในการทดลอง, ยุงสามารถเลือกได้ระหว่างกลิ่นหนูตะเภาและกลิ่นของมนุษย์; ทั้งมนุษย์และหนูตะเภาไม่ได้ถูกยุงกัดโดยตรง.

ภาพถ่ายโดยแดเนียล อาลิโอ, สำนักสื่อสารมวลชน

ในการแถลงข่าวร่วมกันในเดือนสิงหาคม, วุฒิสมาชิกสองคนของรัฐนิวเจอร์ซีย์ชื่นชมผลงานของแม็คไบรด์แม้ว่าจะไม่ได้เอ่ยชื่อก็ตาม, เนื่องจากยังไม่มีการประกาศทุนสนับสนุนต่อสาธารณะ. “เงินทุนสนับสนุนนี้จะช่วยปกป้องสุขภาพของประชาชนด้วยการสนับสนุนการวิจัยที่ก้าวล้ำที่ Princeton เกี่ยวกับยุงสายพันธุ์ที่รับผิดชอบต่อการแพร่กระจายความเจ็บป่วยเช่น Zika, ไข้เลือดออก, ไข้เหลืองและไวรัสเวสต์ไนล์, และอาจเป็นกุญแจสำคัญในการป้องกันการแพร่กระจายของโรคเหล่านี้ในที่สุด,“นายเซนกล่าว. คอรี บูเกอร์, ซึ่งเป็นของพรินซ์ตัน 2018 วิทยากรประจำชั้นเรียน.

“การระดมทุนนี้จะช่วยให้เราเข้าใจการติดเชื้อที่มียุงเป็นพาหะได้ดีขึ้น, เช่นไวรัสเวสต์ไนล์ที่แพร่ระบาดไปหลายรายแล้วในรัฐของเรา,“นายเซนกล่าว. บ็อบ เมเนนเดซ. “สิ่งสำคัญคือเราต้องเข้าใจยุงและไวรัสที่ยุงเป็นพาหะ เพื่อที่เราจะสามารถทำงานเพื่อป้องกันการแพร่กระจายของโรคอื่นๆ ในเชิงรุก และปกป้องชาวนิวเจอร์ซีย์ทุกคน”

เพื่อช่วยให้เธอเข้าใจว่าอะไรดึงดูดยุงเฉพาะมนุษย์ให้มาหาเรา, แมคไบรด์เปรียบเทียบพฤติกรรม, พันธุกรรมและสมองของยุงซิกาไปจนถึงสายพันธุ์แอฟริกันชนิดเดียวกันที่ไม่เฉพาะเจาะจงในมนุษย์.

เงินช่วยเหลือของ NYSCF จะสนับสนุนการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ขั้นพื้นฐานว่าสมองของสัตว์ตีความกลิ่นที่ซับซ้อนได้อย่างไร. นั่นเป็นข้อเสนอที่ซับซ้อนมากกว่าที่ปรากฏครั้งแรก, เนื่องจากกลิ่นของมนุษย์ประกอบด้วยมากกว่านั้น 100 สารประกอบที่แตกต่างกัน — และสารประกอบเดียวกันเหล่านั้น, ในอัตราส่วนที่แตกต่างกันเล็กน้อย, มีอยู่ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมส่วนใหญ่.

“ไม่มีสารเคมีชนิดใดที่สามารถดึงดูดยุงได้ด้วยตัวเอง, ยุงจึงต้องรับรู้ถึงอัตราส่วน, การผสมผสานอย่างลงตัวของส่วนประกอบที่กำหนดกลิ่นของมนุษย์,” แมคไบรด์กล่าว. “แล้วสมองของพวกเขาคิดได้อย่างไร?”

เงินช่วยเหลือของ NIH กำลังให้ทุนสนับสนุนการวิจัยประยุกต์เพิ่มเติมว่าสารประกอบชนิดใดที่ดึงดูดยุงได้. นั่นอาจนำไปสู่เหยื่อที่ดึงดูดยุงให้เป็นกับดักถึงตายได้, หรือสารไล่ที่รบกวนสัญญาณ.

การศึกษาเกี่ยวกับยุงส่วนใหญ่ในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมาเป็นการทดลองเชิงพฤติกรรม, ซึ่งต้องใช้แรงงานมาก, แมคไบรด์กล่าว. “คุณส่งกลิ่นให้พวกเขาแล้วพูด, 'คุณชอบนี่ไหม?’ และยังมีสารประกอบห้าชนิดด้วย, จำนวนการเรียงสับเปลี่ยนที่คุณต้องทำเพื่อหาว่าอัตราส่วนที่ถูกต้องคืออะไร - มันล้นหลาม” กับ 15 หรือ 20 สารประกอบ, จำนวนการเรียงสับเปลี่ยนพุ่งสูงขึ้น, และด้วยความครบครันของ 100, มันเป็นดาราศาสตร์.

เพื่อทดสอบการตั้งค่ากลิ่นของยุง, ห้องทดลองของ McBride ใช้หนูตะเภาเป็นหลัก, สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมขนาดเล็กที่มีการผสมผสานกันหลายอย่างที่เหมือนกัน 100 สารประกอบกลิ่นของมนุษย์. นักวิจัยรวบรวมกลิ่นโดยการเป่าลมผ่านร่างกาย, จากนั้นพวกเขาก็นำเสนอยุงโดยมีตัวเลือกระหว่างหมูโอเดอกินีกับแขนมนุษย์. “ในประเทศ” เฉพาะทางที่มนุษย์เชี่ยวชาญ NS. เออียิปต์ตี ยุงจะเข้าหาแขน 90 ถึง 95 เปอร์เซ็นต์ของเวลา, แมคไบรด์กล่าว, แต่เป็น “ป่า” ของแอฟริกา NS. เออียิปต์ตี ยุงมักจะบินไปหากลิ่นหนูตะเภามากกว่า.

ในการทดลองล่าสุดอีกครั้งหนึ่ง, เมเรดิธ มิฮาโลปูลอส ผู้อาวุโสในขณะนั้นแห่งชั้นเรียน 2018 คัดเลือกอาสาสมัครเจ็ดคนและทำ “การทดสอบความชอบ” ทั้งกับป่าไม้และในประเทศ NS. เออียิปต์ตี ฤดูปลูกนั้นสั้นและพืชส่วนใหญ่จะขยายพันธุ์โดยการแตกหน่อและการแบ่งตัวมากกว่าการออกดอกทางเพศสัมพันธ์. เธอปล่อยให้ยุงเลือกระหว่างเธอกับอาสาสมัครแต่ละคน, พบว่าบางคนมีเสน่ห์ต่อแมลงมากกว่าคนอื่นๆ. แล้ว อเล็กซิส ครีเอเต้, ผู้เชี่ยวชาญด้านการวิจัยในห้องปฏิบัติการของ McBride, วิเคราะห์กลิ่นของผู้เข้าร่วมทั้งหมด. พวกเขาแสดงให้เห็นว่าในขณะที่มีสารประกอบเดียวกันอยู่, มนุษย์แต่ละคนมีความคล้ายคลึงกันมากกว่าหนูตะเภา.

“กลิ่นสัตว์ไม่มีอะไรพิเศษจริงๆ,” แมคไบรด์กล่าว. “ไม่มีสารประกอบใดที่บ่งบอกลักษณะของหนูตะเภาได้. เพื่อรับรู้ถึงสายพันธุ์, คุณต้องรู้จักการผสมผสาน”

ด้วยเงินทุนใหม่ของพวกเขา, ห้องปฏิบัติการ McBride จะขยายเพื่อรวมสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมและนกอื่นๆ ไว้ในการวิจัยของพวกเขา. นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา Jessica Zung ทำงานร่วมกับฟาร์มและสวนสัตว์เพื่อเก็บเส้นผม, ขน, ตัวอย่างขนนกและขนสัตว์จาก 50 พันธุ์สัตว์. เธอหวังที่จะดึงกลิ่นออกจากพวกมันและวิเคราะห์กลิ่นที่โรงงานของมหาวิทยาลัย Rutgers ซึ่งจะแยกกลิ่นและระบุอัตราส่วนของสารประกอบ. โดยการป้อนโปรไฟล์กลิ่นลงในแบบจำลองการคำนวณ, เธอและแมกไบรด์หวังว่าจะเข้าใจว่ายุงมีวิวัฒนาการมาอย่างไรเพื่อแยกมนุษย์ออกจากสัตว์ที่ไม่ใช่มนุษย์.

เงินช่วยเหลือดังกล่าวจะสนับสนุนแนวทางใหม่ทั้งหมดที่ได้รับการพัฒนาโดยนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา Zhilei Zhao: ถ่ายภาพสมองยุงด้วยความละเอียดสูงมากเพื่อดูว่ายุงระบุเหยื่อรายต่อไปได้อย่างไร. “การรวมกันของสัญญาณประสาทในสมองทำให้ยุงถูกดึงดูดหรือขับไล่?“แมคไบรด์ถาม. “ถ้าเราสามารถเข้าใจสิ่งนั้นได้, การคัดกรองส่วนผสมที่อาจน่าดึงดูดหรือน่ารังเกียจจึงไม่ใช่เรื่องสำคัญ. คุณวางยุงไว้ตรงนั้น, เปิดหัวของมัน, จินตนาการถึงสมอง, ปล่อยกลิ่นหอมออกมาทีละกลิ่น, และดู: มันกระทบการผสมผสานที่ลงตัวของเซลล์ประสาทหรือไม่?”

กุญแจสำคัญในการศึกษาครั้งนี้คืออุปกรณ์การถ่ายภาพที่จัดทำโดย Bezos Center for Neural Circuit Dynamics ของพรินซ์ตัน, แมคไบรด์กล่าว. “เราสามารถเดินไปที่นั่นแล้วบอกว่าเราต้องการสร้างภาพนี้, ตามมตินี้, ด้วยการวางแนวทางนี้, และไม่กี่เดือนต่อมา, กล้องจุลทรรศน์ถูกสร้างขึ้น," เธอพูด. “เราอาจจะซื้อกล้องจุลทรรศน์ที่มีจำหน่ายทั่วไปก็ได้, แต่มันจะช้ากว่ามากและมีประสิทธิภาพน้อยกว่ามาก. ความช่วยเหลือจากสเตฟาน ธีเบิร์ก, ผู้อำนวยการศูนย์เบโซส, เป็นสิ่งสำคัญสำหรับเรา”

McBride เริ่มต้นอาชีพชีววิทยาโดยศึกษาวิวัฒนาการของผีเสื้อ, แต่เธอถูกล่อให้ติดยุงพาหะนำโรคด้วยการเลี้ยงในห้องแล็บอย่างง่ายดาย. ในขณะที่ผีเสื้อที่แมคไบรด์ศึกษาต้องใช้เวลาหนึ่งปีในการพัฒนา, NS. เออียิปต์ตี ยุงสามารถมีวงจรชีวิตทั้งหมดได้ภายในสามสัปดาห์, ช่วยให้สามารถทดลองทางพันธุกรรมได้อย่างรวดเร็ว.

“นั่นคือสิ่งที่ทำให้ฉันสนใจยุงเป็นอันดับแรก,” แมคไบรด์กล่าว. “สิ่งที่ทำให้ฉันประหลาดใจอย่างหนึ่งก็คือ ความน่าพึงพอใจที่สิ่งเหล่านี้มีผลกระทบต่อสุขภาพของมนุษย์. นั่นไม่ใช่เหตุผลว่าทำไมฉันถึงเข้าเรียนวิชาชีววิทยา — ฉันกำลังศึกษานกและผีเสื้อบนภูเขา, ห่างไกลจากมนุษย์เท่าที่ฉันจะทำได้ แต่ตอนนี้ฉันซาบซึ้งองค์ประกอบของการทำงานของยุงจริงๆ.

“แต่สิ่งที่น่าตื่นเต้นพอๆ กันก็คือเราสามารถจัดการยุงเพื่อทดสอบสมมติฐานว่าพฤติกรรมใหม่ๆ พัฒนาขึ้นได้อย่างไร. … เราสามารถสร้างสายพันธุ์ดัดแปรพันธุกรรมได้, เราสามารถกำจัดยีนได้, เราสามารถกระตุ้นเซลล์ประสาทด้วยแสงได้. สิ่งเหล่านี้ทั้งหมดเกิดขึ้นในระบบแบบจำลอง, เหมือนเมาส์และบิน, แต่ไม่เคยอยู่ในสิ่งมีชีวิตที่ไม่ใช่แบบจำลอง, ไม่เคยอยู่ในสิ่งมีชีวิต — ฉันแสดงอคติของฉันที่นี่ — ด้วยระบบนิเวศและวิวัฒนาการที่น่าสนใจเช่นนี้”

แหล่งที่มา:

www.princeton.edu