W tym, co nazywają zaskakującymi odkryciami, naukowcy z Johns Hopkins Medicine donoszą, że – w przeciwieństwie do muszek owocowych – komórki nerwowe komarów wyczuwają zapachy, gdy te komórki są zmuszone do produkcji białek związanych z zapachem lub receptorów na powierzchni komórki. Ten proces „ekspresji” najwyraźniej sprawia, że owady są w stanie ignorować popularne środki odstraszające owady.
W przeciwieństwie do tego, gdy czujniki zapachu u muszek owocówek są zmuszane do wyrażania receptorów zapachowych, skłania to do ucieczki z niektórych nieprzyjemnych sytuacji.
Odkrycia, opublikowane 8 marca w Cell Reports, ujawniają zmienność w układach węchowych owadów, twierdzą naukowcy, i uzupełniają rosnącą liczbę badań mających na celu udoskonalenie metod odstraszania komarów z ludzkiej skóry.
Ukąszenia komarów nie tylko powodują drażniący obrzęk i swędzenie, ale na całym świecie odgrywają rolę w rozprzestrzenianiu szerzących się i często śmiertelnych chorób, takich jak malaria i gorączka denga, a także infekcje wirusem Zika.
„Kiedy eksperymenty nie idą zgodnie z przewidywaniami, często można odkryć coś nowego”, mówi dr Christopher Potter, profesor neurobiologii w Johns Hopkins University School of Medicine, opisując nowe badanie. Okazuje się, mówi, że „Komary są o wiele trudniejsze, niż myśleliśmy”.
Potter i były doktor habilitowany dr Sarah Maguire opracowali swój projekt badawczy, podejrzewając, że odkryją, że komary reagują tak samo, jak muszki owocowe, gdy ich nowe czujniki zapachu muszą zostać wyeksponowane.
Inne badania wykazały, że gdy receptory zapachu w neuronach węchowych muchy są nieprawidłowo wyrażane, nowy sygnał, oparty na ekspresjonowanym receptorze zapachu, jest dostarczany do mózgu, a robaki oddalają się od nieprzyjemnego zapachu.
Naukowcy przetestowali następnie ten sam scenariusz na samicach komarów Anopheles, których ukąszenie przenosi pasożyty wywołujące malarię u ludzi. Pomysł polegał na tym, że gdyby naukowcy mogli wprowadzić neurony zapachu komara w podobny stan ekspresji, wywołany przez substancje zapachowe już na skórze, komary unikałyby zapachu i odlatywały.
W eksperymentach z komarami naukowcy wykorzystali komary zmodyfikowane genetycznie w celu nadekspresji receptora zapachu zwanego AgOR2, który reaguje na odoranty zwierzęce występujące u ludzi.
Mierząc aktywność neuronów generowaną przez receptory zapachu komarów, naukowcy odkryli, że komary z nadmierną ekspresją receptorów AgOR2 bardzo słabo reagowały na typowe zapachy zwierząt, benzaldehyd i indol, a także ogólnie na chemiczne środki zapachowe.
„Nadekspresja AgOR2 wstrząsnęła całym systemem, dezaktywując receptory węchowe u tych komarów” – mówi Potter.
Następnie, współpracując z naukowcem Johns Hopkins Loyalem Goffem, dr Loyal Goff, naukowcy przeprowadzili dodatkowe eksperymenty w celu określenia poziomu wyjściowego informacyjnego RNA w neuronach węchowych zmuszonych do ekspresji genu AgOR2, będącego wskaźnikiem zdrowia neuronów węchowych.
Ustalili to za pomocą techniki zwanej sekwencjonowaniem RNA, która mierzy ilość RNA, pośrednika między DNA a jego produkcją białkową, w neuronach znajdujących się w antenach normalnych i genetycznie zmodyfikowanych komarów.
Odkryli, że komary zmodyfikowane genetycznie w celu nadekspresji AgOR2 miały do 95% mniejszą ekspresję w swoich naturalnych receptorach węchowych w porównaniu z komarami niezmodyfikowanymi.
Wreszcie w bieżącym badaniu naukowcy przetestowali, w jaki sposób komary zmodyfikowane w celu nadekspresji AgOR2 reagowały na substancje zapachowe w powszechnych repelentach owadów, takich jak trawa cytrynowa. Odkryli, że genetycznie zmodyfikowane komary były w stanie ignorować środki odstraszające owady.
Naukowcy podejrzewają, że wyłączenie receptorów zapachowych może być pewnego rodzaju bezpieczną awarią u komarów, zapewniając ekspresję tylko jednego typu receptora zapachowego w jednym czasie.
Ponieważ układy węchowe komara Anopheles nadal rozwijają się w dorosłość, około ośmiu dni po wykluciu, naukowcy spekulują, że neurony węchowe owadów mogą być podatne na to, które receptory węchowe mają wyrażać, w zależności od otaczającego środowiska. Ten rodzaj elastyczności neuronów węchowych komara może umożliwić komarowi przystosowanie się do środowiska zapachowego. Naukowcy przeprowadzają eksperymenty, aby przetestować tę teorię.
Potter ma nadzieję, że obecne odkrycia mogą przyspieszyć poszukiwania metod, które mogą skłonić system węchowy komarów do zaprzestania preferowania ludzkiego zapachu.
Badanie było wspierane przez National Institutes of Health (NIAID R01Al137078), Department of Defense, stypendium podoktorskie Johns Hopkins Malaria Research Institute, Johns Hopkins Malaria Research Institute oraz Bloomberg Philanthropies.