Глубокая ночь, вы лежите в постели, укутавшись по подбородок в кромешно тёмной комнате, когда вдруг слышите предательское жужжание комара, пролетающего над вашим ухом.
Некоторые виды комаров специализируются на укусах людей, и эти крошечные кровососы превосходно умеют выслеживать каждого из нас. Однако в этом случае возникает вопрос, как комары с такой точностью выслеживают своих жертв?
Изображение: Joao Paulo Burini via Getty Images
Ответ: комары могут использовать своё обоняние, чтобы точно определить свою следующую человеческую жертву, даже если запах этого человека смешивается с запахом близлежащих животных и окружающей среды. Люди источают уникальный букет запахов, отличных от запахов других существ, и для комаров этот запах действует как огромный самонаводящийся маяк, привлекая их к следующей кровавой трапезе.
«Всего насчитывается более 3 тысяч различных видов комаров, но лишь немногие из них специализируются на укусах людей», — рассказал Чжилей Чжао (Zhilei Zhao), исследователь нейробиологии и поведения в Корнельском университете.
Чжао и его коллеги изучили один из таких видов комаров, названный Aedes aegypti, который чаще предпочитает кусать людей, а не питаться другими животными.
«Aedes aegypti любит людей. Им нравится наш запах», — сказал Мэтью ДеДженнаро (Matthew DeGennaro), нейрогенетик и доцент Флоридского международного университета, не участвовавший в исследовании.
К сожалению, эти насекомые переносят широкий спектр патогенов и могут распространять среди людей, которых они кусают, такие болезни, как вирус Зика, лихорадка денге, вирус чикунгунья и жёлтая лихорадка.
«Мы давно знаем, что комаров Aedes aegypti куда сильнее привлекают … люди, а не другие животные. Это одна из причин того, что они представляют такую угрозу для общественного здравоохранения», — сказала Лаура Б. Дюваль (Laura B. Duvall), доцент кафедры биологических наук Колумбийского университета, не участвовавшая в исследовании.
Прошлые исследования показали, что комары Aedes aegypti могут чувствовать запах углекислого газа, который мы выдыхаем, и использовать этот химический сигнал, чтобы найти человеческую плоть для её укуса, согласно отчёту журнала Nature Communications за 2022 год. ДеДженнаро и его коллеги недавно обнаружили, что эти вредители также могут чувствовать запах определённых компонентов человеческого пота, включая молочную кислоту, сообщил он Live Science в электронном письме. Другое же исследование показало, что комары слетаются на Brevibacterium lines, бактерию, обнаруженную на ногах человека, которая также придаёт сыру Лимбургер характерный запах.
Но хотя учёные знают, что все эти химические сигналы помогают комарам Aedes aegypti нападать на людей, «большинство этих [сигналов] обнаруживаются как у людей, так и у животных», — сказала Дюваль Live Science в электронном письме.
Однако, каким-то образом комарам всё равно удаётся выдёргивать людей из очереди потенциальной добычи, несмотря на то, что животные испускают аналогичные ароматические соединения.
«Мы не знали, как они определяют разницу», — отметила Дюваль.
Исследование же Чжао 2022 года, опубликованное 4 мая в журнале Nature, раскрыло возможное решение этой загадки путём увеличения микроскопического мозга комаров.
Для этого исследователи сначала использовали метод редактирования генов под названием CRISPR-Cas9, чтобы сплайсировать гены флуоресцентного белка в ДНК комаров; они специально использовали самок комаров Aedes aegypti, поскольку самцы этого вида пьют нектар, а не кусают людей. После внедрения ген направлял клетки комаров прикреплять флуоресцентный белок к определённым нервным клеткам или нейронам насекомых; когда эти нейроны включались, белок в ответ светился.
«Поэтому, когда нейроны активны, флуоресценция увеличивается», — сказал Чжао, который на момент проведения исследования был докторантом Принстонского университета.
Таким образом, команда наполнила центры обработки запахов в мозге комаров этими светящимися белками, а также вставила белки в органы обнаружения запахов кровососов, такие как их усики и верхнечелюстные щупики, которые представляют собой крошечные органы чувств, выступающие из ротовой полости насекомых.
Изображение: Joao Paulo Burini via Getty Images
Затем команда учёных подвергла комаров воздействию образцов запахов, которые они собрали у разных животных, включая крыс, морских свинок, перепелов, овец, собак и, конечно же, людей; каждый из этих отобранных запахов содержал смесь различных соединений, выделяемых животными. Чтобы увидеть, какие области мозга комаров загораются в ответ на различные ароматы, команда разрезала маленькие головки насекомых.
«Мозг очень маленький, всего около 0,01 дюйма (0,5 миллиметра) в поперечнике», — сказал Чжао.
Работая под микроскопом, команда экспертов отслаивала наружную кутикулу, покрывающую головы комаров, осторожно обнажая пронизанный флуоресцентным материалом мозг насекомых. Стоит отметить, что на протяжении всей деликатной процедуры комары оставались живыми.
«Ваши руки должны работать максимально точно, иначе вы просто уничтожите мозг», — сказал он.
Команда учёных обнаружила, что один выпуклый (луковичный) пучок нервов, известный как клубочек (glomerulus), продемонстрировал сильную реакцию на запахи человека, но слабую реакцию на запахи животных. Они назвали эти нервы чувствительным к человеку (H) клубочком. Другой клубочек (обозначенный A) показал противоположную картину, сильно реагируя на запахи животных, но не людей, а третий клубочек (обозначенный B) сильно реагировал на все исследуемые запахи. Чтобы лучше понять эти паттерны активации, команда разложила ароматы животных на составляющие их соединения, чтобы проанализировать их по отдельности и в различных смесях.
Они выявили два соединения, известные как деканал и ундеканал — которые постоянно появлялись в больших количествах в их образцах запахов человека, но в небольших количествах в образцах животных. Эти соединения пахнут сладко и цитрусово, как апельсиновая корка, и содержатся в человеческом кожном сале — масле, вырабатываемом железами кожи.
Недавно идентифицированный клубочек H, по-видимому, специально настроен на эти соединения, особенно сильно реагируя на синтетическую смесь этих двух веществ. Между тем, клубочек B лишь скромно реагировал на этот запах, а клубочек A — никак не реагировал. Исследователи обнаружили, что комары A. aegypti проявляли сильное влечение к смеси, даже летая к ней в ходе испытаний, проведённых в аэродинамической трубе. Это намекает на то, что деканал, ундеканал и активность клубочков H, вызванная соединениями, являются ключом к тому, как комары выслеживают людей-хозяев.
«Меня удивляет то, что существует только один клубочек, паттерн активации которого специфичен для человека. Я думал, что их больше», — сказал ДеДженнаро.
Тем не менее, клубочек H, вероятно, не работает в полной изоляции — у комаров имеются ещё и другие сенсорные системы, обнаруживающие химические вещества, в дополнение к нейронам, которые проанализировала команда специалистов, которые также помогают им ориентироваться и искать людей, объясняет Дюваль. Клубочек H, по-видимому, является ключевым фактором поведения комаров A. aegypti в охоте на людей.
Авторы не проверяли, будет ли блокирующая активность в клубочке Н смещать предпочтение комаров Aedes aegypti от людей к животным, но это может быть интересным направлением для будущих исследований. По словам ДеДженнаро, теоретически учёные могут разработать химические формулы, которые снижают активность клубочков H и, таким образом, делать репелленты от комаров более эффективными. Также Чжао рассказал, что его коллега сейчас как раз работает над разработкой таких соединений.
Ещё одним потенциальным применением этого исследования может стать приготовление аттрактантов для комаров или химических веществ, которые можно использовать в качестве приманки, чтобы «заманивать комаров подальше от людей в ловушку», отметила Дюваль. Чжао и его коллеги уже запатентовали свою смесь деканал-ундеканал и надеются использовать её для достижения этой цели.
Чжао говорит, что он подозревает, что другие виды комаров, вероятно, демонстрируют аналогичные паттерны активации мозга в ответ на человеческие запахи, при условии, что они используют людей в качестве своего основного хозяина.
«Было бы интересно посмотреть на другие виды, которые предпочитают людей, такие как комары Anopheles, которые могут передавать малярию, или виды с другими предпочтениями хозяев (которые кусают чаще животных, чем людей), такие как комары Culex, предпочитающие птиц», — сказала Дюваль.
