Es ist tiefste Nacht und Sie liegen versteckt im Bett, bis zum Kinn eingepackt in einem stockdunklen Raum – und plötzlich hören Sie das verräterische Summen einer Mücke an Ihrem Ohr vorbeizoomen.
Irgendeine Mücke Arten sind darauf spezialisiert, Menschen zu beißen, und diese winzigen Blutsauger sind hervorragend darin, uns aufzuspüren. Die Frage ist, wie zielen Moskitos mit solcher Präzision auf ihre Opfer ab?
Die Antwort:Moskitos können ihren Geruchssinn nutzen, um ihr nächstes menschliches Opfer zu lokalisieren, selbst wenn der Geruch dieser Person mit dem von Tieren in der Nähe und der Umgebung vermischt ist. Menschen verströmen ein einzigartiges Bouquet von Gerüchen, das sich von den Gerüchen anderer Kreaturen unterscheidet, und für Mücken wirkt dieser Duft wie ein riesiges Leuchtfeuer, das sie zu ihrem nächsten Blut zieht Mahlzeit.
„Es gibt insgesamt über 3.000 verschiedene Mückenarten, aber nur wenige Mücken sind darauf spezialisiert, Menschen zu beißen“, sagte Zhilei Zhao, ein Postdoktorand für Neurobiologie und Verhalten an der Cornell University. Zhao und seine Kollegen untersuchten eine solche Mückenart namens Aedes aegypti , die eine überwältigende Vorliebe dafür zeigt, Menschen zu beißen, anstatt sich von anderen Tieren zu ernähren.
"Aedes aegypti liebt Menschen. Sie lieben unseren Geruch“, sagte Matthew DeGennaro, ein Neurogenetiker und außerordentlicher Professor an der Florida International University, der nicht an der Studie beteiligt war. Leider tragen die Schädlinge eine Vielzahl von Krankheitserregern und können Krankheiten wie Zika, Dengue, Chikungunya und Gelb übertragen Fieber für die Menschen, die sie ersticken.
„Wir wissen seit langem, dass A. aegypti Mücken fühlen sich im Vergleich zu anderen Tieren besonders von … Menschen angezogen. Dies ist einer der Gründe, warum sie eine solche Bedrohung für die öffentliche Gesundheit darstellen“, sagte Laura B. Duvall, Assistenzprofessorin am Department of Biological Sciences der Columbia University, die nicht an der Studie beteiligt war.
Frühere Studien haben gezeigt, dass A. aegypti Laut einem Bericht aus dem Jahr 2022 in der Zeitschrift Nature Communications können Mücken das Kohlendioxid riechen, das wir ausatmen, und diesen chemischen Hinweis verwenden, um menschliches Fleisch zum Stechen zu finden . DeGennaro und seine Kollegen kürzlich entdeckt dass die Schädlinge auch bestimmte Bestandteile des menschlichen Schweißes riechen können, einschließlich Milchsäure, sagte er Live Science in einer E-Mail. Und eine andere Studie fand heraus, dass die Moskitos zu Brevibacterium-Bettwäsche strömen , ein Bakterium, das auf menschlichen Füßen vorkommt und dem Limburger Käse auch seinen unverwechselbaren Geruch verleiht, berichtete Live Science zuvor .
Aber obwohl Wissenschaftler wissen, dass all diese chemischen Hinweise A. aegypti Moskitos zielen auf Menschen ab, „die meisten dieser [Cues] kommen sowohl bei Menschen als auch bei Tieren vor“, sagte Duvall in einer E-Mail gegenüber Live Science. Irgendwie schaffen es die Moskitos immer noch, Menschen aus der Reihe potenzieller Beute zu reißen, obwohl Tiere ähnliche Duftstoffe abgeben. "Wir wussten nicht, wie sie den Unterschied feststellen konnten", sagte Duvall.
Zhaos Studie aus dem Jahr 2022, veröffentlicht am 4. Mai in der Zeitschrift Nature , entdeckte eine mögliche Lösung für dieses Rätsel, indem er die winzigen Gehirne der Moskitos vergrößerte.
Dazu verwendeten die Forscher zunächst eine Gen-Editing-Technik namens CRISPR-Cas9 Gene für ein fluoreszierendes Protein in die DNA von Mücken zu spleißen; Sie verwendeten speziell weibliche A. aegypti Mücken, da die Männchen der Art Nektar trinken, anstatt Menschen zu beißen. Nach dem Einfügen wies das Gen die Zellen der Moskitos an, das fluoreszierende Protein in bestimmte Nervenzellen oder Neuronen der Käfer zu stecken. Als diese Neuronen eingeschaltet wurden, leuchtete das Protein als Antwort.
„Wenn also Neuronen aktiv sind, nimmt die Fluoreszenz zu“, sagte Zhao, der zum Zeitpunkt der Durchführung der Forschung Doktorand an der Princeton University war. Auf diese Weise durchdrang das Team Geruchsverarbeitungszentren im Gehirn der Mücken mit diesen leuchtenden Proteinen, und sie steckten die Proteine auch in die Geruchswahrnehmungsorgane der Blutsauger, wie ihre Antennen und Oberkieferpalpen, die winzig sind Sinnesorgane, die aus den Mundwerkzeugen der Käfer herausragen.
Das Team setzte die Mücken dann einer Probe von Düften aus, die sie von verschiedenen Tieren gesammelt hatten, darunter Ratten, Meerschweinchen, Wachteln, Schafe, Hunde und natürlich Menschen; Jeder dieser Duftproben enthielt eine Mischung aus verschiedenen Verbindungen, die von den Tieren freigesetzt wurden. Um zu sehen, welche Bereiche des Mückengehirns als Reaktion auf die verschiedenen Düfte aufleuchteten, schnitt das Team in die winzigen Köpfe der Käfer.
„Das Gehirn ist superklein“, nur etwa 0,5 Millimeter im Durchmesser, sagte Zhao. Das Team arbeitete unter Mikroskopen und schälte die äußere Nagelhaut ab, die die Köpfe der Moskitos bedeckte, und legte vorsichtig das fluoreszierende Gehirn der Käfer frei. Die Mücken blieben während des heiklen Verfahrens am Leben. "Deine Hände müssen ruhig sein, sonst zerstörst du irgendwie nur das Gehirn", sagte er.
Ein bauchiges Nervenbündel, bekannt als Glomerulus, zeigte eine starke Reaktion auf menschliche Gerüche, aber eine schwache Reaktion auf tierische Gerüche, fand das Team heraus. Sie nannten diese Nerven den humansensitiven (H) Glomerulus. Ein anderer Glomerulus (mit A bezeichnet) zeigte das entgegengesetzte Muster und reagierte stark auf tierische, aber nicht auf menschliche Gerüche, und ein dritter Glomerulus (mit B bezeichnet) reagierte stark auf alle Testgerüche. Um diese Aktivierungsmuster besser zu verstehen, zerlegte das Team die tierischen Duftstoffe in ihre Bestandteile, um sie einzeln und in verschiedenen Mischungen zu analysieren.
Sie identifizierten zwei Verbindungen – bekannt als Decanal und Undecanal – die durchweg in großen Mengen in ihren menschlichen Duftproben, aber in geringen Mengen in den tierischen Proben auftauchten. Diese Verbindungen riechen süß und zitronig, ähnlich einer Orangenschale, und kommen in menschlichem Talg vor, einem Öl, das von Drüsen in der Haut produziert wird.
Der neu identifizierte H-Glomerulus schien speziell auf diese Verbindungen abgestimmt zu sein und reagierte besonders stark auf eine synthetische Mischung der beiden. Währenddessen reagierte der B-Glomerulus nur mäßig auf diesen Geruch und der A-Glomerulus überhaupt nicht. Das A. aegypti Die Forscher fanden heraus, dass Moskitos eine starke Anziehungskraft auf die Mischung zeigten und in einem Test, der in einem Windkanal durchgeführt wurde, sogar darauf zuflogen. Dies deutete darauf hin, dass Decanal, Undecanal und die durch die Verbindungen hervorgerufene H-Glomerulus-Aktivität der Schlüssel dazu sind, wie die Mücken menschliche Wirte aufspüren.
„Es ist für mich erstaunlich, dass es nur einen Glomerulus gibt, dessen Aktivierungsmuster spezifisch für den Menschen ist. Ich hätte gedacht, dass es mehr gibt“, sagte DeGennaro. Der H-Glomerulus arbeitet jedoch wahrscheinlich nicht vollständig isoliert – Moskitos haben zusätzlich zu den vom Team analysierten Neuronen andere sensorische Systeme, die Chemikalien erkennen, die ihnen auch helfen, sich in Wirte einzufinden, sagte Duvall. Der H-Glomerulus scheint einfach ein Schlüsseltreiber von A zu sein. aegypti das Jagdverhalten von Moskitos.
Die Autoren haben nicht getestet, ob die Blockierungsaktivität im H-Glomerulus Aedes aegypti verschieben würde Moskitopräferenz weg von Menschen und hin zu Tieren, aber dies könnte ein interessanter Weg für die Forschung sein. Theoretisch könnten Wissenschaftler chemische Formeln entwickeln, die die Aktivität des H-Glomerulus verringern und so Mückenschutzmittel wirksamer machen, sagte DeGennaro. Zhao sagte gegenüber Live Science, dass sein Kollege jetzt an der Entwicklung solcher Verbindungen arbeitet.
Eine weitere potenzielle Anwendung für die Forschung wäre das Brauen von Mückenlockstoffen oder Chemikalien, die als Köder verwendet werden könnten, um „Mücken von Menschen weg und in eine Falle zu locken“, bemerkte Duvall. Zhao und seine Kollegen haben ihre Decanal-Undecanal-Mischung patentieren lassen und hoffen, sie für einen solchen Zweck einsetzen zu können.
Zhao sagte, er vermute, dass andere Mückenarten wahrscheinlich ähnliche Muster der Gehirnaktivierung als Reaktion auf menschliche Gerüche zeigen, vorausgesetzt, dass sie Menschen als Hauptwirt verwenden. „Es wäre interessant, sich andere Arten anzusehen, die menschliche Vorlieben entwickelt haben, wie Anopheles Mücken, die Malaria übertragen können , oder Arten mit anderen Wirtspräferenzen wie vogelliebende Culex Moskitos", die Tiere im Allgemeinen häufiger stechen als Menschen, sagte Duvall.