Защо комарите винаги успяват да ни намерят

Постоянното бръмчене на комара е изключително досадно, но по-важното – в много случаи то може да е и саундтракът на смъртоносна болест. Aedes aegypti, вид, който пренася патогените, причиняващи жълта треска, денга и чикунгуня, има особено ненаситен апетит за хората. Сега изследователите откриват, че способността на женските Ae. aegypti да намират хора е всъщност по-сложна, отколкото се предполагаше.

Проучването, публикувано в списанието Cell, съобщава, че комарите могат да имат (по-точно експресират) множество хеморецептори във всеки от невроните си, което им гарантира, че могат да ни надушат независимо в каква среда сме.

В продължение на десетилетия учените приемат, че отделните обонятелни неврони могат да експресират само един хеморецептор. Поне така изглежда работят нещата при хора и мишки – взаимодействията между хромозомите гарантират, че само един ген на рецептора за миризми се експресира на неврон. Изследването обаче установява, че този принцип „един рецептор-един неврон“ не се отнася за Ae. aegypti.

„Много изчерпателната“ и „много вълнуваща“ статия „ни показва, че нервната система на комарите не следва правилата, които очакваме“, казва Лаура Дювал, изследовател на поведението на комарите от Колумбийския университет, която не е участвала в проучването, но е работила като постдокторант в лабораторията на съавтора на изследването Лесли Восхал, невробиолог, в университета Рокфелер.

„Обонятелната система е много по-адаптивна и много по-променлива, отколкото си мислехме“, казва Кристофър Потър, невролог от университета Джон Хопкинс, който също не е участвал в изследването. „Това е невероятно изследване, защото променя догмата за начина, по който смятахме, че работи обонянието на насекомите.

Комарите притежават три вида рецептори, които помагат при надушването на хора: одорантни рецептори (ОР), които откриват алкохоли и алдехиди; йонотропни рецептори (ЙР), които реагират на киселини и амини; и подобни на вкусовите рецептори, които откриват CO2 в дъха ни. Те се изразяват от неврони в антените на насекомото и в максиларните му палпи – малки придатъци близо до устата му. Ранните изследвания предполагат, че всеки неврон експресира само един тип рецептор и че всички неврони, експресиращи конкретен рецептор, се свързват със специален обонятелен нервен клъстер (наречен гломерул) в антенния лоб на мозъка на комара.

Има обаче и предположения, че обонянието на комарите може да е по-сложно, казва Маргарет Хере от университета Рокфелер, съавторка на статията, която преди това е била студентка в лабораторията на Восхал. Групата на Восхал вече бе открила, че когато изследователите премахнат одорантните или йонотропните рецептори, „които смятахме, че ще бъдат важни за насекомите, за да усетят миризмата на хора, те все още можеха да я усетят… Това беше наистина объркващо за нас, а и разочароващо.“

Мъжки (вляво) и женски (в средата и вдясно)

Поради тези открития, изследователите се опитват да разберат как точно Ae. aegypti толкова добре усеща и проследява хората. За целта те правят набор от експерименти, за да разгледат обонятелните неврони, включително РНК in situ хибридизация и едноядрено РНК секвениране за изясняване на генната експресия, оцветяване на антитела за оценка на присъствието на протеини и електрофизиологичен запис от отделни антенни сензорни структури (сенсили) за изследване на невронната функция.

И откриват, че противно на предишните предположения и техните собствени очаквания, ОР и ЙР рецепторите често се коекспресират в едни и същи неврони. Не само това – някои групи от определени рецептори често се намират заедно, въпреки че Хере казва, че все още не знаят защо е така. „Може да има някаква нова за нас логика в тази наистина различна обонятелна система“, казва тя.

Тази сложност продължава в мозъка, установява екипът. „При комарите видяхме тази комплексност да продължава и в мозъка им“, казва Хере, като отделните гломерули на антенния лоб получават обонятелна информация от множество видове рецептори. Именно това припокриване в гломерулите, както и коекспресията на рецепторите, може да е причината комарите в предишни експерименти да продължават да подушват хората, дори когато един тип рецептор липсва или не функционира.

Дювал хвали изследването, че е особено изчерпателно, но отбелязва, че „то не е първото, което излага идеята, че това, което четем в учебниците, може да е твърде просто… Това е част от нова група изследвания, които наистина предизвикват този традиционен възглед.“ И действително – екипът на Потър наскоро съобщи, че плодовите мушици по подобен начин коекспресират обонятелни рецептори.

Въпреки че изглежда, че обонянието на комарите работи по различен начин от очакваното, „правилата за усещането на миризма при комари все още са неписани“, казва Хере, „докато не започнем да разбираме какво усещат тези неврони, които изразяват множество рецептори.“

По-доброто разбиране на обонятелната система на комарите може да хвърли светлина върху основните въпроси на неврологията, казват експерти пред The ​​Scientist. Докато за Хере обонянието на комара може да бъде модел за разбиране на това как множество рецептори функционират заедно в един неврон, Дювал се чуди как тези неочаквано многофункционални обонятелни неврони влияят на поведението на комарите.

Много e вероятно тези пренаписани правила да не се прилагат само за обонянието на комарите и плодовите мушици, добавя Потър. „Аз мисля… че ще открием, че многорецепторните неврони се използват и в други обонятелни системи… може би, за да се направи неврона по-чувствителен към сложни миризми или… да може да реагира на много важна миризма в околната среда.

Що се отнася до комарите, Потър спекулира, че наличието на множество рецепторни типове на всеки неврон може да позволи Ae. aegypti да поддържат смъртоносното си привличане към хората. „Може би комарите използват способността си да изразяват повече от един тип обонятелни рецептори едновременно, за да са сигурни, че винаги ще могат да намерят гостоприемник“, казва той. Резултатите „могат да помогнат да се обясни защо дори премахването на големи части от тези сензорни системи все още не успява да наруши ефективно способността на комарите да откриват гостоприемници“, съгласен е Дювал.

„Това проучване ни казва, че комарите имат много стабилна и излишна система, вероятно за откриване на хора“, добавя тя. „Така че може да се наложи да помислим дали да не вземем предвид това откритие, когато мислим за начини да блокираме комарите – те имат план А, и план Б, и план В…“