Обнаружена область мозга комара, смешивающая вкус и запах

Новое исследование учёных из Университета Джонса Хопкинса показывает, что специализированная область мозга комара смешивает вкусовые ощущения с обонятельными, создавая уникальные и предпочтительные "ароматы". По словам авторов, это открывает возможность найти вещество, которое сделает "вкус человека" отталкивающим для малярийных комаров. В результате они перестанут питаться нашей кровью, что потенциально может спасти около 450 000 жизней в год по всему миру.

Отчёт об исследовании был опубликован онлайн 3 октября в журнале Nature Communications. Малярия — это инфекционное паразитарное заболевание людей и животных, передаваемое укусом самки комара Anopheles gambiae. По оценкам экспертов, в 2015 году, несмотря на десятилетия усилий по борьбе с комарами, болезнь затронула 214 миллионов человек, в основном в Африке. Вакцины от малярии нет, и хотя на ранних стадиях болезнь излечима, лечение дорого и сложно организовать в эндемичных регионах.

"Все комары, включая переносчика малярии, используют обоняние, чтобы найти хозяина для кровяного питания. Наша цель — позволить комарам самим указать нам, какие запахи они находят отталкивающими, и использовать их, чтобы уберечься от укусов", — говорит Кристофер Поттер, доктор философии, доцент нейробиологии в Медицинской школе Университета Джонса Хопкинса.

Три "носа" комара

Поскольку обоняние критически важно для выживания комара, у каждого из них есть три пары "носов" для восприятия запахов: две антенны (усики), две максиллярные щупики и две лабеллы. Максиллярные щупики — это толстые, покрытые волосками придатки, выступающие из нижней части головы комара, примерно параллельно хоботку — длинному гибкому чехлу, скрывающему "иглу для питания". На самом кончике хоботка расположены лабеллы — две небольшие области, содержащие как "вкусовые" нейроны, воспринимающие вкус, так и обонятельные нейроны для распознавания одорантов (пахучих веществ).

Чтобы лучше понять, как комары An. gambiae получают и обрабатывают обонятельную информацию от стольких сенсорных областей, команда Поттера решила выяснить, куда в мозге ведут обонятельные нейроны из этих областей.

Генетическая техника "свечения"

Они использовали мощную генетическую технику — ранее, по словам Поттера, не применявшуюся к комарам — чтобы заставить определённые нейроны "светиться" зелёным. Метка зелёного свечения была спроектирована так, чтобы появляться именно в нейронах, воспринимающих сложные запахи через белки, называемые обонятельными рецепторами (OR). Известно, что OR-нейроны у комаров Aedes aegypti (переносчиков вируса Зика) помогают отличать людей от других теплокровных животных.

"Это первый случай, когда исследователям удалось специфически пометить сенсорные нейроны у комаров. Раньше нам приходилось использовать мух в качестве модели для всех насекомых, но теперь мы можем напрямую изучать обоняние у насекомых, распространяющих малярию", — говорит Елена Рябинина, доктор философии, ведущий автор исследования, ныне работающая в Имперском колледже Лондона.

Неожиданное открытие: запах в зоне вкуса

Как и ожидалось, OR-нейроны от антенн и максиллярных щупиков направлялись в симметричные области мозга, называемые антеннальными долями, как и у мух. Однако Поттер был весьма удивлён, обнаружив, что OR-нейроны от лабелл направлялись в так называемую субэзофагеальную зону. По его словам, ранее эта зона никогда не ассоциировалась с обонянием ни у мух, ни у других насекомых; она была связана только со вкусом.

"Это открытие предполагает, что, возможно, комарам нравится не только наш запах, но и наш вкус, — говорит Поттер. — Вероятно, одоранты, исходящие от нашей кожи, улавливаются лабеллами и влияют на предпочитаемый вкус нашей кожи, особенно когда комар ищет место для укуса".

Новый подход к репеллентам

Поттер отмечает, что это открытие потенциально даёт исследователям ещё один способ отпугивать комаров. Антенны и максиллярные щупики более специализированы для улавливания сигналов на большом расстоянии, в то время как лабеллы вступают в прямой контакт с нашей кожей. Фактически, перед тем как ввести игловидный хоботок, комары используют лабеллы, чтобы "зондировать" кожу жертвы. "Мы не знаем наверняка, зачем они это делают, но подозреваем, что ищут сенсорные сигналы, указывающие на лёгкий доступ к кровеносному сосуду", — говорит он.

Это предполагает, что комбинация репеллентов могла бы предотвращать укусы двумя путями. Один мог бы воздействовать на нейроны антенн и снижать вероятность приближения комара, а другой — на нейроны лабелл, заставляя комара с отвращением отворачиваться, если он всё же приблизится и сядет на кожу, но до того, как начнёт сосать кровь.

Будущие исследования

Двухкомпонентная генетическая система, разработанная Поттером для создания светящихся нейронов, значительно облегчит его и другим лабораториям скрещивание генетически модифицированных комаров для получения новых признаков. Его группа уже создала линию комаров An. gambiae, OR-нейроны которых светятся зелёным при активации. Таким образом, учёные могут видеть, какие нейроны реагируют на конкретный запах.

"Используя этот метод, мы надеемся найти одорант, безопасный и приятно пахнущий для нас, но сильно отпугивающий комаров даже в очень низких концентрациях", — говорит Поттер.

Кроме того, группа смогла сравнить мозг самцов и самок комаров. Поскольку только самки используют обоняние для поиска человека, а самцы питаются лишь нектаром, ранее считалось, что у самцов обоняние рудиментарное. Однако группа Поттера обнаружила, что у самцов в мозге есть та же сложная система для обнаружения запахов, что и у самок, но меньше обонятельных нейронов. "Похоже, у самцов может быть просто уменьшенная версия обоняния самки. То есть они всё ещё могут чувствовать все те же запахи, что и самки, просто не так хорошо", — говорит Поттер.

Его группа планирует изучить другие типы нейронов, чтобы лучше понять, как сигналы от трёх типов обонятельных рецепторов комара взаимодействуют, влияя на их поведение. Например, почему молочная кислота сама по себе не привлекательна, но становится высокопривлекательной в смеси с углекислым газом?

"Мы хотели бы выяснить, какие области и нейроны в мозге приводят к такому комбинированному эффекту, — говорит Поттер. — Если мы сможем их идентифицировать, возможно, мы также сможем остановить их работу".