Исследование, опубликованное в журнале Cell, раскрывает чрезвычайно сложную обонятельную систему, которая позволяет комарам Aedes aegypti специализироваться на охоте на людей и распространять такие вирусы, как денге, Зика, чикунгунья и желтая лихорадка. Давние предположения о том, как комары чувствуют и интерпретируют запахи, опровергаются данными, представленными в статье.
“На первый взгляд, обоняние комаров не имеет смысла. То, как комары организуют свое обоняние, совершенно неожиданно, — говорит Лесли Восшалл, профессор Робин Чемерс Нойштайн в Университете Рокфеллера и главный научный сотрудник Медицинского института Говарда Хьюза. — Но для комара это имеет смысл. Каждый нейрон, который интерпретирует запах, является избыточным таким образом, что обонятельная система по существу неразрушима. Это может объяснить, почему мы не нашли способа избавиться от влечения комаров к людям”.
Нарушение законов обоняния
От насекомых до млекопитающих ученые обычно предполагают, что мозг обрабатывает запахи по системе 1:1:1. Каждый обонятельный нейрон экспрессирует один рецептор запаха, который взаимодействует с одним скоплением нервных окончаний, известных как клубочки. Одним из доказательств модели «один нейрон-один рецептор — один клубочек» у насекомых является наблюдение, что многие виды имеют почти такое же количество обонятельных рецепторов, что и клубочки. У плодовых мушек около 60 рецепторов и 55 клубочков; у медоносных пчел — 180: 160; у табачных роговых червей — 60: 70.
Исследования показывают, что одинаковое соотношение 1:1:1 существует даже для эволюционно удаленных организмов, таких как мухи, мыши и даже люди. И хотя у комаров в два раза больше рецепторов, чем клубочков, предыдущие исследования лаборатории Восшалла показали, что они тоже будут подчиняться тем же основным законам обоняния.
“Было разумно предположить, что каждый организм будет работать таким образом”, — говорит соавтор Маргарет Херре.
Болезни, распространяющиеся при укусе инфицированного комара, известны как болезни, переносимые комарами. К ним относятся вирус Зика, вирус Западного Нила, вирус Чикунгунья, лихорадка денге и малярия. Хотя люди могут не заболеть после укуса инфицированного комара, у некоторых людей заболевание протекает в легкой, кратковременной форме или (редко) протекает тяжело или длительно. Тяжелые случаи заболеваний, переносимых комарами, могут привести к смерти.
В отличие от чувства вкуса, в котором одна клетка, ответственная за распознавание горького вкуса, может экспрессировать множество рецепторов горького, чтобы обеспечить однородный горький вкус горькой пищи, модель запаха 1:1:1 оказалась столь же необходимой, сколь и универсальной.
“Это дало животным возможность жить в богатом обонятельном пространстве, обнаруживая и различая огромный спектр запахов”, — говорит Херре.
Но, изучая, как комары Aedes aegypti чувствуют уникальный букет запаха тела и углекислого газа, выделяемого людьми, Мэг Янгер доцент Бостонского университета, сделала удивительное открытие. Хотя правило 1:1:1 диктовало, что у комаров должен быть один нейрон, рецептор и клубочек для обоняния запаха тела и отдельная схема для углекислого газа, Янгер, работающий с Херре, обнаружил доказательства отдельных нейронов запаха с множеством разных рецепторов.
Дальнейшее расследование дало еще более запутанные результаты.
“Почти каждая клетка выражала все. Предположительно обонятельная система, позволяющая оставаться на своей полосе, была полностью нарушена у комаров», — сказала эксперт.
Команда подозревает, что, в отличие от мышей и других видов, которые находят пищу в разных местах, у комаров развилась уникальная система обоняния, помогающая им любой ценой отслеживать запах крови. Для Aedes aegypti, которые не могут размножаться, не выпив крови, распознавание запаха, сфокусированное на лазерном обнюхивании людей, может быть более важным, чем способность распознавать рог изобилия запахов.
Между тем, избыточность и устойчивость системы могут объяснить, почему предыдущие попытки отключить гены, отвечающие за обоняние, не помешали комарам ориентироваться на людей.
“Понимание того, как комары обнаруживают людей, имеет важное значение для нашей способности манипулировать этой системой и делать людей менее уязвимыми к болезням, переносимым комарами, — говорит Голдман. — Изучение этой системы поможет нам лучше понять, почему обоняние комаров настолько нерушимо”.
Восшалл отмечает, что в другом исследовании были зафиксированы доказательства нетрадиционного кодирования запаха у плодовых мушек еще раньше, но авторы отклонили свои выводы как случайный шум и пришли к невероятному выводу, что их данные скорее подтверждают, чем опровергают традиционную модель.
На данный момент “плохая новость заключается в том, что может оказаться невозможным преодолеть влечение комаров к людям. Однако хорошей новостью является то, что полученные результаты дают ученым возможность выйти за рамки мышей и плодовых мушек и пересмотреть то, как другие, менее известные организмы воспринимают запах. Об этом сообщает на своих страницах издание SCITECHDAILY.