Wissenschaftler von Yale haben zum ersten Mal ein flüchtiges Pheromon identifiziert, das von der Tsetse-Fliege abgegeben wird, einem blutsaugenden Insekt, das Krankheiten sowohl bei Menschen als auch bei Tieren in weiten Teilen Afrikas südlich der Sahara verbreitet. Die Entdeckung bietet neue Erkenntnisse darüber, wie die Fliegen miteinander kommunizieren, und könnte neue Methoden zur Kontrolle ihrer Populationen und der von ihnen übertragenen schädlichen Krankheiten hervorbringen.
Die Ergebnisse sind veröffentlicht in Wissenschaft.
Es ist bekannt, dass Tsetse-Fliegen Parasiten tragen, die afrikanischen Trypanosomen genannt werden. Wenn die Insekten Menschen oder Tiere beißen, übertragen sie diese Parasiten und verbreiten Krankheiten wie die afrikanische Schlafkrankheit, die für Menschen tödlich sein kann, und Nagana, eine Krankheit, die Nutztiere und andere Tiere befällt.
„Die afrikanische Schlafkrankheit ist eine schreckliche Krankheit, die schwer zu behandeln ist. Unser Immunsystem hat Schwierigkeiten, Trypanosomen zu beseitigen, und die meisten Medikamente, die wir brauchen, um sie abzutöten, sind giftig“, sagte John Carlson, Eugene Higgins-Professor für Molekulare, Zelluläre und Entwicklungsbiologe an der Fakultät für Künste und Wissenschaften in Yale und leitender Autor der Studie. „Und Nagana, das Vieh betrifft, hatte schreckliche wirtschaftliche Auswirkungen in der Region.“
Da der Klimawandel voraussichtlich die Gebiete erweitern wird, in denen Tsetse-Fliegen überleben können, wird erwartet, dass in den kommenden Jahren mehr Menschen und Tiere von diesen Krankheiten betroffen sein werden.
Eine Strategie, die als Möglichkeit identifiziert wurde, die Ausbreitung von Tsetse-Fliegen zu kontrollieren, besteht darin, ihre eigenen Pheromone zu verwenden – insbesondere flüchtige Pheromone oder Pheromone, die eher über Entfernungen als durch direkten Kontakt wirken – um die Insekten anzulocken und zu fangen.
Um flüchtige Pheromone zu identifizieren, die für diesen Zweck verwendet werden könnten, nahm das Yale-Forschungsteam Tsetse-Fliegen – der Art G. morsitans – und legte sie in eine Flüssigkeit, um alle Chemikalien zu sammeln, die sie möglicherweise abgeben. Anschließend leiteten sie diese Extrakte durch ein Gerät namens Gaschromatograph-Massenspektrometer, das bestimmte Verbindungen aus einer gemischten Probe identifizieren kann.
Die Forscher fanden mehrere Chemikalien, über die noch nie zuvor berichtet worden war, darunter drei, die bei Tsetse-Fliegen Reaktionen hervorriefen. Insbesondere eine Chemikalie namens Methylpalmitoleat (MPO) hatte die stärksten Auswirkungen.
Insbesondere fanden Forscher in einer Reihe von Experimenten unter der Leitung von Erstautorin Shimaa Ebrahim, einer Postdoktorandin in Carlsons Labor, heraus, dass MPO männliche Tsetse-Fliegen anzog, sie dazu brachte, anzuhalten und einige Zeit dort zu bleiben, wo sie waren, und als Aphrodisiakum wirkte. Ein Flüssigkeitstropfen, der MPO enthielt, lockte männliche Tsetse-Fliegen zu Knoten im Garn, die nur Fliegen ähnelten, und zu Weibchen einer anderen Tsetse-Fliegenart, mit der sie normalerweise nicht interagieren würden.
Um besser zu verstehen, wie MPO das Verhalten vermittelt, testeten die Forscher dann, ob Neuronen auf den Antennen der Fliegen auf MPO reagierten. Tatsächlich identifizierten sie eine Subpopulation von olfaktorischen Neuronen auf den Antennen, die ihre Feuerrate erhöhten, wenn sie dem Pheromon ausgesetzt wurden.
Zusammengenommen deuten die Ergebnisse darauf hin, dass MPO ein Tsetse-Fliegen-Lockstoff ist, sagen die Forscher, und daher könnte es nützlich sein, um die Ausbreitung von Krankheiten zu verlangsamen.
Derzeit ist die effektivste Methode zur Bekämpfung von Tsetse-Fliegenpopulationen Fallen, die Gerüche der Tiere verwenden, von denen die Fliegen bevorzugt fressen.
„Jetzt haben wir dieses Pheromon gefunden, das in Kombination mit den Wirtsgerüchen verwendet werden könnte“, sagte Carlson. „Vor allem, da MPO die Fliegen nicht nur anlockt, sondern sie auch an Ort und Stelle einfrieren lässt.“
Während tierische Gerüche den Vorteil haben, Tsetse-Fliegen über große Entfernungen anzuziehen, neigen sie dazu, schnell zu verblassen. MPO wirkt auf kürzere Distanzen, ist aber über längere Zeit wirksam, fügte Carlson hinzu.
„MPO könnte ein weiteres Werkzeug in der Toolbox sein, wenn es darum geht, Tsetse-Fliegen und die von ihnen verbreiteten Krankheiten zu bekämpfen“, sagte er.
Das Team arbeitet jetzt mit Mitarbeitern in Kenia zusammen, um zu testen, ob MPO in Fallen in der realen Welt nützlich ist, nicht nur in einer Laborumgebung.
Darüber hinaus wollen die Forscher verstehen, was dazu führt, dass mit Trypanosomen infizierte Tsetse-Fliegen eine völlig andere Reihe von Chemikalien abgeben – etwas anderes, was sie in der Studie identifiziert haben – und wie sich dies auf die Kommunikation der Fliegen auswirkt.
Andere Yale-Autoren sind Hany Dweck und Brian Weiss.
Mehr Informationen:
Shimaa AM Ebrahim et al., Ein flüchtiger Sexuallockstoff von Tsetse-Fliegen, Wissenschaft (2023). DOI: 10.1126/science.ade1877