Neue Forschungsergebnisse von UC Riverside machen es wahrscheinlich, dass Proteine, die für die Aktivierung von Mückensperma verantwortlich sind, abgeschaltet werden können, wodurch sie daran gehindert werden, zu Eiern zu schwimmen oder diese zu befruchten.
Die Studie könnte dabei helfen, Populationen von Culex, der gewöhnlichen Hausmücke, die Hirnschwellungs-Enzephalitis und das West-Nil-Virus überträgt, zu kontrollieren.
„Während der Paarung paaren Mücken Schwanz an Schwanz, und die Männchen übertragen Sperma in den weiblichen Fortpflanzungstrakt. Es kann dort eine Weile gespeichert werden, aber es muss noch von Punkt A nach Punkt B gelangen, um die Befruchtung abzuschließen“, sagte Cathy Thaler, UCR Zellbiologe und Erstautor der Studie.
Der Schlüssel zum Abschluss dieser Reise sind die spezialisierten Proteine, die während der Ejakulation ausgeschieden werden und die Spermiengeißeln oder „Schwänze“ aktivieren, die ihre Bewegung antreiben.
„Ohne diese Proteine können die Spermien nicht in die Eier eindringen. Sie bleiben unbeweglich und werden schließlich einfach abgebaut“, sagte Richard Cardullo, UCR-Biologieprofessor und korrespondierender Autor der neuen Studie.
Die Studium, detailliert im Tagebuch PLUS EINSzeigt ein vollständiges Porträt aller Proteine in den Spermien des Insekts, sodass Forscher die spezifischen Proteine finden können, die die Qualität der Spermien aufrechterhalten, während sie inaktiv sind, und die sie auch zum Schwimmen aktivieren.
Um diese detaillierten Informationen zu erhalten, arbeitete das Forschungsteam mit einem Team von Doktoranden und Studenten zusammen, die bis zu 200 männliche Mücken aus einer größeren Population isolierten. Dann entnahmen sie genügend Spermien aus den winzigen Fortpflanzungstrakten, damit Massenspektrometriegeräte die Proteine nachweisen und identifizieren konnten.
Zuvor stellte das Team fest, dass Spermien beim Eintritt in einen Fortpflanzungstrakt Kalzium benötigen, um sich vorwärts zu bewegen. „Jetzt können wir das fertige Proteinprofil, das wir erstellt haben, einsehen, die Kalziumkanalproteine finden und Experimente entwerfen, um auf diese Kanäle abzuzielen“, sagte Cardullo.
Diese Art der Proteinprofilierung bietet einen Weg zur Mückenbekämpfung, der umweltfreundlicher ist als andere Methoden, die unbeabsichtigte, toxische Wirkungen haben können. „Wir haben aufgehört, überall Pestizide zu versprühen, weil das alles tötet, gute und schlechte Insekten, und anderen Tieren schadet“, sagte Thaler.
„Unsere Arbeit legt den Grundstein für eine Form der biologischen Kontrolle, der die meisten zustimmen würden“, fügte Cardullo hinzu.
Das entscheidende Wort ist Kontrolle statt Ausrottung. Obwohl die Immobilisierung der Spermien für die behandelten Stechmücken zu 100 % wirksam wäre, ist es nicht möglich oder wünschenswert, alle Stechmücken abzutöten. Diese Technologie würde das Verhältnis von fruchtbaren zu unfruchtbaren Männchen in einer bestimmten Mückenpopulation verändern, anstatt sie alle auszulöschen.
„Mücken sind die tödlichsten Tiere der Erde. Aber so sehr die Menschen sie auch hassen, die meisten Ökologen würden einen Plan ablehnen, sie vollständig auszurotten. Sie spielen eine wichtige Rolle in der Nahrungskette für Fische und andere Tiere“, sagte Cardullo.
Das Team hofft, dass die Informationen über Spermienmotilitätsregulatoren in Culex auch für andere Mückenarten gelten. Während sich der Klimawandel verschärft, dringen viele andere Moskitos, beispielsweise solche, die Malaria übertragen, in die nördliche Hemisphäre ein.
Darüber hinaus kann das Erlernen von mehr über die Beweglichkeit der Culex-Spermien Auswirkungen auf die Verbesserung der Fruchtbarkeit beim Menschen haben.
Cardullo untersucht seit langem Säugetiersperma in der Hoffnung, ein Verhütungsmittel für Männer zu entwickeln. Genauso wichtig wie das Verhindern ungewollter Schwangerschaften ist jedoch das Bemühen, Paaren bei der Empfängnis zu helfen. Die Fruchtbarkeitsraten der Menschen sinken seit Jahren, teilweise aufgrund von Umweltfaktoren. Ein besseres Verständnis von Spermien könnte helfen, einige dieser Faktoren zu überwinden.
„Viele Zellen haben Flagellen oder Schwänze, einschließlich menschlicher Atmungszellen sowie Zellen in unserem Darm“, sagte Cardullo. „Was wir in einem System lernen, wie z. B. Mücken, kann auf andere übertragen werden.“
Mehr Informationen:
Catherine D. Thaler et al, Verwendung des Spermienproteoms von Culex pipiens zur Identifizierung von Elementen, die für die Reproduktion von Mücken wesentlich sind, PLUS EINS (2023). DOI: 10.1371/journal.pone.0280013