Die Anhänge, die aus dem Kopf einer Mücke herausragen, enthalten die sensorischen Systeme, die für fast ihre gesamte Fähigkeit verantwortlich sind, eine breite Palette von chemischen Signalen zu erkennen und darauf zu reagieren, die für ihre Fortpflanzung und ihr Überleben entscheidend sind. Auf molekularer Ebene beruhen diese Systeme auf Genen, die drei Familien chemosensorischer Rezeptoren bilden. Zu diesen Genen gehören gustatorische (Geschmacks-)Rezeptoren, ionotrope Rezeptoren und Geruchsrezeptoren, die zusammen eine breite Palette wesentlicher Verhaltensweisen ermöglichen.
Um besser zu verstehen, wie diese chemosensorischen Signalwege der Malaria-übertragenden Mücke Anopheles coluzzii bei der Übertragung von Krankheiten helfen, nutzten LJ Zwiebel, Cornelius Vanderbilt Chair und Professor für Biowissenschaften, und sein Labor CRISPR-Geneditierungstechniken, um mutierte Mücken zu schaffen, in denen sie die Mücke abbilden und funktionell charakterisieren konnten Rolle eines entscheidend wichtigen IR-Gens namens Ir76b.
„Während CRISPR in anderen Modellorganismen weit verbreitet ist, bleibt es in Anopheles-Mücken technisch anspruchsvoll“, sagte Zi Ye, Co-Erstautor und Doktorand in Zwiebels Labor. „Wir haben es geschafft, CRISPR-Komponenten mit Mikroinjektion vorsichtig in Mückeneier zu bringen, wobei genetische Elemente präzise in den Ir76b-Lokus eingefügt wurden, um die Genexpression zu stören und zu lokalisieren.“
Aufgrund früherer Arbeiten an Vanderbilt und anderen Universitäten hatte das Zwiebel-Labor guten Grund zu der Annahme, dass Ir76b als entscheidender Co-Rezeptor fungiert, der zur Bildung aktiver IR-Komplexe an den Anhängen des Mückenkopfes erforderlich ist. Die gesammelten Daten stützten diese Annahme.
„Wir zeigen, dass weibliche Mücken die IR-Wege für olfaktorische und wahrscheinlich geschmackliche Reaktionen auf Amine benötigen, die eine vielfältige Familie chemischer Verbindungen sind, zu denen insbesondere Ammoniak gehört, ein wichtiger Bestandteil des menschlichen Körpergeruchs, der stechende Mücken anzieht“, sagte Zwiebel ist Professor für Pharmakologie. „Noch überzeugender ist, dass wir entdeckt haben, dass Anopheline-Mücken verhaltensbedingt Ir76b zur Paarung und zur Aufnahme einer Blutmahlzeit benötigen (das eigentliche Saugen, nicht das Beißen).“
Die Daten zeigen diskrete Rollen von Ir76b über olfaktorische und gustatorische Wege hinweg und werfen Licht auf ein potenzielles molekulares Ziel für die Entwicklung neuer Strategien zur Bekämpfung von Krankheitsüberträgern.
„Eine aufregende Entdeckung, die wir gefunden haben, sind die ungewöhnlich verstärkten Aktivitäten der neuronalen Reaktion der Mückenantenne auf mehrere Amine, die Bestandteile des menschlichen Schweißes sind“, sagte Alex Liu, Co-Erstautor dieser Studie und Postdoktorand im Zwiebel-Labor.
Durch Mücken übertragene Krankheiten wie Malaria gibt es seit Anbeginn der Menschheit. Für einen Großteil der Entwicklungsländer stellen diese Krankheiten eine anhaltende, existenzielle globale Gesundheitskrise dar, die jährlich für den Tod von mehr als 500.000 Menschen verantwortlich ist. Diese und andere mückenzentrierte Forschungen öffnen die Tür für die Entwicklung eines anderen Ansatzes zur Reduzierung von durch Mücken übertragenen Krankheiten.
„Diese Daten weisen auf die komplexen Wechselwirkungen zwischen dem chemosensorischen System der Mücken und ihrem Verhalten hin“, sagte Zwiebel. „Es weist auch auf ein neues Ziel hin, um die Übertragung von Malaria und anderen Krankheiten durch Moskitos zu kontrollieren.“
Die Studie erscheint heute in Proceedings of the National Academy of Sciences.
Zi Ye u. Proceedings of the National Academy of Sciences (2022). DOI: 10.1073/pnas.2112385119