Überraschende Ergebnisse deuten darauf hin, dass Moskito-Geruchssensoren empfindlich auf molekulare Regulierung reagieren, um Insektenschutzmittel zu vermeiden

Wissenschaftler der Johns Hopkins Medicine berichten, was sie als überraschende Ergebnisse bezeichnen, dass anders als bei Fruchtfliegen die geruchsempfindlichen Nervenzellen von Moskitos abgeschaltet werden, wenn diese Zellen gezwungen werden, geruchsbezogene Proteine ​​oder Rezeptoren auf der Oberfläche der Zelle zu produzieren. Dieser „Ausdruck“-Prozess versetzt die Wanzen offensichtlich in die Lage, gewöhnliche Insektenschutzmittel zu ignorieren.

Wenn Geruchssensoren in Fruchtfliegen dagegen gezwungen werden, Geruchsrezeptoren zu exprimieren, veranlasst dies die Flucht aus einigen stinkenden Situationen.

Die Ergebnisse, veröffentlicht am 8. März in Zellberichtezeigen die Unterschiede in den olfaktorischen Systemen von Insekten auf und ergänzen die wachsende Zahl von Forschungsarbeiten, die darauf abzielen, Methoden zur Abwehr von Mücken von der menschlichen Haut zu verbessern.

Mückenstiche verursachen nicht nur irritierende Schwellungen und Juckreiz, sondern spielen weltweit eine Rolle bei der Verbreitung grassierender und oft tödlicher Krankheiten wie Malaria und Dengue-Fieber sowie Zika-Virus-Infektionen.

„Wenn Experimente nicht wie vorhergesagt verlaufen, gibt es oft etwas Neues zu entdecken“, beschreibt Christopher Potter, Ph.D., außerordentlicher Professor für Neurowissenschaften an der Johns Hopkins University School of Medicine, die neue Studie. Es stellt sich heraus, sagt er, dass „Mücken so viel kniffliger sind, als wir dachten.“

Potter und die ehemalige Postdoktorandin Sarah Maguire, Ph.D., entwarfen ihr Forschungsprojekt in der Annahme, dass sie feststellen würden, dass Mücken die gleiche Reaktion wie Fruchtfliegen haben, wenn ihre neuen Geruchssensoren zum Ausdruck gebracht werden.

Andere Untersuchungen zeigten, dass, wenn Geruchsrezeptoren in olfaktorischen Neuronen von Fliegen abnormal exprimiert werden, ein neues Signal, basierend auf dem exprimierten Geruchsrezeptor, an das Gehirn übermittelt wird und die Käfer sich von einem störenden Geruch entfernen.

Anschließend testeten die Forscher dasselbe Szenario an weiblichen Anopheles-Mücken, deren Stich Parasiten überträgt, die beim Menschen Malaria verursachen. Die Idee war, dass die Mücken den Duft meiden und davonfliegen würden, wenn Forscher Mückengeruchsneuronen in einen ähnlichen Ausdruckszustand bringen könnten, der durch bereits auf der Haut befindliche Duftstoffe ausgelöst wird.

In den Mückenexperimenten verwendeten die Forscher genetisch veränderte Mücken, die einen Geruchsrezeptor namens AgOR2 überexprimieren, der auf tierische Geruchsstoffe reagiert, die auf Menschen gefunden werden.

Durch die Messung der von den Geruchsrezeptoren der Mücken erzeugten Neuronenaktivität stellten die Wissenschaftler fest, dass die Mücken mit überexprimierten AgOR2-Rezeptoren sehr wenig auf gewöhnliche Tierdüfte, Benzaldehyd und Indol, sowie chemische Geruchsstoffe im Allgemeinen reagierten.

„Die AgOR2-Überexpression hat das gesamte System durcheinander gebracht, indem sie die Geruchsrezeptoren in diesen Mücken inaktivierte“, sagt Potter.

Als nächstes führten die Forscher in Zusammenarbeit mit dem Johns-Hopkins-Wissenschaftler Loyal Goff, Ph.D., zusätzliche Experimente durch, um das Niveau der Boten-RNA-Ausgabe in olfaktorischen Neuronen zu bestimmen, die gezwungen sind, das AgOR2-Gen zu exprimieren, ein Indikator für die Gesundheit von olfaktorischen Neuronen.

Sie ermittelten dies mithilfe einer Technik namens RNA-Sequenzierung, die die Menge an RNA – einem Vermittler zwischen DNA und ihrer Proteinausgabe – in Neuronen misst, die in den Antennen normaler und genetisch veränderter Mücken gefunden werden.

Sie fanden heraus, dass Mücken, die genetisch modifiziert wurden, um AgOR2 zu überexprimieren, bis zu 95 % weniger Ausdruck in ihren natürlichen Geruchsrezeptoren aufwiesen als unmodifizierte Mücken.

Schließlich testeten die Forscher in der aktuellen Studie, wie Mücken, die modifiziert wurden, um AgOR2 zu überexprimieren, auf Geruchsstoffe in gängigen Insektenschutzmitteln wie Zitronengras reagierten. Sie fanden heraus, dass die gentechnisch veränderten Mücken Insektenschutzmittel ignorieren konnten.

Die Forscher vermuten, dass die Geruchsrezeptor-Abschaltung bei Mücken eine Art Ausfallsicherung sein könnte, die dafür sorgt, dass jeweils nur eine Art von Geruchsrezeptoren exprimiert wird.

Da sich die Geruchssysteme der Anopheles-Mücke etwa acht Tage nach dem Schlüpfen bis ins Erwachsenenalter weiterentwickeln, spekulieren die Forscher, dass die Geruchsneuronen der Insekten abhängig von ihrer Umgebung empfänglich dafür sein könnten, welche Geruchsrezeptoren sie exprimieren. Diese Art von Flexibilität in den olfaktorischen Neuronen einer Mücke kann es der Mücke ermöglichen, sich an ihre Geruchsumgebung anzupassen. Die Forscher führen Experimente durch, um diese Theorie zu überprüfen.

Potter hofft, dass die aktuellen Ergebnisse die Suche nach Methoden vorantreiben können, die das Geruchssystem der Mücken dazu bringen können, den menschlichen Geruch nicht mehr zu bevorzugen.

Neben Potter, Maguire und Goff hat auch Ali Afify zu dieser Forschung beigetragen.