太难了!改造蚊子,让它们不爱“人味儿”,结果科学家惊呆了

2022年03月22日 10:30 次阅读 稿源:药明康德 条评论

研究蚊子的科学家最近有一个出乎意料的发现。和我们一样,这些科学家竭力想要避免被蚊子叮咬。毕竟,被蚊子叮得满身包让人痒得难受,更糟糕的是,蚊子体内可以携带多种致病微生物,吸血过程也常常是传播疾病的过程。

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为了躲避蚊子,人类也是想过各种各样的方法。比如开发驱蚊剂。很多驱蚊剂使用的有效成分是蚊子讨厌的气味,蚊子闻到就想避开。而且,蚊子对这些气味特别敏感,因此驱蚊剂涂在皮肤上,还会掩盖我们的“人味儿”——没错,人和其他蚊子爱叮的动物都会散发出一些特有的气味刺激蚊子的嗅觉神经。

专门研究蚊子嗅觉的科学家Christopher J。 Potter教授就想到了一个主意:改造蚊子的嗅觉神经,会不会让它们闻到“人味儿”也像闻到驱蚊剂一样觉得“味儿太冲”?如果是这样的话,蚊子不就根本不想靠近我们了吗?

Potter教授在改造昆虫的嗅觉系统方面颇有经验。他在约翰霍普金斯大学医学院(Johns Hopkins University School of Medicine)的团队已经开发了一项技术,并在另一种依靠嗅觉搜索食物的昆虫——果蝇身上成功做过实验。

果蝇通过头部、触角和上颌触须的嗅感受器神经元感知气味。通过改造,研究人员在它们的嗅感觉神经元上额外“安装”了大量气味受体(OR)。如此一来,基于气味受体的信号大量输送到大脑,果蝇闻到气味后扭头飞走。

▲触角也是蚊子的重要嗅觉器官,触角毛有嗅感觉神经元,上面分布着气味受体,可被不同的气味分子激活(图片来源:参考资料[1])

参考先前的经验,这支研究团队着手改造雌性冈比亚按蚊(Anopheles gambiae),这些蚊子正是传播疟疾的罪魁祸首之一。

研究人员通过基因改造让蚊子的嗅感觉神经元大量表达一种名为AgOR2的气味受体,这些受体对人类和动物皮肤上的主要成分(如吲哚和苯甲醛)有反应。根据设想,人或动物发出的这些气味分子本来只会激活特定的一小群嗅感觉神经元,现在就可以激活几乎所有的嗅感觉神经元,应该会导致蚊子逃避过于强烈的气味信号。

改造虽然成功了,蚊子的行为却令研究人员大感意外。通过测量嗅感觉神经元的活动,他们发现,与设想相反,过度表达AgOR2受体的蚊子对动物气味分子反而变得迟钝了。

非但如此,蚊子对化学气味分子的反应普遍降低——这意味着,那些原本让它们难以忍受的驱虫剂,也没有那么冲了?实验结果证实了这个不妙的猜测:研究人员用常见的驱蚊剂成分(如柠檬草精油)测试蚊子对气味的反应,发现过度表达AgOR2的蚊子变得无视驱虫剂的存在……

▲未改造的蚊子闻到动物气味时,触角中的嗅觉神经元会被激活(上图中发蓝光的部分),改造后的蚊子拥有了更多气味受体AgOR2(下图),却对动物气味无动于衷(图片来源:参考资料[1];Sarah Maguire & Christopher Potter, Johns Hopkins Medicine)

看到这样的结果,Potter教授说:“当实验并没有得到预期的进展时,通常意味着会有新的发现。”

所以研究人员又继续对背后的分子机制进行了探索。利用RNA测序技术,他们检查了蚊子触角嗅觉神经元里的基因表达。正常情况下,不同嗅感觉神经元上有不同的气味受体,而他们发现,人为增加AgOR2后,原有的天然受体的表达量减少了95%。也就是说,与没有经过改造的蚊子相比,过量表达气味受体AgOR2的蚊子会以某种方式关闭其他气味受体的基因表达,这是过去在果蝇实验中没有发生过的。

研究人员推测,蚊子体内可能有一种保障机制,通过调节基因的表达,确保嗅感觉神经元上只表达一种类型的气味受体。而这种调节过程可能与蚊子嗅觉发育过程更长有关。

在他们最近发表于Cell Reports上的论文中,研究人员分析,按蚊的嗅觉系统会持续发育到羽化后的成虫阶段,此时嗅觉神经元还能基于周围环境灵活表达不同的气味受体,这会很有利于找到叮咬对象。

Potter教授总结说:“蚊子比我们想象的难搞多了。”不过,科学家并没有放弃,为了让蚊子不再喜欢“人味儿”,他们还在继续寻找新的方法欺骗蚊子的嗅觉系统。

衷心希望科学家们早日成功!

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