Como os cérebros dos mosquitos codificam o odor humano para que possam nos procurar – ScienceDaily

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Mosquitos. A desgraça dos piqueniques no quintal – e mortal em regiões propensas a zika e dengue.

A maioria dos mosquitos do mundo são oportunistas, dispostos a beber sangue de qualquer fonte próxima. Mas em algumas regiões, os mosquitos que transmitem Zika, dengue e febre amarela — Aedes aegypti — evoluíram para morder quase exclusivamente humanos. Mas para ter sucesso como um alimentador especializado, dependendo de apenas uma espécie – a nossa – para sobreviver, eles devem ter desenvolvido estratégias de segmentação incrivelmente precisas. Como eles fazem isso?

“Nós tentamos entender como esses mosquitos distinguem o odor humano e animal”, disse Carolyn “Lindy” McBride, professora assistente de ecologia e biologia evolutiva e neurociência, “tanto em termos do odor humano que eles indicam e que parte do cérebro permite que eles percebam esses sinais.”

Após anos de trabalho dedicado, incluindo inúmeros desafios científicos e tecnológicos, sua equipe descobriu respostas para ambas as partes dessa equação. O que os mosquitos estão detectando e como eles detectam? Seus resultados aparecem na edição atual de Natureza.

McBride descreveu sua abordagem centrada no mosquito: “Nós meio que mergulhamos no cérebro do mosquito e perguntamos: ‘O que você pode cheirar? O que ilumina seu cérebro? O que está ativando seus neurônios? E como seu cérebro é ativado de forma diferente quando você cheira humano odor versus odor animal?'”

O então estudante de pós-graduação Zhilei Zhao, Ph.D. em 2021. ex-aluno que agora está em Cornell, foi pioneiro em sua nova abordagem: imagens de cérebros de mosquitos em resolução muito alta para observar como o mosquito identifica sua próxima vítima. Para fazer isso, ele teve que primeiro criar mosquitos geneticamente modificados cujos cérebros se acenderam quando ativos, e então a equipe teve que fornecer ar com sabor humano e animal de maneiras que os mosquitos pudessem detectar enquanto estivessem dentro do equipamento de imagem personalizado da equipe.

O odor humano é composto por dezenas de compostos diferentes, e esses mesmos compostos, em proporções ligeiramente diferentes, estão presentes na maioria dos odores de mamíferos. Nenhum desses compostos é atraente para os mosquitos por si só, então o desafio era determinar a mistura exata de componentes que os mosquitos usam para reconhecer o odor humano.

A equipe concluiu que dois produtos químicos, decanal e undecanal, são enriquecidos em odor humano. Eles patentearam uma mistura com decanal que eles esperam que possa levar a iscas atraindo mosquitos para armadilhas letais, ou repelentes que interrompem o sinal.

Para fornecer mamíferos de comparação para teste, a estudante de pós-graduação Jessica Zung trabalhou com os ex-especialistas em pesquisa Alexis Kriete e Azwad Iqbal para coletar amostras de cabelo, pele e lã. Para este artigo, a equipe usou o odor de dezesseis humanos, dois ratos, duas cobaias, duas codornas, uma ovelha e quatro cães. Howell Living History Farm em Hopewell, NJ, doou várias lãs de sua tosquia de ovelhas na primavera; para outro mamífero domesticado, Zung foi a um salão de beleza e coletou pelos aparados de cães de estimação recém-cuidados.

“Para as amostras humanas, tivemos um monte de grandes voluntários”, disse Zung. “Nós fizemos com que eles não tomassem banho por alguns dias, depois se despissem e deitassem em uma bolsa de teflon.” Por que nua? Porque algodão, poliéster e outras fibras de vestuário têm seus próprios cheiros que distorcem os dados.

Uma vez que eles venceram os desafios técnicos – recuperando os odores humanos e animais de forma não destrutiva, projetando um sistema que lhes permitisse inalar odor humano nos mosquitos na configuração de imagem, criando um túnel de vento para testar misturas simples ou compostos únicos e criar cepas viáveis de mosquitos cujos cérebros respondem ao equipamento – eles começaram a coletar dados.

Dados muito surpreendentes.

Antes deste estudo, os pesquisadores especulavam que os cérebros dos mosquitos deveriam ter uma técnica complicada e sofisticada para distinguir humanos de outros animais. Muito pelo contrário, acabou.

“A simplicidade nos surpreendeu”, disse McBride. “Apesar da complexidade do odor humano e do fato de que ele não contém nenhum tipo de composto específico para humanos, os mosquitos desenvolveram um mecanismo surpreendentemente simples para nos reconhecer. Para mim, é uma história evolutiva: se nós criou um teste estatístico para diferenciar o odor humano, seria muito complexo, mas o mosquito faz algo notavelmente simples, e o simples costuma funcionar muito bem, quando se trata de evolução.”

Em outras palavras, soluções simples tendem a se tornar verdadeiras, ao longo do tempo evolutivo.

Os cérebros dos mosquitos têm 60 centros nervosos chamados glomérulos (singular: glomérulos). A equipe levantou a hipótese de que muitos – talvez até a maioria – estariam envolvidos em ajudar esses mosquitos dependentes de humanos a encontrar sua comida favorita.

“Quando vi a atividade cerebral pela primeira vez, não pude acreditar – apenas dois glomérulos estavam envolvidos”, disse Zhao. “Isso contradizia tudo o que esperávamos, então repeti o experimento várias vezes, com mais humanos, mais animais. Eu simplesmente não conseguia acreditar. É tão simples.”

Dos dois centros nervosos, um responde a muitos cheiros, incluindo odor humano, essencialmente dizendo: “Ei, olhe, há algo interessante por perto que você deve verificar”, enquanto o outro responde apenas a humanos. Ter dois pode ajudar os mosquitos a atingirem seus alvos, sugerem os pesquisadores.

Esse foi um dos maiores “Eureka!” momentos no projeto, disse McBride. “Zhilei trabalhou por alguns anos para conseguir os mosquitos transgênicos de que precisava, e então descobrimos que não tínhamos uma boa maneira de liberar odor humano. Então trabalhamos por mais um ano ou dois, tendo ideias para tentar para descobrir como liberar odor humano suficiente de maneira controlada o suficiente para ver uma resposta. Então, na primeira vez que tentamos essa nova tecnologia que descrevemos no artigo – essa nova maneira de liberar odores – ele realmente viu um cérebro responder. Foi incrível.”

Ao determinar os glomérulos que os mosquitos usam para detectar humanos e identificar o que eles estão detectando – decanal e undecanal – a equipe tem uma resposta elegante e direta para suas perguntas, observou Zung.

“Se este fosse puramente um papel de neuroimagem, haveria algumas perguntas restantes”, disse ela. “Se este fosse apenas um artigo de análise de odor, ainda haveria perguntas sem resposta. Um artigo puramente de comportamento, a mesma coisa. Mas uma força real deste projeto é que fomos capazes de trazer tantos métodos diferentes e a experiência de tantos E Lindy foi simplesmente incrível e disposta a aprender e investir em todos esses métodos diferentes.”

“Todo este projeto é incrivelmente colaborativo”, concordou Zhao. “Estávamos lidando com tantas linhas de evidência que agora convergiram em uma história coesa, e isso requer tantos conhecimentos diferentes. Eu não tinha estudado neurociência antes de vir para Princeton, mas temos o Princeton Neuroscience Institute aqui, com tantos muitas pessoas talentosas com quem eu poderia aprender. Para a parte de ciência de odor, não tenho experiência nisso, mas Jessica é uma especialista. E para a configuração do túnel de vento, colaboramos com pesquisadores na Suécia. Se tivéssemos feito tudo sozinhos, poderíamos não obtivemos resultados tão bons; é só através da colaboração que chegamos aqui.”



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