mosquitos Maldición de los picnics en el patio trasero, y mortal en las regiones propensas al Zika y al dengue.
La mayoría de los mosquitos del mundo son oportunistas y están dispuestos a beber sangre de cualquier fuente cercana. Pero en algunas regiones, los mosquitos que transmiten el Zika, el dengue y la fiebre amarilla… Aedes aegypti — han evolucionado para morder a los humanos casi exclusivamente. Pero para tener éxito como un alimentador especializado, dependiendo de una sola especie, la nuestra, para sobrevivir, deben haber desarrollado estrategias de orientación increíblemente precisas. ¿Cómo lo hicieron?
«Nos propusimos tratar de entender cómo estos mosquitos distinguen el olor humano y el de los animales», dijo Carolyn «Lindy» McBride, profesora asistente de ecología y biología evolutiva y neurociencia, «tanto en términos de qué se trata del olor humano que indican y qué parte de su cerebro les permite captar esas señales».
Después de años de trabajo dedicado, incluidos innumerables desafíos científicos y tecnológicos, su equipo ha descubierto respuestas a ambas partes de esta ecuación. ¿Qué es lo que detectan los mosquitos y cómo lo detectan? Sus resultados aparecen en la edición actual de Naturaleza.
McBride describió su enfoque centrado en los mosquitos: «Nos sumergimos en el cerebro del mosquito y le preguntamos: ‘¿Qué puedes oler? ¿Qué enciende tu cerebro? ¿Qué activa tus neuronas? ¿Y cómo se activa tu cerebro de manera diferente cuando hueles a humano? ¿Olor versus olor animal?'»
El entonces estudiante graduado Zhilei Zhao, un Ph.D. de 2021. ex alumno que ahora está en Cornell, fue pionero en su enfoque novedoso: obtener imágenes de cerebros de mosquitos en muy alta resolución para ver cómo el mosquito identifica a su próxima víctima. Para hacer eso, primero tuvo que diseñar genéticamente mosquitos cuyos cerebros se encendían cuando estaban activos, y luego el equipo tuvo que entregar aire con sabor a humano y animal de manera que los mosquitos pudieran detectarlo mientras estaban dentro del equipo de imágenes hecho a la medida del equipo.
El olor humano se compone de docenas de compuestos diferentes, y esos mismos compuestos, en proporciones ligeramente diferentes, están presentes en la mayoría de los olores de los mamíferos. Ninguno de esos compuestos es atractivo para los mosquitos por sí mismo, por lo que el desafío fue determinar la combinación exacta de componentes que usan los mosquitos para reconocer el olor humano.
El equipo concluyó que dos productos químicos, decanal y undecanal, están enriquecidos en olor humano. Patentaron una mezcla con decanal que esperan que pueda conducir a cebos que atraigan a los mosquitos a trampas letales o repelentes que interrumpan la señal.
Para proporcionar mamíferos de comparación para probar, la estudiante graduada Jessica Zung trabajó con los ex especialistas en investigación Alexis Kriete y Azwad Iqbal para recolectar muestras de cabello, piel y lana. Para este trabajo, el equipo utilizó el olor de dieciséis humanos, dos ratas, dos conejillos de indias, dos codornices, una oveja y cuatro perros. Howell Living History Farm en Hopewell, NJ, donó varios vellones de su esquila de ovejas de primavera; para otro mamífero domesticado, Zung fue a un salón de peluquería y reunió pelos recortados de perros recién acicalados.
«Para las muestras humanas, tuvimos un montón de grandes voluntarios», dijo Zung. «No les pedimos que se ducharan durante unos días, luego se desnudaron y se acostaron en una bolsa de teflón». ¿Por qué desnudo? Porque el algodón, el poliéster y otras fibras textiles tienen sus propios olores que distorsionarían los datos.
Una vez que superaron los desafíos técnicos: recuperar los olores humanos y animales de forma no destructiva, diseñar un sistema que les permitiera inflar el olor humano a los mosquitos en la configuración de imágenes, crear un túnel de viento para probar mezclas simples o compuestos individuales y criar cepas viables. de mosquitos cuyos cerebros responden al equipo, comenzaron a recopilar datos.
Datos muy sorprendentes.
Antes de este estudio, los investigadores especularon que los cerebros de los mosquitos deben tener una técnica complicada y sofisticada para distinguir a los humanos de otros animales. Todo lo contrario, resultó.
«La simplicidad nos sorprendió», dijo McBride. «A pesar de la complejidad del olor humano y del hecho de que en realidad no tiene ningún tipo de compuesto específico para humanos, los mosquitos han desarrollado un mecanismo sorprendentemente simple para reconocernos. Para mí, es una historia evolutiva: si creó una prueba estadística para diferenciar el olor humano, sería muy complejo, pero el mosquito hace algo notablemente simple, y lo simple generalmente funciona bastante bien, cuando se trata de evolución».
En otras palabras, las soluciones simples tienden a ser verdaderas a lo largo del tiempo evolutivo.
Los cerebros de los mosquitos tienen 60 centros nerviosos llamados glomérulos (singular: glomérulo). El equipo había planteado la hipótesis de que muchos, tal vez incluso la mayoría, estarían involucrados en ayudar a estos mosquitos dependientes de humanos a encontrar su comida favorita.
«Cuando vi por primera vez la actividad cerebral, no podía creerlo, solo dos glomérulos estaban involucrados», dijo Zhao. «Eso contradecía todo lo que esperábamos, así que repetí el experimento varias veces, con más humanos, más animales. Simplemente no podía creerlo. Es tan simple».
De los dos centros nerviosos, uno responde a muchos olores, incluido el olor humano, esencialmente diciendo: «Oye, mira, hay algo interesante cerca que deberías comprobar», mientras que el otro responde solo a los humanos. Tener dos puede ayudar a que los mosquitos se acerquen a sus objetivos, sugieren los investigadores.
Ese fue uno de los mayores «Eureka!» momentos en el proyecto, dijo McBride. «Zhilei había trabajado durante un par de años para obtener los mosquitos transgénicos que necesitaba, y luego descubrimos que no teníamos una buena forma de generar olor humano. Así que trabajamos durante uno o dos años más, proponiendo ideas para intentar para descubrir cómo emitir suficiente olor humano de una manera lo suficientemente controlada como para ver una respuesta. Luego, la primera vez que probamos esta nueva tecnología que describimos en el documento, esta nueva forma de emitir olores, en realidad vio un cerebro responder. Fue increíble».
Al determinar los glomérulos que los mosquitos usan para detectar humanos e identificar qué es lo que están detectando (decanal y undecanal), el equipo tiene una respuesta elegante y directa a sus preguntas, señaló Zung.
«Si esto fuera puramente un trabajo de neuroimagen, quedarían algunas preguntas pendientes», dijo. «Si se tratara únicamente de un documento de análisis de olores, todavía habría preguntas sin respuesta. Un documento puramente de comportamiento, lo mismo. Pero una verdadera fortaleza de este proyecto es que pudimos incorporar tantos métodos diferentes y la experiencia de tantos gente. Y Lindy fue simplemente increíble y estaba dispuesta a aprender e invertir en todos estos métodos diferentes».
«Todo este proyecto es increíblemente colaborativo», estuvo de acuerdo Zhao. «Estábamos abordando tantas líneas de evidencia que ahora han convergido en una historia cohesiva, y eso requiere mucha experiencia diferente. No había estudiado nada de neurociencia antes de venir a Princeton, pero aquí tenemos el Instituto de Neurociencia de Princeton, con tantos muchas personas talentosas de las que podría aprender. Para la parte de la ciencia del olor, no tengo experiencia en eso, pero Jessica es una experta. Y para la configuración del túnel de viento, colaboramos con investigadores en Suecia. Si hubiéramos hecho todo nosotros mismos, podríamos no hemos obtenido tan buenos resultados; es solo a través de la colaboración que llegamos aquí».
