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今日《细胞》:蚊子有多擅长闻出“人味儿”?结果让科学家大吃一惊!

学术经纬 学术经纬 2022-09-09
▎药明康德内容团队编辑  

顶尖学术期刊《细胞》今天上线了一篇关于蚊子的科学研究。根据这篇论文的结论,在这里我们不得不和大家分享一个坏消息:要让蚊子不叮人,比过去预想的要难得多

这个夏天,肯定又有不少人被蚊子折磨得不轻,时不时地拷问自己:涂了驱蚊液也没用,我咋这么招蚊子啊?!实际上这不赖你,主要是蚊子太厉害。在这项新研究中,科学家们经过多方面的实验确认,蚊子为了吸你的血,演化出了一套非常特殊的嗅觉系统——特殊到颠覆诺贝尔奖得主曾发现的嗅觉机制,而结果就是蚊子极度擅长闻出你在哪儿


我们知道,人呼出的二氧化碳以及人体本身散发的体味(例如吲哚)都会吸引蚊子。但这还不是全部,“两种成分加在一起会产生一加一等于二十的神奇效果!”用Meg Younger博士,也就是这篇论文的通讯作者的话说,蚊子同时闻到这两种信号时,就会变得超级兴奋,成为专注而凶猛的人血猎手

为了搞清楚蚊子为什么会被体味和二氧化碳如此强烈地吸引,Younger博士和同事们开始琢磨蚊子的嗅觉系统,看看哪些神经元对二氧化碳有反应,哪些对体味有反应,然后追踪它们传到大脑的信号通路。

图片来源:123RF

这项研究主要作者Leslie Vosshall教授在洛克菲勒大学已经跟蚊子死磕很多年,专门分析过蚊子爱吸什么口味的血,甚至试过给蚊子喂减肥药来控制它们的胃口。在先前的工作中,Vosshall教授的研究团队给埃及伊蚊(Aedes aegypti)制定出第一份完整的参考基因组。


有了完整的基因组信息后,可以做的一件事情就是对蚊子进行基因组编辑。于是,研究团队使用基因编辑工具CRISPR,给雌性埃及伊蚊“动了手脚”:在具备二氧化碳受体的神经元装上一种荧光标记蛋白,给能够感知体味化学物质的神经元装上另一种标记物。

实验结果却让他们大吃一惊:和教科书上的经典理论根本不一样!

荧光蛋白标记蚊子触角的嗅觉神经元(图片来源:参考资料[2];Credit:Margo Herre)

按照教科书上关于嗅觉机制的经典理论,也就是诺奖得主Linda Buck教授和Richard Axel教授在小鼠中的发现,嗅觉感知系统的组织十分有序,每个嗅觉神经元只表达单一的一种受体,检测一组特定的化学物质,比如有的神经元对香蕉气味有反应,有的对汽油味有反应;然后,神经末梢连接到嗅球的一个个嗅小球中,每个嗅小球接收的都是表达同一种受体的嗅觉神经元的信号。成千上万个嗅小球,让我们能够检测和区分成千上万种不同的气味。

然而,Vosshall教授和同事们用不同荧光颜色检测了蚊子的嗅觉受体基因后却发现,蚊子的一个嗅觉神经元上出现了多个不同类型的气味受体

为了确认这一出人意料的结果,研究团队又采用了其他的实验技术来验证,比如近年来新兴的单核RNA测序,这种方法可以检测出单个神经元中有哪些基因正在生产蛋白。结果表明,确实蚊子的一个嗅觉神经元可以制造出多个受体

此外,研究团队还与瑞典农业科学大学(Swedish University of Agricultural Sciences)的科学家合作,将电极插入蚊子的单个嗅觉神经元,测量细胞对气味的反应。同样,这组实验表明,蚊子靠一个神经元就可以感知到多种不同的气味——比如一种香水味和一种臭脚丫味

▲研究示意图(图片来源:参考资料[1])

由于大多数嗅觉神经元同时有多个类型的气味受体,这不仅意味着,蚊子有很强的能力闻出二氧化碳和体味糅合的复杂气味,也意味着,如果我们试图通过阻断蚊子的某个受体来躲开它们就太天真了,因为它们仍然可以靠其他受体轻松地继续追着我们吸血。

想要消灭蚊子,我们得更努力才行,因为只搞定一个受体没有任何效果,”Vosshall教授总结,“未来任何通过驱虫剂或其他方式控制蚊子的尝试都必须考虑到,对蚊子来说,人的吸引力是多么坚不可摧!”


参考资料:
[1] Margaret Herre et al., (2022) Non-canonical odor coding in the mosquito. Cell. Doi: 10.1016/j.cell.2022.07.024
[2] Mosquitoes have neuronal fail-safes to make sure they can always smell humans. Retrieved Aug. 18, 2022 from https://www.eurekalert.org/news-releases/961580
[3] The unbreakable attraction of mosquitoes to humans. Retrieved Aug. 18, 2022 from https://www.eurekalert.org/news-releases/961464

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