Робить смоктання крові смертоносним для комарів

Комари гинуть незабаром після прийому їжі з крові, якщо деякі білкові компоненти експериментально порушені, виявила команда біохіміків з Університету Арізони. Цей підхід може бути використаний як додаткова стратегія у світових зусиллях по боротьбі з комаріми, такими як лихоманка денге, жовта гарячка та малярія.

Коли дослідники заблокували клітинний процес, відомий як транспорт пухирців, на якому комарі покладаються, щоб виділити травні ферменти в кишечник серед інших функцій, це призвело до того, що постраждалі тварини загинули протягом двох днів після годування кров’ю.

"Ідея нашого дослідження полягає в наступному: якщо ми зможемо вбити комара після того, як вона вкусить першу людину, вона не зможе вкусити та заразити другу", - сказав Роджер Місфельд, професор кафедри хімії та біохімії., який керував дослідницьким проектом.

"Ми робимо це, блокуючи здатність комара перетравлювати кров'яне борошно", - сказав Місфельд, також член Інституту BIO5 UA.

Висновки дослідницької групи нещодавно були опубліковані в Proceedings of the National Academy of Sciences, або PNAS.

"Під час їжі крові комар ковтає свою масу тіла в крові. Це еквівалентно 125-кілограмовій людині, яка споживає 12-галонний коктейль, приготовлений з 25 фунтів м'яса гамбургера плюс пів фунта вершкового масла і двох столових ложок цукру" - сказав Місфельд.

Раніше Місфельд та дослідницька група показали, що процес годування кров’ю представляє величезну метаболічну проблему для самок комарів.

"Порушуючи будь-яку кількість біохімічних процесів, необхідних для повноцінного використання кров'яного борошна, комару дуже важко завершити цикл виробництва яєць", - додав він.

Щоб підтримувати свої тілесні потреби, комахи покладаються на цукристий нектар із квітів, але коли настає час виготовлення яєць, їм потрібна велика кількість білка. Тільки самки комарів кусаються і харчуються кров’ю людей або теплокровних тварин.

Якщо комар знаходить достатньо жертв, щоб укусити, і уникає здавлення, він може прожити три тижні. За цей час воно може відкласти до п’яти кладок, у яких більше 100 яєць кожна.

Для своїх досліджень команда використовувала комарів виду Aedes aegypti, який спочатку походить із субтропічних та тропічних регіонів Африки. Зараз ці комарі зустрічаються в багатьох частинах світу, і їх особливо багато в містах і селищах, де клімат теплий, а води багато. Комарі A. aegypti гудуть на світанку та в сутінках у пошуках своєї наступної кров'яної їжі, бажано з щиколоток людей.

Комарі A. aegypti - головний переносник лихоманки денге, яка зараз є найпоширенішим вірусним захворюванням, що передається комарами. Лихоманка денге повернулася, особливо в субтропічних та тропічних регіонах через географічне поширення комарів та вірусу. Відомі чотири штами, або серотипи, хвороботворних вірусів денге.

Коли інфікується вперше, більшість людей страждає від нападу високої і болісної лихоманки, але зазвичай хвороба не загрожує життю і робить їх імунітетом до цього конкретного штаму вірусу денге. Однак подальше зараження будь-яким іншим штамом вірусу денге часто викликає повну імунну відповідь, що призводить до набагато важчої форми, яка називається геморагічною лихоманкою денге, яка може призвести до летального результату.

Місфельд сказав, що більшість комариних патогенних мікроорганізмів не передаються від самки комару її нащадкам, а замість цього підхоплюються комарами, коли вони кусають інфіковану людину.

У випадку з комарами A. aegypti збудником часто є віруси денге або жовтої лихоманки, тоді як комар Anopheles gambiae, який зустрічається у багатьох районах Африки, передає більш смертоносного паразита малярії. Далі Місфельд пояснив, що збудникам малярії та денге потрібно приблизно 10-12 днів, щоб завершити свій життєвий цикл у комарі, перш ніж вони зможуть передаватися людям через кров.

"Найнебезпечніші комарі - це старші", - сказав Місфельд.

Його команда використовувала техніку, яка називається RNAi, для конкретного націлювання на гени, необхідні для процесу травлення. Дослідники придумали білковий комплекс під назвою COPI, що позначає білок коатомеру 1.

COPI складається з декількох субодиниць, які разом складають оболонку везикул, на які клітина спирається для внутрішнього транспорту та секреції ферментів у кишечнику.

Коли самка комара приймає кров’яний шрот, клітини, що вистилають кишечник, виділяють ферменти, що розщеплюють білки крові. Процес секреції включає упаковку ферментів у дрібні крапельки, які називаються везикулами, які клітини потім виділяють у кишечник.

"Ми подумали:" Чому б нам не вибити весь процес, який дозволяє секретувати протеази? " Саме там ми отримали цей приголомшливий результат ", - сказав Місфельд. "Ми не тільки усунули її здатність виділяти що-небудь, ми з подивом виявили, що близько 90 відсотків цих комарів загинули протягом двох днів після харчування кров'ю".

РНКi COPI не чинить шкідливого впливу на самок комарів протягом 10 днів - якщо вони не вирішать взяти кров'яне борошно.

"Коли вона це зробить, все пекло починає вириватися, біохімічно та анатомічно," сказав Місфельд.

"Ми думаємо, що відбувається так, що якщо в її кишечнику є білок, він індукує секреторну техніку. Він ініціює цей величезний процес секреції, але він дефектний і викликає розпад клітин", - додав він. "Вся оболонка кишечника починає руйнуватися, дозволяючи крові просочуватися в її тіло".

Розглядаючи потенційні причини, Місфельд сказав, що його команда виявила, що видалення будь-якої з субодиниць COPI призводить до того, що весь комплекс розпадається.

"Виходячи з того, що ми знаємо про систему COPI, вона не повинна мати такого сильного ефекту", - сказав він.

"Оскільки вчені вибивали COPI, щоб дізнатись більше про його функції за останні пару років, вони досягли деяких цікавих результатів", - додав Місфельд. "Разом з нашими висновками вони припускають, що COPI робить набагато більше, ніж те, що думали люди".

Місфельд передбачає, що кінцевою метою цього дослідження є розробка невеликої молекули, яка працює замість введеної РНК і діє як специфічний інгібітор процесу секреції.

Щоб це був ефективний комарі-селективний інсектицид, він не повинен мати жодного впливу на людину.

Найпростішим використанням було б вбирати його в москітні сітки, як наявні в даний час інсектициди, спрямовані на нервову систему комара. Трохи більш складною стратегією було б включити його в таблетку, яку приймають люди, тому комарі підбирають препарат-інгібітор, коли кусають. В рамках цієї стратегії дослідники шукають гени, які є унікальними для комарів і можуть служити мішенями, не впливаючи на здоров’я людини.

Пояснюючи це, Місфельд сказав уявити собі село в тропіках під час сезону дощів.

"Оскільки комарі висиджуються у великій кількості, все населення села готове", - пояснив він. "Як тільки комахи починають кусатися, вони забирають інгібітор і до того часу, коли вони знову кусають, вони гинуть у великій кількості. Протягом декількох сезонів це може змінити ситуацію".

Місфельд додав, що навряд чи колись буде срібна куля, яка взагалі ліквідує хвороби, що передаються комарами, такі як малярія та лихоманка денге.

"Однією з потенційних проблем нашої стратегії є генетичні зміни, які роблять комарів імунітетом з часом", - сказав Місфельд. "Буде потрібно багато підходів з різних сторін, і наш може стати ще одним інструментом у наборі інструментів".