每到夏天，一群人里总有那么几个「天选之子」，以一己之力吸引了蚊子的火力，蚊子对他们穷追不舍、围追堵截，可谓是「人形驱蚊液」。被蚊子叮咬的人，轻则皮肤鼓起红色大包，重则感染蚊子携带的烈性病毒，令人苦不堪言。那么，蚊子到底是有何绝技，能如此精准地找到宿主目标吸食血液，传播病毒呢？
2022年8月18日，洛克菲勒大学 Leslie Vosshall 教授团队在 Cell 期刊发表了题为：Non-canonical odor coding in the mosquito 的研究论文。
该研究发现蚊子的嗅觉系统进化出了复杂的「自动防故障装置」——蚊子的单个嗅觉神经元存在多种类型的化学受体，可以探测到不同的气味，确保它们总是能闻到我们的气味。
该研究推翻了动物嗅觉系统中用来探测和区分数千种不同气味的传统神经环路模型，甚至颠覆了诺贝尔奖得主琳达・巴克和理查德・阿克塞尔曾发现的嗅觉机制，解释了为何即使在从蚊子基因组中剔除整个家族的气味感知受体之后，蚊子仍然会找到一种方法来叮咬我们。
蚊子拥有着「反常」的嗅觉系统
蚊子个头虽小，毒害性却丝毫不容小觑。随着全球气温上升、人口数量增多以及各地人口的迁徙，导致许多新型致病病原体通过蚊子、蜱虫和跳蚤等节肢动物传播蔓延，每年 70 多万人因小小的蚊子失去生命。其中，埃及伊蚊臭名昭著，它们通过发达的嗅觉系统跟随着人类的气味，精准地将其追踪定位，叮咬人类、吸血繁殖，传播登革热、寨卡病毒病、黄热病等多种传染疾病。
蚊子常常被人们呼出的二氧化碳和人体气味所吸引，这两种信号叠加后使得蚊子变得异常兴奋，产生「一加一等于二十」的神奇效果，让蚊子拥有了超强的追踪能力。那么，这两个信号是如何在嗅觉系统中相加和放大的呢？
为了找出答案，研究人员认为他们可以识别哪些嗅觉神经元对 CO2 有反应，哪些对体味有反应，然后追踪信号到大脑的通路。因此，他们利用基因编辑工具 CRISPR 将一种荧光标记蛋白插入到具有 CO2 受体的神经元中，并将另一种标记插入到能够感知体味化学物质的神经元中。
然而，研究结果却出乎意料。通过探测具有不同荧光颜色的受体基因，他们发现，单个神经元充满了多种类型的受体，而不仅仅是传统观念中的一种！
这一发现推翻了传统的动物嗅觉系统的神经环路模型。传统的观点认为，动物的嗅觉传感系统是非常专业化和有组织的。每个嗅觉神经元只有一种类型的受体，它检测一组特定的化学物质，然后连接到嗅球中的肾小球。在大多数动物中，一种嗅觉神经元只负责检测一种类型的气味。按照这种逻辑，将有不同类型的神经元对不同的气味做出反应。
「如果你是一个人，你失去了一个单一的气味受体，所有表达该受体的神经元都将失去闻到这种气味的能力，」本文的研究人员 Leslie Vosshall 如此说到。但是，蚊子的情况并非如此。
蚊子拥有如此反常的嗅觉系统不得不令人震惊，以至于 Vosshall 的实验室花了数年时间费力地证明这一发现实际上是真实的。
他们使用了单核 RNA 测序（snRNA-seq）分析了外周感觉器官中内源性受体的表达，探测单个神经元中哪些基因被激活，证实了每个神经元细胞中的确存在着多种受体，提供了压倒性的有力证据。
此外，该研究通过将电极插入蚊子的单个嗅觉神经元，并测量细胞对各种气味的反应，证实了蚊子的单个神经元能够探测到不同的气味，甚至是两种不同味道的体臭，比如一种是香水味，另一种是脚臭。两者均需要蚊子神经元的不同受体方可行使正常功能，因此提高了蚊子探测人体呼出 CO2 和各种体味的能力。
换而言之，蚊子的多受体嗅觉系统使得所有与人类有关的气味都能激活蚊子大脑中的「人类探测部分」，即使一些受体已经丢失，蚊子的其他受体会立即「严阵以待」开启对人类气味的追踪，进而帮助蚊子识别并叮咬人类。
防蚊工作从何开展？
到目前为止，多数烈性蚊媒病毒均无有效疫苗和针对性治疗药物，因此科研界亟需深入研究蚊媒病毒在自然界中流行传播的基本原理，进而研发新型防控策略阻断病毒在世界范围内的大规模传播，捍卫人类公共健康迫在眉睫。
2022年6月30日，清华大学医学院程功教授团队 Cell 发表了题为：A volatile from the skin microbiota of flavivirus-infected hosts promotes mosquito attractiveness 的研究论文。该研究发现人体气味是调控蚊虫行为的关键因素。蚊虫的嗅觉神经系统可感知一种来源于感染者的特征性气味分子，导致病毒在「宿主-蚊虫」之间高效传播，提出了一种通过皮肤微生物来调节宿主气味、阻断蚊媒病毒在自然界中快速传播的方法。
本研究从蚊子本身出发，与上述研究形成了异曲同工之妙，研究者认为：当人们试图通过阻断某些受体来阻止蚊子叮咬时，蚊子仍然可以利用其他受体轻易地识别人类，混淆蚊子比以前认为的还要困难。未来任何试图通过驱蚊剂或其他任何东西来控制蚊子的尝试都需要考虑到这一点。
不过，基于这项研究，研究者提出了另一种防蚊策略：用另类的气味淹没蚊子整个嗅觉感受系统。与此同时，他们正尝试将食血蚊子的嗅觉神经元与纯素食蚊子的嗅觉神经元进行比较，看看这种受体复杂性是否仅仅是那些只捕食人类的蚊子的一种独特适应性。
防蚊工作迫在眉睫，愿科学家们早日攻克该难题，使人类远离被蚊子叮咬之苦。
转自：“生物世界”微信公众号
如有侵权，请联系本站删除！
