《自然》:揭示蚊子识别人类气味的神经机制

来源：100医疗网原创2022-05-10 09336049

在这项研究之前，科学家们推测，蚊子的大脑必须拥有复杂而精密的技术，才能将人类与其他动物区分开来。事实证明，恰恰相反。

世界上大多数蚊子都是机会主义者，愿意从附近任何地方吸血。但在一些地区，携带寨卡病毒、登革热病毒和黄热病病毒——埃及伊蚊——的蚊子已经进化到只叮咬人类。然而，为了成功地成为一种专门的吸血鬼，并且只依靠一个物种——人类——生存，它们必须进化出一种令人难以置信的精确定位策略。他们是怎么做到的？

普林斯顿大学生态学和进化生物学助理教授卡罗琳麦克布莱德说：“我们开始试图了解这些蚊子是如何区分人类和动物的气味的，包括它们如何给人类的气味提供线索，以及它们大脑的哪一部分允许它们提供线索。

经过多年专注的研究工作，克服了一系列科学和技术挑战，麦克布赖德和他的团队在一项新的研究中给出了这个问题的答案。相关研究成果于2022年5月4日在线发表在《自然》杂志上，标题是蚊子大脑对人类气味的独特特征进行编码，以驱动宿主寻找。

麦克布莱德描述了他们以蚊子为中心的方法：我们有点像潜入蚊子的大脑，问：你能闻到什么？什么点亮了你的大脑？是什么激活了你的神经元？当你闻到人和动物的气味时，你的大脑是如何被激活的？

该论文的第一作者赵(音译)当时是普林斯顿大学的一名研究生，他开创了他们的新方法：以非常高的分辨率对蚊子的大脑进行成像，并观察蚊子如何识别下一个受害者。为了做到这一点，他必须首先对蚊子进行基因改造，使其大脑在活跃时发光，然后这些作者必须以这样的方式输送含有人类和动物气味的空气，使蚊子能够在他们定制的成像设备中被检测到。

人类的气味由几十种不同的化合物组成，这些相同的化合物，以略微不同的比例，存在于大多数哺乳动物的气味中。这些化合物本身对蚊子没有吸引力，所以挑战在于确定蚊子用来识别人类气味的确切混合成分。

这些作者得出结论，两种化合物——癸醛和十一醛——富含人类气味。他们为一种以癸醛为特征的混合物申请了专利。他们希望这种混合物可以用作诱饵，吸引蚊子进入致命的陷阱，或者作为驱虫剂，中断蚊子传播人类气味信号。

为了提供用于测试的对比哺乳动物，研究生Jessica Zung与前研究专家Alexis Kriete和Azwad Iqbal合作，收集毛发、毛皮和羊毛样本。在这篇论文中，麦克布莱德团队使用了16个人的气味，包括两只老鼠、两只豚鼠、两只鹌鹑、一只绵羊和四只狗。位于新泽西州霍普韦尔的豪威尔生活历史农场在春季剪羊毛时捐赠了一些羊毛；对于另一种驯养的哺乳动物，Zung去了一家PetSmart美容院，从最近修剪过的宠物狗身上收集毛发。

Zung说，对于人类样本，我们有一群伟大的志愿者。让他们几天不洗澡，然后脱下衣服躺在特氟隆袋子里。为什么裸体？因为棉、涤纶等服装纤维本身就有气味，会扭曲人体气味数据。

一旦他们克服了技术挑战——无损提取人类和动物的气味，设计一个允许他们在成像设备中向蚊子喷洒人类气味的系统，建立一个风洞来测试简单的混合物或单一化合物，培养可以对设备做出反应的蚊子品种，他们就可以开始收集数据。非常惊人的数据。

在这项研究之前，科学家们推测，蚊子的大脑必须拥有复杂而精密的技术，才能将人类与其他动物区分开来。事实证明，恰恰相反。

麦克布莱德说，这种简单让我们感到惊讶。虽然人类的气味很复杂，而且其中没有人类特有的化合物，但蚊子进化出了一种惊人的简单机制来识别我们。对我来说，这是一个进化的故事：如果我们构建一个区分人类气味的测试方法，这将非常复杂，但蚊子会做一些非常简单的事情，简单通常在进化时非常有效。

换句话说，在进化的过程中，简单的解往往会孕育出真正的解。

蚊子的大脑有60个被称为球的神经中枢。麦克布赖德的团队曾经假设，许多小球体——甚至可能是大多数——将参与帮助这些依赖人类的蚊子找到它们最喜欢的食物。

赵说，当我第一次看到大脑活动时，我简直不敢相信。只涉及到两个小球。这与我们预期的一切相矛盾，所以我用更多的人和更多的动物重复了几次实验。我真不敢相信。太简单了。

热脱附气味传递系统的进一步表征，图片来自Nature，2022，DOI :10.1038/s 41586-022-04675-4。

在这两个神经中枢中，一个对包括人类气味在内的许多气味做出反应，基本上是说：嘿，你看，附近有一些有趣的东西，你应该看看，而另一个只对人类做出反应。麦克布莱德团队表示，拥有两个神经中心可能有助于蚊子找到它们的目标。

麦克布莱德说，这是该项目中最大的顿悟时刻之一。赵花了几年时间才得到他需要的转基因蚊子，然后我们发现我们没有一个很好的方法来传递人类的气味。因此，我们又花了一两年时间想出一些主意，试图弄清楚如何以一种足够可控的方式传递足够多的人类气味，以观察反应。然后，我们第一次尝试了我们在这篇论文中描述的新技术——这种气味传递的新方法，他真的观察到了蚊子大脑的反应。这真是不可思议。

Zung指出，他们通过识别蚊子用来检测人类气味的小球，并确定它们检测癸醛和十一醛，对他们的问题有了一个优雅而直接的答案。

她说，如果这纯粹是一篇神经影像学论文，那么还是会有一些问题。如果这是一篇纯粹的气味分析论文，仍然会有一些没有答案的问题。即使是纯行为论文也是如此。但是这个研究项目的一个真正的优势是我们可以引入如此多不同的方法和如此多的人的专业知识。麦克布莱德真的很了不起。她愿意学习和投资所有这些不同的方法。

赵认为这整个研究项目是一个不可思议的合作。我们处理了这么多证据，现在又被合并成一个连贯的故事，需要这么多不同的专业知识。(100yiyao.com)

参考资料：

1.赵等。自然，2022，doi :10.1038/s 41586-022-04675-4。

2.蚊子的大脑是如何对人类的气味进行编码从而找到我们的

https://www . Princeton . edu/news/2022/05/04/how-mosquito-brains-encode-human-odor-so-them-see-us-out

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