الإغلاقات في ماساتشوستس – لماذا يعتبر بحث البعوض أكثر أهمية مما تدرك

مدينة بلايماوث في ماساتشوستس فرضت إغلاقًا ليليًا مع إغلاق حدائقها وحقولها. وفي الوقت نفسه توصي السلطات بفرض حظر تجوال ليلي في الهواء الطلق استجابةً لالتهاب الدماغ الخيلي الشرقي (EEE)، وهو مرض نادر لكنه مهدد للحياة ينتقل عبر البعوض.

قبل بضعة أسابيع، أعلن مسؤولو الصحة في ماساتشوستس عن أول حالة بشرية للمرض منذ عام 2020 في الولاية الأمريكية.

في نهاية الأسبوع الماضي، أعلنت بلايماوث إغلاق مرافق الترفيه العامة في الهواء الطلق من الغسق حتى الفجر بعد إصابة حصان بالمرض. وتحث مدن أخرى الناس على تجنب الخروج ليلاً حتى نهاية سبتمبر بعد أن حذرت السلطات من أن أربع مدن أخرى أيضًا في “خطر حرج”.

يُنصح الناس في جميع أنحاء الولاية أيضًا باستخدام طاردات البعوض وتصريف أي مياه راكدة. جاء ذلك بعد أن أصيب رجل في أوكسفورد بالفيروس، وأفاد عائلته بـ “عواقب جسدية وعاطفية فظيعة، بغض النظر عما إذا كان الشخص سيبقى على قيد الحياة”، حسب ما صرحت به مديرة البلدية جينيفر كالاهان.

تم تأكيد وجود الفيروس في ‘ولاية الخليج’ في الواقع الشهر الماضي في عينة من البعوض. كما أظهرت اختبارات عينات البعوض في كونيتيكت وروود آيلند نتائج إيجابية للـ EEE. وفي الوقت نفسه، تم الإبلاغ عن حالة بشرية واحدة من الـ EEE في كل من نيوجيرسي وفيرمونت هذا العام، بالإضافة إلى ماساتشوستس.

في عام 2019، أدى تفشي المرض في ماساتشوستس إلى وفاة ستة أشخاص من بين 12 حالة مؤكدة واستمر في العام التالي مع حالات إضافية.

صرح قسم الصحة العامة بالولاية أن ماساتشوستس تشهد تفشيًا للـ EEE كل 10 إلى 20 سنة، ويستمر لمدة سنتين إلى ثلاث سنوات.

لا توجد علاجات أو لقاحات للـ EEE. وفقًا لمراكز السيطرة على الأمراض والوقاية منها (CDC)، يموت حوالي 30٪ من المصابين، وغالبًا ما يعاني الناجون من إعاقات دائمة.

يمكن للفيروس أن يسبب صداعًا، حمى، قيئًا، إسهالًا، نعاسًا، نوبات، وتغييرات سلوكية. ومع ذلك، لا تُظهر معظم الأشخاص المصابين بالمرض أعراضًا. علاوة على ذلك، الأشخاص من جميع الأعمار عرضة للـ EEE، لكن الفئات التي تقل أعمارها عن 15 عامًا وتلك التي تزيد عن 50 عامًا هي الأكثر عرضة للخطر.

في الولايات المتحدة، تُبلغ عن عدد قليل فقط من حالات الـ EEE كل عام، وفقًا لـ CDC، عادةً في ولايات الساحل الشرقي أو خليج المكسيك.

المرض شائع فعليًا بين الطيور، وعلى الرغم من أن البشر يمكن أن يصابوا به، إلا أنهم لا ينقلونه. عادةً ما ينتقل هذا الفيروس القاتل إلى البشر عبر لدغة بعوضة مصابة.

هذه ليست المرة الأولى التي يسبب فيها البعوض المتاعب. في الواقع، كانوا مسؤولين “عن وفاة نصف سكان الأرض” على مدى 200,000 سنة.

كما أبلغنا في مقالتنا السابقة، البعوض، الذي يعيش على هذا الكوكب لأكثر من 100 مليون سنة الآن، وصل عددهم إلى 100 تريليون في عام 2019. “هذه الأعداد من المتوقع أن تزيد” في المستقبل بسبب التحضر والجهود غير الكافية لمكافحة البعوض. كما يساهم تغير المناخ في نموهم حيث يزدهر البعوض في الطقس الدافئ والرطب.

نظرًا لكثافتهم السكانية الضخمة ودورهم في انتشار الأمراض المميتة، من الضروري فهم كيفية عمل البعوض بعمق واستكشاف طرق فعالة لمنع هذه الأمراض. وهذا بالضبط ما تهدف إليه الأبحاث الحديثة.

كيف يتعقب البعوض البشر: دور الكشف بالأشعة تحت الحمراء

تؤثر الأمراض التي ينقلها البعوض على مئات الملايين من الناس كل عام، حيث يُعد نوع Aedes aegypti الناقل الرئيسي للفيروسات التي تسبب الحمى الصفراء، والشيكونغونيا، وزيكا. وهو أيضًا مسؤول عن حمى الضنك، التي تُبلغ عن أكثر من 100 مليون حالة سنويًا.

أنوفيلس جامبي هو نوع آخر من البعوض مسؤول عن نقل الطفيلي المسبب للملاريا. هذا المرض المهدد للحياة يسبب أكثر من 400,000 وفاة كل عام، وفقًا لمنظمة الصحة العالمية، وهو موضوع جهود علاجية فازت بجوائز نوبل.

هذه الأرقام منحت البعوض لقب ‘أقوى مفترس لنا’، لكن كيف يتمكنون من ذلك؟ لأكثر من قرن، يبحث العلماء في كيفية إيجاد البعوض لمضيفيه، وتبين أن هذه الحشرات تعتمد على حواسها المختلفة على مسافات مختلفة لجمع المعلومات.

الآن، اكتشف باحثون من جامعة كاليفورنيا في سانتا باربارا دليلًا مهمًا يساعد البعوض على تحديد موقع مضيفيه، بما في ذلك مكانه وكيفية عمله على المستوى الكيميائي الحيوي.

هذا الدليل هو الكشف بالأشعة تحت الحمراء. نعم، نفس القدرة الموجودة في كاميرات الرؤية الليلية، والبعثات الفضائية، وهي المكون الأساسي لتحليل الطيف، وأجهزة استشعار اللهب، ومحللات الغازات.

يولد البعوض بطبيعة الحال بقدرة على العثور على مضيفيه. نعلم بالفعل أن إناث البعوض تحتاج إلى الدم لتطوير البيض، وأنها تدمج إشارات متعددة مثل رائحة الجلد، والمرئيات، وثاني أكسيد الكربون من التنفس. تُستشعر كل هذه الإشارات على مسافات مختلفة.

الدراسة الأخيرة، نُشرت في Nature، تُظهر أن هناك إشارة أخرى في ترسانة الحواس لـ Aedes aegypti يستخدمونها للعثور على البشر. وفقًا للدراسة، يستشعر هذا النوع الأشعة تحت الحمراء (IR) الصادرة عن أهدافهم ويستخدم هذه المعلومات بالاشتراك مع إشارات أخرى للملاحة الفعّالة في المدى المتوسط. أشارت الدراسة إلى:

“إدراك أن الإشعاع الحراري تحت الأحمر هو إشارة توجيهية متميزة في المدى المتوسط يوسع فهمنا لكيفية قدرة البعوض على تحديد المضيفين بدقة فائقة.”

اختارت الدراسة Aedes aegypti من بين حوالي 3,500 نوع من البعوض لكونها “بارعة استثنائيًا في العثور على مضيفي البشر”، وتشرح هذه الدراسة كيف يمكن لهذه البعوضات تحقيق ذلك، وفقًا لكو-ليد المؤلف نيكولاس ديبوبين، الباحث ما بعد الدكتوراه في جامعة UCSB في مختبر الأستاذ كريغ مونتيل.

ينقل هذا النوع الغازي من البعوض الفلافيفيروسات، وهي فيروس RNA ينتقل عبر النواقل ويسبب أعراضًا مهددة للحياة مثل الحمى النزفية والالتهاب الدماغي، مما يؤثر على نسبة كبيرة من سكان العالم.

بدلاً من الاعتماد على محفز واحد، والذي غالبًا ما يكون غير كافٍ للتمييز بين البشر والأهداف الأخرى، تدمج هذه الأنواع من البعوض إشارات متعددة لتحديد الموقع والتنقل نحو البشر.

استخدام إشارة واحدة يزيد فعليًا من استجابة البعوض للمحفزات الأخرى المستمدة من المضيف. على سبيل المثال، اكتشاف ثاني أكسيد الكربون المنبعث من الزفير يعزز نشاطهم الحركي، مما يزيد من استجابتهم للإشارات البصرية. ومع ذلك، كل من هذه الإشارات لها حدود أيضًا.

تتمتع Aedes aegypti بضعف حدة بصرية، مما يحد من فائدتها في التمييز بين المضيفين. ثم هناك الإشارات الشمية، التي يحد من فعاليتها الرياح أو حركة المضيف البشري السريعة، مما يشتت انتباهها.

لذلك، بحث مؤلفو الدراسة عن ما يجعلهم يكتشفون إشارة توجيهية أكثر موثوقية، وهنا وجدوا الأشعة تحت الحمراء. عندما يكون البعوض قريبًا من سطح الجلد، على مسافة 10 سم، يكتشف الحرارة الصاعدة ويستشعر درجة الحرارة كما لو أنه يلمس الجلد.

نظرًا لأن حيوانات أخرى مثل الأفاعي ذات الحفر والخفافيش المصاصة للدم يمكنها استشعار الأشعة تحت الحمراء الحرارية من الفريسة الدافئة، كان من المنطقي النظر فيما إذا كانت Aedes aegypti تمتلك القدرة نفسها.

لاختبار ذلك، وُضعت إناث البعوض في قفص يحتوي على منطقتين. تعرضت كلتا المنطقتين لثاني أكسيد الكربون بتركيز مماثل لتنفس الإنسان وروائح الإنسان؛ ومع ذلك، تعرضت إحدى المنطقتين أيضًا لأشعة تحت حمراء من مصدر بدرجة حرارة الجلد. ثم قام الباحثون بعد عدد البعوضات التي بدأت في البحث كما لو كانت تبحث عن وعاء دم.

إضافة الأشعة تحت الحمراء الحرارية من مصدر بدرجة 34º مئوية ضاعفت نشاط البحث عن المضيف لدى الحشرات، وظلت فعّالة حتى مسافة 2.5 قدم.

“ما أثار انتباهي أكثر في هذا العمل هو مدى قوة إشارة الأشعة تحت الحمراء. بمجرد أن ضبطنا جميع المعلمات بشكل صحيح، كانت النتائج واضحة بلا شك.”

– ديبوبين

بينما لم تلاحظ الدراسات السابقة أي تأثير للأشعة تحت الحمراء الحرارية على سلوك البعوض، يعتقد المؤلف الرئيسي كريغ مونتيل أن ذلك قد يكون بسبب المنهجية. قد يحاول العلماء عزل تأثير الأشعة تحت الحمراء الحرارية من خلال تقديم إشارة تحت حمراء فقط.

هذا لا يعمل لأن إشارة واحدة بمفردها لا تحفز نشاط البحث عن المضيف لدى الحشرة، بل “فقط في سياق إشارات أخرى”، حسب قول مونتيل، الحاصل على جائزة NSF للباحث الشاب الرئاسي وأستاذ دوغان المتميز في علم الأحياء الجزيئية والخلوي والتنمية.

فيما يتعلق بالأشعة تحت الحمراء الحرارية، لا يستطيع البعوض اكتشافها بنفس الطريقة التي يكتشف بها الضوء المرئي لأن طاقة الأشعة تحت الحمراء منخفضة جدًا لتفعيل بروتينات الرودوبسين التي تكتشف الضوء المرئي في عيون الحيوانات.

الآن، السؤال هو كيف يعمل ذلك. هنا يأتي دور هوائيات البعوض. من المعروف أن أطراف الهوائيات تحتوي على خلايا عصبية حساسة للحرارة، وعندما أزال الفريق هذه الأطراف، وجدوا أن ذلك ألغى قدرة الحشرة على اكتشاف الأشعة تحت الحمراء.

تم العثور على بروتين حساس للحرارة يُدعى TRPA1 في مختبر منفصل في نهاية الهوائي. ولاحظ فريق UCSB أن تلك التي لا تملك جين trpA1 الوظيفي لا تستطيع اكتشاف الأشعة تحت الحمراء.

إذن، يمكن للبعوض اكتشاف الأشعة تحت الحمراء باستخدام TRPA1. لكن هذا ليس كل شيء. هناك بعض الرودوبسينات التي تكون حساسة لارتفاع طفيف في درجة الحرارة وتُعبر أيضًا في نفس الخلايا العصبية الهوائية مع TRPA1، وهذا ما يسمح للبعوض بالنجاح في اكتشاف الأشعة تحت الحمراء على مسافات طويلة.

أظهر الفريق ذلك عندما ألغوا جين TRPA1، مما أزال حساسية البعوض للأشعة تحت الحمراء. ومع ذلك، لم يكن الحال نفسه بالنسبة للحشرات التي تعاني من مشاكل في أحد الرودوبسينات. بينما لم يُزيل إلغاء كلا الرودوبسينين معًا حساسية البعوض تمامًا، إلا أنه أضعف حاستهم بشكل كبير.

تشير نتائج الدراسة إلى أن الأشعة تحت الحمراء الحرارية المكثفة تنشط مباشرةً بروتين TRPA1، بينما تُنشّط الرودوبسينات (Op1 و Op2) عند مستويات منخفضة من الأشعة تحت الحمراء، مما يُحفّز TRPA1 بشكل غير مباشر. نظرًا لأن درجة حرارة جلدنا ثابتة، فإن حساسية TRPA1 تُعزز، مما يوسّع نطاق مستشعر الأشعة تحت الحمراء للبعوض إلى حوالي 2.5 قدم.

مع هذا الاكتشاف، تهدف الدراسة إلى زيادة إمكانية تطوير استراتيجيات للتدخل في هذا الجذب وتصميم طعوم أكثر فعالية. وفقًا لديبوبين:

“على الرغم من صغر حجمها، فإن البعوض مسؤول عن عدد أكبر من الوفيات البشرية مقارنة بأي حيوان آخر. تعزز أبحاثنا فهمنا لكيفية استهداف البعوض للبشر وتفتح آفاقًا جديدة للسيطرة على انتقال الأمراض التي ينقلها البعوض.”

نهج مبتكرة للسيطرة على البعوض: ما يخبئه المستقبل

منذ حوالي عام، درست ورقة أخرى من باحثي معهد جونز هوبكنز لأبحاث الملاريا “بيولوجيا Aedes aegypti”. وقد فصّلت العوامل الرئيسية في الاستجابة المناعية لـ Aedes aegypti عند إصابتها بفيروس الشيكونغونيا، وفيروس الضنك، وفيروس الحمى الصفراء، وفيروس مايارو، وفيروس زيكا، للمساعدة في إنشاء طرق أفضل لتقليل انتقال الفيروسات المميتة من البعوض إلى الإنسان.

هذا النوع من البعوض لا ينهار أمام هذه الفيروسات عند إصابته، وبما أنه يواصل تغذيته الطبيعية، ينقل شحنته الفيروسية إلينا. ما يحافظ على صحة هذه البعوضات رغم إصابتها بالفيروسات هو بروتين Argonaute 2.

في البعوض، يعمل هذا البروتين كجزء من آلية مضادة للفيروسات حاسمة تُعرف بمسار RNA المتداخل الصغير (siRNA)، الذي يتعرف على RNA الفيروسات ويدمره.

البعوض من نوع Ae. aegypti الذي يفتقر إلى جين Ago2 يعاني من ضعف مسار siRNA، مما يجعل العدوى بالفيروسات أكثر شدة. بدلاً من ذلك، انخفضت قدرة البعوض على نقل الفيروسات بشكل كبير حيث توفيوا خلال أيام قليلة من الإصابة.

بالإضافة إلى تضرر مسار siRNA المضاد للفيروسات، فإن الارتفاع في معدل الوفيات يُعزى أيضًا إلى عيوب في عمليتين أخريين تعتمد على Ago2: إصلاح DNA والالتهام الذاتي. تعرض البعوضات التي تفتقر إلى Ago2 للفيروسات إلى أضرار واسعة في DNA، وإصابات مفرطة، وتراكم نفايات جزيئية في الخلايا الميتة.

يفتح هذا الاكتشاف بابًا لجعل البعوض أقل تحملًا وأكثر حساسية للعدوى الفيروسية لتقليل قدرتهم على نقل المرض.

الفريق الآن يستكشف طرقًا لتعديل Ae. aegypti لاختبار استراتيجية جديدة محتملة للسيطرة على الأمراض حيث يتم تعديلها لتصبح مريضة وتنهار تحت عدوى الملاريا.

يمكن لهذا البحث أيضًا أن يساعد في دراسات أخرى مثل إيجاد حلول لمشكلة تجلط الدم. كما أبلغنا سابقًا، أنشأ الباحثون في الواقع أنشأوا جزيئًا صناعيًا يحاكي أحد الجزيئات الموجودة في البعوض، وهو ما لا يمكن تحقيقه إلا إذا كان لدينا فهم أعمق لبيولوجيتهم.

دراسة جديدة أخرى مثيرة ومفيدة من الشهر الماضي نظرت في ما يجعل البعوض جائعًا جدًا لدم الإنسان. ما هو الآلية وراء ذلك بالضبط؟ وجد مايكل ستراند، عالم الحشرات من جامعة جورجيا في أثينا، أن زوجًا من الهرمونات يعملان معًا لتفعيل أو كبح هذه الرغبة في الدم.

تتناول الإناث الدم لتطوير بيضها، وبمجرد أن تشبع، تفقد شهيتها حتى تضع البيض.

خلال البحث، لاحظ ستراند أن مستويات F(NPF)، وهو هرمون أمعاء البعوض، ارتفعت بشكل كبير عندما كانوا يبحثون عن مضيف، ثم انخفضت بشكل حاد بمجرد انتهاءهم من الوجبة.

لذلك، واصل ستراند تحليل الخلايا الصماوية التي تنتج هرمون الأمعاء، ووجد أن مستويات NPF ارتفعت قبل أن يتغذى الحشرات على الدم وانخفضت بعد ست ساعات. كما حددت مستويات NPF اهتمام الحشرات بالبشر. لم يكونوا مهتمين بدم الإنسان بعد وجبتهم، لكنهم عادوا إليه بعد وضع البيض.

تم العثور أيضًا على RYamide، وهو هرمون أمعاء آخر، يؤثر على شهوة الدم لدى البعوض. ترتفع مستويات RYamide عندما تنخفض مستويات NPF بعد الوجبة والعكس صحيح. لذا، يعمل كل من NPF وRYamide معًا لتشجيع وكبح جذب البشر والمضيفين الآخرين للبعوض.

مع هذا الاكتشاف، يُأمل في تطوير طرق ومبيدات جديدة لمنع تكاثر البعوض وكذلك نقل الأمراض.

للحد من انتشار الأمراض المميتة، يفكر الباحثون حتى في آلات مؤتمتة بالكامل كطريقة خالية من المواد الكيميائية لتحقيق ذلك. إن القضاء على البعوض يتضمن رش مواد كيميائية سامة على نطاق واسع، مما يضر البشر ويؤذي الحشرات المفيدة مثل الفراشات والنحل.

لذلك، أنشأ الباحثون جهازًا روبوتيًا يمكنه تحديد الهوية بدقة ثم استخدام نظارات لفرز يرقات الذكور والإناث إلى مجموعات منفصلة. تستهدف الدراسة الأنواع الغازية من البعوض.

“توسيع استخدام هذه التقنيات سيؤدي إلى تأثيرات بيئية إيجابية جدًا، حيث إن السيطرة على البعوض تعتمد حاليًا أساسًا على استخدام المبيدات الحشرية.”

– جيري مي بوييه، المؤلف المشارك للدراسة

الآن، دعونا نلقي نظرة على شركتين تشاركان بنشاط في مكافحة تهديد البعوض.

#1. Thermo Fisher Scientific 

Thermo Fisher Scientific (TMO ) هي مزود رئيسي للحلول العلمية المتقدمة، تقدم أدوات تشخيصية وتقنيات للسيطرة على النواقل وإدارة الأمراض التي ينقلها البعوض. توفر معدات أساسية لأبحاث وتعقب أعداد البعوض والأمراض التي ينقلونها، بما في ذلك زيكا، الضنك، والملاريا.

#2. Precigen, Inc. ( Previously known as Intrexon Corporation)

قامت Precigen بتطوير بعوض معدّل وراثيًا يهدف إلى تقليل أعداد البعوض والحد من انتقال الأمراض التي ينقلها البعوض. يشمل ذلك إنشاء بعوض Oxitec، الذي تم إطلاقه في مناطق مختلفة لمكافحة أمراض مثل الضنك وزيكا.

الخلاصة 

البعوض هو أكثر الحيوانات فتكًا في العالم، حيث يقتل عددًا أكبر من الناس مقارنة بأي مخلوق آخر كل عام. يمكنه نقل فيروسات وطفيليات تسبب أمراضًا مثل الضنك، الملاريا، الحمى الصفراء، زيكا، الشيكونغونيا، غرب النيل، والفيلاريا اللمفاوية.

بينما يصاب مليار شخص بهذه الفيروسات، فإن عوامل مثل السفر العالمي، وتغير المناخ، والتحضر تؤدي إلى زيادة أعداد البعوض وانتشارها في جميع أنحاء العالم. وهذا يجعل من الضروري أن يواصل العلماء فهمهم على مستوى أعمق، وإيجاد طرق لتقليل أعدادهم، والمساعدة في مكافحة الأمراض التي ينقلها البعوض لضمان عالم أكثر صحة.

انقر هنا للحصول على قائمة بأفضل أسهم التكنولوجيا الحيوية.