Lukitukset Massachusettsissa – Miksi hyttystutkimus on tärkeämpää kuin uskot

Massachussetsin Plymouthin kaupunki on asettanut yölukituksen sulkemalla puistonsa ja pellonsa. Viranomaiset sen sijaan suosittelevat ulkoista yökielltoa vastauksena itäiseen hevosenkefalitteeseen (EEE), harvinaiseen mutta henkeä uhkaavaan hyttysten levittämään tautiin.

Muutama viikko sitten Massachusettsin terveysviranomaiset ilmoittivat ensimmäisestä ihmistapauksesta tautiin vuodesta 2020 lähtien Yhdysvaltain osavaltiossa.

Viime viikonloppuna Plymouth julisti julkisten ulkoilurekretiivisten tilojen sulkemisen hämärästä aamunkoittoon sen jälkeen, kun hevonen tarttui tautiin. Myös muut kaupungit kehottavat ihmisiä välttämään ulkoilua yöllä syyskuun loppuun asti, kun viranomaiset varoittivat, että neljä muuta kaupunkia on myös “kriittisessä riskissä”.

Koko osavaltiossa suositellaan myös hyttyskarkotteiden käyttöä ja seisovan veden poistamista. Tämä tapahtui sen jälkeen, kun Oxfordissa asunut mies sai tartunnan, jonka perhe raportoi “kauheista fyysisistä ja emotionaalisista seurauksista, riippumatta siitä, selviääkö henkilö”, totesi kaupunginjohtaja Jennifer Callahan.

Viruksen läsnäolo ‘The Bay State’ -osavaltiossa vahvistettiin viime kuussa hyttysten näytteessä. Hyttysten näytetutkimukset Connecticutissa ja Rhode Islandissa ovat myös olleet positiivisia EEE:lle. Samaan aikaan yksi ihmistapaus EEE:stä on raportoitu myös New Jerseyn ja Vermontin osavaltioissa tänä vuonna, Massachusettsin lisäksi.

Vuonna 2019 Massachusettsissa tapahtunut tautiepidemia johti kuuteen kuolemaan 12:sta vahvistetusta tapauksesta, ja se jatkui seuraavana vuonna uusilla tapauksilla.

Osavaltion terveysosasto on ilmoittanut, että Massachusettsissa EEE-epidemiat tapahtuvat 10–20 vuoden välein, ja ne kestävät kaksi–kolme vuotta.

EEE:lle ei ole hoitoja tai rokotteita. Yhdysvaltain tautien torjunta- ja ehkäisykeskuksen (CDC) mukaan noin 30 % tartunnan saaneista kuolee, ja selviytyjät kärsivät usein pysyvistä vammoista.

Virus voi aiheuttaa päänsärkyä, kuumetta, oksentelua, ripulia, uneliaisuutta, kouristuksia ja käyttäytymismuutoksia. Useimmat tautiin tarttuneet eivät kuitenkaan kehitä oireita. Lisäksi kaikki ikäryhmät ovat alttiita EEE:lle, mutta alle 15-vuotiaat ja yli 50-vuotiaat ovat suurimmassa riskissä.

Yhdysvalloissa CDC:n mukaan raportoidaan vain muutamia EEE-tapauksia vuodessa, tyypillisesti Itä- tai Golfin rannikon osavaltioissa.

Tauti on itse asiassa yleinen linnuissa, ja vaikka ihmiset voivat saada sen, he eivät levitä sitä. Tämä tappava virus leviää yleensä ihmisille tartunnan saaneen hyttysen puremasta.

Tämä ei ole ensimmäinen kerta, kun hyttyset aiheuttavat ongelmia. Itse asiassa ne ovat vastuussa maapallon väestön puoleen kuoleman aiheuttamisesta yli 200 000 vuoden aikana.

Kuten olemme raportoineet aiemmassa artikkelissamme, hyttyset, jotka ovat olleet tällä planeetalla yli 100 miljoonaa vuotta, saavuttivat vuonna 2019 valtavan 100 triljoonan populaation. Nämä luvut ovat kasvamassa tulevaisuudessa urbanisaation ja riittämättömien hyttyskontrollitoimien vuoksi. Ilmastonmuutos myös edistää niiden kasvua, sillä hyttyset menestyvät lämpimässä ja kosteassa ilmastossa.

Kun otetaan huomioon niiden valtava määrä ja rooli tappavien tautien levittämisessä, on ratkaisevan tärkeää ymmärtää syvemmin, miten hyttyset toimivat, ja tutkia tehokkaita keinoja näiden tautien ehkäisemiseksi. Juuri tätä viimeisin tutkimus pyrkii saavuttamaan. 

Kuinka hyttyset seuraavat ihmisiä: Infrapunan rooli

Hyttyksiin liittyvät taudit vaikuttavat satoihin miljooniin ihmisiin vuosittain, ja yksi erityinen laji, Aedes aegypti, on tärkein virusten, jotka aiheuttavat keltakuumetta, chikungunyä ja Zikaa, kantaja. Se on myös vastuussa denguekuumeesta, josta raportoidaan yli 100 miljoonaa tapausta vuosittain. 

Anopheles gambiae on toinen hyttyslaji, joka levittää malariaa aiheuttavaa loista. Tämä henkeä uhkaava tauti aiheuttaa yli 400 000 kuolemaa vuodessa WHO:n mukaan, ja sen hoitotoimenpiteet ovat saaneet Nobelin palkintoja.

Nämä luvut ovat antaneet hyttysille lempinimen ‘kuolevaisin petomme’, mutta miten ne pystyvät tähän? Yli vuosisadan ajan tiedemiehet ovat tutkineet, miten hyttyset löytävät isäntänsä, ja on havaittu, että nämä hyönteiset luottavat eri aisteihinsa eri etäisyyksillä tiedon keräämiseen.

Nyt UC Santa Barbaran tutkijat ovat löytäneet tärkeän vihjeen, joka auttaa hyttysiä paikantamaan isäntänsä, mukaan lukien sen sijainnin ja biokemiallisen toiminnan.

Tämä vihje on infrapunan havaitseminen. Kyllä, sama kyky, joka löytyy yökuvakameroistasi, avaruuslennoista, ja on keskeinen osa spektrianalyysiä, liekinantureita ja kaasuanalysaattoreita. 

Hyttyset syntyvät luonnostaan kyvyllä löytää isäntänsä. Tiedämme jo, että naarashyttys tarvitsee verta munien kehittymiseen, ja ne yhdistävät useita vihjeitä, kuten ihon hajua, visuaalisia signaaleja ja hengityksestä peräisin olevaa CO2:ta. Kaikki nämä vihjeet havaitaan eri etäisyyksillä.

Viimeisin tutkimus, julkaistu Nature-lehdessä, osoittaa, että Aedes aegypti:n aistivarastossa on vielä yksi vihje, jota ne käyttävät ihmisten löytämiseen. Tutkimuksen mukaan tämä laji havaitsee kohteistaan säteilevän infrapunasäteilyn (IR) ja käyttää tätä tietoa yhdessä muiden vihjeiden kanssa erittäin tehokkaaseen keskitason navigointiin. Tutkimus totesi:

“Se, että lämpöinen IR-säteily on erinomainen keskitason suunnistusvihje, laajentaa ymmärrystämme siitä, miten hyttyset ovat poikkeuksellisen tehokkaita isäntien paikantamisessa.” 

Tutkimus valitsi Aedes aegypti -lajin noin 3 500 hyttyslajin joukosta, koska se on “poikkeuksellisen taitava löytämään ihmisen isäntiä”, ja tämä tutkimus selittää, miten nämä hyttyset pystyvät tähän, sanoi yhteisjohtava tekijä Nicolas DeBeaubien, postdoc-tutkija UCSB:ssä professori Craig Montellin laboratoriossa. 

Tämä invasiivinen hyttyslaji levittää flavivirusia, vektorivälitteistä RNA-virusta, joka aiheuttaa henkeä uhkaavia oireita kuten hemorraagista kuumetta ja enkefalaattia, vaikuttaen merkittävään osaan maailman väestöstä. 

Sen sijaan, että ne käyttäisivät yhtä ainoaa ärsykettä, mikä usein ei riitä erottamaan ihmisiä muista kohteista, nämä hyttyslajit yhdistävät useita vihjeitä paikantaakseen ja navigoidakseen kohti ihmisiä.

Yhden vihjeen käyttäminen itse asiassa lisää hyttysen reaktiivisuutta muihin isäntästä peräisin oleviin ärsykkeisiin. Esimerkiksi uloshengitetyn CO2:n havaitseminen lisää niiden liikkumista, mikä puolestaan nostaa reaktiivisuutta visuaalisiin vihjeisiin. Kuitenkin jokaisella näistä vihjeistä on myös rajoituksensa.

Aedes aegypti:lla on heikko näkökyky, mikä rajoittaa sen kykyä erottaa isäntiä. Lisäksi hajuvihjeiden tehokkuus on rajoitettu tuulen tai ihmisen isännän nopean liikkeen vuoksi, mikä häiritsee niiden seurantaa. 

Tutkijat jatkoivat etsimällä, mikä tekee niistä havaitsevan luotettavamman suunnistusvihjeen, ja näin he löysivät infrapunasäteilyn. Kun hyttyset ovat lähellä ihon pintaa, 10 cm:n etäisyydellä, ne havaitsevat nousevan lämmön ja tuntevat lämpötilan juuri laskeutuessaan.

Kun otetaan huomioon, että muut eläimet, kuten kyykäärmeet ja vampyyrikorpit, voivat aistia lämpöIR:ää lämpimästä saaliista, oli järkevää tutkia, onko Aedes aegypti -hyttysillä sama kyky.

Testaamiseksi naarashyttysiä asetettiin häkkiin, jossa oli kaksi vyöhykettä. Molemmat vyöhykkeet altistettiin CO2:lle ihmisen hengityksen ja hajujen samassa pitoisuudessa; kuitenkin toinen vyöhykkeistä altistettiin myös IR:lle, jonka lähde oli ihon lämpötilassa. Tutkijat laskivat sitten hyttysten määrän, jotka alkoivat pistellä kuin etsien verisuonta.

Lämpöisen IR:n lisääminen 34 °C:n lähteestä kaksinkertaisti hyttysten isäntäetsintäaktiivisuuden, ja se pysyi tehokkaana jopa 2,5 jalan etäisyydellä.

“Mitä minua eniten hämmästytti tässä työssä, oli kuinka vahvaksi vihjeeksi IR osoittautui. Kun saimme kaikki parametrit juuri oikeiksi, tulokset olivat kiistatta selkeitä.”

– DeBeaubien

Vaikka aiemmat tutkimukset eivät huomanneet lämpöIR:n vaikutusta hyttysten käyttäytymiseen, vanhempi tekijä Craig Montell uskoo sen johtuvan menetelmästä. Tiedemiehet saattavat yrittää eristää lämpöIR:n vaikutuksen esittämällä vain infrapunasignaalin. 

Tämä ei toimi, koska yksittäinen vihje sinänsä ei stimuloi hyönteisen isäntäetsintäaktiivisuutta, vaan “vain muiden vihjeiden kontekstissa”, sanoi Montell, NSF:n Presidentin nuoren tutkijan palkinnon ja Dugganin sekä erinomaisen professorin Molekyylisen, solullisen ja kehitysbiologian alalta. 

Kun puhutaan lämpöIR-säteilystä, hyttyset eivät havaitse sitä samalla tavalla kuin näkyvää valoa, koska IR-energia on liian alhainen rhodopsiini-proteiinien aktivoimiseksi, jotka havaitsevat näkyvän valon eläinten silmissä.

Nyt kysymys on, miten se sitten toimii. Tässä kohtaa hyttysten antennit tulevat kuvaan. Antennien kärjet tunnetaan lämpöä havaitsevina neuroneina, ja kun tiimi poisti nämä kärjet, he havaitsivat, että se poisti myös hyönteisen IR-havaintokyvyn.

TRPA1, lämpötilaan herkkä proteiini, on löydetty erillisessä laboratoriossa antennin päässä. UCSB:n tiimi havaitsi, että niillä, joilla ei ole toimivaa trpA1-geeniä, ei ollut kykyä havaita IR:ää.

Näin hyttyset voivat havaita infrapunasäteilyn käyttämällä TRPA1:ta. Mutta se ei ole kaikki. Parillinen rhodopsiineja, jotka ovat herkkiä pienille lämpötilan nousuille, ilmaistaan samassa antennin neuronissa kuin TRPA1, mikä mahdollistaa hyttysten menestyksen IR-havainnossa pitkän matkan päässä.

Tiimi osoitti tämän, kun he poistasivat TRPA1:n, mikä poisti hyttysten herkkyyden IR:lle. Tämä ei kuitenkaan päde hyönteisiin, joilla on ongelmia jommankumman rhodopsinin kanssa. Vaikka molempien rhodopsinien poistaminen yhdessä ei täysin poistanut niiden herkkyyttä IR:lle, se heikensi merkittävästi niiden aistia.

Tutkimustulokset osoittavat, että voimakas lämpöIR aktivoi suoraan TRPA1:n, kun taas rhodopsinit (Op1 ja Op2) aktivoituvat matalilla lämpöIR-tasoilla, mikä puolestaan laukaisee epäsuorasti TRPA1:n. Koska ihon lämpötila on vakio, TRPA1:n herkkyys kasvaa, mikä laajentaa hyttysen IR-anturin kantamaa noin 2,5 jalkaan.

Tämän löydön myötä tutkimus pyrkii lisäämään mahdollisuutta kehittää strategioita, jotka häiritsevät tätä houkuttelevuutta, ja suunnitella tehokkaampia vieheitä. DeBeaubien mukaan:

“Huolimatta niiden pienestä koosta, hyttyset ovat vastuussa enemmän ihmiskuolemista kuin mikään muu eläin. Tutkimuksemme syventää ymmärrystä siitä, miten hyttyset kohdistavat ihmisiin, ja tarjoaa uusia mahdollisuuksia hyttysten levittämien tautien torjuntaan.”

Innovatiiviset lähestymistavat hyttyskontrolliin: Mitä tulevaisuus tuo mukanaan

Noin vuosi sitten Johns Hopkinsin malaria-tutkimuslaitoksen tutkijat julkaisi toisen artikkelin, jossa he tutkivat Aedes aegypti -biologiaa. He tarkensivat tärkeimmät tekijät Aedes aegypti:n immuunivasteessa, kun se on infektoitunut chikungunya-viruksella, dengue-viruksella, keltakuumeviruksella, Mayaro-viruksella ja Zika-viruksella, auttaakseen kehittämään parempia keinoja vähentää hyttysten ja ihmisten välistä tappavien virusten siirtymistä.

Tämä hyttyslaji ei kuole näihin viruksiin infektoituessaan, ja koska ne jatkavat normaalia ravinnonottoaan, ne siirtävät viruksen kuormansa meille. Mikä pitää nämä hyttyset terveinä virusten infektoituessa, on Argonaute 2 -proteiinia.

Hyttysissä proteiini toimii osana tärkeää antiviraalista mekanismia, jota kutsutaan pieneksi interferenssi-RNA (siRNA) -poluksi, joka tunnistaa ja tuhoaa virus-RNA:ita.

Ae. aegypti -hyttyset, joilla ei ole Ago2-geeniä, saavat siRNA-polun heikentyneeksi, mikä tekee arbovirusinfektiosta vakavamman. Tämän seurauksena hyttysten kyky siirtää viruksia laski dramaattisesti, kun ne kuolivat vain muutamassa päivässä infektion jälkeen.

SiRNA-antiviraalipolun heikentymisen lisäksi kohonnut kuolleisuus johtuu myös kahden muun Ago2:sta riippuvan prosessin, DNA:n korjauksen ja autofagian, häiriöistä. Ago2-puutteiset hyttyset, jotka altistettiin arboviruksille, kokivat laajaa DNA-vauriota, hyperinfektioita ja molekyylijätteen kertymistä kuoliin soluihin.

Löytö avaa mahdollisuuden tehdä hyttysistä vähemmän sietokykyisiä ja alttiimpia virusinfektiolle, mikä heikentää niiden kykyä levittää tautia.

Tiimi tutkii nyt keinoja muokata Ae. aegypti -hyttysiä testatakseen mahdollista uutta tautienhallintastrategiaa, jossa ne on suunniteltu sairastumaan ja kuolemaan malaria-infektioon.

Tällainen tutkimus voi myös auttaa muissa tutkimuksissa, kuten veren hyytymisen ongelman ratkaisussa. Kuten olemme aiemmin raportoineet, tutkijat loivat synteettisen molekyylin jäljitelläkseen hyttysissä löytyvää, mikä on mahdollista vain, jos ymmärrämme niiden biologiaa syvemmin.

Viime kuun toinen mielenkiintoinen ja oivaltava uusi tutkimus tarkasteli, mikä tekee hyttysistä niin nälkäisiä ihmisen verta kohtaan. Mikä mekanismi on tämän takana? Michael Strand, entomologi Georgiassa, Athenessa, havaitsi, että kahden hormonin pari toimii yhdessä aktivoidakseen tai tukahduttaakseen näitä verinhimoja.

Naarashytiset kuluttavat verta munien kehitykseen, ja kun ne ovat täynnä, ne menettävät ruokahalunsa, kunnes munivat munat.

Tutkimuksen aikana Strand havaitsi, että F(NPF)-hormonin, hyttysen suoliston hormonin, tasot nousivat, kun ne etsivät isäntää, mutta laskivat dramaattisesti, kun ne olivat lopettaneet ruokailun.

Niinpä Strand jatkoi tarkemmin analysoimalla enteroendokriinisoluja, jotka tuottavat suoliston hormonia, ja havaitsi, että NPF-tasot piikkasivat ennen hyttysten veriruokaa ja laskivat kuuden tunnin jälkeen. NPF-tasot myös määräsivät hyttysten kiinnostuksen ihmisiin. Ne eivät olleet kiinnostuneita ihmisen verestä ruokailun jälkeen, mutta suuntautuivat siihen heti muninnan jälkeen.

RYamide, toinen suoliston hormoni, havaittiin myös vaikuttavan hyttysten verinhimoon. RYamiden tasot nousevat, kun NPF-tasot laskevat ruokailun jälkeen, ja päinvastoin. Näin NPF ja RYamide yhdessä sekä kannustavat että tukahduttavat ihmisten ja muiden isäntien houkuttelevuutta hyttysille.

Tämän löydön myötä toivotaan kehittelevän uusia menetelmiä ja torjunta-aineita, jotka estävät hyttysten lisääntymisen sekä tautien leviämisen.

Tappavien tautien mahdollisen leviämisen vähentämiseksi tutkijat harkitsevat jopa täysin automatisoituja koneita kemikaalittomana ratkaisuna. Hyttysten poistaminen edellyttää myrkyllisten kemikaalien laajamittaista ruiskutusta, mikä vahingoittaa ihmisiä ja hyödyllisiä hyönteisiä, kuten perhosia ja mehiläisiä.

Niinpä tutkijat loivat robottilaitteen, joka pystyy tarkasti tunnistamaan ja sitten käyttämään laseja erottamaan urokset ja naaraat toukat erillisiin ryhmiin. Tutkimus kohdistuu lajeihin. 

“Näiden tekniikoiden laajamittainen käyttö tulee vaikuttamaan erittäin myönteisesti ympäristöön, koska hyttyskontrolli perustuu tällä hetkellä pääasiassa torjunta-aineiden käyttöön.”

– The study co-author Jérémy Bouyer

Tarkastellaan nyt kahta yritystä, jotka ovat aktiivisesti mukana hyttysten torjunnassa.

#1. Thermo Fisher Scientific 

Thermo Fisher Scientific (TMO ) on merkittävä edistyneiden tieteellisten ratkaisujen tarjoaja, joka tarjoaa diagnostisia työkaluja ja teknologioita vektorien hallintaan ja hyttysten välittämien tautien hallintaan. He tarjoavat olennaisia laitteita hyttysten populaatioiden tutkimiseen ja seurantaan sekä niiden levittämien tautien, kuten Zika, dengue ja malaria, tutkimiseen.

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

Precigen on kehittänyt geneettisesti muokattuja hyttysiä, joiden tavoitteena on vähentää hyttyspopulaatioita ja hillitä hyttysten välittämien tautien leviämistä. Tämä sisältää Oxitec-hyttysten luomisen, jotka on vapautettu eri alueilla taistelemaan esimerkiksi dengue- ja Zika-tauteja vastaan.

Yhteenveto 

Hyttyset ovat maailman tappavin eläin, jotka tappavat enemmän ihmisiä kuin mikään muu olento vuosittain. Ne voivat levittää viruksia ja loisia, jotka aiheuttavat tautia kuten dengue, malaria, keltakuume, Zika, chikungunya, West Nile -virus ja lymfaattinen filariaasi. 

Kun miljardi ihmistä saa näitä viruksia, tekijät kuten maailmanlaajuinen matkustaminen, ilmastonmuutos ja urbanisaatio johtavat hyttyspopulaatioiden ja niiden leviämisen kasvuun maailmanlaajuisesti. Tämä tekee välttämättömäksi, että tiedemiehet jatkavat niiden syvällistä ymmärtämistä, löytävät keinoja vähentää niiden määrää ja auttavat paremmin torjumaan hyttysten levittämiä tauteja terveemmän maailman varmistamiseksi.

Klikkaa tästä saadaksesi luettelon parhaista biotekniikkapörssiosakkeista.