Penguncian di Massachusetts – Mengapa Penelitian Nyamuk Lebih Penting daripada yang Anda Sadari

Kota Plymouth di Massachusetts telah diberlakukan penguncian malam hari sambil menutup taman dan lapangannya. Sementara itu, otoritas merekomendasikan jam malam di luar ruangan sebagai respons terhadap ensefalitis kuda timur (EEE), penyakit langka namun mengancam jiwa yang dibawa oleh nyamuk.

Beberapa minggu yang lalu, pejabat kesehatan Massachusetts mengumumkan kasus manusia pertama penyakit ini sejak 2020 di negara bagian AS.

Akhir pekan lalu, Plymouth mengumumkan penutupan fasilitas rekreasi luar ruangan publik dari senja hingga fajar setelah seekor kuda terinfeksi penyakit tersebut. Kota-kota lain juga mendesak warga untuk tidak keluar pada malam hari hingga akhir September setelah otoritas memperingatkan bahwa empat kota lainnya juga berada dalam “risiko kritis”.

Warga di seluruh negara bagian juga disarankan untuk menggunakan obat nyamuk dan mengeringkan semua genangan air. Hal ini muncul setelah seorang pria di Oxford terjangkit virus, yang keluarganya melaporkan “konsekuensi fisik dan emosional yang mengerikan, terlepas apakah orang tersebut berhasil bertahan hidup,” kata manajer kotanya Jennifer Callahan.

Kehadiran virus di ‘The Bay State’ sebenarnya dikonfirmasi bulan lalu dalam sampel nyamuk. Pengujian sampel nyamuk di Connecticut dan Rhode Island juga menunjukkan hasil positif untuk EEE. Sementara itu, satu kasus manusia EEE juga dilaporkan di New Jersey dan Vermont tahun ini, selain di Massachusetts.

Pada tahun 2019, wabah di Massachusetts menyebabkan enam kematian dari 12 kasus terkonfirmasi dan berlanjut ke tahun berikutnya dengan kasus tambahan.

Departemen Kesehatan Masyarakat negara bagian menyatakan bahwa Massachusetts mengalami wabah EEE setiap 10 hingga 20 tahun, dan berlangsung selama dua hingga tiga tahun.

Tidak ada pengobatan atau vaksin untuk EEE. Menurut Centers for Disease Control and Prevention (CDC), sekitar 30% orang yang terinfeksi meninggal, dan penyintas sering menderita kecacatan permanen.

Virus ini dapat menyebabkan sakit kepala, demam, muntah, diare, rasa mengantuk, kejang, dan perubahan perilaku. Namun, kebanyakan orang yang terinfeksi penyakit ini tidak menunjukkan gejala. Selain itu, orang dari segala usia rentan terhadap EEE, tetapi mereka yang berusia di bawah 15 tahun dan di atas 50 tahun memiliki risiko tertinggi.

Di AS, hanya beberapa kasus EEE yang dilaporkan setiap tahun, menurut CDC, biasanya di sekitar negara bagian Pantai Timur atau Teluk.

Penyakit ini sebenarnya banyak ditemukan pada burung, dan meskipun manusia dapat terjangkit, mereka tidak menularkannya. Virus mematikan ini biasanya menyebar ke manusia melalui gigitan nyamuk yang terinfeksi.

Ini bukan pertama kalinya nyamuk menyebabkan masalah. Faktanya, mereka telah bertanggung jawab untuk kematian setengah populasi Bumi selama 200.000 tahun.

Seperti yang kami laporkan dalam artikel sebelumnya, nyamuk, yang telah berada di planet ini selama lebih dari 100 juta tahun, mencapai populasi sebesar 100 triliun pada tahun 2019. Angka-angka ini diperkirakan akan meningkat di masa depan karena urbanisasi dan upaya pengendalian nyamuk yang tidak memadai. Perubahan iklim juga berkontribusi pada pertumbuhan mereka karena nyamuk berkembang biak dengan baik di cuaca hangat dan lembap.

Mengingat populasi mereka yang sangat besar dan peran mereka dalam menyebarkan penyakit mematikan, sangat penting untuk memahami lebih dalam cara kerja nyamuk dan mengeksplorasi cara efektif untuk mencegah penyakit tersebut. Dan inilah yang menjadi tujuan penelitian terbaru.

Bagaimana Nyamuk Melacak Manusia: Peran Deteksi Inframerah

Penyakit yang ditularkan oleh nyamuk memengaruhi ratusan juta orang setiap tahun, dengan satu spesies tertentu, Aedes aegypti, menjadi vektor utama virus yang menyebabkan demam kuning, chikungunya, dan Zika. Spesies ini juga bertanggung jawab atas demam berdarah, dengan lebih dari 100 juta kasus dilaporkan setiap tahun.

Anopheles gambiae adalah spesies nyamuk lain yang bertanggung jawab menyebarkan parasit penyebab malaria. Penyakit mengancam jiwa ini menyebabkan lebih dari 400.000 kematian setiap tahun, menurut Organisasi Kesehatan Dunia, dan menjadi subjek upaya pengobatan yang telah meraih Penghargaan Nobel.

Angka-angka ini memberi nyamuk gelar ‘pemangsa paling mematikan bagi kita,’ tetapi bagaimana mereka bisa melakukannya? Selama lebih dari satu abad, ilmuwan telah meneliti cara nyamuk menemukan inangnya, dan ditemukan bahwa serangga ini mengandalkan berbagai indera pada jarak yang berbeda untuk mengumpulkan informasi.

Sekarang, peneliti dari UC Santa Barbara telah menemukan petunjuk penting yang membantu nyamuk menemukan inangnya, termasuk di mana letaknya dan bagaimana cara kerjanya pada tingkat biokimia.

Petunjuk ini adalah deteksi inframerah. Ya, kemampuan yang sama yang terdapat pada kamera penglihatan malam Anda, misi luar angkasa, dan merupakan komponen inti analisis spektral, sensor api, serta analis gas.

Nyamuk secara alami dilahirkan dengan kemampuan menemukan inangnya. Kita sudah tahu bahwa nyamuk betina membutuhkan darah untuk perkembangan telur, dan mereka mengintegrasikan berbagai isyarat seperti bau kulit, visual, dan CO2 dari napas. Semua isyarat ini terdeteksi pada rentang jarak yang berbeda.

Studi terbaru, yang dipublikasikan di Nature, menunjukkan bahwa ada isyarat lain dalam persenjataan sensorik Aedes aegypti yang mereka gunakan untuk menemukan manusia. Menurut studi tersebut, spesies ini mendeteksi radiasi inframerah (IR) yang dipancarkan dari target mereka dan menggunakan informasi itu bersama isyarat lain untuk navigasi menengah yang sangat efektif. Studi tersebut mencatat:

“Penyadaran bahwa radiasi IR termal merupakan isyarat arah menengah yang luar biasa memperluas pemahaman kami tentang bagaimana nyamuk sangat efektif dalam menemukan inang.”

Studi tersebut memilih Aedes aegypti dari total sekitar 3.500 spesies nyamuk karena “sangat terampil dalam menemukan inang manusia,” dan studi ini menjelaskan bagaimana nyamuk tersebut dapat mencapai hal ini, kata co‑lead author Nicolas DeBeaubien, peneliti postdoc di UCSB dalam laboratorium Profesor Craig Montell.

Spesies nyamuk invasif ini menularkan flavivirus, virus RNA yang ditularkan melalui vektor, yang menyebabkan gejala penyakit mengancam jiwa seperti demam berdarah dan ensefalitis, memengaruhi proporsi signifikan populasi dunia.

Alih‑alih menggunakan satu rangsangan, yang cenderung tidak memadai untuk membedakan manusia dari target lain, spesies nyamuk ini mengintegrasikan banyak isyarat untuk menemukan serta menavigasi menuju manusia.

Menggunakan satu isyarat sebenarnya meningkatkan respons nyamuk terhadap rangsangan lain yang berasal dari inang. Misalnya, mendeteksi CO2 yang dihembus meningkatkan aktivitas locomotor mereka, yang pada gilirannya meningkatkan respons mereka terhadap isyarat visual. Namun, masing‑masing isyarat ini juga memiliki keterbatasan.

Aedes aegypti memiliki ketajaman visual yang buruk, yang membatasi kegunaannya dalam membedakan antara inang. Kemudian ada isyarat olfaktori, yang keefektifannya dibatasi oleh angin atau gerakan cepat inang manusia, yang mengganggu pelacakan mereka.

Jadi, penulis studi melanjutkan pencarian apa yang membuat mereka mendeteksi isyarat arah yang lebih dapat diandalkan dan itulah mengapa mereka menemukan radiasi inframerah. Ketika nyamuk berada dekat permukaan kulit, dalam jarak 10 cm, mereka mendeteksi panas yang naik dan merasakan suhu tepat saat mereka mendarat.

Mengingat bahwa hewan lain seperti ular piton dan kelelawar vampir dapat merasakan IR termal dari mangsa yang hangat, masuk akal untuk melihat apakah nyamuk Aedes aegypti memiliki kemampuan yang sama.

Untuk menguji ini, nyamuk betina ditempatkan dalam sangkar dengan dua zona. Kedua zona terpapar CO2 dengan konsentrasi yang sama seperti napas manusia dan bau manusia; namun, satu zona juga terpapar IR dari sumber dengan suhu kulit. Peneliti kemudian menghitung jumlah nyamuk yang mulai menguji seperti mencari pembuluh darah.

Menambahkan IR termal dari sumber 34º Celcius menggandakan aktivitas pencarian inang serangga, yang tetap efektif hingga jarak 2,5 kaki.

“Yang paling mengejutkan saya tentang pekerjaan ini adalah betapa kuatnya isyarat IR. Setelah kami menyetel semua parameter dengan tepat, hasilnya jelas tak terbantahkan.”

– DeBeaubien

Meskipun studi sebelumnya tidak memperhatikan pengaruh inframerah termal pada perilaku nyamuk, penulis senior Craig Montell percaya hal ini mungkin disebabkan oleh metodologi. Ilmuwan mungkin mencoba mengisolasi efek IR termal dengan hanya menyajikan sinyal inframerah.

Ini tidak berhasil karena satu isyarat saja tidak merangsang aktivitas pencarian inang serangga, melainkan “hanya dalam konteks isyarat lain,” kata Montell, penerima NSF Presidential Young Investigator Award dan Duggan and Distinguished Professor of Molecular, Cellular, and Developmental Biology.

Mengenai radiasi inframerah termal, nyamuk tidak dapat mendeteksinya dengan cara yang sama seperti cahaya tampak karena energi IR terlalu rendah untuk mengaktifkan protein rhodopsin yang mendeteksi cahaya tampak pada mata hewan.

Sekarang, pertanyaannya adalah bagaimana cara kerjanya. Di sinilah antena nyamuk berperan. Ujung antena diketahui memiliki neuron pengindera panas dan ketika tim menghilangkan ujung tersebut, mereka menemukan bahwa hal itu juga menghilangkan kemampuan serangga mendeteksi IR.

TRPA1, sebuah protein sensitif suhu, telah ditemukan di laboratorium terpisah berada di ujung antena. Kemudian tim UCSB mengamati bahwa mereka yang tidak memiliki gen trpA1 yang berfungsi tidak dapat mendeteksi IR.

Jadi, nyamuk dapat mendeteksi radiasi inframerah dengan menggunakan TRPA1. Namun, tidak hanya itu. Sejumlah rhodopsin yang sensitif terhadap peningkatan suhu kecil juga diekspresikan dalam neuron antena yang sama dengan TRPA1, yang memungkinkan nyamuk berhasil mendeteksi IR pada jarak jauh.

Tim menunjukkan hal ini ketika mereka menonaktifkan TRPA1, yang kemudian menghilangkan sensitivitas nyamuk terhadap IR. Namun, ini tidak terjadi pada serangga yang memiliki masalah pada salah satu rhodopsin mereka. Meskipun menonaktifkan kedua rhodopsin secara bersamaan tidak sepenuhnya menghilangkan sensitivitas mereka terhadap IR, hal itu secara signifikan melemahkan indera mereka.

Hasil studi menunjukkan bahwa IR termal intens secara langsung mengaktifkan TRPA1 sementara rhodopsin (Op1 dan Op2) diaktifkan pada tingkat IR termal rendah, yang kemudian secara tidak langsung memicu TRPA1. Karena suhu kulit kita konstan, sensitivitas TRPA1 meningkat, yang memperluas jangkauan sensor IR nyamuk hingga sekitar 2,5 kaki.

Dengan penemuan ini, studi bertujuan meningkatkan kemungkinan mengembangkan strategi untuk mengganggu daya tarik ini dan merancang umpan yang lebih efektif. Menurut DeBeaubien:

“Meskipun berukuran kecil, nyamuk bertanggung jawab atas lebih banyak kematian manusia dibandingkan hewan lain mana pun. Penelitian kami meningkatkan pemahaman tentang bagaimana nyamuk menargetkan manusia dan menawarkan kemungkinan baru untuk mengendalikan penularan penyakit yang ditularkan nyamuk.”

Pendekatan Inovatif untuk Pengendalian Nyamuk: Apa yang Akan Terjadi di Masa Depan

Sekitar setahun yang lalu, makalah lain dari peneliti Institut Penelitian Malaria Johns Hopkins mempelajari biologi Aedes aegypti. Mereka merinci faktor utama dalam respons imun Aedes aegypti ketika terinfeksi virus chikungunya, virus dengue, virus demam kuning, virus Mayaro, dan virus Zika untuk membantu menciptakan cara yang lebih baik dalam mengurangi penularan virus mematikan dari nyamuk ke manusia.

Spesies nyamuk ini tidak mati ketika terinfeksi virus tersebut, dan karena mereka melanjutkan proses makan normal, mereka pada akhirnya menularkan muatan virus mereka kepada kita. Apa yang membuat nyamuk ini tetap sehat meskipun terinfeksi virus adalah protein Argonaute 2.

Pada nyamuk, protein ini berfungsi sebagai bagian dari mekanisme antiviral penting yang dikenal sebagai jalur RNA interferensi kecil (siRNA), yang mengenali dan menghancurkan RNA virus.

Nyamuk Ae. aegypti yang tidak memiliki gen Ago2 mengalami gangguan pada jalur siRNA mereka, yang membuat infeksi arbovirus menjadi lebih parah. Akibatnya, kemampuan nyamuk menularkan virus menurun drastis karena mereka mati dalam beberapa hari setelah terinfeksi.

Selain jalur antiviral siRNA yang terganggu, peningkatan mortalitas juga disebabkan oleh cacat pada dua proses lain yang bergantung pada Ago2: perbaikan DNA dan autofagi. Nyamuk yang kekurangan Ago2 dan terpapar arbovirus mengalami kerusakan DNA yang luas, hiper‑infeksi, dan akumulasi limbah molekuler dalam sel yang mati.

Penemuan ini membuka jalan untuk membuat nyamuk kurang toleran dan lebih rentan terhadap infeksi virus sehingga mengurangi kemampuan mereka menularkan penyakit.

Tim kini mengeksplorasi cara untuk merekayasa Ae. aegypti guna menguji strategi pengendalian penyakit baru di mana mereka direkayasa menjadi sakit dan mati karena infeksi malaria.

Penelitian semacam ini juga dapat membantu studi lain seperti menemukan solusi untuk masalah pembekuan darah. Seperti yang kami laporkan sebelumnya, peneliti memang menciptakan molekul sintetis untuk meniru satu yang ditemukan pada nyamuk, yang hanya mungkin dilakukan jika kita memiliki pemahaman yang lebih dalam tentang biologi mereka.

Studi baru yang menarik dan mendalam lainnya dari bulan lalu meneliti apa yang membuat nyamuk begitu lapar akan darah manusia. Mekanisme apa yang mendasarinya? Michael Strand, seorang entomolog dari University of Georgia di Athens, menemukan bahwa sepasang hormon bekerja bersama untuk mengaktifkan atau menekan keinginan darah ini.

Betina mengonsumsi darah untuk perkembangan telur mereka, dan setelah mereka cukup, mereka kehilangan nafsu makan hingga menetas telur.

Selama penelitian, Strand melihat bahwa kadar F(NPF), hormon usus nyamuk, melonjak ketika mereka mencari inang tetapi turun drastis setelah selesai bersantap.

Jadi Strand melanjutkan analisis lebih lanjut pada sel enteroendokrin, yang memproduksi hormon usus, dan menemukan bahwa kadar NPF meningkat sebelum serangga mengambil makan darah dan turun setelah enam jam. Kadar NPF juga menentukan minat serangga terhadap manusia. Mereka tidak tertarik pada darah manusia setelah selesai bersantap tetapi langsung mencarinya setelah menetas telur.

RYamide, hormon usus lainnya, juga ditemukan memengaruhi nafsu darah nyamuk. Kadar RYamide naik ketika kadar NPF turun setelah bersantap dan sebaliknya. Jadi, NPF dan RYamide bersama‑sama mendorong dan menekan daya tarik manusia serta inang lain bagi nyamuk.

Dengan penemuan ini, diharapkan metode baru dan pestisida dikembangkan untuk mencegah reproduksi nyamuk serta penularan penyakit.

Untuk mengurangi potensi penyebaran penyakit mematikan, peneliti bahkan mempertimbangkan mesin otomatis sepenuhnya sebagai cara bebas bahan kimia untuk mencapai hal ini. Memberantas nyamuk melibatkan penyemprotan bahan kimia beracun secara besar‑besar yang pada akhirnya menyakiti manusia dan merusak serangga menguntungkan seperti kupu‑kupu dan lebah.

Jadi, peneliti menciptakan perangkat robotik yang dapat mengidentifikasi secara akurat dan kemudian menggunakan kaca untuk memisahkan pupa jantan dan betina ke dalam kelompok terpisah. Studi ini menargetkan spesies nyamuk invasif.

“Peningkatan penggunaan teknik ini akan memberikan dampak lingkungan yang sangat positif, karena pengendalian nyamuk saat ini terutama berbasis pada penggunaan pestisida.”

– Jérémy Bouyer, co‑author studi

Sekarang, mari kita lihat dua perusahaan yang secara aktif terlibat dalam mengatasi ancaman nyamuk.

#1. Thermo Fisher Scientific 

Thermo Fisher Scientific (TMO ) adalah penyedia utama solusi ilmiah canggih, menawarkan alat diagnostik dan teknologi untuk mengendalikan vektor serta mengelola penyakit yang ditularkan oleh nyamuk. Mereka menyediakan peralatan penting untuk meneliti dan melacak populasi nyamuk serta penyakit yang mereka transmisikan, termasuk Zika, demam berdarah, dan malaria.

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

Precigen telah mengembangkan nyamuk hasil rekayasa genetika yang bertujuan mengurangi populasi nyamuk dan menurunkan penularan penyakit yang ditularkan nyamuk. Ini termasuk penciptaan nyamuk Oxitec, yang telah dilepaskan di berbagai wilayah untuk memerangi penyakit seperti demam berdarah dan Zika.

Kesimpulan 

Nyamuk adalah hewan paling mematikan di dunia, membunuh lebih banyak orang daripada makhluk lain setiap tahun. Mereka dapat menularkan virus dan parasit yang menyebabkan penyakit seperti demam berdarah, malaria, demam kuning, Zika, chikungunya, West Nile, dan filariasis limfatik.

Sementara satu miliar orang terinfeksi virus ini, faktor seperti perjalanan global, perubahan iklim, dan urbanisasi menyebabkan peningkatan populasi nyamuk dan penyebarannya di seluruh dunia. Hal ini menjadikan penting bagi ilmuwan untuk terus memahami mereka secara lebih mendalam, menemukan cara mengurangi jumlah mereka, dan membantu memerangi penyakit yang ditularkan nyamuk dengan lebih baik demi memastikan dunia yang lebih sehat.

Klik di sini untuk daftar saham biotek terbaik.