Lockdown nel Massachusetts – Perché la ricerca sulle zanzare è più importante di quanto tu creda

La città di Plymouth nel Massachusetts è stata posta sotto lockdown notturno chiudendo i suoi parchi e campi. Le autorità, nel frattempo, raccomandano un coprifuoco notturno all'aperto in risposta all'encefalite equina orientale (EEE), una malattia rara ma potenzialmente letale trasmessa dalle zanzare. 

Un paio di settimane fa, le autorità sanitarie del Massachusetts hanno annunciato il primo caso umano della malattia dal 2020 nello stato americano. 

Lo scorso weekend, Plymouth ha dichiarato la chiusura delle strutture pubbliche per attività ricreative all'aperto dal tramonto all'alba dopo che un cavallo è stato infettato dalla malattia. Altre città stanno anche esortando le persone a evitare di uscire di notte fino alla fine di settembre, dopo che le autorità hanno avvertito che altre quattro città sono anch'esse a “rischio critico.” 

Alle persone in tutto lo stato viene inoltre consigliato di utilizzare repellenti per zanzare e di drenare eventuali acque stagnanti. Ciò avviene dopo che un uomo a Oxford ha contratto il virus, la cui famiglia ha riferito “terribili conseguenze fisiche ed emotive, indipendentemente dal fatto che la persona riesca a sopravvivere,” ha dichiarato la responsabile del comune Jennifer Callahan. 

La presenza del virus nel “The Bay State” è stata effettivamente confermata lo scorso mese in un campione di zanzare. I test sui campioni di zanzare in Connecticut e Rhode Island hanno anch'essi riscontrato positività per l'EEE. Nel frattempo, è stato segnalato un caso umano di EEE sia nel New Jersey che nel Vermont quest'anno, oltre che nel Massachusetts. 

Nel 2019, l'epidemia nel Massachusetts ha provocato sei morti su 12 casi confermati e ha continuato nell'anno successivo con ulteriori casi. 

Il Dipartimento della Salute Pubblica dello stato ha dichiarato che il Massachusetts vive un'epidemia di EEE ogni 10‑20 anni, e che dura due‑tre anni. 

Non esistono trattamenti o vaccini per l'EEE. Secondo i Centers for Disease Control and Prevention (CDC), circa il 30% degli infetti muore, e i sopravvissuti spesso soffrono di disabilità permanenti. 

Il virus può causare mal di testa, febbre, vomito, diarrea, sonnolenza, convulsioni e cambiamenti comportamentali. Tuttavia, la maggior parte delle persone infette non sviluppa sintomi. Inoltre, persone di tutte le età sono suscettibili all'EEE, ma i più a rischio sono i minori di 15 anni e gli over 50. 

Negli Stati Uniti, solo pochi casi di EEE vengono segnalati ogni anno, secondo il CDC, tipicamente negli stati della costa orientale o del Golfo. 

La malattia è in realtà diffusa tra gli uccelli e, sebbene gli esseri umani possano contrarla, non la trasmettono. Questo virus letale di solito si trasmette agli esseri umani attraverso la puntura di una zanzara infetta. 

Questo non è il primo caso in cui le zanzare causano problemi. In effetti, sono state responsabili della morte della metà della popolazione terrestre per oltre 200.000 anni. 

Come abbiamo riportato nel nostro articolo precedente, le zanzare, che sono sul pianeta da oltre 100 milioni di anni, hanno raggiunto una popolazione di 100 trilioni nel 2019. Questi numeri sono destinati ad aumentare in futuro a causa dell'urbanizzazione e di sforzi inadeguati di controllo delle zanzare. Il cambiamento climatico contribuisce anche alla loro crescita poiché le zanzare prosperano in condizioni di caldo e umidità. 

Dato il loro vasto numero e il loro ruolo nella diffusione di malattie mortali, è fondamentale approfondire la comprensione di come funzionano le zanzare ed esplorare modi efficaci per prevenire queste malattie. Ed è esattamente ciò che la ricerca più recente si propone di realizzare. 

Come le zanzare individuano gli esseri umani: il ruolo della rilevazione a infrarossi

Le malattie trasmesse dalle zanzare colpiscono centinaia di milioni di persone ogni anno, con una specie particolare, Aedes aegypti, che è il principale vettore di virus che causano febbre gialla, chikungunya e Zika. È anche responsabile della dengue, di cui vengono segnalati oltre 100 milioni di casi annualmente. 

Anopheles gambiae è un'altra specie di zanzara responsabile della diffusione del parassita che causa la malaria. Questa malattia potenzialmente letale è la causa di oltre 400.000 morti ogni anno, secondo l'Organizzazione Mondiale della Sanità, ed è oggetto di sforzi di trattamento che hanno vinto premi Nobel. 

Questi numeri hanno conferito alle zanzare il titolo di “il nostro predatore più letale”, ma come riescono a farlo? Per più di un secolo, gli scienziati hanno studiato come le zanzare trovano i loro ospiti, e si è scoperto che questi insetti si affidano ai loro diversi sensi a varie distanze per raccogliere informazioni. 

Ora, ricercatori dell'UC Santa Barbara hanno scoperto un indizio importante che aiuta le zanzare a localizzare i loro ospiti, incluso dove si trovano e come funziona a livello biochimico. 

Questo indizio è la rilevazione a infrarossi. Sì, la stessa capacità che si trova nelle vostre telecamere a visione notturna, nelle missioni spaziali, e che è il componente centrale dell'analisi spettrale, dei sensori di fiamma e degli analizzatori di gas. 

Le zanzare nascono naturalmente con la capacità di trovare i loro ospiti. Sappiamo già che le femmine di zanzara hanno bisogno di sangue per lo sviluppo delle uova, e integrano molteplici segnali come l'odore della pelle, gli stimoli visivi e il CO₂ del respiro. Tutti questi segnali sono percepiti a diverse distanze. 

Lo studio più recente, pubblicato su Nature, dimostra che esiste un altro segnale nell'arsenale sensoriale di Aedes aegypti che usano per trovare gli esseri umani. Secondo lo studio, questa specie percepisce la radiazione infrarossa (IR) emanata dai loro bersagli e utilizza tale informazione in combinazione con altri segnali per una navigazione di medio raggio altamente efficace. Lo studio ha osservato:

“La consapevolezza che la radiazione termica IR è un eccellente segnale direzionale di medio raggio amplia la nostra comprensione di come le zanzare siano estremamente efficaci nel localizzare gli ospiti.” 

Lo studio ha scelto Aedes aegypti da un totale di circa 3.500 specie di zanzare per essere “eccezionalmente abile nel trovare ospiti umani,” e questo studio spiega come queste zanzare riescano a farlo, ha dichiarato il co‑lead author Nicolas DeBeaubien, ricercatore post‑doc presso UCSB nel laboratorio del professor Craig Montell. 

Questa specie invasiva di zanzara trasmette flavivirus, un virus a RNA trasmesso da vettori che causa sintomi di malattie potenzialmente letali come febbre emorragica ed encefalite, colpendo una parte significativa della popolazione mondiale. 

Invece di usare un singolo stimolo, che tende a essere insufficiente per distinguere gli esseri umani da altri bersagli, queste specie di zanzara integrano molteplici segnali per localizzare e navigare verso gli esseri umani. 

L'uso di un unico segnale aumenta in realtà la reattività della zanzara ad altri stimoli derivati dall'ospite. Per esempio, la rilevazione del CO₂ espirato aumenta la loro attività locomotoria, il che a sua volta eleva la loro reattività ai segnali visivi. Tuttavia, anche ciascuno di questi segnali ha dei limiti. 

Aedes aegypti ha una scarsa acuità visiva, il che limita la sua capacità di discriminare tra gli ospiti. Poi ci sono i segnali olfattivi, la cui efficacia è limitata dal vento o dal rapido movimento dell'ospite umano, che li confonde nella tracciatura. 

Quindi, gli autori dello studio hanno cercato cosa li facesse rilevare un segnale direzionale più affidabile ed è così che hanno scoperto la radiazione infrarossa. Quando le zanzare sono vicine alla superficie della pelle, entro una distanza di 10 cm, percepiscono il calore che sale e avvertono la temperatura proprio mentre atterrano. 

Dato che altri animali come i serpenti a sonagli e i pipistrelli vampiro possono percepire l'IR termico da prede calde, ha senso verificare se le zanzare Aedes aegypti possiedono la stessa capacità. 

Per testare ciò, le femmine di zanzara sono state messe in una gabbia con due zone. Entrambe le zone erano esposte al CO₂ alla stessa concentrazione del respiro umano e agli odori umani; tuttavia, una delle zone era anche esposta all'IR da una sorgente alla temperatura della pelle. I ricercatori hanno poi contato il numero di zanzare che hanno iniziato a sondare come se cercassero una vena.

Aggiungere IR termico da una sorgente a 34º Celsius ha raddoppiato l'attività di ricerca dell'ospite degli insetti, che è rimasta efficace fino a 2,5 piedi. 

“Ciò che mi ha colpito di più di questo lavoro è stata la forza del segnale IR. Una volta impostati tutti i parametri correttamente, i risultati sono stati indiscutibilmente chiari.”

– DeBeaubien

Mentre studi precedenti non avevano notato alcun effetto dell'infrarosso termico sul comportamento delle zanzare, l'autore senior Craig Montell ritiene che ciò possa dipendere dalla metodologia. Gli scienziati potrebbero cercare di isolare l'effetto dell'IR termico presentando solo un segnale infrarosso. 

Questo non funziona perché un singolo indizio da solo non stimola l'attività di ricerca dell'ospite dell'insetto, ma “solo nel contesto di altri segnali,” ha detto Montell, vincitore del NSF Presidential Young Investigator Award e Duggan and Distinguished Professor of Molecular, Cellular, and Developmental Biology. 

Per quanto riguarda la radiazione infrarossa termica, le zanzare non possono percepirla allo stesso modo della luce visibile perché l'energia IR è troppo bassa per attivare le proteine rodopsina che rilevano la luce visibile negli occhi degli animali. 

Ora, la domanda è come funziona allora. È qui che le antenne delle zanzare entrano in gioco. Le punte delle antenne sono note per avere neuroni sensibili al calore e quando il team ha rimosso queste punte, hanno scoperto che ciò ha eliminato anche la capacità di rilevare l'IR dell'insetto. 

TRPA1, una proteina sensibile alla temperatura, è stata trovata in un laboratorio separato presente all'estremità di un'antenna. È stato poi osservato dal team UCSB che quelli senza gene trpA1 funzionale non potevano rilevare l'IR.

Quindi, le zanzare possono rilevare la radiazione infrarossa usando TRPA1. Ma non è tutto. Un paio di rodopsine sensibili a piccoli aumenti di temperatura sono anche espresse negli stessi neuroni antennari di TRPA1, il che permette alle zanzare di avere successo nella rilevazione IR a lungo raggio. 

Il team ha dimostrato questo quando ha eliminato TRPA1, il che ha rimosso la sensibilità all'IR delle zanzare. Tuttavia, non è stato così per gli insetti con problemi in una delle loro rodopsine. Sebbene l'eliminazione di entrambe le rodopsine insieme non abbia completamente rimosso la loro sensibilità all'IR, ha indebolito significativamente il loro senso. 

I risultati dello studio indicano che l'IR termico intenso attiva direttamente TRPA1 mentre le rodopsine (Op1 e Op2) sono attivate a bassi livelli di IR termico, attivando indirettamente TRPA1. Poiché la temperatura della nostra pelle è costante, la sensibilità di TRPA1 è migliorata, estendendo il raggio del sensore IR della zanzara a circa 2,5 piedi. 

Con questa scoperta, lo studio mira ad aumentare la possibilità di sviluppare strategie per interferire con questa attrazione e progettare esche più efficaci. Secondo DeBeaubien:

“Nonostante le loro dimensioni minute, le zanzare sono responsabili di più morti umane rispetto a qualsiasi altro animale. La nostra ricerca migliora la comprensione di come le zanzare mirano agli esseri umani e offre nuove possibilità per controllare la trasmissione delle malattie trasmesse dalle zanzare.”

Approcci innovativi al controllo delle zanzare: cosa riserva il futuro

Circa un anno fa, un altro articolo dei ricercatori dell'Institute di Ricerca sulla Malaria di Johns Hopkins ha studiato la biologia di Aedes aegypti. Hanno dettagliato i principali fattori nella risposta immunitaria di Aedes aegypti quando è infettato dal virus chikungunya, dal virus dengue, dal virus della febbre gialla, dal virus Mayaro e dal virus Zika per aiutare a creare modi migliori per ridurre la trasmissione da zanzara a umano di virus mortali.

Questa specie di zanzara non soccombe a questi virus quando è infetta, e poiché continuano la loro alimentazione normale, finiscono per trasmettere il loro carico virale a noi. Ciò che mantiene queste zanzare sane nonostante l'infezione è la proteina Argonaute 2. 

Nelle zanzare, la proteina fa parte di un meccanismo antivirale cruciale noto come percorso di RNA interferente piccolo (siRNA), che riconosce e distrugge gli RNA virali. 

Le zanzare Ae. aegypti prive del gene Ago2 hanno il percorso siRNA compromesso, il che rende l'infezione arbovirale più grave. Di conseguenza, la capacità delle zanzare di trasmettere i virus è diminuita drasticamente poiché muoiono entro pochi giorni dall'infezione. 

Oltre al deterioramento del percorso siRNA antivirale, la mortalità aumentata è anche causata da difetti in altri due processi dipendenti da Ago2: riparazione del DNA e autofagia. Le zanzare deficienti di Ago2 esposte ad arbovirus hanno mostrato danni estesi al DNA, iperinfezioni e accumulo di rifiuti molecolari nelle cellule morenti. 

La scoperta apre una via per rendere le zanzare meno tolleranti e più suscettibili all'infezione virale, danneggiando la loro capacità di trasmettere la malattia. 

Il team sta ora esplorando modi per ingegnerizzare Ae. aegypti per testare una possibile nuova strategia di controllo delle malattie sotto la quale sono ingegnerizzate per ammalarsi e soccombere all'infezione da malaria. 

Tale ricerca può anche aiutare in altri studi, come trovare soluzioni al problema della coagulazione del sangue. Come abbiamo riportato in precedenza, i ricercatori hanno effettivamente creato una molecola sintetica per imitare una trovata nelle zanzare, cosa possibile solo se comprendiamo più a fondo la loro biologia. 

Un altro studio interessante e perspicace del mese scorso ha indagato cosa rende le zanzare così affamate di sangue umano. Qual è il meccanismo alla base di ciò, esattamente? Michael Strand, entomologo dell'Università della Georgia ad Athens, ha scoperto che una coppia di ormoni lavora insieme per attivare o sopprimere questi desideri di sangue. 

Le femmine consumano sangue per lo sviluppo delle loro uova, e una volta sazie perdono l'appetito finché non depongono le uova. 

Durante la ricerca, Strand ha osservato che i livelli di F(NPF), un ormone intestinale delle zanzare, sono aumentati quando cercavano un ospite ma sono diminuiti drasticamente una volta terminato il banchetto. 

Quindi Strand ha analizzato ulteriormente le cellule enteroendocrine, che producono l'ormone intestinale, e ha scoperto che i livelli di NPF aumentavano prima del pasto di sangue degli insetti e cadevano dopo sei ore. I livelli di NPF determinavano anche l'interesse degli insetti per gli esseri umani. Non erano interessati al sangue umano dopo il loro banchetto, ma lo cercavano subito dopo la deposizione delle uova. 

RYamide, un altro ormone intestinale, è stato anche trovato a influenzare la brama di sangue delle zanzare. I livelli di RYamide aumentano mentre i livelli di NPF diminuiscono dopo il loro banchetto e viceversa. Quindi, sia NPF che RYamide insieme incoraggiano e sopprimono l'attrazione di umani e altri ospiti verso le zanzare. 

Con questa scoperta, si spera di sviluppare nuovi metodi e pesticidi per prevenire la riproduzione delle zanzare così come la trasmissione di malattie. 

Per ridurre la potenziale diffusione di malattie mortali, i ricercatori stanno persino considerando macchine completamente automatizzate come metodo privo di sostanze chimiche per raggiungere questo obiettivo. Eliminare le zanzare comporta l'uso di sostanze chimiche tossiche su larga scala, che finiscono per danneggiare gli esseri umani e gli insetti benefici come farfalle e api. 

Così, i ricercatori hanno creato un dispositivo robotico che può identificare accuratamente e poi usare occhiali per separare le pupe maschili e femminili in gruppi distinti. Lo studio prende di mira le specie invasive. 

“L'espansione dell'uso di queste tecniche avrà impatti ambientali molto positivi, poiché il controllo delle zanzare è attualmente basato principalmente sull'uso di pesticidi.”

– Il co‑autore dello studio Jérémy Bouyer

Ora, diamo un'occhiata a due aziende attivamente coinvolte nell'affrontare la minaccia delle zanzare.

#1. Thermo Fisher Scientific 

Thermo Fisher Scientific (TMO ) è un importante fornitore di soluzioni scientifiche avanzate, offrendo strumenti diagnostici e tecnologie per il controllo dei vettori e la gestione delle malattie trasmesse dalle zanzare. Forniscono attrezzature essenziali per la ricerca e il monitoraggio delle popolazioni di zanzare e delle malattie che trasmettono, inclusi Zika, dengue e malaria.

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

Precigen ha sviluppato zanzare geneticamente modificate volte a ridurre le popolazioni di zanzare e a limitare la trasmissione di malattie trasmesse dalle zanzare. Ciò include la creazione di zanzare Oxitec, rilasciate in varie regioni per combattere malattie come dengue e Zika.

Conclusione 

Le zanzare sono l'animale più letale al mondo, uccidendo più persone di qualsiasi altra creatura ogni anno. Possono trasmettere virus e parassiti che causano malattie come dengue, malaria, febbre gialla, Zika, chikungunya, West Nile e filariosi linfatica. 

Mentre un miliardo di persone viene infettato da questi virus, fattori come i viaggi internazionali, il cambiamento climatico e l'urbanizzazione stanno portando a un aumento delle popolazioni di zanzare e della loro diffusione in tutto il mondo. Questo rende essenziale che gli scienziati continuino a comprenderle a un livello più profondo, trovino modi per ridurne il numero e aiutino a combattere meglio le malattie trasmesse dalle zanzare per garantire un mondo più sano. 

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