Lockdowns in Massachusetts – Waarom muggenonderzoek belangrijker is dan je denkt

De stad Plymouth in Massachusetts is onder een nachtelijk lockdown gegaan terwijl ze haar parken en velden sluit. De autoriteiten raden ondertussen een buitencurfew ’s nachts aan als reactie op oostelijke paardenencefalitis (EEE), een zeldzame maar levensbedreigende ziekte die door muggen wordt overgedragen. 

Een paar weken geleden kondigden de gezondheidsfunctionarissen van Massachusetts de eerste menselijke geval van de ziekte sinds 2020 in de Amerikaanse staat aan. 

Afgelopen weekend verklaarde Plymouth de sluiting van openbare buitenrecreatiefaciliteiten van schemer tot dageraad nadat een paard was geïnfecteerd met de ziekte. Andere steden roepen ook op mensen om ’s nachts niet naar buiten te gaan tot eind september, nadat de autoriteiten waarschuwden dat vier andere steden ook op “kritiek risico” staan. 

Mensen in de hele staat wordt bovendien aangeraden muggenwerende middelen te gebruiken en stilstaand water af te voeren. Dit komt nadat een man in Oxford het virus opving, waarvan de familie “verschrikkelijke fysieke en emotionele gevolgen rapporteerde, ongeacht of de persoon het overleeft,” zei de gemeentelijk manager Jennifer Callahan.

De aanwezigheid van het virus in ‘The Bay State’ werd eigenlijk vorige maand bevestigd in een muggenmonster. Monsters van muggen in Connecticut en Rhode Island waren ook positief voor EEE. Ondertussen is dit jaar ook één menselijk geval van EEE gemeld in zowel New Jersey als Vermont, naast Massachusetts.

Terug in 2019 leidde de uitbraak in Massachusetts tot zes doden van de 12 bevestigde gevallen en zette zich het volgende jaar voort met extra gevallen.

Het Department of Public Health van de staat heeft verklaard dat Massachusetts elke 10 tot 20 jaar een EEE-uitbraak ervaart, en dat deze twee tot drie jaar duurt.

Er zijn geen behandelingen of vaccins voor EEE. Volgens de Centers for Disease Control and Prevention (CDC) sterven ongeveer 30 % van de geïnfecteerden, en overlevenden lijden vaak aan permanente handicaps.

Het virus kan hoofdpijn, koorts, braken, diarree, slaperigheid, aanvallen en gedragsveranderingen veroorzaken. De meeste mensen die de ziekte oplopen, ontwikkelen echter geen symptomen. Bovendien zijn mensen van alle leeftijden vatbaar voor EEE, maar die onder de 15 en boven de 50 hebben het grootste risico.

In de VS worden jaarlijks slechts enkele gevallen van EEE gemeld, volgens de CDC, meestal in oostelijke of Golfkuststaten.

De ziekte komt eigenlijk veel voor bij vogels, en hoewel mensen het kunnen oplopen, verspreiden ze het niet. Dit dodelijke virus wordt meestal op mensen overgedragen via de beet van een geïnfecteerde mug.

Dit is niet de eerste keer dat muggen problemen veroorzaken. In feite zijn ze verantwoordelijk voor de dood van de helft van de wereldbevolking gedurende 200.000 jaar.

Zoals we in ons vorige artikel meldden, hebben muggen, die al meer dan 100 miljoen jaar op deze planeet zijn, in 2019 een populatie van maar liefst 100 biljoen bereikt. Deze cijfers zullen toenemen in de toekomst door verstedelijking en ontoereikende muggenbestrijdingsinspanningen. Klimaatverandering draagt ook bij aan hun groei, omdat muggen gedijen in warm, vochtig weer.

Gezien hun enorme populatie en hun rol in het verspreiden van dodelijke ziektes, is het cruciaal een dieper begrip te krijgen van hoe muggen functioneren en effectieve manieren te verkennen om deze ziektes te voorkomen. En dat is precies wat het nieuwste onderzoek tracht te bereiken. 

Hoe muggen mensen volgen: de rol van infrarooddetectie

Door muggen overgedragen ziektes treffen elk jaar honderden miljoenen mensen, waarbij één specifieke soort, Aedes aegypti, de primaire vector is van virussen die gele koorts, chikungunya en Zika veroorzaken. Het is ook verantwoordelijk voor dengue, waarvan jaarlijks meer dan 100 miljoen gevallen worden gerapporteerd. 

Anopheles gambiae is een andere muggensoort die verantwoordelijk is voor de verspreiding van de parasiet die malaria veroorzaakt. Deze levensbedreigende ziekte veroorzaakt volgens de Wereldgezondheidsorganisatie jaarlijks meer dan 400 000 doden en is onderwerp van behandelingsinspanningen die Nobelprijzen hebben opgeleverd.

Deze cijfers hebben muggen de titel ‘onze dodelijkste roofdier’ opgeleverd, maar hoe slagen ze hierin? Al meer dan een eeuw onderzoeken wetenschappers hoe muggen hun gastheren vinden, en is gebleken dat deze insecten verschillende zintuigen op verschillende afstanden gebruiken om informatie te verzamelen.

Nu hebben onderzoekers van UC Santa Barbara een belangrijke aanwijzing ontdekt die muggen helpt hun gastheren te lokaliseren, inclusief waar die zich bevindt en hoe het op biochemisch niveau werkt.

Deze aanwijzing is infrarooddetectie. Ja, dezelfde mogelijkheid die in jouw nachtkijkcamera’s, ruimtemissies en de kerncomponenten van spectrale analyse, vlamdetectoren en gasanalysatoren wordt gevonden. 

Muggen zijn van nature geboren met het vermogen hun gastheren te vinden. We weten al dat vrouwelijke muggen bloed nodig hebben voor eierontwikkeling, en ze integreren meerdere signalen zoals huidgeur, visuele cues en CO₂ uit de adem. Al deze signalen worden over verschillende afstanden waargenomen.

De nieuwste studie, gepubliceerd in Nature, toont aan dat er nog een ander signaal is in het sensorische arsenaal van Aedes aegypti dat ze gebruiken om mensen te vinden. Volgens de studie detecteert deze soort de infrarode (IR) straling die van hun doelwitten uitgaat en gebruikt die informatie in combinatie met andere signalen voor zeer effectieve navigatie op middellange afstand. De studie merkte op:

“Het besef dat thermische IR-straling een uitstekende richtingsaanwijzer op middellange afstand is, vergroot ons begrip van hoe muggen buitengewoon effectief zijn in het lokaliseren van gastheren.” 

De studie koos Aedes aegypti uit een totaal van ongeveer 3.500 muggensoorten omdat ze “uitzonderlijk vaardig zijn in het vinden van menselijke gastheren,” en deze studie legt uit hoe deze muggen dat kunnen bereiken, aldus co-lead auteur Nicolas DeBeaubien, postdoc-onderzoeker aan UCSB in het laboratorium van professor Craig Montell. 

Deze invasieve muggensoort draagt flavivirussen over, een door vector overgedragen RNA-virus dat levensbedreigende symptomen veroorzaakt zoals hemorragische koorts en encefalitis, en een aanzienlijk deel van de wereldbevolking treft. 

In plaats van één enkel signaal te gebruiken, wat vaak onvoldoende is om mensen van andere doelen te onderscheiden, integreren deze muggensoorten meerdere signalen om zowel te lokaliseren als te navigeren naar mensen.

Het gebruik van één signaal vergroot eigenlijk de responsiviteit van een mug voor andere stimuli afkomstig van de gastheer. Bijvoorbeeld, het detecteren van uitgeademde CO₂ verhoogt hun locomotorische activiteit, wat op zijn beurt hun gevoeligheid voor visuele signalen vergroot. Echter, elk van deze signalen heeft ook beperkingen.

Aedes aegypti heeft een slechte visuele scherpte, wat de bruikbaarheid beperkt bij het onderscheiden van gastheren. Dan zijn er nog de olfactorische signalen, waarvan de effectiviteit beperkt wordt door wind of de snelle beweging van de menselijke gastheer, waardoor ze hun tracking verliezen. 

Dus gingen de auteurs van de studie op zoek naar wat hen een betrouwbaarder richtingssignaal laat detecteren en zo kwamen ze op infrarode straling. Wanneer muggen dicht bij het huidoppervlak zijn, binnen een afstand van 10 cm, detecteren ze de opkomende warmte en voelen ze de temperatuur zodra ze landen. 

Aangezien andere dieren zoals adderslangen en vampiervleermuizen thermische IR van warm prooi kunnen waarnemen, leek het logisch te onderzoeken of Aedes aegypti dezelfde mogelijkheid bezit.

Om dit te testen, werden vrouwelijke muggen geplaatst in een kooi met twee zones. Beide zones werden blootgesteld aan CO₂ met dezelfde concentratie als menselijke adem en menselijke geuren; echter, één van de zones werd ook blootgesteld aan IR van een bron op huidtemperatuur. De onderzoekers telden vervolgens het aantal muggen dat begon te zuigen alsof ze op zoek waren naar een ader.

Het toevoegen van thermische IR van een bron van 34º Celsius verdubbelde de gastheerzoekactiviteit van de insecten, die effectief bleef tot op 2,5 voet afstand.

“Wat mij het meest opviel aan dit werk was hoe sterk een IR-signaal bleek te zijn. Zodra we alle parameters juist hadden, waren de resultaten onmiskenbaar duidelijk.”

– DeBeaubien

Terwijl eerdere studies geen effect van thermische infrarood op het gedrag van muggen merkten, gelooft senior auteur Craig Montell dat dit te wijten kan zijn aan de methodologie. Wetenschappers proberen het thermische IR-effect te isoleren door alleen een infraroodsignaal te presenteren. 

Dit werkt niet omdat één enkel signaal op zichzelf de gastheerzoekactiviteit van het insect niet stimuleert, maar “alleen in de context van andere signalen,” zei Montell, winnaar van een NSF Presidential Young Investigator Award en Duggan en Distinguished Professor of Molecular, Cellular, and Developmental Biology. 

Wat betreft thermische infraroodstraling, kunnen muggen het niet detecteren op dezelfde manier als zichtbaar licht, omdat IR-energie te laag is om rhodopsine-eiwitten te activeren die zichtbaar licht in dierlijke ogen detecteren.

Nu is de vraag hoe het dan werkt. Hier komen de antennes van muggen in beeld. De uiteinden van de antennes staan bekend om warmtegevoelige neuronen te hebben en toen het team deze uiteinden verwijderde, bleek dat dit de IR-detectie van het insect uitschakelde.

TRPA1, een temperatuurgevoelig eiwit, is in een apart laboratorium aangetoond aanwezig te zijn aan het einde van een antenne. Het werd vervolgens door het UCSB-team waargenomen dat muggen zonder functioneel trpA1-gen geen IR konden detecteren.

Dus kunnen muggen infrarode straling detecteren via TRPA1. Maar dat is niet alles. Een paar rhodopsinen die gevoelig zijn voor kleine temperatuurstijgingen worden ook tot expressie gebracht in dezelfde antennale neuronen als TRPA1, waardoor muggen succesvol IR kunnen detecteren op lange afstand.

Het team toonde dit aan toen ze TRPA1 uitschakelden, waardoor de gevoeligheid van muggen voor IR verdween. Dit gold echter niet voor insecten met defecten in een van hun rhodopsinen. Terwijl het uitschakelen van beide rhodopsinen samen hun gevoeligheid voor IR niet volledig verwijderde, verzwakte het wel hun zintuig aanzienlijk.

Studieresultaten geven aan dat intense thermische IR direct TRPA1 activeert, terwijl rhodopsinen (Op1 en Op2) geactiveerd worden bij lage thermische IR-niveaus, die vervolgens indirect TRPA1 triggeren. Omdat onze huidtemperatuur constant is, wordt de gevoeligheid van TRPA1 versterkt, waardoor het IR-sensorbereik van de mug tot ongeveer 2,5 ft wordt uitgebreid.

Met deze ontdekking wil de studie de mogelijkheid vergroten om strategieën te ontwikkelen die deze aantrekking verstoren en effectievere lokmiddelen ontwerpen. Volgens DeBeaubien:

“Ondanks hun kleine formaat zijn muggen verantwoordelijk voor meer menselijke sterfgevallen dan elk ander dier. Ons onderzoek vergroot het begrip van hoe muggen mensen targeten en biedt nieuwe mogelijkheden voor het beheersen van de transmissie van door muggen overgedragen ziektes.”

Innovatieve benaderingen van muggenbestrijding: wat de toekomst brengt

Ongeveer een jaar geleden bestudeerden onderzoekers van het Johns Hopkins Malaria Research Institute de de biologie van Aedes aegypti. Ze beschreven de belangrijkste factoren in de immuunrespons van Aedes aegypti wanneer ze geïnfecteerd zijn met het chikungunya-virus, dengue-virus, gele koorts-virus, Mayaro-virus en Zika-virus om betere manieren te creëren de overdracht van dodelijke virussen van mug naar mens te verminderen.

Deze muggensoort sterft niet aan deze virussen wanneer ze geïnfecteerd zijn, en omdat ze hun normale voedingsgedrag voortzetten, geven ze hun virale lading aan ons door. Wat deze muggen gezond houdt ondanks infectie met de virussen is het Argonaute‑2‑eiwit.

In muggen dient het eiwit als onderdeel van een cruciaal antiviraal mechanisme, bekend als het kleine interfererende RNA (siRNA)-pad, dat virale RNA’s herkent en vernietigt.

Ae. aegypti‑muggen die het Ago2‑gen missen, hebben een verstoord siRNA‑pad, waardoor arbovirusinfecties ernstiger worden. Hierdoor daalde hun vermogen om de virussen over te dragen drastisch, omdat ze binnen enkele dagen na infectie stierven.

Naast de verslechtering van het siRNA‑antivirale pad, wordt de verhoogde mortaliteit ook veroorzaakt door defecten in twee andere processen die afhankelijk zijn van Ago2: DNA‑reparatie en autofagie. Ago2‑deficiënte muggen blootgesteld aan arbovirussen vertoonden uitgebreide DNA‑schade, hyper‑infecties en ophoping van moleculair afval in stervende cellen.

De ontdekking opent een weg om muggen minder tolerant en gevoeliger voor virusinfecties te maken, waardoor hun vermogen om ziektes over te dragen wordt beschadigd.

Het team onderzoekt nu manieren om Ae. aegypti te modificeren om een mogelijke nieuwe ziekte‑beheersingsstrategie te testen waarbij ze gegeneerd worden om ziek te worden en te bezwijken aan malaria‑infectie.

Zo’n onderzoek kan ook helpen bij andere studies, zoals het vinden van oplossingen voor bloedstollingsproblemen. Zoals we eerder meldden, hebben onderzoekers een synthetisch molecuul gecreëerd dat een in muggen gevonden molecuul nabootst, wat alleen mogelijk is als we een dieper begrip van hun biologie hebben. 

Een andere interessante en inzichtelijke nieuwe studie van vorige maand onderzocht wat muggen zo hongerig maakt naar menselijk bloed. Welk mechanisme zit hierachter, precies? Michael Strand, een entomoloog van de University of Georgia in Athens, ontdekte dat een paar hormonen samenwerken om deze bloedhonger te activeren of te onderdrukken.

De vrouwtjes nemen bloed voor de ontwikkeling van hun eieren, en zodra ze verzadigd zijn, verliezen ze hun eetlust tot ze eieren leggen.

Tijdens het onderzoek zag Strand dat de niveaus van F(NPF), een hormoon uit de muggenmaag, stegen wanneer ze op zoek gingen naar een gastheer, maar drastisch daalden zodra ze klaar waren met eten. 

Dus analyseerde Strand verder de entero‑endocriene cellen, die het darmhormoon produceren, en ontdekte dat NPF-niveaus piekten vóór de bloedmaaltijd van de insecten en daalden na zes uur. De NPF-niveaus bepaalden ook de interesse van de insecten in mensen. Ze waren niet geïnteresseerd in menselijk bloed nadat ze hadden gegeten, maar gingen er direct naar toe na het leggen van eieren.

RYamide, een ander darmhormoon, bleek ook de bloedhonger van muggen te beïnvloeden. De niveaus van RYamide stijgen wanneer NPF-niveaus dalen na hun feestmaal en omgekeerd. Dus zowel NPF als RYamide samen stimuleren en onderdrukken de aantrekking van mensen en andere gastheren tot muggen.

Met deze ontdekking worden nieuwe methoden en pesticiden hopelijk ontwikkeld om de voortplanting van muggen en de overdracht van ziektes te voorkomen.

Om de potentiële verspreiding van dodelijke ziektes te verminderen, overwegen onderzoekers zelfs volledig geautomatiseerde machines als een chemievrije manier om dit te bereiken. Het bestrijden van muggen omvat het grootschalig spuiten van giftige chemicaliën die uiteindelijk mensen en nuttige insecten zoals vlinders en bijen schaden.

Dus hebben onderzoekers een robotisch apparaat gecreëerd dat nauwkeurig mannelijke en vrouwelijke poppen kan identificeren en vervolgens in glazen sorteert in aparte groepen. De studie richt zich op invasieve muggen soorten.

“De opschaling van het gebruik van deze technieken zal zeer positieve milieu‑effecten hebben, aangezien muggenbestrijding momenteel voornamelijk gebaseerd is op het gebruik van pesticiden.”

– De studie‑co‑auteur Jérémy Bouyer

Laten we nu twee bedrijven bekijken die actief betrokken zijn bij het aanpakken van de muggenplaag.

#1. Thermo Fisher Scientific 

Thermo Fisher Scientific (TMO ) is een grote leverancier van geavanceerde wetenschappelijke oplossingen, die diagnostische tools en technologieën biedt voor het beheersen van vectoren en het beheren van door muggen overgedragen ziektes. Ze leveren essentiële apparatuur voor het onderzoeken en volgen van muggenpopulaties en de ziektes die ze overdragen, waaronder Zika, dengue en malaria.

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

Precigen heeft genetisch gemodificeerde muggen ontwikkeld die gericht zijn op het verminderen van muggenpopulaties en het beperken van de transmissie van door muggen overgedragen ziektes. Dit omvat de creatie van Oxitec‑muggen, die in verschillende regio’s zijn vrijgelaten om ziektes zoals dengue en Zika te bestrijden.

Conclusie 

Muggen zijn het dodelijkste dier ter wereld, ze doden elk jaar meer mensen dan elk ander wezen. Ze kunnen virussen en parasieten overdragen die ziektes veroorzaken zoals dengue, malaria, gele koorts, Zika, chikungunya, West-Nijl en lymfatische filariasis. 

Terwijl een miljard mensen door deze virussen wordt geïnfecteerd, leiden factoren zoals wereldwijde reizen, klimaatverandering en verstedelijking tot een toename van muggenpopulaties en hun verspreiding wereldwijd. Dit maakt het essentieel dat wetenschappers hen op een dieper niveau blijven begrijpen, manieren vinden om hun aantallen te verminderen en beter vechten tegen door muggen overgedragen ziektes om een gezondere wereld te waarborgen.

Klik hier voor een lijst van de beste biotech-aandelen.