Nedstängningar i Massachusetts – varför myggforskning är viktigare än du tror

Staden Plymouth i Massachusetts har infört nattligt lockdown och stänger sina parker och fält. Myndigheterna rekommenderar samtidigt en utomhusnattklocka som svar på östra hästencefalit (EEE), en sällsynt men livshotande sjukdom som sprids av myggor. 

För ett par veckor sedan meddelade hälsomyndigheterna i Massachusetts det första mänskliga fallet av sjukdomen i delstaten sedan 2020. 

I helgen förklarade Plymouth att offentliga utomhusrekreationsanläggningar skulle stängas från skymning till gryning efter att en häst blivit smittad med sjukdomen. Andra städer uppmanar också folk att undvika att gå ut på natten fram till slutet av september efter att myndigheterna varnat för att fyra andra städer också befinner sig i “kritisk risk.” 

Folk i hela delstaten rekommenderas dessutom att använda myggmedel och tömma stillastående vatten. Detta kommer efter att en man i Oxford fick viruset, vars familj rapporterade “fruktansvärda fysiska och emotionella konsekvenser, oavsett om personen lyckas överleva,” sade stadens förvaltare Jennifer Callahan.

Närvaron av viruset i ‘The Bay State’ bekräftades faktiskt förra månaden i ett myggprov. Provtagning av myggor i Connecticut och Rhode Island har också visat positivt för EEE. Samtidigt har ett mänskligt fall av EEE rapporterats i både New Jersey och Vermont i år, förutom i Massachusetts. 

År 2019 ledde utbrottet i Massachusetts till sex dödsfall av 12 bekräftade fall och fortsatte in i följande år med ytterligare fall.

Statens folkhälsodepartement har uppgett att Massachusetts upplever ett EEE-utbrott var 10 till 20 år, och det varar i två till tre år.

Det finns ingen behandling eller vaccin mot EEE. Enligt Centers for Disease Control and Prevention (CDC) dör ungefär 30 % av de smittade, och överlevande lider ofta av permanenta funktionshinder.

Viruset kan orsaka huvudvärk, feber, kräkningar, diarré, dåsighet, anfall och beteendeförändringar. De flesta som smittas utvecklar dock inga symptom. Dessutom är människor i alla åldrar mottagliga för EEE, men de under 15 år och över 50 år löper störst risk.

I USA rapporteras endast några få fall av EEE varje år, enligt CDC, främst i östra eller Gulfkuststaterna.

Sjukdomen är faktiskt vanlig hos fåglar, och även om människor kan bli smittade sprider de den inte. Detta dödliga virus sprids vanligtvis till människor via bett av en infekterad mygga.

Detta är inte första gången myggor orsakar problem. Faktum är att de har varit ansvariga för döden av hälften av jordens befolkning i över 200 000 år.

Som vi rapporterade i vår tidigare artikel har myggor, som har funnits på planeten i över 100 miljoner år, nått en enorm population på 100 biljoner år 2019. Dessa siffror förväntas öka i framtiden på grund av urbanisering och otillräckliga myggkontrollinsatser. Klimatförändringar bidrar också till deras tillväxt eftersom myggor trivs i varmt, fuktigt väder.

Med tanke på deras enorma population och deras roll i spridning av dödliga sjukdomar är det avgörande att få en djupare förståelse för hur myggor fungerar och utforska effektiva sätt att förhindra dessa sjukdomar. Och detta är exakt vad den senaste forskningen syftar till att uppnå. 

Hur myggor spårar människor: Infrarörelsens roll

Myggburna sjukdomar drabbar hundratals miljoner människor varje år, där en särskild art, Aedes aegypti, är den primära vektorn för virus som orsakar gula febern, chikungunya och Zika. Den är också ansvarig för dengue, med över 100 miljoner fall rapporterade årligen. 

Anopheles gambiae är en annan myggart som ansvarar för spridning av parasiten som orsakar malaria. Denna livshotande sjukdom orsakar över 400 000 dödsfall varje år, enligt Världshälsoorganisationen, och har varit föremål för behandlingsinsatser som har tilldelats Nobelpriser.

Dessa siffror har gett myggor titeln ‘vår dödligaste predator’, men hur kan de göra detta? I mer än ett sekel har forskare undersökt hur myggor hittar sina värdar, och det har visat sig att dessa insekter förlitar sig på olika sinnen på olika avstånd för att samla information.

Nu har forskare från UC Santa Barbara upptäckt en viktig ledtråd som hjälper myggor att lokalisera sina värdar, inklusive var den befinner sig och hur den fungerar på en biokemisk nivå.

Denna ledtråd är infrarörelsedetektion. Ja, samma förmåga som finns i dina nattkamskameror, rymduppdrag och som är kärnkomponenten i spektralanalys, lågsensorer och gasanalysatorer. 

Myggor föds naturligt med förmågan att hitta sina värdar. Vi vet redan att honmyggor behöver blod för äggutveckling, och de integrerar flera signaler såsom hudlukt, visuella intryck och CO₂ från andning. Alla dessa signaler uppfattas över olika avstånd.

Den senaste studien, publicerad i Nature, visar att det finns ytterligare en ledtråd i Aedes aegyptis sensoriska arsenal som de använder för att hitta människor. Enligt studien uppfattar arten infraröd (IR) strålning som avges från deras mål och använder den informationen i kombination med andra signaler för mycket effektiv navigering på medellångt avstånd. Studien noterade:

”Insikten att termisk IR-strålning är en enastående riktad ledtråd på medellångt avstånd utökar vår förståelse för hur myggor är exceptionellt effektiva i att lokalisera värdar.” 

Studien valde Aedes aegypti bland cirka 3 500 myggarter för att vara “exceptionellt skicklig på att hitta mänskliga värdar”, och denna studie förklarar hur dessa myggor kan uppnå detta, sade medförfattare Nicolas DeBeaubien, postdoktoral forskare vid UCSB i professor Craig Montells laboratorium. 

Denna invasiva myggart överför flavivirus, ett vektorbundet RNA-virus som orsakar livshotande sjukdomssymptom som blödningsfeber och encefalit, och påverkar en betydande del av världens befolkning. 

Istället för att använda en enda stimulus, som ofta är otillräcklig för att särskilja människor från andra mål, integrerar dessa myggarter flera signaler för att lokalisera samt navigera mot människor.

Att använda en enda ledtråd ökar faktiskt myggans respons på andra stimuli från värden. Till exempel förstärker detektering av utandnings-CO₂ deras rörelseaktivitet, vilket i sin tur ökar deras respons på visuella signaler. Dock har varje signal också sina begränsningar.

Aedes aegypti har dålig synskärpa, vilket begränsar dess förmåga att särskilja värdar. Sedan finns det luktsignaler, vars effektivitet begränsas av vind eller värdens snabba rörelse, vilket kan förvirra dem. 

Så gick studiens författare vidare för att ta reda på vad som får dem att upptäcka en mer pålitlig riktad ledtråd, och det var så de kom på infraröd strålning. När myggor är nära hudytan, inom ett avstånd på 10 cm, känner de av värmen som stiger och uppfattar temperaturen precis när de landar. 

Med tanke på att andra djur som huggormar och vampyrfladdermöss kan känna termisk IR från varm bytesdjur, var det logiskt att undersöka om Aedes aegypti-myggen har samma förmåga.

För att testa detta placerades honmyggor i en bur med två zoner. Båda zonerna exponerades för CO₂ i samma koncentration som mänsklig andning och mänskliga dofter; dock exponerades en av zonerna även för IR från en källa med hudtemperatur. Forskarna räknade sedan antalet myggor som började suga som om de letade efter en ven.

Att lägga till termisk IR från en källa på 34 °C fördubblade insekternas värdsökande aktivitet, vilket fortsatte att vara effektivt upp till 2,5 fot.

”Det som slog mig mest med detta arbete var hur stark en ledtråd IR visade sig vara. När vi fick alla parametrar precis rätt var resultaten otvetydigt tydliga.”

– DeBeaubien

Medan tidigare studier inte märkte någon effekt av termisk infraröd på myggors beteende, tror seniorförfattare Craig Montell att det kan bero på metodik. Forskare kan försöka isolera den termiska IR-effekten genom att endast presentera en infraröd signal. 

Det fungerar inte eftersom en enskild ledtråd i sig inte stimulerar insekternas värdsökande aktivitet utan endast “i samband med andra ledtrådar,” sade Montell, mottagare av NSF Presidential Young Investigator Award och Duggan och Distinguished Professor of Molecular, Cellular, and Developmental Biology. 

När det gäller termisk infraröd strålning kan myggor inte upptäcka den på samma sätt som synligt ljus eftersom IR-energi är för låg för att aktivera rhodopsinproteiner som upptäcker synligt ljus i djurens ögon.

Nu är frågan hur det fungerar då. Det är här myggornas antenner kommer in i bilden. Antennspetsarna är kända för att ha värmeavkännande neuroner och när teamet avlägsnade dessa spetsar fann de att detta eliminerade insekternas IR-detekteringsförmåga.

TRPA1, ett temperaturkänsligt protein, har hittats i ett separat laboratorium att finnas i antennens ände. Det observerades sedan av UCSB-teamet att de utan funktionell trpA1-gen inte kunde upptäcka IR.

Så myggor kan upptäcka infraröd strålning genom att använda TRPA1. Men det är inte allt. Ett par rhodopsiner som är känsliga för små temperaturökningar uttrycks också i samma antennala neuroner som TRPA1, vilket möjliggör framgångsrik IR-detektion på lång räckvidd.

Teamet demonstrerade detta när de knockade ut TRPA1, vilket då tog bort myggornas känslighet för IR. Detta var dock inte fallet för insekter med problem i någon av deras rhodopsiner. Även om knockning av båda rhodopsinerna tillsammans inte helt tog bort deras känslighet för IR, försvagade det deras förmåga avsevärt.

Studieresultaten indikerar att intensiv termisk IR direkt aktiverar TRPA1 medan rhodopsiner (Op1 och Op2) aktiveras vid låga nivåer av termisk IR, vilket sedan indirekt triggar TRPA1. Eftersom vår hudtemperatur är konstant, förstärks TRPA1:s känslighet, vilket utökar myggornas IR-sensorområde till omkring 2,5 ft.

Med denna upptäckt syftar studien till att öka möjligheten att utveckla strategier för att störa detta lockelse och designa mer effektiva beten. Enligt DeBeaubien:

”Trots sin lilla storlek är myggor ansvariga för fler mänskliga dödsfall än något annat djur. Vår forskning förbättrar förståelsen för hur myggor riktar in sig på människor och erbjuder nya möjligheter att kontrollera överföringen av myggburna sjukdomar.”

Innovativa metoder för myggkontroll: Vad framtiden har att erbjuda

För ungefär ett år sedan studerade en annan artikel från forskare vid Johns Hopkins Malaria Research Institute biologin hos Aedes aegypti. De detaljerade de viktigaste faktorerna i Aedes aegyptis immunsvar när de är infekterade med chikungunya-virus, denguevirus, gula febern-virus, Mayaro-virus och Zika-virus för att skapa bättre metoder att minska mygg-till-människa-överföringen av dödliga virus.

Denna myggart dör inte av dessa virus när den är infekterad, och eftersom de fortsätter sin normala födosökning överför de sitt virala last till oss. Vad som håller dessa myggor friska trots virusinfektion är proteinet Argonaute 2.

Hos myggor fungerar proteinet som en del av en avgörande antivirala mekanism känd som den lilla interfererande RNA (siRNA)-vägen, som känner igen och förstör virala RNA.

Ae. aegypti-mygga som saknar Ago2-genen har sin siRNA-väg nedsatt, vilket gör arbovirusinfektionen allvarligare. I sin tur minskade myggornas förmåga att överföra virusen dramatiskt då de dog inom bara några dagar efter infektion.

Förutom att siRNA-antivirala vägen blir nedsatt orsakas den ökade dödligheten också av defekter i två andra processer som beror på Ago2: DNA-reparation och autofagi. Ago2-bristande myggor exponerade för arbovirus hade omfattande DNA-skador, hyperinfektioner och ansamling av molekylärt avfall i döende celler.

Upptäckten öppnar en möjlighet att göra myggor mindre toleranta och mer mottagliga för virusinfektion för att skada deras förmåga att sprida sjukdom.

Teamet utforskar nu sätt att konstruera Ae. aegypti för att testa en möjlig ny sjukdomskontrollstrategi där de konstrueras för att bli sjuka och dö av malariainfektion.

Sådan forskning kan också hjälpa i andra studier, såsom att hitta lösningar på problemet med blodkoagulation. Som vi tidigare rapporterat har forskare faktiskt skapat en syntetisk molekyl för att efterlikna en som finns i myggor, vilket bara är möjligt om vi har en djupare förståelse för deras biologi.

Ytterligare en intressant och insiktsfull ny studie från förra månaden undersökte vad som får myggor att vara så hungriga på mänskligt blod. Vilken mekanism ligger bakom detta, exakt? Michael Strand, en entomolog från University of Georgia i Athens, fann att ett par hormoner samverkar för att aktivera eller undertrycka dessa blodbegär.

Honorna konsumerar blod för äggutveckling, och när de har fått nog förlorar de sin aptit tills de lägger ägg.

Under forskningen såg Strand att nivåerna av F(NPF), ett myggtarmhormon, sköt i höjden när de letade efter en värd men föll drastiskt när de var klara med sin festmåltid.

Så fortsatte Strand med att analysera enteroendokrina celler, som producerar tarmhormonet, och fann att NPF-nivåerna sköt i höjden innan insekterna tog sin blodmåltid och sjönk efter sex timmar. NPF-nivåerna styrde också insekternas intresse för människor. De var inte intresserade av mänskligt blod efter sin festmåltid men gick direkt på det efter att ha lagt ägg.

RYamide, ett annat tarmhormon, påverkade också myggornas blodbegär. RYamide-nivåerna stiger när NPF-nivåerna sjunker efter deras fest och vice versa. Så både NPF och RYamide tillsammans uppmuntrar och undertrycker attraktionen av människor och andra värdar till myggor.

Med denna upptäckt hoppas man utveckla nya metoder och bekämpningsmedel för att förhindra myggreproduktion samt sjukdomsspridning.

För att minska den potentiella spridningen av dödliga sjukdomar överväger forskare även helt automatiserade maskiner som ett kemikaliefritt sätt att uppnå detta. Att bli av med myggor innebär att spruta giftiga kemikalier i stor skala, vilket slutar med att skada människor och skada nyttiga insekter som fjärilar och bin.

Så skapade forskarna en robotenhet som exakt kan identifiera och sedan använda glasögon för att sortera manliga och kvinnliga puppor i separata grupper. Studien riktar sig mot invasiva myggarter.

”Uppskalningen av användningen av dessa tekniker kommer att ha mycket positiva miljöeffekter, eftersom myggkontroll för närvarande huvudsakligen baseras på användning av bekämpningsmedel.”

– The study co-author Jérémy Bouyer

Nu ska vi titta på två företag som aktivt arbetar med att bekämpa myggproblemet.

#1. Thermo Fisher Scientific 

Thermo Fisher Scientific (TMO ) är en stor leverantör av avancerade vetenskapliga lösningar och erbjuder diagnostiska verktyg och teknologier för att kontrollera vektorer och hantera sjukdomar som överförs av myggor. De tillhandahåller viktig utrustning för forskning och spårning av myggpopulationer samt de sjukdomar de sprider, inklusive Zika, dengue och malaria.

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

Precigen har utvecklat genetiskt modifierade myggor med syfte att minska myggpopulationer och begränsa överföringen av myggburna sjukdomar. Detta inkluderar skapandet av Oxitec-mygga, som har släppts i olika regioner för att bekämpa sjukdomar som dengue och Zika.

Slutsats 

Myggor är världens dödligaste djur och dödar fler människor än något annat djur varje år. De kan överföra virus och parasiter som orsakar sjukdomar som dengue, malaria, gula febern, Zika, chikungunya, West Nile och lymfatisk filariasis. 

Medan en miljard människor blir smittade av dessa virus, leder faktorer som globalt resande, klimatförändringar och urbanisering till en ökning av myggpopulationer och deras spridning världen över. Detta gör det avgörande att forskare fortsätter att förstå dem på djupare nivå, hittar sätt att minska deras antal och hjälper till att bättre bekämpa myggburna sjukdomar för att säkerställa en hälsosammare värld.

Klicka här för en lista över de bästa biotech-aktierna.