Комары — самое смертоносное животное в мире. Более 1 миллиона смертей в год связаны с болезнями, переносимыми комарами, включая малярию, желтую лихорадку, лихорадку денге, лихорадку Зика и чикунгунья.
То, как комары ищут своих хозяев и питаются ими, является важным фактором циркуляции вируса в природе. Комары распространяют болезни, действуя как переносчики вирусов и других патогенов: комар, который кусает человека, зараженного вирусом, может заразиться вирусом и передать его следующему человеку, которого он укусит.
Для иммунологов и исследователей инфекционных заболеваний, подобных мне, лучшее понимание того, как вирус взаимодействует с хозяином, может предложить новые стратегии профилактики и лечения заболеваний, переносимых комарами. В нашем недавно опубликованном исследовании мы с коллегами обнаружили, что некоторые вирусы могут изменять запах тела человека, делая его более привлекательным для комаров, что приводит к большему количеству укусов, которые позволяют вирусу распространяться.
Комары определяют местонахождение потенциального хозяина по различным сенсорным сигналам, таким как температура вашего тела и углекислый газ, выделяемый при выдыхании. Запахи также играют определенную роль. Предыдущие лабораторные исследования показали, что у мышей, инфицированных малярией, происходят изменения в их запахе, которые делают их более привлекательными для комаров. Помня об этом, мы с коллегами задумались, могут ли другие вирусы, переносимые комарами, такие как денге и Зика, также изменять запах человека, делая его более привлекательным для комаров, и есть ли способ предотвратить эти изменения.
Чтобы исследовать это, мы поместили мышей, зараженных вирусом денге или Зика, неинфицированных мышей и комаров в одно из трех отделений стеклянной камеры. Когда мы направили поток воздуха через камеры мышей, чтобы направить их запахи к комарам, мы обнаружили, что больше комаров предпочли лететь к зараженным мышам, а не к неинфицированным.
Мы исключили углекислый газ как причину, по которой комаров привлекали инфицированные мыши, потому что, хотя мыши, инфицированные вирусом Зика, выделяли меньше углекислого газа, чем неинфицированные мыши, мыши, инфицированные денге, не изменили уровень выбросов. Аналогичным образом, мы исключили температуру тела как потенциальный привлекательный фактор, когда комары не делали различий между мышами с повышенной или нормальной температурой тела.
Затем мы оценили роль запаха тела в повышении привлекательности комаров для инфицированных мышей. После размещения фильтра в стеклянных камерах, чтобы предотвратить попадание мышиных запахов к комарам, мы обнаружили, что количество комаров, летящих к инфицированным и неинфицированным мышам, было сопоставимым. Это наводит на мысль, что в запахах зараженных мышей было что-то такое, что привлекало к ним комаров.
Чтобы идентифицировать запах, мы выделили 20 различных газообразных химических соединений из запаха, испускаемого инфицированными мышами. Мы обнаружили, что три из них стимулируют значительную реакцию антенн комаров. Когда мы нанесли эти три соединения на кожу здоровых мышей и руки добровольцев-людей, только одно, ацетофенон, привлекло больше комаров по сравнению с контролем. Мы обнаружили, что инфицированные мыши вырабатывали в 10 раз больше ацетофенона, чем неинфицированные мыши.
Аналогичным образом, мы обнаружили, что запахи, собранные из подмышек пациентов с лихорадкой денге, содержали больше ацетофенона, чем у здоровых людей. Когда мы нанесли запахи пациента с лихорадкой денге на одну руку добровольца и запах здорового человека — на другую, комаров неизменно больше привлекала рука с запахами лихорадки денге.
Эти результаты подразумевают, что вирусы денге и Зика способны увеличивать количество ацетофенона, вырабатываемого и выделяемого их хозяевами, что делает их еще более привлекательными для комаров. Когда незараженные комары кусают этих привлекательных хозяев, они могут продолжать кусать других людей и распространять вирус еще дальше.
Как вирусы увеличивают выработку ацетофенона
Далее мы хотели выяснить, как вирусы увеличивают количество ацетофенона, привлекающего комаров, вырабатываемого их хозяевами. Ацетофенон, наряду с химическим веществом, обычно используемым в качестве ароматизатора в парфюмерии, также является побочным продуктом метаболизма, обычно вырабатываемым определенными бактериями, живущими на коже и в кишечнике как людей, так и мышей. Поэтому мы подумали, не связано ли это как-то с изменением типа бактерий на коже.
Чтобы проверить эту идею, мы удалили кожные или кишечные бактерии у инфицированных мышей, прежде чем подвергать их воздействию комаров. Хотя комаров все еще больше привлекали инфицированные мыши с истощенными кишечными бактериями по сравнению с неинфицированными мышами, их значительно меньше привлекали инфицированные мыши с истощенными кожными бактериями. Эти результаты свидетельствуют о том, что кожные микробы являются важным источником ацетофенона.
Когда мы сравнили состав кожных бактерий инфицированных и неинфицированных мышей, мы определили, что распространенный тип палочковидных бактерий, Bacillus, был основным производителем ацетофенона и имел значительно увеличенную численность у инфицированных мышей. Это означало, что вирусы денге и Зика были способны изменять запах своего хозяина, изменяя микробиом кожи.
Уменьшение количества запахов, привлекающих комаров
Наконец, мы задались вопросом, есть ли способ предотвратить это изменение запахов.
Мы обнаружили один потенциальный вариант, когда заметили, что у инфицированных мышей снизился уровень важной молекулы RELMa, вырабатываемой клетками кожи для борьбы с микробами. Это позволило предположить, что вирусы денге и Зика подавляли выработку этой молекулы, делая мышей более уязвимыми к инфекции.
Известно, что витамин А и родственные ему химические соединения сильно стимулируют выработку RELMa. Итак, мы в течение нескольких дней кормили инфицированных мышей производным витамина А и измеряли количество бактерий RELMa и Bacillus, присутствующих на их коже, затем подвергли их воздействию комаров.
Мы обнаружили, что инфицированные мыши, получавшие производное витамина А, смогли восстановить уровень RELMa до уровня неинфицированных мышей, а также уменьшить количество бактерий Bacillus на их коже. Эти обработанные инфицированные мыши также привлекали комаров не больше, чем неинфицированные мыши.
Наш следующий шаг — повторить эти результаты на людях и в конечном итоге применить полученные знания к пациентам. Дефицит витамина А распространен в развивающихся странах. Это особенно актуально в странах Африки к югу от Сахары и Юго-Восточной Азии, где распространены вирусные заболевания, передаваемые комарами. Наши следующие шаги заключаются в том, чтобы выяснить, может ли витамин А или его производные, поступающие с пищей, снизить привлекательность комаров для людей, инфицированных вирусом Зика и денге, и впоследствии снизить заболеваемость, переносимую комарами, в долгосрочной перспективе.
Пэнхуа Ван — доцент иммунологии в Университете Коннектикута. Он получает финансирование от Национальных институтов здравоохранения и Министерства здравоохранения и социальных служб США. Он является постоянным членом Американской ассоциации иммунологов, Американского общества вирусологии и Общества китайских биологов в Америке.