Avondpicknicks in een park, zonsondergangbieren aan een meer en warme nachten met de ramen open zijn slechts enkele van de geneugten van midzomer. Maar als de schemering valt, beweegt een van de meest woedende wezens op de planeet: de mug. Buitenactiviteiten worden verlaten in een enkel-krabben razernij en slaap wordt verstoord als we ongelukkig meppen naar de jammerende bron van onze kwelling.
gerelateerde inhoud
- De megasteden van de wereld maken Dengue dodelijker
- Dit geurige kruid kan muggen weren
- Genen maken sommige mensen aantrekkelijker voor muggen
- Kunnen GM-muggen de weg vrijmaken voor de verspreiding van een tropisch virus?
Natuurlijk zijn al deze ongemakken niets vergeleken met de schade die muggen doen als overdragers van ziekten zoals malaria, knokkelkoorts of gele koorts. Volgens de Wereldgezondheidsorganisatie veroorzaakt gele muggenziekte alleen al meer dan 30.000 doden per jaar.
Maar nu, in de voortdurende strijd tussen mens en mug, hebben we misschien gewoon de overhand gekregen. Wetenschappers van de Texas A&M University geloven dat ze een manier hebben gevonden om de bloedzuigers te slim af te zijn door hen te misleiden om te besluiten ons niet te bijten, en hun belangrijkste bondgenoten in deze list zijn de miljarden bacteriën die op onze huid leven.
Bacteriën "praten" met elkaar met behulp van een chemisch systeem genaamd quorum sensing. Deze cel-tot-cel-communicatie wordt gebruikt om bepaald gedrag binnen een gemeenschap te beheersen of te voorkomen, zoals zwermen of het produceren van biofilm, zoals de vorming van plaque op onze tanden. Om een gesprek te beginnen, produceren bacteriën verbindingen die specifieke biochemische berichten bevatten. Hoe meer van deze verbindingen worden geproduceerd, hoe geconcentreerder de boodschap wordt, totdat deze een drempel bereikt die een groepsreactie veroorzaakt. Gedrag komt vaker voor naarmate de boodschap "luider" wordt - en dat maakt het gemakkelijk voor andere organismen om de bacteriële gesprekken af te luisteren.
"Zelfs mensen reageren op quorum-detecterende moleculen", zegt Jeffery K. Tomberlin, een gedragsecoloog bij Texas A&M. "Als er bijvoorbeeld iets ontbindt, komen er quorum-detecterende moleculen vrij die ons vertellen dat het geen goede omgeving. '
Ga de mug in. Eerder onderzoek suggereert dat factoren zoals het volume kooldioxide dat we uitademen, lichaamstemperatuur, lichaamsgeur en zelfs de kleur van onze kleding invloed kunnen hebben op hoe aantrekkelijk we zijn voor de bloeddorstige insecten. Volgens Tomberlin kunnen muggen ook bacteriële communicatiesystemen hacken met behulp van chemoreceptoren op hun antennes, in tegenstelling tot codewijzers uit de Tweede Wereldoorlog die een gecodeerde transmissie onderscheppen: “Hun radarsysteem is extreem gevoelig en kan deze berichten opvangen die zich voordoen. En ze hebben de apparatuur waarmee ze die berichten kunnen onderbreken ', zegt hij.
Evolutionair gezien heeft quorum-detectie altijd in de natuur plaatsgevonden en hebben muggen het vermogen ontwikkeld om deze communicatiepaden via natuurlijke selectie waar te nemen. Muggen profiteren van deze hacking door informatie te verzamelen over de kwaliteit van een bloedgastheer en door selectief te zijn op wie ze zich richten. Maar de bacteriële communicatiepaden blijven evolueren, resulterend in een race tussen concurrerende organismen - aan de ene kant produceren bacteriën berichten en aan de andere kant proberen muggen ze te interpreteren.
“Je tegenstander verandert altijd de codering van zijn code. Je moet die code breken, en je overleven hangt ervan af ”, zegt Tomberlin. Wetende dat microbiële communicatie de aantrekkingskracht van muggen kan beïnvloeden, hebben Tomberlin en zijn collega's bij Texas A & M - inclusief Craig Coates, Tawni Crippen en afgestudeerd onderzoeker Xinyang Zhang - nu aangetoond dat mensen de hackers kunnen hacken en beïnvloeden of muggen besluiten ons te bijten.
Staphylococcus epidermidis is een van de meer dan duizend bacteriesoorten die veel voorkomen op de menselijke huid. Het team gebruikte een mutante vorm van S. epidermidis, waarin ze het genetische mechanisme verwijderden dat codeert voor het quorum-detectiesysteem. Met de biochemische paden van de bacteriën verstoord, konden de "bewakingsapparatuur" van de muggen niet langer afluisteren.
Een microscoopweergave van de gewone huidbacteriën Staphylococcus epidermidis . (David Scharf / Corbis) Het team voerde vervolgens een reeks experimenten uit met bloedvoeders, die bedekt waren met een steriele doek behandeld met ofwel de tot zwijgen gebrachte mutanten of ongemodificeerde wild-type bacteriën. Het team vergeleek de aantrekkelijkheid van de feeders met de vrouwelijke Aedes aegypti- mug, de belangrijkste overdragende agent voor gele koorts.
De bloedvoeders bestonden uit een kweekfles verzegeld met een paraffinefilm die de muggen konden binnendringen. Een millimeter konijnenbloed werd tussen de film en de kweekkolf geïnjecteerd en warm water werd door de kolf gepompt om het bloed op gemiddelde lichaamstemperatuur te houden. Het team plaatste feeders in transparante plastic kooien met 50 muggen en liet ze 15 minuten in de kooien. Ze legden het gedrag van de insecten op video vast, zodat ze het aantal voedende muggen per minuut konden tellen.
Het team testte verschillende scenario's, zoals het plaatsen van bloedvoeders die met wildtype of gemuteerde bacteriën zijn behandeld in afzonderlijke kooien en vervolgens beide soorten bacteriën tegelijkertijd in dezelfde kooi plaatsen. Toen ze een keuze kregen, "werden twee keer zoveel muggen aangetrokken tot het wilde type op de bloedvoeder in plaats van de mutant op een bloedvoeder, " zegt Tomberlin.
Op basis van deze bevindingen, die momenteel worden voorbereid voor indiening bij PLOS One, is het team van mening dat het remmen van bacteriële communicatie kan leiden tot nieuwe methoden voor het afschrikken van muggen die veiliger zouden zijn dan agressieve chemische afweermiddelen zoals DEET. Dit kan belangrijke implicaties hebben voor het verminderen van de verspreiding van door muggen overgedragen ziekten zoals gele koorts. “Bacteriën zijn onze eerste verdedigingslinie en we willen hun verspreiding bevorderen. We kunnen echter misschien natuurlijke afweermiddelen produceren waarmee we tegen muggen kunnen liegen ", zegt Tomberlin." Misschien willen we de berichten aanpassen die worden vrijgegeven die een mug vertellen dat we geen goede gastheer zijn, in plaats van chemicaliën ontwikkelen die schadelijk kunnen zijn voor onze bacteriën op onze huid, of voor onze huid zelf. "
Tomberlin merkt op dat het manipuleren van bacteriële gesprekken vele andere toepassingen kan hebben en dat deze actief worden bestudeerd in andere instellingen. Wat gezondheidstoepassingen betreft, kan het blokkeren van de communicatie tussen bacteriën in de longen van patiënten met cystische fibrose leiden tot nieuwe behandelingen voor de ziekte. En in de energie-industrie kan het remmen van quorumdetectie corrosie van de oliepijpleiding door microben verminderen.
Onderzoekers zoals Thomas K. Wood van Pennsylvania State University, Rodolfo García-Contreras van de Universidad Nacional Autónoma de Mexico en Toshinari Maeda van het Kyushu Institute of Technology zijn leiders in quorum sensing onderzoek. Volgens Wood moeten inspanningen om bacteriële communicatie te manipuleren rekening houden met de geavanceerde tegen-spionagetechnieken van de microben: "We proberen ook te begrijpen hoe bacteriën resistentie ontwikkelen tegen de nieuwe soorten verbindingen die zijn ontworpen om te voorkomen dat bacteriën praten", zegt hij.
Dus nu, voor muggen en voor wetenschap, is de code-breaking race aan de gang.
