Les moustiques. Fléau des pique-niques dans la cour – et mortel dans les régions sujettes au Zika et à la dengue.
La plupart des moustiques du monde sont opportunistes, prêts à boire du sang de n’importe quelle source à proximité. Mais dans certaines régions, les moustiques porteurs du Zika, de la dengue et de la fièvre jaune — Aedes aegypti – ont évolué pour mordre les humains presque exclusivement. Mais pour réussir en tant que nourrisseur spécialisé, dépendant d’une seule espèce – la nôtre – pour survivre, ils doivent avoir développé des stratégies de ciblage incroyablement précises. Comment font-ils?
« Nous avons cherché à comprendre comment ces moustiques distinguent les odeurs humaines et animales », a déclaré Carolyn « Lindy » McBride, professeure adjointe d’écologie, de biologie évolutive et de neurosciences, « à la fois en termes de ce qu’il en est de l’odeur humaine qu’ils signalent et quelle partie de leur cerveau leur permet de capter ces signaux. »
Après des années de travail dévoué, y compris d’innombrables défis scientifiques et technologiques, son équipe a trouvé des réponses aux deux parties de cette équation. Que détectent les moustiques et comment le détectent-ils ? Leurs résultats paraissent dans le numéro actuel de Nature.
McBride a décrit son approche centrée sur les moustiques : « Nous avons en quelque sorte plongé dans le cerveau du moustique et avons demandé : « Qu’est-ce que tu sens ? Qu’est-ce qui allume ton cerveau ? Qu’est-ce qui active tes neurones ? » odeur contre odeur animale ? »
Zhilei Zhao, alors étudiant diplômé, titulaire d’un doctorat en 2021. ancien élève qui est maintenant à Cornell, a lancé sa nouvelle approche : l’imagerie du cerveau des moustiques à très haute résolution pour voir comment le moustique identifie sa prochaine victime. Pour ce faire, il a d’abord dû concevoir génétiquement des moustiques dont le cerveau s’allumait lorsqu’il était actif, puis l’équipe devait fournir de l’air à saveur humaine et animale de manière à ce que les moustiques puissent détecter à l’intérieur de l’équipement d’imagerie sur mesure de l’équipe.
L’odeur humaine est composée de dizaines de composés différents, et ces mêmes composés, dans des proportions légèrement différentes, sont présents dans la plupart des odeurs de mammifères. Aucun de ces composés n’attire les moustiques en soi, le défi consistait donc à déterminer le mélange exact de composants que les moustiques utilisent pour reconnaître l’odeur humaine.
L’équipe a conclu que deux produits chimiques, décanal et undécanal, sont enrichis en odeur humaine. Ils ont breveté un mélange contenant du décanal qui, espèrent-ils, pourrait conduire à des appâts attirant les moustiques vers des pièges mortels ou à des répulsifs qui interrompent le signal.
Pour fournir des mammifères de comparaison à tester, l’étudiante diplômée Jessica Zung a travaillé avec d’anciens spécialistes de la recherche Alexis Kriete et Azwad Iqbal pour collecter des échantillons de poils, de fourrure et de laine. Pour cet article, l’équipe a utilisé l’odeur de seize humains, deux rats, deux cobayes, deux cailles, un mouton et quatre chiens. Howell Living History Farm à Hopewell, NJ, a fait don de plusieurs toisons de leur tonte de moutons au printemps; pour un autre mammifère domestique, Zung est allé dans un salon de toilettage et a recueilli les poils coupés de chiens de compagnie récemment toilettés.
« Pour les échantillons humains, nous avions un groupe de formidables volontaires », a déclaré Zung. « Nous ne les avons pas fait prendre de douche pendant quelques jours, puis nous nous sommes déshabillés et allongés dans un sac en téflon. » Pourquoi nu ? Parce que le coton, le polyester et les autres fibres vestimentaires ont leurs propres odeurs qui fausseraient les données.
Une fois qu’ils ont surmonté les défis techniques – récupérer les odeurs humaines et animales de manière non destructive, concevoir un système qui leur a permis de souffler l’odeur humaine sur les moustiques dans la configuration d’imagerie, créer une soufflerie pour tester des mélanges simples ou des composés uniques, et élever des souches viables de moustiques dont le cerveau réagit à l’équipement – ils ont commencé à collecter des données.
Des données très surprenantes.
Avant cette étude, les chercheurs ont émis l’hypothèse que les cerveaux des moustiques doivent avoir une technique compliquée et sophistiquée pour distinguer les humains des autres animaux. Au contraire, il s’est avéré.
« La simplicité nous a surpris », a déclaré McBride. « Malgré la complexité de l’odeur humaine et le fait qu’elle ne contient pas vraiment de composés spécifiques à l’homme, les moustiques ont développé un mécanisme étonnamment simple pour nous reconnaître. Pour moi, c’est une histoire évolutive : si nous a créé un test statistique pour différencier l’odeur humaine, ce serait très complexe, mais le moustique fait quelque chose de remarquablement simple, et simple fonctionne généralement assez bien, quand il s’agit d’évolution. »
En d’autres termes, les solutions simples ont tendance à se reproduire au fil du temps évolutif.
Le cerveau des moustiques possède 60 centres nerveux appelés glomérules (singulier : glomérule). L’équipe avait émis l’hypothèse que beaucoup – peut-être même la plupart – seraient impliqués pour aider ces moustiques dépendants de l’homme à trouver leur nourriture préférée.
« Quand j’ai vu l’activité cérébrale pour la première fois, je ne pouvais pas y croire – seulement deux glomérules étaient impliqués », a déclaré Zhao. « Cela contredisait tout ce à quoi nous nous attendions, alors j’ai répété l’expérience plusieurs fois, avec plus d’humains, plus d’animaux. Je n’arrivais pas à y croire. C’est si simple. »
Des deux centres nerveux, l’un réagit à de nombreuses odeurs, y compris l’odeur humaine, en disant essentiellement : « Hé, regardez, il y a quelque chose d’intéressant à proximité que vous devriez vérifier », tandis que l’autre ne répond qu’aux humains. En avoir deux peut aider les moustiques à se concentrer sur leurs cibles, suggèrent les chercheurs.
C’était l’un des plus grands « Eureka! » moments du projet, a déclaré McBride. « Zhilei avait travaillé pendant quelques années pour obtenir les moustiques transgéniques dont il avait besoin, puis nous avons découvert que nous n’avions pas un bon moyen de transmettre l’odeur humaine. Nous avons donc travaillé pendant encore un an ou deux, proposant des idées à essayer. pour comprendre comment délivrer suffisamment d’odeurs humaines de manière suffisamment contrôlée pour voir une réponse. Ensuite, la première fois que nous avons essayé cette nouvelle technologie que nous avons décrite dans l’article — cette nouvelle façon de délivrer des odeurs — il a en fait vu un cerveau répondre. C’était incroyable.
En déterminant les glomérules que les moustiques utilisent pour détecter les humains et en identifiant ce qu’ils détectent – décanal et undécanal – l’équipe a une réponse élégamment simple à leurs questions, a noté Zung.
« S’il s’agissait uniquement d’un article sur la neuro-imagerie, il resterait quelques questions », a-t-elle déclaré. « S’il s’agissait uniquement d’un document d’analyse d’odeurs, il y aurait encore des questions sans réponse. Un document purement comportemental, même chose. Mais une vraie force de ce projet est que nous avons pu apporter tant de méthodes différentes et l’expertise de tant de Et Lindy était tout simplement incroyable et désireuse d’apprendre et d’investir dans toutes ces différentes méthodes. »
« Tout ce projet est incroyablement collaboratif », a convenu Zhao. « Nous abordions tant de sources de données qui ont maintenant convergé dans une histoire cohérente, et cela nécessite une expertise tellement différente. Je n’avais étudié aucune neuroscience avant de venir à Princeton, mais nous avons ici le Princeton Neuroscience Institute, avec tant beaucoup de gens talentueux dont je pourrais apprendre. Pour la partie science des odeurs, je n’ai aucune expérience dans ce domaine, mais Jessica est une experte. Et pour l’installation de la soufflerie, nous avons collaboré avec des chercheurs en Suède. Si nous avions tout fait nous-mêmes, nous pourrions pas obtenu d’aussi bons résultats ; c’est uniquement grâce à la collaboration que nous en sommes arrivés là. »
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