蚊に刺されないように、皮膚の細菌を沈黙させる| 科学| スミソニアン - 記事、科学、心身、野生生物

公園での夜のピクニック、湖でのサンセットビール、窓を開けた暖かい夜は、真夏の楽しみのほんの一部です。しかし、夕暮れになると、地球上で最も腹立たしい生き物の1つである蚊がかき混ぜられます。野外活動は足首をひっかくような狂乱に見捨てられ、私たちが悲しみの泣き声の源を不幸にもたたくと睡眠が妨げられます。

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もちろん、これらの不快感はすべて、マラリア、デング熱、黄熱病などの病気の伝達物質としての蚊の被害と比較しても何もありません。世界保健機関によると、蚊媒介性黄熱だけで年間30, 000人以上が死亡しています。

しかし、今、人間と蚊の間の進行中の戦いで、私たちはちょうど優位を獲得したかもしれません。テキサスA＆M大学の科学者は、私たちを噛まないことを決定するように彼らをだまして、吸血鬼を裏切る方法を見つけたと信じています。

細菌は、クォーラムセンシングと呼ばれる化学システムを使用して、互いに「会話」します。この細胞間コミュニケーションは、歯のプラークの形成のような群れやバイオフィルムの生成など、コミュニティ内の特定の行動を制御または防止するために使用されます。会話を始めるために、細菌は特定の生化学的メッセージを含む化合物を生成します。生成されるこれらの化合物が多いほど、グループ応答を引き起こすしきい値に達するまで、メッセージはより集中します。メッセージが「大きく」なると、行動が発生する可能性が高くなります。これにより、他の生物が細菌のチャタリングを盗聴しやすくなります。

テキサスA＆Mの行動生態学者であるジェフリーK.トンバリンは、「人々もクォーラムセンシング分子に反応します。たとえば、何かが分解している場合、そのプロセスで放出されるクォーラムセンシング分子があります。良い環境ではありません。」

蚊を入力してください。前の研究は、私たちが吐き出す二酸化炭素の量、体温、体臭、さらには衣服の色などの要因が、血に飢えた昆虫の魅力に影響を与える可能性があることを示唆しています。 Tomberlinによれば、蚊は、暗号化された送信をインターセプトする第二次世界大戦のコードブレーカーのように、アンテナに化学受容器を使用して細菌通信システムに侵入することもできます。そして、彼らはそれらのメッセージを中断できる機器を持っています」と彼は言います。

進化的に言えば、クォーラムセンシングは常に自然界で発生しており、蚊は自然selectionを介してこれらの通信経路を知覚する能力を進化させてきました。蚊は、血液宿主の質に関する情報を収集し、標的とする人を選択することにより、このハッキングの恩恵を受けます。しかし、細菌のコミュニケーション経路は進化し続けており、その結果、競合する生物間の競争が発生します。一方では細菌がメッセージを生成し、他方では蚊がそれらを解釈しようとしています。

「相手は常にコードの暗号化を変更しています。あなたはそのコードを破らなければなりません、そして、あなたの生存はそれに依存します」と、Tomberlinは言います。微生物のコミュニケーションが蚊の誘引に影響する可能性があることを知って、TomberlinとテキサスA＆Mの同僚（Craig Coates、Tawni Crippen、大学院の研究者Xinyang Zhangを含む）は、人間がハッカーをハッキングし、蚊が私たちを噛むかどうかに影響を与える可能性があることを示しました。

表皮ブドウ球菌は、人間の皮膚によく見られる1000種以上の細菌種の1つです。チームは、S。epidermidisの変異型を使用し、その定足数検知システムをエンコードする遺伝的メカニズムを削除しました。細菌の生化学的経路が破壊されたため、蚊の「監視装置」は盗聴できなくなりました。

一般的な皮膚細菌の表皮ブドウ球菌の顕微鏡写真。（David Scharf / Corbis）

その後、チームは、血液供給装置を使用して一連の実験を実施しました。血液供給装置は、サイレンシングされた変異体または未修飾の野生型細菌で処理された滅菌布で覆われました。チームは、フィーダーの魅力を、黄熱病の主な媒介因子である雌のネッタイシマカと比較しました。

血液供給装置は、蚊が侵入できるパラフィンフィルムで密封された培養フラスコで構成されていました。ウサギの血液1ミリリットルをフィルムと培養フラスコの間に注入し、血液を平均体温に保つためにフラスコに温水を送り込みました。チームは、50匹の蚊が入った透明なプラスチックケージ内にフィーダーを置き、15分間ケージに入れたままにしました。彼らはビデオで昆虫の行動を記録し、毎分で摂食する蚊の数を数えることができました。

チームはさまざまなシナリオをテストしました。たとえば、野生型または変異型細菌で処理した血液フィーダーを別々のケージに入れ、両方のタイプの細菌を同じケージに同時に入れます。選択肢が与えられた場合、「採血者の変異体ではなく、採血者の野生型に2匹の蚊が惹かれました」とTomberlin氏は言います。

PLOS Oneへの提出の準備中のこれらの調査結果に基づいて、チームは、細菌のコミュニケーションを阻害することで、DEETなどの厳しい化学忌避剤よりも安全な蚊を抑止する新しい方法につながると考えています。これは、黄熱病などの蚊媒介性疾患のspread延を減らすために重要な意味を持つ可能性があります。「細菌は防衛の最前線であり、細菌の増殖を促進したいと考えています。しかし、蚊に嘘をつくことを可能にする自然な忌避剤を作り出すことができるかもしれません」とTomberlinは言います。「私たちは、蚊が良い宿主ではないことを蚊に知らせるメッセージを修正したいと思うかもしれません。皮膚の細菌や皮膚自体に有害な化学物質を開発しています。」

Tomberlinは、細菌の会話を操作することには他にも多くの用途があり、これらは他の機関で活発に研究されていると指摘しています。健康への応用の観点から、嚢胞性線維症患者の肺内の細菌間のコミュニケーションを遮断することは、この病気の新しい治療法につながります。また、エネルギー業界では、クォーラムセンシングを禁止すると、微生物による石油パイプラインの腐食を減らすことができます。

ペンシルベニア州立大学のトーマス・K・ウッド、メキシコ国立自閉症大学のロドルフォ・ガルシア・コントレラス、九州工業大学の前田利成などの研究者は、定足数センシング研究のリーダーです。ウッドによると、バクテリアのコミュニケーションを操作するためには、微生物の洗練されたスパイ活動対策を考慮する必要があります：「バクテリアが話すのを止めるように設計された新しいタイプの化合物に対するバクテリアの耐性の進化を理解しようとしています」

それで今、蚊と科学のために、暗号解読競争が始まっています。