Zanzara: "Ucci ucci sento odor... di cristianucci!"

L’estate è sempre più vicina e con essa l’arrivo delle zanzare. Esistono 3559 specie di zanzare nel mondo, la maggior parte non trasmette malattie e molte non sono interessate agli esseri umani o non si nutrono del tutto di sangue. Tuttavia, molti di noi, vittime di questi piccoli insetti, si chiederanno come mai sono un pasto delizioso per alcune zanzare. Diverse specie di zanzare infatti, come l’Aedes aegypti che diffonde malattie come la dengue, la Zika e la febbre gialla, hanno evoluto una certa capacità di differenziare tra un ospite umano e un ospite animale, sviluppando un’estrema sensibilità per l’odore umano. Ma come fanno? Esattamente, cosa piace alle zanzare dell’odore umano? Cosa si attiva nel loro cervello?

L’olfatto delle zanzare

Stiamo passeggiando per strada, passiamo davanti ad una pizzeria, sentiamo l’odore della pizza e subito ci viene voglia di fermarci e mangiarne una. Ecco, questo è esattamente ciò che accade alle zanzare quando avvertono l’odore dei vertebrati. Infatti così come la pizza, tutti i vertebrati emanano un odore. Si tratta di complesse miscele di composti chimici volatili, tra cui anidride carbonica (CO₂), acidi carbossilici e acido lattico, componenti del respiro e del sudore umani. Questo odore per le zanzare è la promessa di un pasto delizioso, ricco di nutrienti per garantire la produzione delle uova.

I composti volatili sono rilevati dagli organi sensoriali localizzati su peli microscopici (sensilla), presenti sulle antenne, sui palpi mascellari e sulla proboscide. I dendriti dei neuroni sensoriali olfattivi sono circondati da una soluzione acquosa nota come linfa sensillare. Gli odoranti idrofobici sono insolubili nella linfa, quindi devono essere trasportati da altre molecole ai siti di legame del recettore: le proteine leganti gli odori (OBP).

Le tre classi principali di recettori, coinvolti nell’olfatto delle zanzare, sono i recettori gustativi (GR), i recettori ionotropici (IR) e i recettori odoranti (OR). Gli IR e gli OR sono sensibili ad una vasta gamma di odoranti, mentre il ruolo dei GR nell’olfatto è limitato alla rilevazione di CO₂. Anche i corecettori sono necessari per formare un’unità funzionale con i recettori IR e OR, creando un canale ionico sensibile agli odori.

Quando le molecole arrivano ai recettori, questi convertono il segnale chimico in un segnale elettrico che arriva dai neuroni al cervello. In particolare, i diversi tipi di recettori ligando-specifici sono collegati a singoli glomeruli che rappresentano le unità funzionali del lobo antennale (AL). Quest’ultimo agisce quindi come un sistema di rilevazione, decodificando la miscela di odori.

Figura 1 - Recettori odoranti delle zanzare [Fonte: https://blogs.biomedcentral.com/bugbitten/2019/04/19/receptors-help-mosquitoes-smell-us/ ] — *Figura 1 – Recettori odoranti delle zanzare [Fonte: https://blogs.biomedcentral.com/bugbitten/2019/04/19/receptors-help-mosquitoes-smell-us/ ]*

Leggere nel pensiero le zanzare

Una ricerca, pubblicata il 4 maggio 2022 su Nature e condotta presso l’Università di Princeton è riuscita per la prima volta a “leggere nel pensiero” le zanzare. Questo studio mostra che quando le femmine di zanzara Aedes aegypti odorano gli esseri umani, si attiva un percorso neuronale unico nei loro minuscoli cervelli.

Innanzitutto, è stato visto che nei mutanti privi del gene per il co-recettore di OR (Orco), la risposta all’odore risulta notevolmente ridotta. Tuttavia, in presenza di CO₂, la risposta risulta ripristinata, ma il mutante non è in grado di discriminare tra umani e animali. OR è quindi modulato dalla CO₂ ed è fondamentale per il rilevamento dell’uomo.

Sulla base di questo, al fine di capire esattamente cosa sente la zanzara, il gruppo di ricerca dell’Università di Princeton ha utilizzato la tecnica di ingegneria genetica CRISPR-Cas9, generando, per la prima volta, zanzare che esprimono il sensore di calcio GCaMP6f, sotto il controllo del locus Orco, nei neuroni sensoriali olfattivi. Quando i neuroni si attivano e i livelli di calcio aumentano, il sensore emette fluorescenza. Le zanzare ingegnerizzate sono state quindi esposte alle miscele di odori di otto umani, due ratti, due porcellini d’india, due quaglie e una pecora. Durante lo studio, ai volontari umani è stato chiesto di non fare la doccia per alcuni giorni e di sdraiarsi nudi in un sacchetto di Teflon. L’aria dei sacchetti era raccolta e soffiata contro le zanzare. Anche gli animali sono stati posti in una camera di vetro da cui l’aria era pompata verso le zanzare.

Figura 2 - Per capire cosa piace alle zanzare dell'odore umano, il gruppo di ricerca ha messo a punto un sensore di calcio fluorescente, sotto il controllo del locus Orco. In verde si può osservare la fluorescenza, in seguito all'attivazione dei neuroni olfattivi. [Fonte: https://doi.org/10.1038/s41586-022-04675-4] — Figura 2 – In verde si può osservare la fluorescenza emessa dal sensore di calcio GCaMP6f sotto il controllo del locus Orco, in seguito all’attivazione dei neuroni olfattivi. [Fonte: https://doi.org/10.1038/s41586-022-04675-4]

Cosa evocano gli odori umani nel cervello delle zanzare?

Gli odori umani e animali condividono molti degli stessi composti. Ma alcune molecole sono più abbondanti nell’odore umano che in quello animale. Prima di questo studio, si pensava che la miscela di odori umana attivasse molti diversi glomeruli, nel cervello della zanzara, mentre quella animale un altro insieme di glomeruli, in parte sovrapposti. In questo lavoro invece, l’imaging dei neuroni olfattivi delle zanzare ha mostrato una situazione molto più semplice. In particolare, in risposta ad una delle specie animali non umane, risultano attivati due glomeruli, il glomerulo B e il glomerulo A. Invece, in risposta all’odore umano, risultano attivati un glomerulo specifico per l’uomo, il glomerulo H, e uno dei glomeruli attivati anche dagli odori animali (glomerulo B). Quindi anche se gli odori sono miscele complesse, questo tipo di zanzara può utilizzare un semplice codice neurale per differenziare i suoi ospiti preferiti dagli altri.

Cosa piace alle zanzare dell’odore umano? La risposta è nel sebo!

Successivamente, i ricercatori hanno scavato più a fondo per identificare esattamente cosa piace alle zanzare dell’odore umano. Un gruppo di composti che è spiccato sono le aldeidi. Le aldeidi sono composti caratterizzati dalla presenza di un gruppo carbonilico (C=O) legato ad un atomo di idrogeno e ad a una catena più o meno lunga di atomi di carbonio. Questa classe di composti è molto abbondante non solo negli odori umani e animali, ma anche in natura negli odori caratteristici di alcune piante (agrumi, cannella, rosa, citronella).

Il sebo è una sostanza oleosa che, a differenza del sudore, viene secreta dai follicoli piliferi indipendentemente dall’attività fisica e risulta particolarmente ricco di aldeidi. Inoltre, la sua composizione è specie-specifica. In particolare, ciò che hanno osservato gli autori, è che gli odori degli animali sono ricchi di aldeidi a catena corta, mentre quelli degli esseri umani di aldeidi a catena più lunga. Tra gli 11 composti più abbondanti nell’odore umano, sono risultati interessanti due aldeidi a catena lunga: il decanale e l’undecanale.

Questi, si sono rivelati in grado di attivare selettivamente, già a concentrazioni fisiologiche, in maniera forte e prolungata il glomerulo H. Invece, il glomerulo B è risultato rispondere in modo meno selettivo ad una più ampia varietà di composti, presenti sia nell’odore umano che animale. Infine, anche il glomerulo A è risultato attivato da alcuni composti della miscela dell’odore umano, ma presenti in concentrazioni troppo basse da riuscire ad evocare una risposta. È evidente quindi che solo il glomerulo H è attivato selettivamente dall’odore umano, per la presenza di aldeidi a catena lunga.

Conclusioni

Prima di questo studio, si pensava che l’attrazione delle zanzare per l’odore umano dipendesse principalmente dai componenti del sudore, come l’acido lattico, o dal contributo del microbioma della pelle. Lo studio della composizione del sebo è stata quindi una novità, indicando che chi presenta maggiori livelli di aldeidi a catena lunga, è una preda più appetibile per le zanzare della famiglia Aedes aegypti.