Tänd upp de citronelladoftande tiki-facklorna och släng på DEET: Alla vet att dessa enkla försiktighetsåtgärder stöter bort insekter, särskilt myggor, vars bett inte bara kliar och irriterar, utan också överför sjukdomar som West Nile-virus, malaria och dengue.
Nu har Johns Hopkins-forskare upptäckt vad det är i insekternas molekylära makeup som gör det möjligt för citronellal (den aromatiska vätskan som används i lotioner, sprayer och ljus) och DEET att avskräcka insekter från att landa och äta på dig. En bättre förståelse av dessa molekylära beteendelänkar hjälper redan lagets sökande efter mer effektiva repellenter.
I separata studier publicerade den 26 augusti i Neuron and Current Biology avslöjar Johns Hopkins-forskarna hur myggor och andra insekter smakar DEET - en konstgjord förening som har varit det mest använda insektsavstötningsmedlet i mer än 50 år - och lukta citronellal, ett vanligt botaniskt avstötningsmedel.
Tre smakreceptorer på insekternas tunga och på andra ställen behövs för att upptäcka DEET. Citronellal detektion möjliggörs av porliknande proteiner som kallas TRP (uttalas "trip")-kanaler. När dessa molekylära receptorer aktiveras genom exponering för DEET eller citronellal, skickar de kemiska meddelanden till insektshjärnan, vilket resulterar i "ett aversionssvar", rapporterar forskarna.
"DEET har låg styrka och är inte så långvarig som önskat, så att hitta molekylerna i insekter som upptäcker repellenter öppnar dörren för att identifiera mer effektiva repellenter för att bekämpa insektsburna sjukdomar", säger Craig Montell, Ph.. D., professor i biologisk kemi och medlem av Johns Hopkins Center for Sensory Biology.
Forskare har länge vetat att insekter kunde lukta DEET, konstaterar Montell, men den nya studien som visar att smakmolekyler också är inblandade tyder på att det avskräckande medlet avskräcker bitning och matning eftersom det aktiverar smakceller som finns på insektens tunga, ben och vingmarginaler.
"När en mygga landar smakar den din hud med sina smakreceptorer innan den biter", förklarar Montell. "Vi tror att en av anledningarna till att DEET är relativt effektivt är att det orsakar undvikande reaktioner inte bara genom luktsinnet utan också genom smaksinnet. Det är ganska viktigt för även om en mygga landar på dig, finns det en chans att den vinner inte bita."
Johns Hopkins-studien av repellenterna, utförd på fruktflugor eftersom de är genetiskt lättare att manipulera än myggor, började med en "matvalsanalys".
Teamet fyllde mattallrikar med höga och låga koncentrationer av färgkodat sockervatten (röda och blå färgämnen tillsatta sockret), vilket lät flugorna äta efter behag och noterade vad de åt genom färgen på deras magar: röd, blå eller lila (en kombination av rött och blått). Vildtyp (normala) flugor föredrog det mer sockerh altiga vattnet framför det mindre sockerh altiga vattnet i frånvaro av DEET. När olika koncentrationer av DEET blandades med det mer sockerh altiga vattnet föredrog flugorna det mindre sockerh altiga vattnet och undvek nästan alltid det DEET-spetsade sockervattnet.
Flugor som var genetiskt framställda för att ha abnormiteter i tre olika smakreceptorer visade ingen motvilja mot det DEET-infunderade sockervattnet, vilket indikerar att receptorerna var nödvändiga för att detektera DEET.
"Vi fann att insekterna var utsökt känsliga för även små koncentrationer av DEET genom smaksinnet", rapporterar Montell. "Nivåer av DEET så låga som fem hundradelar minskade matningsbeteendet."
För att lägga till bevisen att tre smakreceptorer (Gr66a, Gr33a och Gr32a) krävs för DEET-detektion, fäste teamet inspelningselektroder till små smakhår (sensilla) på flugtungan och mätte de smakinducerade topparna av elektrisk aktivitet som härrör från nervceller som svarar på DEET. I enlighet med utfodringsstudierna reducerades DEET-inducerad aktivitet kraftigt hos flugor med onormala eller muterade versioner av Gr66a, Gr33a och Gr32a.
I den andra studien fokuserade Montell och kollegor på det avstötande citronellal. För att mäta avstötning till ångorna den avger applicerade de den botaniska föreningen på insidan av botten av ett av de två anslutna provrören och förde in cirka 100 flugor i rören. Efter ett tag räknade teamet flugorna i de två rören. Som väntat undvek flugorna citronellal.
Forskarna identifierade två distinkta typer av cellytekanaler som krävs i luktneuroner för att undvika citronellånga. Kanalerna släpper in kalcium och andra små laddade molekyler i celler som svar på citronellal. En typ av kanal, kallad Or83b, var känd för att krävas för att undvika DEET. Den andra typen är en TRP-kanal.
Teamet testade flugor med muterade versioner av 11 olika TRP-kanaler för insekter. Svaren från 10 var omöjliga att skilja från vildtypsflugor. Den avvisande reaktionen på citronellal reducerades dock kraftigt hos flugor som saknade TRPA1. Förlust av antingen Or83b eller TRPA1 resulterade i undvikande av citronellalånga.
Teamet "myggaiserade" sedan fruktflugorna genom att sätta genen i dem som gör myggans TRP-kanal (TRPA1) och fann att myggan TRPA1 ersatte flugan TRPA1.
"Vi fann att myggversionen av TRPA1 var direkt aktiverad av citronellal", säger Montell som upptäckte TRP-kanaler 1989 i ögonen på fruktflugor och senare hos människor.
Montells labb och andra har räknat ihop 28 TRP-kanaler hos däggdjur och 13 hos flugor, vilket breddar förståelsen om hur djur upptäcker ett brett spektrum av sensoriska stimuli, inklusive lukter och smaker.
"Denna upptäckt ökar nu möjligheten att använda TRP-kanaler för att hitta bättre insektsmedel."
Det finns ett tydligt behov av förbättrade repellenter, säger Montell. DEET är inte särskilt potent eller långvarig förutom vid mycket höga koncentrationer, och det kan inte användas i kombination med vissa typer av tyger. Dessutom stöts vissa typer av myggor som överför sjukdomar inte bort effektivt av DEET. Citronellal, trots att det luktar behagligt (för människor i alla fall), orsakar utslag när det kommer i kontakt med huden.
DEET-forskningen som visas i Neuron stöddes av National Institute on Deafness and other Communication Disorders. Den citronellalforskning som visas i Current Biology stöddes av National Institute on Deafness and other Communication Disorders, National Institute of General Medical Sciences och Bill and Melinda Gates Foundation.
Författare till DEET-studien som publicerades i Neuron, förutom Montell, är Youngseok Lee och Sang Hoon Kim, också från Johns Hopkins.
Författare till citronellalstudien publicerad i Current Biology, förutom Montell, är Young Kwon, Sang Hoon Kim, Youngseok Lee, Bradley Akitake, Owen M. Woodward och William B. Guggino, alla från Johns Hopkins. Två andra författare, David Ronderos och Dean P. Smith, kommer från University of Texas Southwestern Medical Center.
