Segundo a Organização Mundial da Saúde, os mosquitos são os animais mais mortais do planeta. As doenças que transmitem aos seres humanos, incluindo a malária, o zika, o vírus do Nilo Ocidental, a chikungunya e a dengue, são responsáveis por cerca de 725 mil mortes por ano. Os insetos usam pistas olfativas para localizar humanos com uma precisão infalível, preferindo alimentar-se de humanos a outros animais, e assim os meios pelos quais detectam a presença humana tornaram-se objeto de investigação científica.
Há mais de uma década, Leslie Vosshall, investigadora do Howard Hughes Medical Institute (HHMI), voltou sua atenção para a compreensão do sistema olfativo do mosquito em uma busca para encontrar maneiras de atenuar a estranha capacidade do inseto de localizar presas humanas. “Eu queria fazer algo que deixasse o público entusiasmado”, diz ela. E seu novo trabalho certamente teria um grande impacto – mas não o que ela esperava. Vosshall descreve os resultados como “uma enorme e surpreendente surpresa”.
Os mosquitos detectam sinais químicos usando receptores de odor localizados nas células nervosas (neurônios) encontradas nas antenas e em algumas partes da boca. O entendimento aceito, baseado na pesquisa ganhadora do Prêmio Nobel em camundongos realizada por Linda Buck (agora no Fred Hutchinson Cancer Center) e Richard Axel em Columbia, era que os sistemas de detecção de olfato em animais são primorosamente especializados e organizados. Cada neurônio olfativo possui apenas um tipo de receptor, que detecta um odor específico e depois se conecta a apenas uma estrutura (chamada glomérulo) no bulbo olfatório do cérebro.
De acordo com este paradigma, seria esperado que um mosquito tivesse neurônios separados que detectassem o cheiro do odor corporal humano e a presença de dióxido de carbono exalado (CO2), e pode ser um processo simples desativar esses neurônios específicos e tornar os mosquitos insensíveis aos sinais humanos. Ou foi isso que os pesquisadores pensaram. “Nós, como área, fomos muito influenciados por Buck e Axel”, diz Vosshall (que era aluno de pós-doutorado no laboratório de Axel). “Essas eram as regras.”
Inicialmente, os pesquisadores analisaram o DNA do genoma completo de um mosquito hematófago, algo que ainda não havia sido realizado. “Ninguém tinha feito edição do genoma antes, em parte porque o genoma estava muito fragmentado”, explica Vosshall. Então, Meg Younger, uma ex-pós-doutoranda no laboratório, começou a tentar responder a uma pergunta intrigante. Os mosquitos são atraídos tanto pelo CO2 que as pessoas expiram e ao odor do corpo humano.
“Mas há algo mágico em somar esses dois ingredientes, onde um mais um é igual a vinte”, diz ela. Quando ambas as pistas olfativas estão presentes juntas, os insetos ficam muito excitados e concentrados, e começam a caçar ferozmente os humanos. É como se os dois estímulos fossem amplificados de alguma forma no sistema olfativo.
Para entender o que estava acontecendo, Younger tentou identificar quais neurônios olfativos respondiam ao CO2 e qual o odor corporal e, em seguida, rastrear os caminhos dos sinais para o cérebro. Ela usou a ferramenta de edição genética CRISPR para inserir uma proteína marcadora fluorescente nos neurônios que tinham receptores para CO.2 e outro marcador para aqueles que podem detectar substâncias químicas provenientes do odor corporal. Foi aí que a pesquisa tomou um rumo inesperado. “Era como Alice no País das Maravilhas – onde nada faz sentido”, diz Vosshall.
Os resultados, publicados na revista Célula, mostram algo totalmente novo no mundo dos sistemas olfativos. Os genes dos receptores fluorescentes indicaram que os neurônios individuais não carregavam receptores apenas para um estímulo químico, como se pensava anteriormente. Em vez disso, os neurônios estavam repletos de vários tipos diferentes de receptores. Descobrimos que “todas as regras de Buck e Axel foram jogadas na lata de lixo pelos mosquitos”, diz Vosshall.
Os resultados foram tão surpreendentes que o laboratório de Vosshall passou anos provando meticulosamente que eram realmente reais, usando várias linhas adicionais de evidências. Por exemplo, Olivia Goldman, uma estudante de doutorado no laboratório, aproveitou uma técnica relativamente nova e revolucionária chamada sequenciamento de RNA de núcleo único (snRNA-seq) para investigar quais genes estão ativados em neurônios individuais. A abordagem confirmou que cada célula neuronal realmente utiliza muitos tipos diferentes de receptores.
Além disso, os investigadores juntaram-se a cientistas da Universidade Sueca de Ciências Agrícolas, que realizaram pesquisas inovadoras utilizando eléctrodos inseridos em neurónios olfactivos individuais em mosquitos. Esse método também confirmou que um único neurônio de mosquito pode detectar cheiros diferentes – até mesmo dois “sabores” diferentes de odor corporal, um cheiro perfumado e um chulé fedorento, que requerem duas classes de receptores totalmente diferentes.
Esses resultados “foram um grande alívio”, diz Vosshall. Ela antecipou o ceticismo generalizado em relação às suas conclusões, “portanto, o número de níveis de evidência que usamos para provar isso foi intenso”, diz ela. Na verdade, muitos cientistas desafiaram inicialmente estas novas descobertas. Mas não só as evidências de apoio eram esmagadoras, como também surgiram descobertas semelhantes no laboratório do neurocientista Christopher Potter, na Escola de Medicina da Universidade Johns Hopkins.
Trabalhando tanto com a mosca da fruta quanto com uma espécie de mosquito, a equipe de Potter publicou um artigo na eLife em abril sugerindo que “a co-expressão de receptores quimiossensoriais é comum em neurônios olfativos de insetos”. No passado, a sabedoria convencional de um receptor por cheiro e um receptor por neurônio era tão forte que não havia razão para sondar múltiplos receptores, diz Potter. “Agora sabemos que devemos procurá-lo.”
As descobertas de Vosshall e da sua equipa derrubaram o modelo convencional dos circuitos neurais que os animais usam para detectar e distinguir entre milhares de cheiros distintos. “Isso é um grande negócio”, diz Potter. “Isso realmente muda a maneira como pensamos que o sistema olfativo dos insetos funciona.”
A complexidade adicional do sistema olfativo dos insetos faz todo o sentido em termos evolutivos, uma vez que os mosquitos devem encontrar alimento para sobreviver. A presença de diferentes tipos de receptores de odor em cada neurônio aumenta a capacidade dos insetos de detectar CO exalado2 junto com toda uma série de cheiros corporais. Se alguns receptores fossem bloqueados, o mosquito simplesmente usaria outros que permanecessem intactos.
“É um truque muito bom”, explica Vosshall. “Os mosquitos têm Plano B, após Plano B, após Plano B. Para mim, o sistema é inquebrável.” Obviamente, isso não é uma boa notícia para o esforço para reduzir o número de doenças transmitidas por mosquitos, como a malária, a febre amarela e a dengue, através da tentativa de bloquear os receptores. Mas talvez uma estratégia alternativa seja sobrecarregar todo o sistema com cheiros alternativos, acrescenta Potter. Pelo menos agora “temos uma visão mais realista daquilo que enfrentamos”, diz ele.
Entretanto, Vosshall pretende comparar os neurónios olfactivos dos mosquitos hematófagos com os dos parentes dos mosquitos puramente vegetarianos, para ver se a complexidade mais extrema do receptor é uma adaptação única para as espécies que caçam apenas humanos. E quanto ao quebra-cabeça que Vosshall começou a investigar – como a detecção combinada de ambos CO2 e o odor corporal amplifica muito a mensagem para o cérebro? Uma de suas ex-pós-doutorandas, Meg Younger, está agora abordando a questão em seu novo laboratório na Universidade de Boston.
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Por Alison Bosman, Naturlink Funcionário escritor
