今年蚊子少？《Cell》报道蚊子很难放弃追逐人类！

这种吸血昆虫嗅出选定猎物的神经回路比我们之前认为的要复杂复杂得多。

　　

十多年前，当时霍华德·休斯医学研究所(HHMI)的新研究员Leslie Vosshall决定从研究无害的果蝇转向研究一种更致命的生物——蚊子。她想，也许她对果蝇如何嗅出食物的渊博知识可以应用到蚊子身上，从而发现新的方法来钝化这种吸血昆虫寻找人类猎物的神奇能力。她说:“我想做一些让公众感到兴奋的事情。”

她的新工作确实会产生重大影响——只是出乎她的意料。她说，这是“一个巨大的、惊人的惊喜”。她和她在洛克菲勒大学神经遗传学和行为实验室领导的团队在2022年8月18日发表在《Cell》杂志上的一篇论文中写道，她的研究颠覆了动物用来探测和区分嗅觉系统中数千种不同气味的传统神经环路模型。这项研究真的改变了我们对昆虫嗅觉系统工作方式的看法。

此外，这一意想不到的新结果表明，在蚊子无情地寻找人类血液时，要迷惑它们比之前认为的更难。

当Vosshall在洛克菲勒的HHMI实验室将注意力转向蚊子时，他们成功完成的最初任务之一是组装出蚊子的第一个完整基因组。Vosshall解释说:“之前没有人做过基因组编辑，部分原因是基因组太分散了。”然后，有了基因组，实验室的前博士后 Meg Younger开始试图回答一个令人困惑的问题。蚊子会被人类呼出的二氧化碳和人体气味所吸引。科学家发现把这两种成分加在一起有一种神奇的感觉，昆虫变得超级兴奋，变得非常专注，非常凶猛的人类猎人。那么，这两种信号是如何在嗅觉系统中被叠加在一起并被放大这么多的呢?

为了找到答案，Younger发现他们可以识别哪些嗅觉神经元对二氧化碳有反应，哪些对体味有反应，然后追踪信号到大脑的通路。因此，他们使用基因编辑工具CRISPR将一种荧光标记蛋白插入有二氧化碳受体的神经元中，将另一种标记插入能感知体味化学物质的神经元中。

就在这时，研究出现了意想不到的转折。

根据诺贝尔奖得主琳达·巴克(现就职于弗雷德·哈钦森癌症中心)和哥伦比亚大学理查德·阿克塞尔对小鼠的研究，科学教条认为，动物的嗅觉传感系统是非常专门和有组织的。每个嗅觉神经元只有一种受体，它能检测到一组特定的化学物质，然后连接到嗅球中的一个结构(称为肾小球)。按照这个逻辑，会有不同类型的神经元对草莓的气味做出反应，例如，对花生酱做出反应的神经元，对汽油做出反应的神经元，等等。

通过探测不同荧光颜色的受体基因，实验室的前医学博士研究生Margaret Herre发现，单个神经元充满了多种类型的受体，而不是一种。Vosshall说，我们发现“所有的巴克和阿克塞尔规则都被蚊子扔进了垃圾桶”。

这些结果是如此令人震惊，以至于Vosshall的实验室花了数年时间，煞费苦心地使用其他一些证据来证明它们确实存在。例如，实验室的博士生Olivia Goldman利用了一项相对较新的革命性技术——单核RNA测序(snRNA-seq)——来探测单个神经元中哪些基因被激活了。这种方法证实了每个神经元细胞确实在制造多种受体。

他们还与瑞典农业科学大学(Swedish University of Agricultural Sciences)的科学家合作，后者已经完成了开创性的工作，研究出如何将电极插入蚊子的单个嗅觉神经元，并测量细胞对各种气味的反应。这种方法也证实了蚊子的单个神经元可以探测到不同的气味——甚至是两种相反的体臭，一种是香水味，一种是脚臭，这需要两种完全不同的受体。

她预计她的结论会遭到广泛的质疑，“所以我们用来证明这一结论的证据水平非常高，”她说，

随着Vosshall团队研究结果的消息和预印本在社区中传播开来，事实上“一开始有很多质疑，”。但不仅是压倒性的证据，事实上，类似的发现也出现在在果蝇和蚊子的研究中，4月份在eLife上发表了一篇论文，指出“化学感觉受体的共同表达在昆虫的嗅觉神经元中很常见。”在过去，每一种气味有一个受体，每个神经元有一个受体的传统观点太过强烈，以至于没有理由去探测多个受体。

回过头来看，昆虫嗅觉系统的复杂性是完美的进化意义，尤其是对那些必须找到人类才能生存的蚊子来说。每个神经元上都有多种类型的受体，这提高了昆虫探测呼出的二氧化碳和各种体味的能力。当人们试图通过阻止一些受体来拒绝叮咬的昆虫时，蚊子仍然可以很容易地利用它们的其他受体来攻击血液。

与此同时，Vosshall的目的是比较吸血蚊子和纯素食蚊子的嗅觉神经元，看看更极端的受体复杂性是否是那些只捕食人类的蚊子的独特适应。至于Vosshall首先开始探索的谜题——二氧化碳和体味的联合感应如何极大地放大传递给大脑的信息?她以前的博士后之一Meg Younger正在波士顿大学的新实验室里研究这个问题。

Non-canonical odor coding in the mosquito