Почему одни люди привлекают комаров, а другие нет: ученые нашли ответ в микробиоме кожи

Многие замечали, что в одной и той же компании комары кусают людей нераномерно: одни страдают от многочисленных укусов, а другие остаются нетронутыми. В обществе распространен взгляд, что насекомых привлекает определенная группа крови, уровень сахара или особенности питания. Однако научные исследования показывают, что комары делают выбор на основе углекислого газа, выделяемого при дыхании, и химических веществ, которые испаряются с поверхности человеческой кожи.

Долгое время в научном сообществе преобладало представление о существовании единого универсального набора запахов, который привлекает всех кровососущих насекомых без исключения. Новое исследование биологов из Международного университета Флориды, опубликованное в научном журнале iScience, доказало ошибочность этой гипотезы. Ученые выяснили, что понятие привлекательности строго индивидуально для каждого вида комаров. Человек, наиболее привлекательный для одного вида насекомых, может быть полностью проигнорирован другим видом.

Происхождение запаха человеческого тела

Сами по себе выделения потовых и сальных желез человека практически не имеют запаха. Запах кожи формируется в процессе работы бактерий, которые живут на поверхности эпидермиса. Бактерии питаются жирами и белками, входящими в состав пота и кожного сала. В результате переработки этих веществ бактерии выделяют так называемые летучие органические соединения — химические вещества, которые легко испаряются в воздух при температуре человеческого тела.

Именно эти летучие вещества формируют индивидуальный химический профиль человека. В этот профиль входит более тысячи различных химических соединений: органические кислоты, спирты, альдегиды, кетоны и терпены. Поскольку состав бактерий на коже каждого человека уникален, химический состав испарений также отличается от человека к человеку.

Организация и методика исследования

Чтобы понять, как комары выбирают людей, ученые провели эксперимент с участием 119 добровольцев разного пола, возраста и этнического происхождения.

Исследователи использовали три комплекса измерений:

1. Анализ состава летучих веществ кожи. Руку участника помещали в герметичный пакет из специального пластика на 90 минут. Воздух из пакета прокачивали через сорбенты, удерживающие химические вещества. Затем с помощью метода газовой хроматографии и масс-спектрометрии исследователи точно определили состав и количество каждого летучего вещества.
2. Анализ бактериального состава кожи. С поверхности предплечья участников брались мазки. Для определения видов бактерий ученые применили полноразмерное секвенирование гена 16S рРНК — метод, который позволяет прочитать генетические коды всех микроорганизмов в пробе и точно идентифицировать их виды.
3. Поведенческие тесты с комарами. Для измерения степени привлекательности человека использовали прибор ольфактометр. Он представляет собой прозрачную трубу, разделенную на зоны. С одной стороны в трубу подается поток очищенного воздуха, смешанный с углекислым газом и запахом человека. С другой стороны запускаются самки комаров. Если насекомые летят по трубе по направлению к источнику запаха и попадают в специальную ловушку, их считают привлеченными.

Биологические особенности трех видов комаров

В исследовании участвовали три вида комаров, которые представляют высокую опасность для здоровья человека:

1. Aedes aegypti (Желтолихорадочный комар)

Этот вид сформировался в Африке и постепенно распространился по всему миру. Он живет преимущественно в городах и питается почти исключительно кровью человека. Днем он активен и переносит опасные вирусы: желтую лихорадку, денге, Зика и чикунгунью.

В экспериментах Aedes aegypti показал самую высокую среднюю активность: 89% всех тестируемых комаров летели на запах человека. Этот вид оказался единственным из трех, который продемонстрировал статистически значимое различие в выборе по полу: мужчины привлекали их в среднем на 91,5%, а женщины — на 87,4%. Анализ показал, что на мужской коже чаще встречаются бактерии рода Corynebacterium, которые вырабатывают органические жирные кислоты, привлекающие этот вид.

2. Aedes albopictus (Азиатский тигровый комар)

Обитатель тропических и субтропических регионов, активно продвигающийся в умеренные широты. В отличие от Aedes aegypti, он не ограничен человеком и кусает птиц, диких и домашних животных. Переносит те же опасные вирусные инфекции.

Показатель средней привлекательности участников для этого вида составил всего 27%. Насекомые демонстрировали высокую избирательность и одинаково реагировали на мужчин и женщин.

3. Culex quinquefasciatus (Южный домовый комар)

Этот комар активен в ночное время суток. Он распространен в тропиках и субтропиках, питается кровью как млекопитающих, так и птиц. Является главным переносчиком вируса Западного Нила и филяриатозов.

Средняя привлекательность участников для этого вида составила 43%. Поскольку этот комар кусает ночью, эксперименты с ним проводились при приглушенном освещении, а вместо живой руки использовались нейлоновые рукава, которые участники носили на предплечье от 12 до 16 часов для сбора запаха.

Отсутствие универсальной привлекательности

Сопоставление результатов поведенческих тестов показало, что предпочтения разных видов комаров не совпадают. Ученые ранжировали всех 119 участников по уровню привлекательности для каждого вида от наименее привлекательных к наиболее привлекательным.

Если бы существовал универсальный привлекательный запах, один и тот же человек занимал бы высокие позиции в списках для всех трех видов. Однако математический анализ показал отсутствие такой связи. Участник, который входил в 10% самых привлекательных людей для комаров Aedes aegypti, мог находиться в группе с низкой привлекательностью для Aedes albopictus или Culex quinquefasciatus.

Ни один из 119 участников исследования не оказался высокопривлекательным одновременно для всех трех видов комаров. Это означает, что у каждого вида комаров существует собственный набором химических критериев для выбора жертвы.

Два химических механизма поиска жертвы

Подробный анализ летучих веществ кожи позволил ученым выделить два основных принципа, по которым комары определяют подходящего человека.

1. Выбор по отсутствию маскирующих веществ

Для узкоспециализированного вида Aedes aegypti и вида Culex quinquefasciatus базовый запах человека является привлекательным по умолчанию. Ученые обнаружили, что у людей с низкой привлекательностью для этих комаров на коже присутствуют химические соединения, которые отсутствуют у привлекательных участников.

В воздухе над кожей непривлекательных участников были зафиксированы повышенные концентрации таких веществ, как лимонен, альфа-пинен, п-цимон (монотерпены) и циклические спирты. Эти химические соединения действуют как естественные репелленты. Они блокируют работы обонятельных рецепторов комара или смешиваются с базовым запахом человека, делая его незаметным для насекомого. Таким образом, человек становится непривлекательным для Aedes aegypti не потому, что он не пахнет человеком, а потому, что его кожа выделяет естественные маскирующие вещества.

2. Выбор по наличию специфических сигналов

Для вида Aedes albopictus, который питается кровью разных видов животных, базовый человеческий запах не является единственным ориентиром. Чтобы выбрать человека, этому комару требуется наличие определенных химических соединений.

В профиле запаха людей, наиболее привлекательных для Aedes albopictus, исследователи обнаружили 13 специфических летучих веществ, которых не было у непривлекательных участников. Среди них выделяются кетоны (в частности, сулкатон) и ароматные соединения растительного происхождения. Комары этого вида активно ищут эти конкретные химические вещества в воздухе.

Влияние кожных бактерий на привлекательность человека

Исследование микробиома кожи показало, что бактериальный состав напрямую определяет, будет ли человек привлекать комаров.

Всего на коже участников было идентифицировано 246 видов бактерий. Единственным видом, обнаруженным абсолютно у всех 119 человек, оказалась бактерия Cutibacterium acnes. Состав остальных микроорганизмов сильно варьировался.

Исследователи установили четкие связи между наличием конкретных видов бактерий и уровнем привлекательности:

• Группа высокой привлекательности для Aedes aegypti: на коже этих людей обнаружено преобладание бактерий родов Staphylococcus и Corynebacterium. Данные микроорганизмы перерабатывают кожное сало с образованием жирных кислот с короткой цепью, которые привлекают этот вид комаров.
• Группа низкой привлекательности для Aedes aegypti: у участников, которых эти комары игнорировали, на коже зафиксировано повышенное количество бактерий рода Pseudomonas (виды Pseudomonas stutzeri, Pseudomonas oryzihabitans и Pseudomonas aeruginosa).

Бактерии рода Pseudomonas снижают привлекательность человека двумя способами:

1. Вырабатывают химические вещества, отпугивающие комаров.
2. Выделяют антибактериальные соединения, которые уничтожают другие бактерии (Staphylococcus и Corynebacterium), не давая им производить привлекающие комаров вещества.

У участников, непривлекательных для ночного комара Culex quinquefasciatus, на коже была обнаружена повышенная концентрация бактерий Actinomyces oris. Этот микроорганизм также меняет химический состав выделений кожи, снижая её привлекательность для насекомых.

Практическое применение результатов исследования

Полученные учеными данные меняют подход к защите человека от кровососущих насекомых и переносимых ими инфекций.

Традиционные средства защиты от комаров (например, диэтилтолуамид, или ДЭТА) действуют за счет нанесения на кожу концентрированных химических веществ, отпугивающих любых насекомых. Однако такие средства имеют ограниченное время действия, могут вызывать раздражение кожи и смываются водой.

Новые данные открывают возможности для создания абсолютно иных способов защиты:

1. Создание избирательных репеллентов. Вместо универсальных химикатов можно разрабатывать препараты на основе натуральных монотерпенов и циклических спиртов, которые маскируют человека от конкретных видов комаров, преобладающих в данном регионе.
2. Биологическая защита через микробиом кожи. Появляется возможность создания косметических средств и лосьонов с содержанием полезных бактерий (например, непатогенных штаммов Pseudomonas). Попадая на кожу, такие бактерии будут подавлять размножение микроорганизмов, привлекающих комаров, и выделять маскирующие вещества природного происхождения. Это позволит снизить привлекательность человека на длительный срок без использования синтетической химии.
3. Оценка индивидуального риска. Анализ микробиома кожи позволит определять, к укусам каких именно видов комаров склонен конкретный человек. Это важно для людей, проживающих или работающих в зонах распространения опасных инфекций (лихорадки денге, вируса Зика или вируса Западного Нила).

Заключение

Исследование ученых из Международного университета Флориды показывает, что взаимодействие между человеком и комарами устроено сложнее, чем считалось ранее. Не существует единого фактора, делающего человека привлекательным для всех кровососущих насекомых.

Выбор комара определяется комбинацией трех факторов: вида самого насекомого, состава летучих химических веществ на коже и видового разнообразия кожных бактерий. Понимание этих механизмов позволяет перейти от пассивной защиты химическими средствами к точному регулированию химического профиля кожи и состава её микробиома.

Источник: iScience