Come le zanzare trovano le persone: anidride carbonica, calore e odore della pelle

L'anidride carbonica avvia la ricerca

Una zanzara a caccia comincia con una scia di anidride carbonica. Ogni respiro che emettiamo la rilascia, e questa viaggia sottovento abbastanza lontano da segnalare a una femmina che un ospite a sangue caldo è vicino. Sorrells e colleghi, in un articolo del 2022 su eLife, hanno dimostrato qualcosa di importante su quel primo segnale. Lavorando con Aedes aegypti, hanno somministrato un singolo impulso di anidride carbonica di cinque secondi e hanno osservato il comportamento successivo. Le femmine sono rimaste in uno stato di caccia accentuato per più di dieci minuti, diventando molto più sensibili al calore corporeo. Alcune si nutrivano di sostituti del pasto di sangue fino a quattordici minuti dopo l'esposizione iniziale. Lo stato compariva solo nelle femmine non nutrite in cerca di sangue; le femmine nutrite di recente e i maschi non lo mostravano. L'anidride carbonica, in altre parole, non si limita ad attrarre. Commuta la zanzara in una modalità di ricerca persistente.

Calore corporeo e infrarosso a breve distanza

Quando una zanzara è vicina, il calore diventa una bussola utilizzabile. Chandel e colleghi, sulle pagine di Nature nel 2024, hanno dimostrato che le femmine di Aedes aegypti percepiscono la radiazione infrarossa termica emessa dalla pelle umana. Gli autori descrivono l'infrarosso come un eccellente segnale direzionale a media distanza, che agisce insieme agli altri sensi e non da solo. Le femmine preferivano una fonte infrarossa fino a circa 70 cm di distanza; oltre tale soglia la preferenza calava bruscamente, raggiungendo un indice di preferenza di 0,15 a 80 cm e nessuna preferenza a 90 cm. L'aggiunta di anidride carbonica, odore umano e infrarosso a 34 gradi Celsius raddoppiava il comportamento di ricerca dell'ospite. L'indice di ricerca dell'ospite passava dal 6,50% al 12,93%. L'attrazione raggiungeva il picco a 34 gradi Celsius, la temperatura della pelle umana.

L'interruttore molecolare per il rilevamento del calore

Il segnale infrarosso dipende da uno specifico canale attivato dal calore. Chandel e colleghi affermano che il rilevamento dell'infrarosso termico richiede TRPA1, un canale ionico espresso nei neuroni all'estremità dell'antenna della zanzara. Due opsine si trovano accanto ad esso in quei neuroni e aumentano la sensibilità quando l'intensità dell'infrarosso è bassa. Il sistema si comporta come un termometro sintonizzato sulla pelle. La preferenza seguiva la differenza di temperatura tra il bersaglio e l'aria circostante, quindi il segnale svanisce man mano che l'ambiente si avvicina alla temperatura della pelle. Questo dettaglio spiega perché le zanzare cacciano meno nella parte più calda di una giornata molto calda e perché la combinazione di segnali è importante. Il calore da solo raramente completa il percorso; restringe l'avvicinamento finale una volta che anidride carbonica e odore hanno già portato l'insetto vicino.

L'odore della pelle è personale

Persone diverse attirano un numero diverso di punture, e De Obaldia e colleghi ne hanno indagato il motivo. Sulle pagine di Cell nel 2022, hanno testato 64 soggetti sani. Ciascuno indossava manicotti di nylon sugli avambracci per sei ore dopo il lavaggio, e il tessuto indossato veniva posto in saggi olfattometrici a due scelte con Aedes aegypti. Il team ha eseguito oltre 2.330 prove comportamentali in 174 giorni sperimentali. Le preferenze si sono rivelate notevolmente stabili nell'arco di mesi e anni, e si sono mantenute in due ceppi di zanzare selvatiche. Il soggetto più attraente ha ottenuto un punteggio quattro volte superiore al secondo più attraente e oltre 100 volte superiore ai due meno attraenti. Il lavoro chimico ha collegato tale graduatoria a un'elevata presenza di acidi carbossilici cutanei, in particolare gli acidi pentadecanoico, eptadecanoico e nonadecanoico.

Nessun recettore da solo spiega l'attrattiva

Il gruppo di De Obaldia ha anche verificato se una singola via recettoriale controlli quanto una persona appaia attraente. Le zanzare mutanti prive dei co-recettori ionotropici Ir8a, Ir25a o Ir76b mostravano un'attrattiva complessiva verso l'odore umano fortemente ridotta, ma continuavano a distinguere i soggetti molto attraenti da quelli poco attraenti. I mutanti Orco mantenevano la stessa graduatoria del tipo selvatico. Il risultato significa che nessuna singola via recettoriale spiega la differenza tra le persone. Le miscele di odori, i livelli di acidi e altri composti contribuiscono tutti. Per un lettore che cerca di capire i tassi di puntura personali, questo è un contesto utile. L'attrattiva non è una singola sostanza chimica né un singolo gene nella zanzara. È un segnale composito della pelle umana, e l'insetto lo legge attraverso diversi sistemi paralleli.

I batteri della pelle modellano la miscela

I microbi della pelle contribuiscono a produrre le sostanze chimiche che le zanzare percepiscono. Verhulst e colleghi hanno pubblicato nel 2011 su PLoS ONE uno studio che lo verificava con Anopheles gambiae sensu stricto, un vettore della malaria. Hanno partecipato quarantotto volontari adulti di sesso maschile di età compresa tra 20 e 64 anni, e le emanazioni raccolte dai loro piedi sono state testate contro uno standard di ammoniaca in saggi biologici con olfattometro. Gli individui molto attraenti presentavano un'abbondanza batterica significativamente maggiore ma una diversità inferiore rispetto agli individui poco attraenti. A una profondità di sequenziamento di 1000, la diversità filogenetica era superiore del 38% nel gruppo poco attraente. Le specie di Staphylococcus erano 2,62 volte più abbondanti nel gruppo molto attraente, mentre le specie di Pseudomonas erano 3,11 volte più abbondanti nel gruppo poco attraente. Gli autori concludono che la composizione del microbiota cutaneo influenza direttamente l'attrattiva dell'ospite.

Perché questo conta per la prevenzione

La preferenza nel pungere l'uomo è in parte un tratto ereditario delle popolazioni di zanzare, non una caratteristica fissa di ogni specie. McBride e colleghi, in un articolo su Nature del 2014, hanno studiato le forme domestiche e forestali di Aedes aegypti in Kenya. Le femmine forestali preferivano una cavia, mentre quelle domestiche mostravano una debole preferenza per l'uomo e rispondevano complessivamente circa il doppio delle volte. Gli autori hanno collegato questo cambiamento a una maggiore espressione e sensibilità del recettore olfattivo Or4 ai ligandi, che risponde a una frazione di odore umano corrispondente al 6-metil-5-epten-2-one, noto come sulcatone. Nelle popolazioni studiate segregavano sette principali alleli di Or4, e i due effetti insieme spiegavano il 92% della variazione. Questa ricerca spiega perché anidride carbonica, calore e chimica della pelle si combinano in un sistema di caccia così efficace, e perché le barriere fisiche e i repellenti correttamente specificati restano una protezione pratica.

Sources

• Nature: Thermal infrared directs host-seeking behaviour in Aedes aegypti mosquitoes
• Cell: Differential mosquito attraction to humans is associated with skin-derived carboxylic acid levels
• eLife: A persistent behavioral state enables sustained predation of humans by mosquitoes
• PLoS ONE: la composizione del microbiota cutaneo umano influenza l'attrattiva per le zanzare della malaria
• Nature: l'evoluzione della preferenza delle zanzare per l'uomo è legata a un recettore olfattivo