Генно-модифицированная микробиота кожи действует как репеллент от комаров

Комариные укусы не только неприятны, но и могут быть причиной серьезных инфекционных заболеваний. Различные виды комаров переносят возбудителей малярии, вирусы лихорадки Западного Нила, денге, желтой лихорадки и Зика. В 2022 году по всему миру было зарегистрировано около 250 миллионов случаев малярии, около 400 миллионов случаев лихорадки денге и 22 000 смертей от этого заболевания. Современные репелленты отпугивают комаров, однако защита длится очень непродолжительное время. Команда ученых из США предложила альтернативный подход к предотвращению укусов — генетическую модификацию бактерий кожи человека, которая уменьшает или полностью устраняет секрецию аттрактантов, то есть привлекающих комаров веществ.

Самки комаров пьют кровь человека или животного, так как для развития яиц необходима богатая белком пища. При этом патогены передаются сначала комару, а затем от комара к человеку. Источник пищи комары находят с помощью обонятельной системы, улавливая летучие вещества, исходящие от кожи. Описано несколько соединений, выделяемых кожей человека и привлекательных для комаров, однако главными аттрактантами являются L-(+)-молочная кислота и CO₂.

Недавно было обнаружено, что многие из этих соединений, включая L-(+)-молочную кислоту, имеют бактериальное происхождение. Стафилококки и коринебактерии —распространенные компонентов кожной микрофлоры и одни из основных производителей разнообразных карбоновых кислот, специфичных для кожи человека. Гены L-лактатдегидрогеназы (l-ldh) — фермента, превращающего пируват в L-(+)-молочную кислоту, — идентифицированы в геномах Staphylococcus epidermidis и Corynebacterium amycolatum.

Чтобы подтвердить роль гена l-ldh у S. epidermidis и C. amycolatum в производстве L-(+)-молочной кислоты и привлечении комаров, ученые создали мутанты, дефектные по функции l-ldh (Δl-ldh), для обоих видов бактерий. Культуры генно-модифицированных штаммов затем протестировали на привлекательность для комаров. Как S. epidermidis Δl-ldh , так и C. amycolatum Δl-ldh меньше интересовали представителей трех родов комаров, включая Aedes aegypti, Culex quinquefasciatus и Anopheles gambiae, по сравнению с немодифицированными штаммами.

Затем ученые провели эксперимент на мышах, выбритые участки кожи которых была колонизированы S. epidermidis или S. epidermidis Δl-ldh либо обработаны питательной средой BHI без бактерий. Мыши, заселенные S. epidermidis дикого типа, сильнее привлекали комаров по сравнению с мышами, обработанными BHI. Мыши, колонизированные S. epidermidis Δl-ldh, напротив, были не более привлекательны, чем обработанные чистой средой. Эффект сохранялся в течение 11 дней после нанесения.

Аналогичные результаты были получены на мышах, колонизированных C. amycolatum дикого типа или Δl-ldh. Однако через неделю после обработки модифицированные C. amycolatum все же повысили привлекательность мыши для комаров по сравнению с нанесением чистой среды.

Предыдущие тесты были бесконтактными, то есть комары были отделены от мышей сетками и не кусали их, регистрировалось только приближение насекомого. Чтобы выяснить влияние колонизации кожными бактериями на пищевое поведение комаров, исследователи провели контактный тест с тремя вариантами выбора. 

 Credit: PNAS Nexus, 2024, DOI:  10.1093/pnasnexus/pgae267 | CC BY

В этом тесте комары A. aegypti взаимодействовали с мышами, обработанными S. epidermidis WT, S. epidermidis Δl-ldh или средой BHI, и могли выбрать, кого из них укусить. Как и ожидалось, комары реже выбирали мышей с S. epidermidis Δl-ldh. Более того, эффективность кормления (отношение комаров, укусивших мышь, к комарам, приземлившимся на мышь) была снижена у мышей, колонизированных S. epidermidis Δl-ldh, по сравнению с обработанными диким штаммом.

Таким образом, делеция гена L-лактатдегидрогеназы (l-ldh) у бактерий, населяющих кожу, снижает привлекательность хозяина для комаров. Исследование открывает интересную перспективу — создание живого и долговременного репеллента на основе генетически модифицированной микробиоты кожи.

Генно-модифицированные лактобактерии снижают артериальное давление у самок крыс с гипертензией