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28 de Septiembre de 2020
BIOLOGÍA MOLECULAR

¿Cómo nos localizan los mosquitos?

Al contrario de lo que se pensaba, no se ven atraídos por el calor corporal cuando salen en busca de una presa de sangre caliente.

[iStock-smuay]

El principal vector del paludismo, el mosquito anófeles (Anopheles gambiae), es uno de los más estudiados: conocemos su genoma, genética y dinámica de poblaciones, comportamiento, reproducción... Hace mucho que se sabe que la hembra necesita ingerir sangre a fin de obtener las proteínas indispensables para la maduración de los óvulos. Para detectar la presa utiliza varios criterios a la vez: moléculas fragantes, dióxido de carbono (CO2) y calor corporal.

Se conocen los receptores de CO2 (desde 2007) y de los olores (desde 2010) al haber sido descritos, respectivamente, por los equipos de Leslie Vosshall, de la Universidad Rockefeller, en Nueva York, y de John Carlson, de la Universidad Yale, en Connecticut. Los describieron gracias la aplicación de las técnicas clásicas de biología molecular, aunque con estos mismos métodos no se había logrado identificar los receptores sensibles al calor. Por este motivo, el equipo de Paul Garrity, de la Universidad Brandeis, en Massachusetts, ha optado recientemente por una estrategia diferente al acordarse de que los mosquitos descienden de insectos que no eran hematófagos. Esta idea conduce a dos hipótesis: que la aparición de la búsqueda de sangre caliente vino acompañada de la construcción de nuevos termorreceptores; o bien que los ancestros de los mosquitos presentaban ya los termorreceptores, cuya función habría evolucionado con la aparición de la hematofagia. Garrity dio prioridad a esta última hipótesis, y podemos decir que no andaba equivocado.

De la mosca del vinagre al mosquito

Al igual que las moscas, los mosquitos pertenecen al orden de los dípteros y por eso Garrity se decantó por la mosca del vinagre (Drosophila melanogaster), el insecto que mejor se conoce. No obstante, hace unos diez de años se examinaron dos termorreceptores que esta mosca utiliza para evitar las fuentes de calor, no para buscarlas. Este detalle puso a Garrity en la vía correcta: como hasta entonces las investigaciones sobre los receptores del calor no habían dado resultados, ¿por qué no interesarse en los del frío, dado que, lógicamente, se puede encontrar una fuente de calor al evitar la del frío?

En los últimos años se han localizado tres receptores en la mosca del vinagre que le sirven para eludir las temperaturas extremas, tanto calientes como frías. Se trata de tres miembros de la familia de receptores ionótropos, o sea, las proteínas membranarias que forman un canal iónico sensible a un mensajero químico (neurotransmisor) y que, al estar muy extendidas entre los insectos, también estarán en los mosquitos. Además, no son sensibles a un umbral de temperatura determinado, sino a las variaciones de temperatura, en un sentido o en el otro. ¿Le ayudarían al mosquito anófeles a evitar el frío, o sea, a encontrar el calor?

De estos tres candidatos, denominados IR21a, IR25a e IR93a, la mosca del vinagre utiliza el primero para detectar específicamente un enfriamiento, mientras que los otros dos son también sensibles a otros factores, como la sequedad. Por consiguiente, Garrity y su equipo quisieron saber si el IR21a era indispensable para detectar el frío en el mosquito anófeles. Con tal fin, construyeron dos mutantes del gen Ir21a, que codifica el receptor. En uno insertaron una secuencia que provocaba la síntesis de un receptor afuncional. En el otro mutante introdujeron la secuencia codificante de una proteína fluorescente amarilla. El producto del gen también era afuncional y su fluorescencia permitía localizar las células que lo expresaban. Por último, produjeron anticuerpos contra la proteína IR21a.

<span lang="ES">Los mosquitos <span class="Ninguno"><em>Anopheles</em></span> <span class="Ninguno"><em>gambiae</em></span> hembra </span><span lang="IT">present</span><span lang="ES">an en las antenas y los palpos maxilares (<span class="Ninguno"><em>uno de los dos palpos queda oculto por la trompa en esta imagen de microscopia electrónica de barrido de la cabeza de una hembra</em></span>) numerosas estructuras sensoriales denominadas «sensilias», que son sensibles a diferentes estímulos externos (olor, sabor, humedad, temperatura, restricción mecánica...) en función de sus características. En el extremo de las antenas hay tres sensilias, cada una con una neurona sensitiva que se activa con la detección de un enfriamiento.</span>

Gracias a estas herramientas moleculares, demostraron que las hembras del mosquito anófeles expresaban el receptor IR21a en el último segmento de las antenas, allí donde hay tres sensilias que reciben una neurona sensitiva cada una. Más exactamente, las proteínas IR21a se sitúan en el extremo sensitivo de estas tres neuronas.

Pusieron a punto entonces un sistema de grabación que permitía detectar cuándo y por qué se activaban estas neuronas. Como respondían a un descenso de la temperatura, les dieron el nombre de «células de enfriamiento». Un descenso de 0,5°C desde los 30°C aumentaba la actividad neuronal un 40 por ciento; la misma disminución desde los 37°C la aumentaba un 80 por ciento. Además, el aumento de temperatura inhibía la actividad nerviosa. Por último, constataron que la actividad de base era la misma, cualquiera que fuera la temperatura. Así pues, al igual que con la mosca del vinagre y otros dípteros, o con los insectos que no son dípteros, como las termitas, las células de enfriamiento no son termómetros que captan el valor absoluto de la temperatura, sino detectores de su variación. Tal como se había previsto, las neuronas de los dos mutantes no presentan ninguna de estas actividades. Garrity y sus colaboradores habían demostrado así que la función molecular del receptor IR21a estaba bastante conservada en el mosquito anófeles cuando se comparaba con otros insectos y, en concreto, con la mosca del vinagre.

Seguir el calor para evitar el frío

Mediante experimentos conductuales con los dos mutantes, Garrity y su equipo consiguieron aportar rápidamente la última demostración: este receptor sensible al enfriamiento conducía realmente al animal hacia el calor. Sabían que el acercamiento al anfitrión dependía de muchos otros factores (olores, CO2), pero que la temperatura era el parámetro esencial a partir de los 15 centímetros. También decidieron someter a las hembras de mosquitos a una ráfaga de CO2 (a una concentración del 4 por ciento) durante 20 segundos antes de exponerlas a dos dianas, una a la temperatura ambiente (26 °C) y la otra a una superior (37 °C). El 43 por ciento de las hembras silvestres (no mutantes) eligió la diana caliente frente a tan solo el 14 por ciento de las mutantes; todas ignoraron la diana a la temperatura ambiente. Como la detección de la diana caliente no se suprimió del todo en los mutantes, pensaron que era muy probable que los otros receptores también estuvieran actuando. No obstante, el descenso drástico observado demuestra que el producto del gen Ir21a es esencial para esta función.

Por lo tanto, el receptor IR21a es la pieza clave del comportamiento localizador del calor del mosquito anófeles. El hallazgo de que un receptor activado por el enfriamiento permite buscar el calor parece contraintuitivo. De todas formas, la repulsión del frío produce el mismo resultado que la atracción al calor. Y no olvidemos que las neuronas sensitivas del enfriamiento se ven no solo activadas por un enfriamiento, sino también inhibidas por el incremento de temperatura, lo que facilita probablemente que el mosquito se dirija hacia el calor.

El ancestro común del mosquito anófeles y de la mosca del vinagre es muy antiguo, lo que sugiere que la función del gen Ir21a también lo es, en cualquier caso, muy anterior a la época en la que los insectos se volvieron hematófagos. Así pues, si los receptores están conservados, lo que habrá cambiado es el tratamiento de la señal en el sistema nervioso central. Mientras que la mayoría de los insectos se contentan con evitar el frío, la hembra del mosquito Anopheles gambiae busca el calor gracias a su capacidad para eludir el frío al remontar un gradiente de temperatura. El macho también lleva los receptores IR21a en las antenas, lo que sugiere que siguen desempeñando su función ancestral en los mosquitos.

Hervé Le Guyader

Referencia: «Mosquito heat seeking is driven by an ancestral cooling receptor». C. Greppi et al. en Science, vol. 367, n.º 6478, págs. 681-684, febrero de 2020.

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