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- 모기의 감각은 또한 그들의 주요 숙주인 우리 인간을 감지하도록 특별히 적응돼
- 모기의 각 후각 세포는 한 번에 여러 냄새를 감지할 수 있다.
- 모기는 우리 체취의 많은 구성 요소에 대해 셀 수 없이 많은 다른 센서를 개발
- 모기들은 100가지가 넘는 일반적인 인간의 냄새를 맡을 수 있고 개별 변종을 감지해

모기의 냄새 맡는 능력
모기는 후각 생리학의 기본 규칙을 깨고 우리를 찾는다.

이론과 반대:
모기의 후각 체계는 이전에 일반적으로 유효하다고 여겨졌던 계획과 놀라운 방식으로 다르다. 그들의 후각 감각 세포는 한 가지 유형의 수용체뿐만 아니라 여러 다른 수용체를 가지고 있기 때문이다. 모기의 각 후각 세포는 한 번에 여러 냄새를 감지할 수 있다. 이것은 모기가 우리 체취의 100가지 이상의 다른 성분을 감지하고 피를 빠는 것을 단념하기 어려운 이유를 설명한다. 

▲ 형광 표지된 후각 세포가 있는 모기 안테나의 일부 © Margo Herre

모기는 피를 빠는 생활 방식에 완벽하게 적응했다. 그들의 코는 우리 피부에 쉽게 침투하고 특별한 타액 성분은 빨 때 혈액을 유지하고 물기를 마비시킨다. 모기의 감각은 또한 그들의 주요 숙주인 우리 인간을 감지하도록 특별히 적응되어 있다. 그들은 우리가 말하는 것을 듣고 우리가 내뿜는 이산화탄소의 냄새를 맡을 수 있다. 우리의 땀과 체취에서 나는 여러 냄새도 모기를 유인한다.

모기가 찾는 냄새는 무엇이며 어떻게 맡을까?

놀라운 점은 모기가 우리의 냄새에 너무 완벽하게 맞춰져 있어 유전적으로 CO2 센서를 비활성화해도 모기를 막을 수 없다는 것이다. 모기는 유기적인 냄새 성분에 집중한다. 그러나 그들의 수용체조차도 차단하기가 쉽지 않다. "전체 화학 수용체가 없는 모기조차도 여전히 사람을 찾아 물 수 있다"라고 뉴욕에 있는 록펠러 대학의 마가렛 헤르(Herre)와 그녀의 동료들이 설명한다.

알아내기 위해 Herre와 그녀의 팀은 이집트숲모기의 후각 시스템과 그것이 수용체, 후각 감각 세포 및 후각 구근 사이에 어떻게 상호 연결되어 있는지 자세히 살펴보았다. 무엇보다도 그들은 형광 마커와 유전자 활동의 다양한 분석을 사용하여 이러한 관계를 설명했다.

▲ (A) Brp(시냅스 마커)의 면역형광 라벨이 있는 dextran-conjugated fluorophore(녹색)를 사용하여 단일 동측 안테나(왼쪽) 또는 동측 상악 촉지(오른쪽)의 전방 염료 채우기 후 뇌의 공초점 z 스택의 최대 강도 투영 , 마젠타색). (B) 그림 1I–1J, S2, S3, S4 및 S5에 제시된 12개의 뇌에서 왼쪽 더듬이 엽의 정량화에서 파생된 표시된 감각 구조에 의해 신경지배되는 뇌 반구당 더듬이 엽 사구체의 대략적인 수. (C–J) 4개의 다른 각도에서 표시된 61(D–G) 또는 66(H–K) 사구체가 있는 단일 왼쪽 더듬이 엽의 3D 재구성. 사구체는 표시된 감각 부속기에 의한 신경 분포에 따라 착색된다. (K) T2A-QF2(하늘색)를 삽입하는 데 사용된 엑손(회색 상자), 인트론(회색 선) 및 CRISPR-Cas9 gRNA 부위(화살촉)가 있는 Orco 유전자좌. (L) GFP 양성(녹색), GFP 음성(자홍색) 및 사구체 총 수(검정색)인 사구체 수의 정량화. (M) 및 그림 1I 및 1J의 뇌를 기반으로 한 분석. (M) GFP(녹색) 및 Brp(시냅스 마커, 마젠타)(상단)의 면역형광 라벨이 있는 표시된 유전자형의 두 개의 다른 뇌에서 나온 왼쪽 더듬이 엽의 공초점 z 스택의 최대 강도 투영 및 각 경계의 2D 표현 GFP 양성 및 GFP 음성인 사구체(하단). (N) GFP(녹색) 및 Brp(시냅스 마커, 마젠타)의 면역형광 라벨이 있는 그림 1I에 표시된 왼쪽 더듬이 엽의 최대 강도 투영 공초점 z 스택에서 가져온 단일 공초점 섹션. 각 사구체를 캡처하기 위해 Z에 5μm마다 단일 평면이 표시된다. (O) 엑손(회색 상자), 인트론(회색선) 및 CRISPR-Cas9 gRNA 부위(화살촉)가 있는 Gr3 유전자좌는 T2A-QF2(하늘색)를 삽입하는 데 사용. (P) GFP(녹색) 및 Brp(시냅스 마커, 마젠타)의 면역형광 라벨이 있는 4개 뇌의 내측 더듬이 엽을 통한 최대 강도 투영 공초점 z 스택. 패널(F)은 그림 5D에 다시 인쇄다. 눈금 막대: 50μm(A, M 및 N), 20μm(C–J), 25μm(P). 방향: d = 등쪽, m = 안쪽, p = 뒤쪽. (출처: 관련논문 Non-canonical odor coding in the mosquito / Cell)

놀라운 수의 수용체

놀라운 결과:
"모기는 동물이 냄새를 맡는 방식에 대한 우리의 모든 규칙을 어긴다"라고 Herre는 보고했다. 현재 이론에 따르면 각 후각 세포는 한 가지 냄새에만 민감하며 표면에는 한 가지 유형의 수용체만 있다. 각 후각 세포는 또한 후각 구의 단 하나의 사구체와 연결되어 있다. "이 조직은 동물의 왕국에서 널리 퍼진 시스템으로 간주된다"라고 연구자들은 설명한다. 모든 척추동물이 그것을 가지고 있으며 지금까지는 곤충에도 적용되는 것처럼 보였다.

모기는 그렇지 않다.
분석 결과 모기의 후각 세포에는 여러 다른 수용체가 있는 것으로 나타났다. 예를 들어, 모기 안테나의 개별 후각 세포는 인간의 냄새인 1-octen-3-ol과 다양한 아민과 함께 발화한다. 이는 또한 우리 체취의 전형적인 구성 요소이지만 화학 구조에서 옥테놀과 크게 다르다.

일반적인 규칙에 어긋나

따라서 모기의 후각 시스템은 Herre와 그녀의 동료들이 말했듯이 뉴런당 한 가지 유형의 수용체라는 패러다임과 모순된다. 대신 모기의 후각 세포는 매우 다른 수의 냄새 감지기에 연결될 수 있다. 이것은 이집트숲모기의 화학적 "코"가 사구체보다 수용체 유형이 두 배 이상 많은 이유를 설명한다.

"Aedes aegypti의 후각 시스템은 이런 면에서 매우 파격적이다"라고 연구자들은 설명한다. 그러나 동시에 이것은 모든 곤충이 이전에 적용 가능한 후각 체계 구성 패러다임에 해당하지 않는다는 추가 표시가 될 수 있다. 최근에 또 다른 연구팀은 초파리에서 후각 뉴런당 여러 수용체의 증거를 발견했다. 이것이 절대적인 예외인지 아닌지는 아직 명확하지 않다.

호스트 찾기를 위한 이중화 시스템

반면에 모기의 장점이 어디에 있는지는 분명해 보인다. 이러한 방식으로 모기는 많은 비용을 들이지 않고도 우리 체취의 많은 구성 요소에 대해 셀 수 없이 많은 다른 센서를 개발할 수 있다. 이를 통해 모기들은 100가지가 넘는 일반적으로 인간의 냄새를 맡을 수 있고 개별 변종을 감지할 수도 있다. 이것은 또한 모기 구충제 또는 개별 유전자 조작 수용체 차단이 종종 제한된 효과만 갖는 이유를 설명한다. 모기는 다른 냄새 신호를 사용해 간단하게 우리의 냄새를 맡는다.

따라서 모기의 화학적 숙주 발견 시스템은 다중 중복으로 설계되었다. 공동 저자인 뉴욕 Howard Hughes Medical Institute의 Leslie Vosshall은 "이것은 정말 좋은 속임수다. 모기에는 플랜 B가 하나만 있는 것이 아니라 수많은 플랜 B가 있다"며 "이 시스템은 거의 깨지지 않는 것 같다"고 말했다.
(Cell, 2022, doi: 10.1016/j.cell.2022.07.024)

[더 사이언스 플러스]

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