Contrasto di insetti parassiti vegetali e degli ambienti umani, disturbando le loro percezioni sensoriali

Diverse specie zanzare presenti in giro per il mondo diffondono varie malattie, che colpiscono gli esseri umani e che provocano numerose vittime ogni anno.
Una recente ricerca, condotta da scienziati del gruppo di studio di Anandasankar Ray, professore di biologia molecolare, cellulare e dei sistemi presso l'università di Riverside (California) ha permesso di mettere a punto sostanze repellenti le zanzare e i moscerini della frutta

Il suo gruppo di lavoro ha effettuato due diversi studi, di seguito riportati, che hanno approfondito, nel primo caso, i meccanismi della percezione olfattiva e gustativa in zanzara e mosca mediterranea della frutta.
Nel secondo studio è stato invece approfondito il meccanismo della percezione dell'umidità sempre in zanzare e nella psilla asiatica degli agrumi, un insetto, quest'ultimo, che diffonde lo HuangLongBing una malattia batterica, di origine cinese, che colpisce gli agrumi, con crescenti danno in tutto il mondo.

La percezione olfattiva e gustativa in zanzara e mosca mediterranea della frutta

Questa prima attività di ricerca ha portato alla pubblicazione di un articolo, il cui titolo ne dà una prima traccia dell'oggetto, ovvero: 'Rilevamento chemiosensoriale di concentrazioni avverse di ammoniaca e ammine volatili basiche negli insetti'. Nello studio di queste attività percettive degli insetti e delle metodologie volte al loro contrasto il professor Ray si è avvalso della colaborazione di Jonathan Trevorrow Clark, Anindya Ganguly, Jadrian Ejercito, Matthew Luy e Anupama Dahanukar.

L'attività del suo gruppo di lavoro è partita dall'ammoniaca, un composto volatile che si trova a basse concentrazioni, anche nel sudore umano e che risulta attrattivo per zanzare e altri insetti. Ad alte concentrazioni, come quelle che si trovano nei detergenti per la casa, l'ammoniaca non attira ugualmente gli insetti. E' stato quindi studiato cosa succede al sistema olfattivo e gustativo di moscerini della frutta e zanzare in presenza di ammoniaca.

Come riferisce Anandasankar Ray, questa recente ricerca ha permesso di evidenziare che alcuni composti a base di ammoniaca e di ammine sono in grado di alterare importanti attività di adattamento degli insetti alle condizioni avverse.

A livello olfattivo

'Abbiamo scoperto', egli riferisce, 'che i neuroni olfattivi sembrano avere un'esplosione di attività e poi si inattivano per un po'. Durante il periodo d'inattività, non sono in grado di rilevare alcun odore, il che significa che gli insetti non riescono a trovare efficacemente l'odore della pelle umana'. Tale risposta è risultata simile sia nei moscerini della frutta che nell'Aedes aegypti.

A livello gustativo

Come ha riferito il dottor Ray: 'Per quanto riguarda il gusto, l'ammoniaca e le ammine, derivati dell'ammoniaca che costituiscono molti odori sintetici - non producono il tipo di attività flash che vediamo nel sistema olfattivo. Ma mostrano l'inibizione che abbiamo trovato nel sistema olfattivo. Siamo stati in grado di dimostrare che l'ammoniaca silenzia la risposta degli insetti a zucchero e sale'.

Sia gusto che olfatto sono molto importanti nell'attività nutritiva

Nell'attività nutritiva la maggior parte degli insetti si fa guidare dall'olfatto per trovare un luogo dove atterrare e iniziare l'attività gustativa che prelude alla nutrizione.
Le zanzare utilizzano la labella, un organo posto sulle loro gambe utile per gustare il cibo, che le aiuta nel cercare un luogo dove effettuare la loro puntura. Mentre nei moscerini della frutta la labella è dotata di sottili peli chiamati 'sensilla' che hanno un ruolo nel consentire di assaggiare i frutti.

Queste scoperte potrebbero essere utilizzate, in futuro, per realizzare efficaci repellenti per insetti, che però dovranno essere realizzati tenendo conto delle caratteristiche di questi composti, infatti, come segnala Ray: 'Mentre composti come l'ammoniaca, che hanno un pH elevato e sono basici, non possono essere utilizzati sulla pelle a causa delle loro proprietà corrosive, possono essere utilizzati in altri modi. Molti insetti pungenti entrano nelle case dall'esterno. Nella maggior parte del mondo, gli insetti pungono gli esseri umani e gli animali domestici in casa e spesso di notte. Ad esempio, se i muri, dove gli insetti si posano e aspettano, contenessero un materiale a pH elevato, le zanzare ne risentirebbero. Allo stesso modo, se un composto ad alto pH, come un'ammina, venisse distribuito intorno agli ingressi delle case e dei capannoni degli animali, potrebbe tenere lontane le zanzare'.

Questa ricerca si è avvalsa di sovvenzioni del National Institute on Deafness and Other Communication Disorders, che è membro del National Institutes of Health (NiH).

La sensibilità della zanzara e della Psilla asiatica degli agrumi all'umidità atmosferica

In un studio separato nell'ambito dello stesso filone di ricerca il professor Ray insieme ai suoi colleghi, di Riverside, Coutinho‐Abreu and Trevorrow Clark ha studiato la modifica della sensibilità all'umidità, sia nella zanzara, che nella psilla asiatica degli agrumi, un insetto dell'ordine dei Rincoti, che trasmette la malattia dell'inverdimento degli agrumi (Huanglongbing), una fitopatologia batterica molto insidiosa ed in forte espansione in tutto il mondo.

Nell'ambito di questo filone di studio, che è strettamente collegato al precedente, è stata approfondita, nelle zanzare e nella psilla, l'interruzione dell'attività dei neuroni sensibili all'umidità. Esso ha poi portato alla pubblicazione di un articolo il cui titolo era: 'La pentilammina inibisce il rilevamento dell'umidità negli insetti vettori di agenti patogeni di origine umana e vegetale'.
Sebbene gli insetti possano percepire l'umidità, ha detto Ray: 'Abbiamo scoperto che gli odori amminici inibiscono la risposta all'umidità. Abbiamo identificato i neuroni che la rilevano nella psilla degli agrumi e scoperto che alcune ammine potrebbero inibire il loro rilevamento dell'umidità. Abbiamo quindi dimostrato che esso si conservava nei moscerini della frutta. Questa è probabilmente la prima volta che ricercatori abbiano dimostrato che il rilevamento dell'umidità può essere inibito dagli odori'.

Dopo aver consumato un pasto di sangue, le zanzare cercano l'acqua in cui deporre le uova. Una singola zanzara femmina può deporre fino a 300 uova. I ricercatori hanno testato in laboratorio il rilevamento dell'umidità nelle zanzare gravide (Aedes aegypti e Anopheles coluzzi), le quali sono quindi attratte dai corpi idrici, in cui poi depongono le uova.

In un apposito esperimento delle zanzare sono quindi state nutrite con sangue e quando erano pronte ad effettuare l'ovo-posizione sono state proposte loro due tazze d'acqua, ovvero due differenti opzioni per la deposizione delle uova.
In una delle due tazze era stata versata una piccola fiala di un composto volatile, che inibisce il rilevamento dell'umidità. I ricercatori hanno così scoperto che le zanzare evitavano di deporre le uova in tale tazza poiché, non percependo la presenza dell'acqua, non rilevavano le idonee condizioni per la deposizione delle uova e preferivano invece deporle nella tazza non contente il composto volatile.

Come ha quindi riferito Ray: 'Ciò suggerisce che è possibile bloccare i neuroni che rilevano l'umidità negli insetti utilizzando una sostanza chimica volatile e quindi abbassare il livello di deposizione delle uova'. Egli ha poi spiegato che (al contrario delle zanzare) la psilla asiatica degli agrumi sembra evitare le elevate umidità.

Per testare il rilevamento dell'umidità da parte della Psilla, il gruppo di lavoro del dottor Ray ha utilizzato un tubo a forma di Y con elevata umidità in entrambe le diramazioni. All'inizio le psille evitavano ognuno dei due bracci, ma quando i ricercatori hanno introdotto, in una delle due estremità, un composto volatile che inibisce la percezione dell'umidità, le psille degli agrumi hanno iniziato a preferirlo perché non percepivano più la presenza di acqua al suo interno.
Come ha riferito Ray: 'Ciò significa che bloccando la capacità degli insetti di percepire l'acqua tramite un composto volatile, possiamo manipolare il loro percorso di rilevamento dell'umidità e alterare il loro comportamento in una maniera che lo renda prevedibile. In futuro potrebbero essere possibile ingegnerizzare ammine per prevenire la deposizione di uova di insetti in determinate aree'.

La comprensione di questi meccanismi è importante per poter limitare le popolazioni di zanzare, poiché, come afferma il professor Ray: 'A causa di questo potenziale riproduttivo estremamente elevato, dalla primavera all'estate assistiamo a un'esplosione di zanzare. Dove c'è acqua con larve di zanzara, è estremamente difficile controllare la popolazione di zanzare. Ecco perché nei paesi tropicali è impossibile ucciderle tutte. Anche se rimangono poche zanzare, si riproducono molto velocemente'.

Quest'ultimo studio è stato sovvenzionato dal National Institute of Allergy and Infectious Diseases del National Institutes of Health.