Señales físico químicas involucradas en la búsqueda de hospederos y en la inducción de picadura por mosquitos
Physic-chemical signals involved in host localization and induction of disease vector mosquito bites
José Luis Torres-Estrada, M en C, Dr en CI; Mario H Rodríguez, MC, Dr en FilosofíaII
ICentro de Investigación de Paludismo, Instituto Nacional de Salud Pública (INSP), Tapachula, Chiapas, México
IICentro de Investigación sobre Enfermedades Infecciosas, INSP, Cuernavaca, Morelos, México
RESUMEN
Las hembras de los mosquitos vectores de enfermedades utilizan señales físicas y químicas para localizar su fuente de alimentación sanguínea en hospederos vertebrados. Los mosquitos zoofílicos responden preferentemente al CO2 y al octenol liberados en la respiración y excreciones, mientras que los mosquitos antropofílicos responden al ácido láctico y a una variedad de compuestos del sudor. Estos compuestos son modificados por microrganismos saprófitos de las glándulas sebáceas de la piel. Otros factores presentes en las viviendas contribuyen a la integración de microsistemas constituidos por olores característicos, que explican los diferentes niveles de atracción de mosquitos y la focalización de la transmisión del paludismo a una porción de casas en localidades de áreas endémicas. La identificación de estos atrayentes químicos y sus moléculas receptoras en mosquitos puede ser utilizada como complemento de nuevos métodos para la vigilancia epidemiológica, para atraer a los mosquitos a trampas de colecta o para incrementar su contacto con insecticidas usados en su control, así como en la manipulación genética para desviar las picaduras de los mosquitos hacia otros hospederos vertebrados. El texto completo en inglés de este artículo está disponible en: http://www.insp.mx/salud/index.html
Palabras clave: mosquitos; atrayentes; emanaciones humanas; malaria; México
ABSTRACT
Disease vector female mosquitoes respond to physic-chemical signals to localize vertebrate hosts for blood meals. Zoophylic mosquitoes preferentially respond to CO2 and octenol released in the breath and bodily fluids, while anthropophylic mosquitoes respond to lactic acid and a variety of sweat compounds. These compounds are modified by saprophytic microorganisms in the skin sebaceous glands. Other factors present in human dwellings contribute to the integration of microsystems with characteristic odors that have different attraction for mosquitoes, explaining the focalization of malaria transmission in few households in endemic areas. The identification of the chemical attractants and their molecular receptors could be used to complement new methods to attract mosquitoes to traps during epidemiological surveys, to increase their contact with insecticides in control interventions, and for genetic manipulation to divert mosquito bites towards other animal populations. The English version of this paper is available at: http://www.insp.mx/salud/index.html
Key words: mosquitoes; attractants; human emanations; malaria; Mexico
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La alimentación sanguínea es el momento culminante de la interacción entre artrópodos y hospederos vertebrados. Esta interacción ha dado como resultado la aparición de ciclos de vida complejos en varios organismos, que al desarrollarse en los artrópodos los convierte en vectores, y al desarrollarse en vertebrados producen enfermedades. Desde el punto de vista epidemiológico, los comportamientos más importantes que determinan la capacidad de los mosquitos vectores de transmitir enfermedades son la búsqueda de sangre y los conducentes a la puesta de sus huevos. Estas actividades son indispensables para la reproducción de estas especies1 y cobran importancia epidemiológica, porque son determinantes del contacto humano-vector, indispensable para la transmisión de organismos patógenos.
Los comportamientos de búsqueda de hospederos y de sitios de oviposición, aunque independientes entre sí, ocurren en forma coordinada. El comportamiento de búsqueda de un sitio para depositar los huevos no puede ocurrir al mismo tiempo que cuando la señal fisiológica para el comportamiento de búsqueda de hospedero es liberada. Así, en el caso de hembras nulíparas, la búsqueda de sangre tiene prioridad sobre cualquier otro comportamiento y solamente es inhibido por la distensión abdominal que ocurre después de alimentarse.
En estudios epidemiológicos, la intensidad del contacto humano-vector en una población determinada se infiere por medio de la medición del índice de sangre humana, un indicador de su preferencia alimenticia2-5 y por la medición del ciclo gonotrófico, un indicador de la frecuencia de alimentación,6-10 puesto que los mosquitos requieren de al menos una alimentación sanguínea para producir cada lote de huevos. Si bien la información en estos indicadores es útil para evaluar la capacidad vectorial de diversas poblaciones de mosquitos, no permite identificar los factores que determinan la intensidad de contacto humano-vector. La identificación de estos factores podría ser de utilidad para establecer las condiciones que determinan los patrones de transmisión de patógenos y para el desarrollo de nuevas estrategias de control.
Factores determinantes del comportamiento
En términos generales, los procesos fisiológicos más importantes en mosquitos están mediados por olores. La respuesta de los mosquitos a los olores ocurre dentro de un marco de referencia dado por factores externos (lluvia, viento, humedad y temperatura) y factores internos (edad, sexo, estado fisiológico y preferencia alimenticia) que influyen en el comportamiento de selección de la fuente de olor. Dentro de este comportamiento, la activación y orientación están supeditadas a las condiciones del medio (velocidad del viento, temperatura e intensidad de la luz) mientras que el aterrizaje sobre el hospedero está influenciado por las características específicas de la fuente de olor (figura 1).
Si bien el estado fisiológico de los mosquitos determina su comportamiento, la expresión de éste es influida por estímulos físicos del ambiente y es mediada por señales químicas. Estas señales emanan de sitios con características adecuadas para la oviposición y de los posibles hospederos vertebrados que son posibles fuentes de sangre.11 Presentamos aquí una revisión de los atrayentes identificados que median el comportamiento de búsqueda de hospedero de los principales vectores del paludismo en el mundo.
Señales que induce la búsqueda y picadura de hospederos
En mosquitos, la inducción del comportamiento de búsqueda de hospederos es mediada por estímulos físicos y químicos.12 Los estímulos físicos (visuales) juegan un papel importante en la activación del comportamiento de búsqueda y localización de un hospedero a larga distancia (ejemplo: contraste e intensidad de luces, movimiento).13 Los estímulos visuales son el activador del vuelo de cualquiera de los comportamientos antes señalados; un insecto en busca de hospederos responde a niveles de luz del entorno ambiental y de la fuente misma (intensidad de luz), pero los vuelos apetitivos a larga distancia son dirigidos por blancos visuales.13 Mientras que a distancias cortas, las señales químicas ayudan a los mosquitos a identificar el flujo (pluma) de olor (estímulos químicos) que los orientan hacia el hospedero.14
La respuesta de los mosquitos hembra a estos estímulos depende de su preferencia por el tipo de hospedero, así como de su edad y estado fisiológico (nutrición, digestión y grado de desarrollo de los huevos en los ovarios).15 Los estímulos químicos provocan la respuesta anemotáctica (orientación en contra del viento siguiendo un gradiente de olor) de búsqueda del hospedero y desencadenan la estímulación final para que se lleven a cabo el piquete y la alimentación (figura. 1).
]]> Participación del CO2La percepción de la presencia de un posible hospedero se inicia con la detección del CO2 expedido por un mamífero vertebrado. Esta percepción provoca que el vuelo de los mosquitos hembra se oriente hacia el posible hospedero. Posteriormente, entran en juego otras sustancias poco volátiles, como son los olores expedidos en el sudor. Una vez que los mosquitos han aterrizado sobre el hospedero, estímulos de contacto como la temperatura y la humedad del cuerpo a través de higroreceptores y termorreceptores en las antenas son determinantes en la decisión de introducir o no sus probóscides16 (figura 1).
El papel del CO2 en la atracción de mosquitos es el mejor documentado y ha sido estudiado, tanto en laboratorio como en campo en un número elevado de especies.17 Desde el primer reporte como atrayente de mosquitos,18 el CO2 se ha usado en trampas (con y sin luz ) para la captura y monitoreo de poblaciones de mosquitos silvestres.19
La distinción entre el efecto atrayente del CO2 y el efecto estimulante de la temperatura y humedad corporal para la picadura fue reconocida desde 1963.20 Congruentemente, la remoción de 95.5 % del CO2 expirado por un humano, redujo el número de mosquitos atraídos por este hospedero, mientras que la proporción de mosquitos que, ya atraídos, intentaban alimentarse sobre él fue la misma.21 Sin embargo, en experimentos del mismo tipo, la remoción del CO2 produjo una mayor reducción en la atracción de Culex que de Anopheles, lo que indica que las especies anofelinas probablemente usan, además, otros olores para la localización de sus hospederos.22
Participación del octenol
La participación de los olores expedidos por los humanos en la atracción de los vectores del paludismo en Africa fue reconocida desde 1942.23 Entre los compuestos que constituyen los olores de mamíferos se encuentra el 1-octen-3 ol (octenol).24 El efecto atrayente de este compuesto fue observado primero en Glossina spp.25 A la fecha, se ha documentado que este compuesto atrae a una amplia gama de dípteros hematófagos incluyendo especies de Tabanidae,26 Oestridae,27 Stomoxyinae28 y Ceratopogonidae.29 Un incremento en capturas de Aedes taeniorhynchus, Anopheles crucians, Ae quadrimaculatus y Wyeomyia mitchellii en trampas de luz CDC modificadas para realizar liberaciones del octenol fue la primera documentación del efecto atrayente de este alcohol sobre mosquitos.30 Actualmente, se ha documentado el efecto atrayente de este compuesto, solo o en combinación con otros, en 35 especies de mosquitos.31
Participación del ácido láctico
También han sido reportados como atrayentes de anofelinos otros compuestos presentes en emanaciones de animales y humanos como acetona, estradiol, cadaverina, lisina y ácido láctico.32 El ácido láctico que es excretado con el sudor en la piel de los humanos es el principal atrayente de Ae aegypti33 y este compuesto también tiene efectos atrayentes sobre An albimanus.34 Recientemente, se reportó que hembras de An gambiae sensu lato y An funestus, los principales vectores del paludismo en el este de Africa, responden al L-ácido láctico, al ácido hexanoico y al CO2, solos o mezclados, y es la combinación del L-ácido láctico con CO2 la de mayor atracción.35
El L-ácido láctico, en la piel de los humanos, es el producto final de la glicólisis durante el metabolismo anaeróbico de las células mioepiteliales de las glándulas sudoríparas ecrinas.36 Las glándulas ecrinas están presentes en todo el cuerpo de los humanos, juegan un papel importante en la termorregulación37 y, en contraste con las glándulas apocrinas, no están asociadas con los folículos pilosos. Las glándulas apocrinas por su parte se encuentran en gran número en las axilas, contienen a menudo células mioepiteliales y participan en la excreción de sudor y, por consiguiente, en la termorregulación de algunos animales de gran tamaño.38-40 El contenido de L-ácido láctico en la piel de humanos es mayor que en otros mamíferos41 y las diferencias en la atracción de los humanos sobre hembras de mosquitos está asociada con las diferencias en los niveles del L-ácido láctico.39,42 Estos niveles están relacionados con la densidad de glándulas sudoríparas ecrinas presentes, su actividad y diferencias de pH.43
Mosquitos zoofílicos y antropofílicos
]]> Las diferencias entre los compuestos liberados con la transpiración de humanos y animales son detectadas por los mosquitos y constituyen el principal determinante de la preferencia alimenticia. Así, los mosquitos zoofílicos como An quadriannulatus se orientan por un atrayente generalista como lo es el CO2, mientras que los mosquitos antropofílicos son atraídos por olores específicos del humano.44,45La distribución de estos olores en el cuerpo parece dirigir a los mosquitos hacia el sitio de picadura. Mientras que otras especies más generalistas prefieren picar en partes de la cara, An gambiae prefiere picar en los pies y piernas.46,47 Interesantemente, estos mosquitos son atraídos por el queso Limburger48 y se ha documentado que la exposición de mosquitos a una mezcla de 12 de los más abundantes ácidos grasos presentes en este queso ocasiona una respuesta electrofisiológica y conductual dependiente de la dosis.49, 50 La capacidad de los mosquitos para responder a estos compuestos parece deberse a una similitud odorífera. Las hendiduras interdigitales de los pies de humanos suelen estar colonizadas por una bacteria, Brevibacterium epidermidis, un pariente cercano del Brevibacterium linens, que participa en los procesos fermentativos en la producción del queso en cuestión. La presencia de estas bacterias durante la manufactura del queso, explica su atracción por mosquitos que lo reconocen como una parte del cuerpo humano por la que tienen una preferencia especial.51 La aplicación práctica de este hallazgo sugiere la utilización de trampas que utilicen como cebo el queso, como se ha hecho antes para atrapar ratones.52 El efecto atrayente de los ácidos grasos emanados de la piel de humanos también ha sido observado para el Ae aegypti, una especie netamente antropofílica.53
Los ácidos grasos y la microflora de la piel
Los ácidos grasos constituyen la cuarta parte de la superficie de la piel de los humanos. Estos ácidos son producidos por la rotura de triglicéridos a glicerol libre por la acción de microrganismos, como Corynebacterium y Malessezia (Pityrosporum), presentes en las glándulas sebáceas,54,55 la cual es influida por el pH de la piel. Como estas condiciones varían entre individuos, se ha propuesto como la causa de los diferentes niveles de atracción entre humanos para An gambiae.56,57
Los factores que determinan las variaciones en la microflora de la piel humana y su efecto sobre las interacciones mosquito-hospedero son aún desconocidos. Aunque las investigaciones en este campo aún están en sus inicios, es posible que, entre otros factores, las actividades laborales, los hábitos de alimentación e higiene personal sean causas de variaciones en la abundancia y metabolismo de la microflora. Estudios en el laboratorio han proporcionado inferencias acerca del efecto de las condiciones higiénicas de los individuos sobre su atracción por los mosquitos. En experimentos con hembras de An gambiae sensu stricto, éstas fueron atraídas por sudor incubado durante más de un día, en tanto que ninguna respuesta conductual y electrofisiológica se observó cuando se les expuso a sudor fresco (recién colectado).58 Los análisis cromatográficos de ambos sudores revelaron que los compuestos más abundantes en el sudor incubado fueron indol (27.9 %), 1-dodecanol (22.4 %) y 3-metil-1-butanol (10 %). Estos compuestos no están presentes en el sudor fresco.59
Efecto del pH
Se han observado diferencias en la atracción sobre An gambiae ss. en voluntarios cuyo sudor difiere en el pH. Los voluntarios que más atrajeron a estos mosquitos producían un sudor alcalino (pH 8), mientras que quienes indujeron pobre respuesta producían un sudor ácido (pH 5.5).60 La acidez del sudor fresco se debe a la producción y secreción de ácido láctico por las glándulas ecrinas,61 mientras que el cambio a pH alcalino en el sudor añejo es causado por la formación de amonio, debido a bacterias presentes en la piel.62 Estas observaciones contribuyen a explicar las preferencias alimenticias entre géneros y especies de mosquitos con preferencia por humanos.63,64
Otros compuestos atrayentes
Entre 300 y 400 compuestos se han identificado a partir de emanaciones del cuerpo de los humanos, y las cantidades producidas por éstos varían de una persona a otra.49 En extractos dietílicos de sudor se identificaron 73 compuestos de los cuales 40 fueron ácidos carboxílicos. Entre ellos, se observó respuesta de hembras de An gambiae a los ácidos 2-oxopentanoico, 2-oxobutanoico, 2-oxo-3-metilbutanoico, 2-oxo-3-metilpentanoico, 2-oxo-4-metilpentanoico y 2-oxohexanoico.65,66 También se ha observado respuesta conductual y antenal de este mosquito a los ácidos (E)- y (Z)-3-metil-2-hexanoico y al 7-octenoico. La respuesta fisiológica fue similar a la reportada con algunos estimulantes como el 1-octen-3-ol, p-cresol y al ácido isovalerico; pero menor a la inducida con L-ácido láctico y al repelente sintético N,N-dietiltoluamida (DEET).67 El gran número de compuestos volátiles con atracción diferencial sobre diferentes especies de mosquitos vectores de enfermedades ha hecho posible el considerar la posibilidad de desarrollar un olor sintético man in a bottle para atraer y capturar mosquitos cuando éstos están en busca de hospederos.68 Esta herramienta podría ser usada para el monitoreo de poblaciones de mosquitos en programas de vigilancia epidemiológica, o en combinación con insecticidas para incrementar su efectividad en programas de control de vectores.
Efecto de la infección
]]> Existen otros factores relacionados con el comportamiento de los mosquitos que favorecen la transmisión de patógenos, pero que todavía no están bien entendidos. En An gambiae las hembras infectadas con los parásitos causantes del paludismo (Plasmodium) se alimentan más veces y absorben mayores cantidades de sangre que las hembras no infectadas. Esto mismo ocurre con An gambiae sl y An funestus infectados, los cuales intentan picar más veces sobre hospederos experimentales que los mosquitos no infectados.69,70 Por otro lado, la condición del hospedero también puede favorecer la transmisión del patógeno; así, se ha documentado que An stephensi se alimentan más en ratones con elevados números de las formas infectivas (gametos) de Plasmodium que en ratones no infectados. Es posible que en este último caso los comportamientos de defensa contra los mosquitos de los hospederos estén reducidos por la parasitosis. 71 Sin embargo, también es posible que la mayor atracción por hospederos infectados con las formas infectivas del parásito pueda estar mediada por señales olfatorias, aún no identificadas, inducidas en el hospedero vertebrado por el parásito.72,73 De cualquier modo, es obvio que esta situación le confiere al parásito una fuerte ventaja selectiva.74Un ecosistema de olores
La integración de señales de atracción físico-químicas y la diversidad de éstas en los ambientes domésticos es probablemente responsable de la gran variabilidad en la atracción de mosquitos en las casas de localidades endémicas. Esto conduce a una focalización en la transmisión, y resulta en la recurrencia de casos palúdicos en pocas casas, mientras que otras se encuentran libres de la enfermedad. Los resultados de algunos estudios indican que las casas habitadas por humanos atraen significativamente más An gambiae y An funestus que las casas desocupadas, con una correlación positiva entre el número de habitantes y el número de mosquitos capturados.75,76 Sin embargo, además de los atrayentes individuales ya mencionados, los olores presentes en las casas que pueden tener influencia en la orientación de los mosquitos hacia ellas no han sido estudiados. Recientemente, se han identificado diversos factores asociados a casas en donde ocurren más casos de paludismo en el sur de México, entre ellos se encuentran el número de individuos, la limpieza dentro y fuera de la casa, la higiene personal (frecuencia del baño y lavado de ropa), entre otros (J Méndez, Dirección General de Control de Vectores, Secretaría de Salud. Comunicación personal).
Perspectivas
Los factores químicos que influyen en la selección de los hospederos por los mosquitos vectores de enfermedades están siendo estudiados con la finalidad de crear nuevos métodos funcionales de muestreo y para el desarrollo de alternativas de control. El estudio de los atrayentes asociados a estas condiciones de vivienda podría aportar información para el diseño de estrategias que puedan ser dirigidas al control en casas de alto riesgo.
Aplicación en monitoreo y control de vectores
El creciente aumento en el número de especies y poblaciones de mosquitos resistentes a insecticidas77-80 incrementa permanentemente los costos y las dificultades para mantener un control adecuado y sostenido. La identificación de atrayentes químicos de mosquitos de importancia médica abre nuevas posibilidades para dirigir y focalizar la aplicación de insecticidas, por medio del manipuleo del comportamiento de búsqueda de hospedero, usando trampas con estos atrayentes. Por otra parte, el conocimiento de las señales químicas que intervienen en la selección del hospedero y sus orígenes podría usarse para dirigir las medidas de control hacia sitios específicos. Esta información también puede ser útil para la aplicación de intervenciones destinadas a eliminar las variables que ocasionan los olores atrayentes, como serían el cambio de hábitos alimenticios y promover la higiene del individuo y de sus viviendas.
La transmisión del paludismo en México presenta una focalización de casos en una porción baja de casas dentro de una localidad, además de una recurrencia de la enfermedad en unos pocos individuos. Esta situación confirma observaciones en otras áreas palúdicas e indica la pertinencia de investigar los factores propios de las casas y de los individuos que atraen a los mosquitos.81 Los estudios para conocer los aspectos químico-ecológicos de los vectores del paludismo en nuestro país son escasos y aislados. Las investigaciones para determinar la preferencia y disponibilidad de hospederos, estimando los índices de forrajeo y preferencia alimenticia,2,82 deben ser reexaminados para investigar y evaluar si existen grados de antropofilia-zoofilia. La existencia de grados variables de preferencia alimenticia podría conducir a que una parte de la población de mosquitos, con inclinaciones antropofílicas, ingresara preferentemente a las casas en busca de alimento. Esto explicaría la focalización de la transmisión a unas cuantas casas de las localidades. Esta información serviría para complementar las estrategias de control actualmente empleadas.
Transgénesis para el control de vectores
Los avances en biología molecular que permite la transformación genética estable de mosquitos83 y la reciente publicación del genoma completo de An gambiae84 abren, a su vez nuevas posibilidades para el desarrollo de estrategias de control basadas en la ingeniería genética de los vectores.85 En esfuerzos previos, estrategias de manipulación genética de los vectores estuvieron dirigidas a la producción y liberación de mosquitos (machos) estériles. Puesto que los mosquitos hembra copulan una sola vez y almacenan el esperma para ser usado en todos sus lotes de huevos, la cópula con machos estériles condena a la hembra a no tener descendencia. Sin embargo, esta estrategia fue poco efectiva debido a la necesidad de producir y liberar de manera permanente grandes números de mosquitos estériles.86 Actualmente, las estrategias de manipulación genética están dirigidas no a evitar la reproducción de los mosquitos, sino a la introducción de genes nuevos o modificados en las poblaciones silvestres. Estos genes pueden codificar compuestos tóxicos para el parásito, con lo cual los mosquitos no se infectarían y no podrían transmitir la enfermedad.87,88
]]> La identificación de receptores químicos en las antenas de los mosquitos89,90 y las señales que hacen que éstos respondan a atrayentes de animales son la base para la identificación de los genes involucrados. Cuando éstos sean identificados, será posible manipularlos para cambiar su preferencia alimenticia y desviar la picadura de mosquitos actualmente antropofílicos hacia otros animales. Aunque estos estudios tienen interesantes avances es importante resaltar que su incorporación en estrategias de control será en un largo plazo.Obedeciendo a la magnitud del problema del paludismo en Africa, el complejo de An gambiae ocupa el centro de la atención de investigaciones sobre los factores que influyen en selección de sus hospederos. Aunque existen atrayentes comunes, también existe una gran variabilidad en las características de los vectores y en su respuesta a una gran diversidad de señales físico químicas, lo cual obliga al estudio de los vectores locales para poder hacer uso de las nuevas tecnologías, con un diseño ex profeso para nuestras condiciones y mosquitos locales.
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Dirección para correspondencia
Dr. José Luis Torres Estrada
Centro de Investigación de Paludismo, Instituto Nacional de Salud Pública
4ª Avenida norte y 19 poniente, colonia Centro, 30700 Tapachula, Chiapas, México ]]>
Correo electrónico: jltorres@correo.insp.mx
Fecha de recibido: 7 de febrero de 2003
Fecha de aprobado: 4 de septiembre de 2003
