Identification of human skin microbiome odorants that manipulate mosquito landing behavior
- 作者
- Iliano V. Coutinho-Abreu, Omid Jamshidi, Robyn Raban, Katayoon Atabakhsh, Joseph A. Merriman, Omar S. Akbari
- 杂志
- Scientific Reports（2024）
- DOI
- 10.1038/s41598-023-50182-5
- 所属领域
- 合成生物学
- 关键词
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解决的核心问题
人类皮肤微生物组产生的气味分子吸引蚊子，导致蚊媒疾病传播；现有驱避剂如DEET存在健康风险且成本高，亟需鉴定可通过改造皮肤微生物组来减少蚊虫吸引的靶标气味分子。
研究策略
利用GC/MS定量39株皮肤共生菌（20株葡萄球菌和19株棒状杆菌）的挥发性代谢物；通过双选择着陆实验和四臂嗅觉仪，在CO2和L-乳酸存在下系统评估不同皮肤挥发物及萜烯类化合物的吸引/驱避活性，筛选能减少蚊虫着陆和吸引的候选分子。
核心内容
该研究以人类皮肤微生物组产生的挥发性代谢物为对象，系统探究其对蚊子着陆行为的调节作用。作者利用气相色谱-质谱联用技术定量分析了39株皮肤共生菌（包括葡萄球菌和棒状杆菌）的挥发性产物，并通过双选择着陆实验和四臂嗅觉仪，在二氧化碳和乳酸共存条件下评估了多种皮肤挥发物及萜烯类化合物的吸引或驱避活性。结果显示，乳酸和乙酸是培养中最丰富的挥发性产物，0.05%乳酸可引发84.3%的着陆吸引，而0.0001%时则驱避75.4%；2-甲基丁酸在62.0-81.6%范围内表现出驱避效果，3-甲基丁酸在三个最高浓度下驱避率达87.1-99.6%，香叶醇在四臂嗅觉仪中可将蚊虫吸引降低69.2-77.9%。值得注意的是，缺少乳酸时乙酸和辛醛几乎无行为效应，表明二氧化碳和乳酸是其他皮肤挥发物调节着陆行为的门控因子。该研究鉴定出2-甲基丁酸、3-甲基丁酸和香叶醇可作为驱避候选物，为通过基因工程改造皮肤微生物组以预防蚊媒疾病传播提供了明确的靶点依据。
创新点
['首次在着陆行为语境下证明CO2和L-乳酸是其他皮肤挥发物调节蚊虫着陆行为的门控因子', '发现2-甲基丁酸和3-甲基丁酸在着陆实验中具有强烈驱避效果（最高达99.6%）', '证明香叶醇在短距离嗅觉仪中可显著降低蚊虫吸引（69.2-77.9%）']
研究对象（4）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Staphylococcus属（皮肤共生菌） | 乳酸/乙酸等有机酸发酵代谢 | — | — | 催化 | 主要产生乳酸、乙酸等皮肤挥发物，是蚊虫吸引物的主要源头之一 |
| Corynebacterium属（皮肤共生菌） | 有机酸代谢 | — | — | 催化 | 同样产生皮肤挥发物，参与塑造人体气味 |
| — | 乳酸合成通路 | — | — | 催化 | L-乳酸与CO2共同门控蚊虫着陆行为，是改造的重点靶标通路 |
| — | 乙酸合成通路 | — | — | 催化 | 乙酸与乳酸、氨协同增效，增强蚊虫吸引 |
关键发现
- 乳酸和乙酸是葡萄球菌和棒状杆菌培养中最丰富的挥发性产物
- 05% L-乳酸引起84.3%着陆吸引，0.0001%时驱避75.4%
- 乙酸在最高和最低浓度分别驱避97.4%和89.6%，0.01%时吸引66.2%
- 辛醛最高两浓度驱避46.5%和80.6%，0.0001%时吸引85.1%
- 无L-乳酸时乙酸和辛醛几乎无行为效应
- 2-甲基丁酸在62.0-81.6%范围内驱避（除最高浓度56.4%吸引）
- 3-甲基丁酸在三个最高浓度驱避87.1-99.6%
- 香叶醇在最高浓度驱避着陆74.9%，最低浓度吸引77.7%
- 四臂嗅觉仪中乳酸+氨+乙酸组合与CO2相比提高吸引60.6-77.1%，香叶醇在所有剂量下降低吸引69.2-77.9%。
研究结论
CO2和L-乳酸共同门控皮肤挥发物对蚊虫着陆行为的影响，研究鉴定出2-甲基丁酸、3-甲基丁酸和香叶醇可作为驱避候选物；这些结果为通过基因工程改造皮肤微生物组以减少吸引物或产生驱避物、从而预防蚊虫叮咬和疾病传播提供了靶点和依据。