{"id":11600,"date":"2017-01-10T09:16:05","date_gmt":"2017-01-10T08:16:05","guid":{"rendered":"http:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/?p=11600"},"modified":"2017-01-10T12:36:35","modified_gmt":"2017-01-10T11:36:35","slug":"zika-virus-co-koennen-eingeschleppte-erreger-bei-uns-heimisch-werden","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/en\/forschung\/zika-virus-co-koennen-eingeschleppte-erreger-bei-uns-heimisch-werden\/","title":{"rendered":"Zika-Virus & Co.: K\u00f6nnen eingeschleppte Erreger bei uns heimisch werden?"},"content":{"rendered":"
\"Gelbfieberm\u00fccke
Gelbfieberm\u00fccke \u00bbAedes aegypti\u00ab. Diese Stechm\u00fcckenart gilt als \u00dcbertr\u00e4ger exotischer Krankheitserreger; Foto von CDC, F.H. Collins<\/figcaption><\/figure>\n

Die W\u00e4rme liebende Asiatische Tigerm\u00fccke \u00bbAedes albopictus\u00ab f\u00fchlt sich seit Jahrzehnten im Mittelmeerraum wohl. Sie ist \u00dcbertr\u00e4gerin gef\u00e4hrlicher, bisher in Europa nicht verbreiteter Viren. Wird sie sich aufgrund des Klimawandels und anderer Umweltfaktoren weiter nach Norden ausbreiten? Und werden andere eingeschleppte Arten ihr folgen? Das untersucht die Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Sven Klimpel mithilfe der \u00f6kologischen Nischenmodellierung und genomischer Analysen. <\/em><\/strong><\/p>\n

Erreger wie das Zika- oder Ebola-Virus standen bisher nicht im Fokus der Wissenschaft. Doch der gerade erst einged\u00e4mmte, drastische Ebola- Ausbruch in Westafrika hat gezeigt, dass die Welt sich auf einige seltene, aber besonders gef\u00e4hrliche Erreger besser vorbereiten muss. In Deutschland besteht seit Mai 2016 eine Meldepflicht f\u00fcr Arboviren. Unter dem Oberbegriff werden Viren-Typen zusammengefasst, die sich sowohl in blutsaugenden Gliederf\u00fc\u00dfern, M\u00fccken und Zecken (Arthropoden) als auch in V\u00f6geln und S\u00e4ugetieren vermehren k\u00f6nnen.<\/p>\n

\u00dcber diese Vektoren werden sie verbreitet und auf den Menschen \u00fcbertragen. Auch das Zika-Virus geh\u00f6rt zu den Arboviren. Im globalen und auch regionalen Kontext spielen neue und wieder auftretende Infektionskrankheiten eine immer gr\u00f6\u00dfere Rolle. Insbesondere Stechm\u00fccken gelten weltweit als die wichtigsten \u00dcbertr\u00e4ger, dicht gefolgt von Nagern und Fledertieren. (Abb. 1) Zunehmend m\u00fcssen auch klimatische und \u00f6kologische Ver\u00e4nderungen bei der Ausbreitung ber\u00fccksichtigt werden, denn sie k\u00f6nnen Stechm\u00fccken und anderen Vektoren neue Lebensr\u00e4ume er\u00f6ffnen.<\/p>\n

\"Verschiedene
Verschiedene \u00dcbertragungswege von Infektionserregern und ihre Bedeutung. Stechm\u00fccken gelten im globalen Kontext als die wichtigsten \u00dcbertr\u00e4ger von Infektionskrankheiten. An zweiter Stelle steht die \u00dcbertragung von Infektionserregern \u00fcber die Nahrung (inkl. Wasser) und an dritter Stelle die \u00dcbertragung vom Tier auf den Menschen (sog. Zoonosen) oder von Mensch zu Mensch. Das Konzept \u00bbOne Health\u00ab steht f\u00fcr einen umfassenden, interdisziplin\u00e4ren Ansatz, der die komplexen Zusammenh\u00e4nge zwischen Mensch, Tier, Umwelt und Gesundheit beschreibt. Grafik: AG Klimpel<\/figcaption><\/figure>\n

Die absehbar bedeutendste Rolle in Europa spielen invasive (eingeschleppte) Arten wie die Asiatische Tigerm\u00fccke Aedes albopictus, die Asiatische Buschm\u00fccke Aedes japonicus, die Gelbfieberm\u00fccke Aedes aegypti (Abb. 2) und verschiedene Sandm\u00fccken-Arten (Phlebotomus). Zu den von ihnen \u00fcbertragenen Erkrankungen z\u00e4hlen zum einen virusbedingte Infektionen durch Zika-, Dengue-, West-Nil oder Chikungunya-Viren. Zum anderen sind sie Vektoren f\u00fcr einzellige (protozoische) Parasiten (Leishmania spp.), die Erkrankungen wie die Leishmaniose hervorrufen. Eine konkrete Absch\u00e4tzung der von Stechm\u00fccken in Europa ausgehenden Gefahr bedarf langfristiger \u00dcberwachungs- und Erfassungs-Ma\u00dfnahmen.<\/p>\n

Damit besch\u00e4ftigt sich unsere Arbeitsgruppe derzeit intensiv in Kooperationen mit Bundesministerien und anderen nationalen und internationalen Forschungseinrichtungen. Um Ver\u00e4nderungen in der jeweiligen Stechm\u00fcckenfauna fr\u00fchzeitig erkennen zu k\u00f6nnen, ist es notwendig, die \u00dcbertr\u00e4ger eindeutig identifizieren zu k\u00f6nnen (Werblow et al. 2014, 2015) sowie das aktuelle Vorkommen und die Verbreitung der Arten genau zu kennen. Dar\u00fcber hinaus kl\u00e4ren wir mit geeigneten Laborversuchen, inwieweit invasive und heimische Arten \u00fcberhaupt in der Lage sind, bestimmte Krankheitserreger unter den hier vorherrschenden Bedingungen zu \u00fcbertragen (Vektorkompetenz). (Abb. 3)<\/p>\n

Habitateignung modellieren: Wo entstehen \u00f6kologische Nischen?<\/h3>\n

In der \u00f6kologischen Nischenmodellierung werden unter anderem die Zusammenh\u00e4nge zwischen dem Vorkommen einer Art und den jeweiligen Umweltbedingungen (\u00f6kologische Nische) quantifiziert und mathematisch beschrieben. Mithilfe solcher Modellierungen kann die potenzielle Verbreitung (Habitateignung) f\u00fcr eine Art gesch\u00e4tzt und in Kartenform visualisiert werden. Dazu verwenden wir Szenarien des Welt-Klimarats IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change), welche zuk\u00fcnftige klimatische Bedingungen projizieren. Die Modellierung basiert auf diversen statistischen Verfahren. Sie alle haben St\u00e4rken und Schw\u00e4chen.<\/p>\n

\"auf-den-punkt-gebracht-klimpel\"<\/p>\n

Auf diese Weise k\u00f6nnen wir bei eingeschleppten Arten das invasive Potenzial der Art bewerten. Insbesondere k\u00f6nnen wir Gebiete identifizieren, in denen die Art in naher Zukunft geeignete Klimabedingungen finden wird. Das hat den Vorteil, dass wir in diesen Gebieten fr\u00fchzeitig gezielte Gegenma\u00dfnahmen ergreifen und die Bev\u00f6lkerung informieren k\u00f6nnen. Wir gehen davon aus, dass W\u00e4rme liebende Arten durch den projizierten Klimawandel beg\u00fcnstigt werden. Am Beispiel der beiden in Europa bedeutenden invasiven Stechm\u00fcckenarten Aedes albopictus und Aedes japonicus konnten wir eindr\u00fccklich zeigen, wie unterschiedliche klimatische Bed\u00fcrfnisse der Arten (Nischen, zum Beispiel Temperatur, Niederschlag) sich in der Entwicklung der potenziellen Verbreitungsgebiete widerspiegeln. (Abb. 4) Aedes albopictus ist eine M\u00fcckenart, die seit mehreren Jahrzehnten im Mittelmeerraum vorkommt und mittlerweile in vielen L\u00e4ndern als etabliert angesehen wird.<\/p>\n

Sie ist W\u00e4rme liebender als die mit ihr verwandte Buschm\u00fccke Aedes japonicus. Durch den Klimawandel wird sich das potenzielle Verbreitungsgebiet der Art nach unseren Modellen in Europa nach Norden und Nordosten stark ausdehnen, so dass Aedes albopictus auch in weiten Gebieten Mitteleuropas g\u00fcnstige Bedingungen findet. F\u00fcr Aedes japonicus, die unter k\u00fchleren Bedingungen vorkommt, projizieren unsere Modelle, dass sich das potenzielle Verbreitungsgebiet in Europa im Zuge des Klimawandels verkleinern wird. Diese Ergebnisse beruhen jedoch auf der Annahme, dass sich beide Arten nicht an ver\u00e4nderte Klimabedingungen au\u00dferhalb ihres bisherigen Verbreitungsgebietes anpassen und dass ihre \u00f6kologischen Nischen konstant bleiben. Gerade bei Stechm\u00fccken vermuten wir jedoch, dass sich die Arten durch ihre kurzen Generationszeiten und hohe Anpassungsf\u00e4higkeit vergleichsweise schnell an neue Bedingungen adaptieren k\u00f6nnen.<\/p>\n

\"Ein<\/a>
Ein Fokus unserer Forschungen liegt auf der Interaktion zwischen Vektoren, Pathogenen und Wirtsorganismen. Hierf\u00fcr untersuchen wir beispielsweise das Vorkommen, die Art und die Populationsstruktur relevanter Vektoren. In weiteren Untersuchungen erforschen wir die Vektorkompetenz, also die F\u00e4higkeit dieser Populationen, verschiedene Infektionserreger und Parasiten zu \u00fcbertragen, sowie die \u00dcbertragungszyklen (Infektionswege) von Erregern. Diese Forschungsans\u00e4tze sollen kl\u00e4ren, welche Vektoren in Europa an der \u00dcbertragung von Infektionserregern beteiligt sind oder sein k\u00f6nnen, und welche Wirtsorganismen involviert sind. Grafik: AG Klimpel<\/figcaption><\/figure>\n

Die \u00f6kologische Nischenmodellierung dient auch dazu, Informationen \u00fcber die \u00d6kologie der Arten abzuleiten. Eine wichtige Frage ist beispielsweise, welche Umweltfaktoren f\u00fcr eine erfolgreiche Etablierung entscheidend sind. F\u00fcr Aedes albopictus ist dies nach unseren Ergebnissen die Temperatur w\u00e4hrend der Wintermonate. Liegt diese unterhalb einer kritischen Grenze, \u00fcberleben die Eier nicht. Durch den projizierten Klimawandel und die zu erwartenden milderen Winter k\u00f6nnte sich die Grenze des potenziellen Verbreitungsgebietes nach Norden verschieben. Im Gegensatz dazu wird die Sommertrockenheit in S\u00fcdeuropa als potenzieller limitierender Faktor in S\u00fcdeuropa zunehmend eine Rolle spielen (Cunze et al. 2016). Dies liegt daran, dass Aedes albopictus, wie die meisten Stechm\u00fccken, bei ihrer Entwicklung auf stehendes Wasser angewiesen ist.<\/p>\n

R\u00f6telm\u00e4use und Hantaviren in Deutschland<\/h3>\n

Neben den durch Arthropoden \u00fcbertragenen Arboviren wurden bereits zahlreiche Viren nachgewiesen, die von Nagetieren auf andere Tiere beziehungsweise auf den Menschen \u00fcbertragen werden. Zu diesen \u00bbRoboviren\u00ab (\u00bbrodentborne viruses\u00ab) geh\u00f6rt auch das Hantavirus. Es erregte erstmals Anfang der 1950er Jahre \u00f6ffentliches und wissenschaftliches Interesse, als zahlreiche amerikanische Soldaten in Korea mit dem damals unbekannten Erreger infiziert wurden. Die Erreger konnten erst in den 1970er Jahren der Familie der Bunyaviridae zugeordnet werden.<\/p>\n

\"Durch
Durch den Klimawandel wird sich das potenzielle Verbreitungsgebiet W\u00e4rme liebender Arten ausdehnen. Entscheidend sind dabei die unterschiedlichen Anspr\u00fcche an abiotische (unbelebte) Umweltbedingungen. Modellierte Habitateignung f\u00fcr \u00bbAedes albopictus\u00ab und \u00bbAedes japonicus\u00ab unter aktuellen (mittlere Bedingungen zwischen 1950 und 2000) und zuk\u00fcnftigen Klimabedingungen (f\u00fcr den Zeitraum 2021 bis 2040 und 2041 bis 2060 nach dem 8.5 RCP IPCC-Szenario): Warme Farben stehen f\u00fcr eine hohe modellierte Habitateignung, kalte Farben f\u00fcr eine niedrige modellierte Habitateignung. Grafik: AG Klimpel<\/figcaption><\/figure>\n

Welches Verfahren f\u00fcr konkrete Daten am besten geeignet ist, l\u00e4sst sich oft nicht sicher beantworten. Um trotz dieser Unsicherheiten zu einer robusten Sch\u00e4tzung zu gelangen, fassen wir die Ergebnisse mehrerer Einzelmodelle zu einem \u00bbConsensus Modell\u00ab zusammen. Dar\u00fcber hinaus sind auch die IPCC-Szenarien mit Unsicherheiten behaftet, denn sie sagen klimatische Entwicklungen auf der Basis verschiedener sozio\u00f6konomischer Entwicklungen und Emissionsszenarien voraus. Dieser Unsicherheit in den Datens\u00e4tzen tragen wir Rechnung, indem wir eine Vielzahl verschiedener Modelle verwenden, die von unterschiedlichen Emissionsszenarien und globalen Zirkulationsmodellen ausgehen. Resultat ist wiederum eine Vielzahl von Modellierungsergebnissen, die diese Unsicherheiten abbilden und damit die Spannweite widerspiegeln, innerhalb derer sich die potenzielle Habitateignung entwickeln kann.<\/p>\n

Diese umfasst zahlreiche Erreger, die bei Menschen zu gef\u00e4hrlichen, teilweise t\u00f6dlichen Krankheiten f\u00fchren k\u00f6nnen. 1993 trat in den USA eine weitere Epidemie mit zahlreichen Patienten auf, verursacht durch eine damals unbekannte Art der Hantaviren. Seit Mitte der 1980er Jahre sind auch in Deutschland Infektionen mit Hantaviren bekannt. Die meisten F\u00e4lle werden durch das Puumala-Virus (PUUV) verursacht und von der R\u00f6telmaus Myodes glareolus \u00fcbertragen. Die M\u00e4use selbst erkranken nicht, k\u00f6nnen aber zum Beispiel durch einen Biss Menschen infizieren. Die Infektion kann aber auch durch Kot und Urin oder erregerhaltige Aerosole erfolgen, die beispielsweise w\u00e4hrend Reinigungsarbeiten in kontaminierter Umgebung aufgewirbelt und eingeatmet werden.<\/p>\n

\"Das
Das Puumala-Virus wird in Europa haupts\u00e4chlich durch die R\u00f6telmaus \u00fcbertragen. Die Gr\u00f6\u00dfe und Dichte der R\u00f6telmauspopulationen beeinflusst die H\u00e4ufigkeit menschlicher Infektionen. Anzahl der gemeldeten humanen Hantavirus (Puumala Virus = PUUV)-Infektionen seit der Meldepflicht. Grafik: AG Klimpel<\/figcaption><\/figure>\n

Die ausgel\u00f6ste fiebrige Erkrankung wird als h\u00e4morrhagisches Fieber mit renalem Syndrom (HFRS) bezeichnet. Sie ist mit Blutungsneigung und akutem Nierenversagen verbunden. In Europa kommen aber in der Regel nur leichte bis mittelschwere Verl\u00e4ufe vor. Seit der Einf\u00fchrung der Meldepflicht der humanen Hantavirus-Infektionen in Deutschland im Jahr 2001 sind zuverl\u00e4ssige Daten \u00fcber die r\u00e4umlich-zeitlichen Muster der Infektionen verf\u00fcgbar. Besonders h\u00e4ufig treten Infektionen in waldreichen Gebieten in Baden-W\u00fcrttem- berg und angrenzenden Gebieten in Bayern auf sowie in Nordrhein-Westfalen. In Nordostdeutschland ist die Zahl der Hantavirus-Infektionen gering. In gro\u00dfen St\u00e4dten und Ballungsgebieten (Berlin, Stuttgart, Bonn) gibt es tendenziell mehr Infektionen als in l\u00e4ndlichen Gebieten.<\/p>\n

W\u00e4hrend die r\u00e4umlichen Muster \u00fcber die letzten 15 Jahre sehr \u00e4hnlich sind, schwanken die absoluten Zahlen der Hantavirus-Infektionen stark. Besonders hoch war die Zahl in den Jahren 2007, 2011 und 2012. Im Fokus unserer Untersuchungen steht die Frage: Welche Faktoren beeinflussen die H\u00e4ufigkeit des Auftretens von Hantavirus- Infektionen? In Europa und in Deutschland h\u00e4ngt die Zahl der Hantavirus-Infektionen stark von der R\u00f6telmausdichte ab. Diese ist abh\u00e4ngig von der Landnutzung (insbesondere vom Waldanteil), von klimatischen Faktoren (kalter Winter) und vom Nahrungsangebot. Hier spielen Jahre, in denen Buche oder Eiche besonders viele Fr\u00fcchte produzieren, eine besondere Rolle, denn sie sind ein wichtiges Nahrungsmittel der R\u00f6telm\u00e4use.<\/p>\n

\"klimpel-autorjpg\"<\/p>\n

Entscheidend f\u00fcr das Auftreten dieser sogenannten Mastjahre, in denen sich die Population stark vermehrt, sind klimatische Bedingungen in den Vorjahren und der zeitliche Abstand zum vorhergehenden Mastjahr. (Abb. 5) Aufgrund der komplexen Zusammenh\u00e4nge und der Vielzahl an Faktoren, die Einfluss auf die Zahl der Hantavirus-Infektionen haben, ist ein zuverl\u00e4ssiges Vorhersage-Modell schwierig zu erstellen. Wir konnten jedoch anhand von Korrelationsanalysen f\u00fcr folgende Bedingungen ein erh\u00f6htes Risiko ableiten: erstens in waldreichen Gebieten, zweitens in Jahren, die auf ein Mastjahr folgen und drittens im Fr\u00fchsommer. Durch den Klimawandel, der uns h\u00e4ufigere Mastjahre und mildere Winter beschert, ist eine Zunahme der Infektionen mit dem Hantavirus wahrscheinlich.<\/p>\n

Die aufgef\u00fchrten Beispiele stellen nur einen kleinen Teil unserer aktuellen Forschungen an der Goethe-Universit\u00e4t in Kooperation mit dem Forschungsinstitut Senckenberg dar. Gerade in Zeiten des globalen Wandels finden zahlreiche Krankheitserreger und -\u00fcbertr\u00e4ger ihren Weg in neue Lebensr\u00e4ume. Auch zeigen sich g\u00e4nzlich neuartige Krankheiten, die h\u00e4ufig erst mit zeitlicher Verz\u00f6gerung in den Industriel\u00e4ndern auftreten. Lebensweisen, Umweltbedingungen und Wirt-Erreger-Interaktionen beeinflussen dabei ihre Ausbreitungsmechanismen. Als Konsequenz wird in den n\u00e4chsten Dekaden die Verbreitung von durch Vektoren \u00fcbertragenen Infektionskrankheiten auch in unseren Breiten sp\u00fcrbar zunehmen.<\/p>\n

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    \n
  1. Werblow et al. (2014), Population Structure and Distribution Patterns of the Sibling Mosquito Species \u00bbCulex pipiens\u00ab and \u00bbCulex torrentium\u00ab (Diptera: Culicidae) Reveal Different Evolutionary Paths. PLoS ONE 9(7): e102158.<\/li>\n
  2. Werblow et al. (2015), Direct PCR of indigenous and invasive mosquito species: a time- and cost-effective technique of mosquito barcoding. Med Vet Entomol 30(1): 8-13.<\/li>\n
  3. Cunze et al. (2016), \u00bbAedes albopictus\u00ab and Its Environmental Limits in Europe. PLoS ONE 11(9): e0162116.<\/li>\n<\/ol>\n

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