Die Mücke Aedes aegypti ist weltweit für die Verbreitung von Infektionskrankheiten wie Dengue-Fieber, Zika-Fieber, Chikungunya-Fieber und Gelbfieber verantwortlich. Um diese weit verbreiteten Krankheiten, von denen Millionen betroffen sind, zu bekämpfen, sind detaillierte Verbreitungskarten der Mücke mit Daten zur räumlichen und zeitlichen Ausbreitung der Populationen von großer Bedeutung.
Unter der Leitung von Geoinformatikern der Universität Heidelberg hat ein internationales Forschungsteam eine neue KI-gestützte Methode zur Kartierung von Mückenpopulationen entwickelt. Satelliten- und Straßenbilder werden analysiert, um die Umweltbedingungen, die das Vorkommen von Aedes aegypti begünstigen, genauer einzuschätzen. Dadurch sollen Interventionsmaßnahmen besser geplant und die Krankheit gezielter bekämpft werden.
Aedes aegypti, auch als ägyptische Tigermücke bekannt, ist vor allem in tropischen und subtropischen Regionen der Welt zu finden – vor allem in Städten, wo sie sich bevorzugt in künstlichen Wasserbehältern wie Trinkwassertanks, Autoreifen, Müll oder Blumentöpfen vermehrt. Da die weltweite Verfügbarkeit und Akzeptanz von Impfstoffen gegen die von ihr übertragenen Krankheiten – mit Ausnahme von Gelbfieber – noch immer begrenzt ist, ist die Kontrolle der Mückenpopulationen derzeit die wirksamste Maßnahme.
Zu den teilweise sehr kostenintensiven Maßnahmen der Vektorkontrolle zählen das Versprühen von Insektiziden sowie das Aussetzen von Mücken, die mit dem natürlich vorkommenden Bakterium Wolbachia infiziert sind. Das Bakterium kann die Virusübertragung durch Aedes aegypti verhindern und dessen Ausbreitung beeinflussen.
Zur Umsetzung dieser Kontrollmaßnahmen sind Karten zur städtischen Mückenverteilung erforderlich, insbesondere in besonders betroffenen Großstädten wie Rio de Janeiro (Brasilien).
„Präzise Karten sind nicht nur aus finanzieller Sicht interessant, um Schadensbegrenzungsmaßnahmen effektiv planen zu können, sie sind auch ökologisch relevant, denn manche dieser Eingriffe, etwa das großflächige Versprühen von Insektiziden, bergen das Risiko der Resistenzentwicklung“, sagt Steffen Knoblauch, Doktorand am Geographischen Institut der Universität Heidelberg.
Bisher basieren Verbreitungskarten für Mücken meist auf manuellen Messungen einzelner Mückenfallen vor Ort, bei denen monatlich Eier und Larven gezählt werden. In großen Ballungsräumen müssten jedoch unzählige Fallen aufgestellt und viel Personal eingesetzt werden, um einen zuverlässigen Überblick über die Ausbreitung der Mückenpopulationen zu erhalten.
Eine weitere Herausforderung ist die begrenzte Flugreichweite der Mücken, die ohne Windunterstützung etwa 1.000 Meter beträgt. Dies erschwert die Ableitung von Verbreitungskarten für Großstädte aus Mückenfallenmessungen.
Um dieses Problem zu lösen, entwickelten die Geoinformatiker der Universität Heidelberg einen neuen Ansatz zur Kartierung von Mückenpopulationen.
„Dabei macht man sich die Tatsache zunutze, dass die Dichte bekannter Brutstätten ein signifikanter Prädiktor für die Anzahl der in den Fallen gemessenen Eier und Larven sein kann, wie die Untersuchungen in Rio de Janeiro gezeigt haben“, erklärt Prof. Dr. Alexander Zipf, Leiter der Forschungsgruppe Geoinformatik/GIScience am Geographischen Institut und Direktor des Heidelberger Instituts für Geoinformationstechnologie (HeiGIT).
Mithilfe künstlicher Intelligenz analysieren die Forscher Satelliten- und Straßenbilder, um mögliche Brutstätten in Städten zu erkennen und zu kartieren. In Kombination mit Feldmessungen ist es dann möglich, die Umweltbedingungen, die das Vorkommen von Aedes aegypti begünstigen, präziser als bisher zu bestimmen.
Gemeinsam mit Forschern aus Brasilien arbeitet Prof. Zipfs Team zudem an der Analyse von Mobilfunkdaten, um die Bewegungen der Menschen in Rio de Janeiro zu modellieren. In Kombination mit präzisen Mückenverbreitungskarten können diese Daten dazu beitragen, das Auftreten von durch Aedes aegypti übertragenen Infektionskrankheiten besser nachzuverfolgen und die gewonnenen Erkenntnisse in Interventionskarten einfließen zu lassen. Eine Herausforderung dabei ist die Modellierung menschlicher Bewegungsmuster zu unterschiedlichen Tageszeiten, da die Mücke vor allem in den frühen Morgen- und Abendstunden aktiv ist.
An der Arbeit waren neben den Heidelberger Geoinformatikern auch Forscher aus Österreich, Brasilien, Deutschland, Singapur, Thailand und den USA beteiligt. Die Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Wissenschaftliche Berichte und die Internationale Zeitschrift für angewandte Erdbeobachtung und Geoinformation.
Weitere Informationen:
Steffen Knoblauch et al., Hochauflösende Kartierung der Populationsdichte von Aedes aegypti-Jungflöhen in Städten durch Brutstättenerkennung auf der Grundlage von Satelliten- und Street View-Bildern, Wissenschaftliche Berichte (2024). DOI: 10.1038/s41598-024-67914-w
Steffen Knoblauch et al., Halbüberwachte Wassertankerkennung zur Unterstützung der Vektorkontrolle neu auftretender Infektionskrankheiten, die durch Aedes Aegypti übertragen werden, Internationale Zeitschrift für angewandte Erdbeobachtung und Geoinformation (2023). DOI: 10.1016/j.jag.2023.103304