Aushungernde Mücken für die Wissenschaft

Der Forscher Jiayue (Gabriel) Yan ist Teil des Medical Entomology Program an der University of Illinois in Urbana-Champaign. Sein aktueller Studie erscheint in Kommunikationsbiologie. In diesem Artikel beschreibt er seine Arbeit.

Arbeiten mit Mücken und lebenden Dengue-Viren

An einem glühend heißen Sommertag arbeite ich im Herzen des Arthropoden-Eindämmungslabors des Medical Entomology Program. Ich stecke meine Hände in die Gummihandschuhe, die in einen versiegelten Arbeitsbereich namens Handschuhfach reichen, und manövriere schnell, um vollgestopfte Mücken zu fangen. Diese Insekten haben sich gerade von einer Blutmahlzeit ernährt, die mit dem lebenden Dengue-Virus infiziert war. Dank der niedrigen Temperaturen, die das darunter liegende Eis bietet, ruhen sie jetzt ruhig auf einer gekühlten Petrischale.

Obwohl meine Hände und Arme geschützt sind, bin ich in höchster Alarmbereitschaft. Hierbei handelt es sich um die berüchtigte Gelbfiebermücke Aedes aegypti, ein potenzieller Träger gefährlicher, durch Vektoren übertragener Krankheitserreger wie Dengue-Fieber und das Zika-Virus.

Wie andere Mücken, Ae. aegypti durchläuft während der Metamorphose verschiedene Stadien. In seiner aquatischen Larvenphase frisst es Mikroorganismen und organische Ablagerungen. Als Erwachsener ist es auf Pflanzenzucker und Wirbeltierblut angewiesen. Veränderungen in der Nahrungsqualität oder -verfügbarkeit können zu Ernährungsstress führen und möglicherweise die Fähigkeit zur Übertragung von Krankheitserregern beeinträchtigen.

Für mich ist dies ein Forschungsgebiet mit hohem Risiko. Ich bin fest entschlossen, die Geheimnisse rund um die Auswirkungen der Ernährung auf diese Mücken zu lüften. Frühere Studien haben widersprüchliche Ergebnisse geliefert. Ich möchte wissen, wie Ernährungsstress – sowohl im Larven- als auch im Erwachsenenstadium – die Anfälligkeit der Mücken für Dengue-Infektionen beeinflusst.

Um dieses Problem anzugehen, muss ich mit einer Armee von mehr als 10.000 Larven und 4.000 erwachsenen Mückenweibchen fertig werden. Jede Mücke wird zufällig einer von vier Ernährungsbehandlungsgruppen zugeordnet. Die Hälfte der Larven bekommt eine vollständige Mahlzeit, während die anderen nur halb so viel bekommen. Bei den erwachsenen Mücken erhält die Hälfte eine 10 %ige Saccharoselösung und die anderen eine 1 %ige Saccharoselösung.

Die kleineren Portionen oder Konzentrationen der Nahrung in ihrer Ernährung dienen als Indikator für den Ernährungsstress, den sie in jeder Lebensphase erfahren. Jede der vier Gruppen muss außerdem mit Blutmahlzeiten versorgt werden, von denen die eine Hälfte das Dengue-Virus enthält und die andere nicht. Diejenigen, die nicht mit Dengue-Fieber infiziert sind, werden als Kontrolle verwendet, damit ich etwaige Unterschiede zwischen den Gruppen messen kann.

Mein Ziel ist es, in jeder der acht Behandlungsgruppen mindestens 100 vollgestopfte Mücken zu haben. Ich wähle 800 der mit Blut gefütterten Weibchen von Hand aus und überführe jedes sorgfältig in einen bestimmten Becher in der versiegelten Schachtel. Wenn sich Mücken von Blut ernähren, kann sich ihr Gewicht verdoppeln, verdreifachen oder vervierfachen. Der Umgang mit Pinzetten mit feiner Spitze erfordert besondere Vorsicht, da sie in diesem mit Blut versorgten Zustand empfindlicher sind.

Meine Mission geht über die anfängliche Fütterung hinaus. Ich muss jede Tasse zweimal täglich sorgfältig prüfen. Wenn eine Mücke gestorben ist, übertrage ich sie vorsichtig in den Gefrierschrank mit -80 °C für zukünftige molekulare Tests. Ich zähle auch die gelegten Eier, um ihre Fruchtbarkeit zu messen. Mücken leben in freier Wildbahn normalerweise ein bis zwei Monate, aber im Labor überleben einige mehr als drei Monate und erfordern zusätzliche Zeit und Aufmerksamkeit.

All diese harte Arbeit zahlt sich aus. Meine Kollegen und ich haben herausgefunden, dass die Mücken, die sowohl Larven- als auch Erwachsenen-Ernährungsstress ausgesetzt sind, weniger Eier produzieren und weniger fruchtbar sind. Allein unter der Belastung durch Ernährungsstress haben erwachsene Mücken eine kürzere Lebensdauer.

]Wenn wir uns ansehen, was auf molekularer Ebene vor sich geht, sehen wir, dass eine schlechte Ernährung sowohl im Larven- als auch im Erwachsenenstadium eine Herunterregulierung der Immungene und antimikrobiellen Peptide von Mücken auslöst. Diese Bestandteile dienen der Mückenabwehr gegen Krankheitserreger. Ernährungsstress bei Erwachsenen wird zu einer Lücke im Panzer der Mücke und erhöht ihre Anfälligkeit für Dengue-Infektionen.

Für die menschliche Gesundheit ist es wichtig, den komplizierten Tanz zwischen dem, was Mücken fressen, und ihrem Potenzial zur Ausbreitung von Krankheiten zu verstehen. Wir wissen jetzt, dass eine Mücke, die durch eine schlechte Ernährung geschwächt wird, Krankheiten wie Dengue-Fieber wirksamer überträgt. Unser neues Verständnis könnte uns dabei helfen, neue Wege zur Bekämpfung von Mückenpopulationen und zur Eindämmung der Krankheitsübertragung zu finden.