Kartierung der Lyme-Borreliose im Westen Nordamerikas

Zeckenbisse übertragen die Lyme-Borreliose. Aber selbst zu wissen, wo diese Zecken leben, bedeutet nicht unbedingt, dass Sie die Krankheit beim Menschen vorhersagen können. Es ist nur ein Teil eines umfassenderen Bildes, das menschliches Verhalten und die Gewohnheiten der Überträger des Parasiten umfasst.

Forscher der UC Santa Barbara haben entdeckt, dass die Ökologie der kleinen Säugetiere, von denen sich Zecken ernähren, zumindest in Kalifornien die Raten der menschlichen Lyme-Borreliose erklären kann. Infolgedessen können Wissenschaftler und Gesundheitsbehörden das zukünftige Krankheitsrisiko vorhersagen, indem sie die Reaktion dieser Tiere und ihrer Zeckenparasiten auf sich änderndes Klima und Landnutzung untersuchen. Die Ergebnisse erscheinen im Journal Umweltforschungsbriefe.

„Diese Studie ist einzigartig, weil sie versucht, die Zusammenhänge zwischen Klima, Säugetieren, Zecken und Menschen zu quantifizieren, was unterschiedliche Arten von Daten, Forschungstechniken und akademischen Hintergründen erfordert“, sagte Co-Autor Sam Sambado, Doktorand in der Abteilung für Ökologie , Evolution und Meeresbiologie.

Borreliose wird hauptsächlich durch das Bakterium Borrelia burgdorferi durch Zeckenstiche verursacht. Die Westliche Schwarzbeinige Zecke wird jedoch nicht mit dem Bakterium geboren. Es kann sich mit dem Erreger nur infizieren, indem es sich von einem infizierten Wirt ernährt, der als Reservoir für die Mikrobe dient.

Die Ökologie der Wirte der Zecke sollte die Verbreitung der Krankheit beim Menschen beeinflussen, aber die Verbindung ist nicht immer einfach. „Es ist eine Herausforderung, die Ökologie mit der Epidemiologie in Verbindung zu bringen – oder wo Menschen krank werden – weil Menschen ihr Verhalten aufgrund von Risiken ändern“, sagte Erstautor Andy MacDonald, Assistenzprofessor an der Bren School of Environmental Science & Management. Wo Menschen hingehen, wie sie mit der Landschaft interagieren und ob sie Vorkehrungen gegen Zeckenstiche treffen, all das hat Einfluss darauf, wo Menschen an Borreliose erkranken.

Die Forscher hatten zwei Fragen im Hinterkopf. Erstens, welche Umweltfaktoren beeinflussen die Infektionsrate in Zeckenpopulationen? Zweitens, kann dieses Wissen verwendet werden, um menschliche Infektionen vorherzusagen?

Für dieses Projekt verwendete das Team georeferenzierte Orte, an denen infizierte Zecken in ganz Kalifornien gesammelt wurden. Anschließend setzten sie maschinelles Lernen ein, um Zeckeninfektionsraten mit verschiedenen Umweltmerkmalen zu korrelieren, und schlossen die Habitateignung für verschiedene kleine Säugetiere ein, die als Reservoir für B. burgdorferi dienen können.

Kleine Säugetiere infizieren sich höchstwahrscheinlich und übertragen sie dann auf eine nicht infizierte Zecke, erklärte MacDonald. Große Säugetiere bauen keine nennenswerten Krankheitserreger auf, und das Immunsystem von Reptilien kann die Bakterien sogar abtöten. Inzwischen ist die Rolle von Vögeln weniger verstanden, aber Wissenschaftler glauben, dass sie keinen wesentlichen Beitrag zur Menge der Lyme-Borreliose in Zeckenpopulationen in Nordamerika leisten.

Als sich der Staub legte, zeigte der Algorithmus eine klare Verbindung zwischen infizierten Zecken und einem ihrer häufigen Wirte. „Der bei weitem wichtigste Prädiktor für B. burgdorferi bei Zecken ist die Ökologie der Dunkelfüßigen Waldratten“, sagte MacDonald. „Diese Art infiziert sich leicht mit Zecken und überträgt die Infektion auch leicht auf neue Zecken.“ Westliche Grauhörnchen dienten ebenfalls als Reservoir für das Bakterium, jedoch nicht in gleichem Maße wie die Waldratte.

Bemerkenswerterweise gibt es keine wirklichen Beweise dafür, dass die Bakterien kleinen Säugetieren schaden. „Die Tiere, die sich gemeinsam mit diesen Parasiten entwickelt haben, und die Krankheitserreger, die sie übertragen, scheinen diese Infektionen gut zu überstehen“, sagte MacDonald. Anders gesagt, B. burgdorferi-Infektionen gehören zum Leben als Waldratte einfach dazu.

Die Autoren untersuchten auch den Einfluss der Biodiversität. Hypothetisch gibt es in Gebieten mit geringer Diversität Arten, die die Bakterien leicht aufnehmen und übertragen. Sie sind wahrscheinlich diejenigen, die schnell leben und jung sterben und nicht viel Energie in ihr Immunsystem investieren. Überraschenderweise schien die Vielfalt keinen Einfluss auf das Auftreten infizierter Zecken zu haben.

Diese Studie betrachtete ein großes, heterogenes Gebiet – den gesamten Bundesstaat Kalifornien –, sodass einzelne Arten, die für die Krankheitsübertragung wichtig sind, in den Ergebnissen auffielen. „Insbesondere die Waldratte – und in gewissem Maße auch das graue Eichhörnchen – überschneiden sich mit dem, wo Zecken leben“, sagte MacDonald. „Es ist die Überschneidung in der Verteilung der Zecken und dieser besonderen kleinen Säugetiere, die meiner Meinung nach ein Hauptgrund dafür ist, dass wir sie so oft aus den Modellen herausspringen sehen.“

Mit anderen Worten, es ist kein Zufall, welche Säugetiere eine Infektion bei Zecken vorhersagen; es läuft alles auf Zufall hinaus. Das Verbreitungsgebiet von grauen Eichhörnchen und dunkelfüßigen Waldratten überschneidet sich nämlich mit den Lebensräumen, in denen Zecken normalerweise leben, und der Übertragungszyklus der Lyme-Borreliose hat sich wahrscheinlich durch diese enge Verbindung entwickelt.

Diese ökologischen Informationen in epidemiologische Erkenntnisse umzuwandeln, kann jedoch schwierig sein. „Wir wollten verstehen, ob diese Ökologie tatsächlich menschliche Krankheiten vorhersagt“, sagte MacDonald. „Und das ist oft nicht der Fall, weil Menschen verhaltensmäßig auf Krankheitsrisiken reagieren.“ Beispielsweise könnten Menschen Hochrisikogebiete meiden und so die menschliche Infektion von der zugrunde liegenden Krankheitsökologie abkoppeln.

Allerdings war die Verbreitung infizierter Zecken ein starker Indikator dafür, wo sich Menschen in Kalifornien infizieren. Dies steht im Gegensatz zu Studien im Osten der Vereinigten Staaten, wo die Ökologie nicht eng mit der Epidemiologie verknüpft ist.

MacDonald vermutet, dass dies daran liegen könnte, dass die Lyme-Borreliose im Golden State relativ selten ist, sodass sowohl in der Öffentlichkeit als auch bei Ärzten viel weniger Bewusstsein für die Krankheit, Risikofaktoren und Symptome besteht. Die Ergebnisse legen einen einfachen Weg zur Bekämpfung der Lyme-Borreliose in Kalifornien nahe: Bildung. Die CDC verfügt über Ressourcen zur Vorbeugung, Erkennung und Behandlung der Lyme-Borreliose.

Die starke Korrelation zwischen der Ökologie der Lyme-Borreliose und der Epidemiologie bedeutet auch, dass sich Forscher im Westen der USA auf die Ökologie konzentrieren können, um zu verstehen, wie sich menschliche Krankheiten in Zukunft wahrscheinlich verändern werden. „Stressfaktoren wie Klima- und Landnutzungsänderungen verändern ganze Ökosysteme, wirken sich aber unterschiedlich schnell auf einzelne Arten aus“, sagte Sambado. „Zu verstehen, was diese Unterschiede verursacht, wird eine wichtige Herausforderung für alle Forscher sein, insbesondere für diejenigen, die in Multi-Spezies-Systemen wie der Lyme-Borreliose arbeiten.“

Die Autoren haben eine Folgestudie geplant, um zu quantifizieren, wie menschliches Verhalten die Lyme-Borreliose an der Westküste beeinflusst. Sie planen auch, diese Technik auf andere Krankheiten anzuwenden. Sie untersuchen die Ökologie des West-Nil-Virus im kalifornischen Central Valley sowie Malaria und Leishmaniose im Amazonas in Zusammenarbeit mit einem Team aus Lima, Peru.

„Ich denke, dass diese Art von Ansatz – der Versuch, die Ökologie mit der Epidemiologie zu verknüpfen – für viele Krankheitssysteme wirklich wertvoll sein könnte“, sagte MacDonald.