Studie entwirrt die Beziehung zwischen Bakterien und der Umwelt in der Ökologie der Borreliose

Die Vorhersage von Lyme-Borreliose-Hotspots kann den Gesundheitsbehörden helfen, Ressourcen zu leiten und proaktive Nachrichten an die Öffentlichkeit zu senden. Die Ökologie der Krankheit ist jedoch komplex und umfasst verschiedene Wirtstiere, schwarzbeinige Zecken, die als Krankheitsüberträger dienen, den Krankheitserreger selbst, das Bakterium Borrelia burgdorferi und die Umgebung, in der sie alle leben.

Die im Journal of Applied Ecology veröffentlichte Studie entwirrt die Beziehung zwischen zwei dieser Akteure in der Ökologie der Borreliose: Bakterien und der Umwelt. Geleitet von Tam Tran, die ihren Doktortitel am Penn’s Department of Biology an der School of Arts & Sciences erwarb, und mit Mentoren Dustin Brisson, einem Professor des Departments, Shane Jensen von der Wharton School, zusammen mit Kollegen aus dem Staat New York Department of Health untersucht die Forschung, wie Variablen wie Landschaftsstörungen und Klima die Verbreitung und Häufigkeit von B. burgdorferi beeinflussen. Das Ergebnis ist ein leistungsstarkes Analysemodell, das die Prävalenz und Verteilung der Lyme-Borreliose-Bakterien in der Landschaft genau vorhersagen kann, was möglicherweise ein nützliches Instrument für die öffentliche Gesundheit ist, um die Übertragung von Krankheiten einzudämmen.

„Wir wissen, dass die Lyme-Borreliose eine wachsende Bedrohung für die öffentliche Gesundheit darstellt, aber wir haben keine großartigen Wege gefunden, sie anzugehen. Die Zahl der Fälle wächst weiter“, sagt Tran, die jetzt Medizinstudentin an der Virginia Commonwealth University ist. „Das Spannende dabei ist, dass wir, wenn wir wissen, wie sich die Umwelt sowohl auf das Zeckensystem als auch auf die Bakterien auswirkt, vorhersagen können, wo und wann es zu höheren Mengen des Erregers in der Landschaft kommen wird.“

In der aktuellen Studie konzentrierten sich Tran, Brisson, Jensen und Kollegen hauptsächlich darauf, welche Faktoren B. burgdorferi beeinflussten, deren Prävalenz sie maßen, indem sie bestimmten, welcher Anteil der von ihnen entnommenen schwarzbeinigen Zecken mit den Bakterien infiziert war. Ältere Versuche, Verbindungen zwischen der Lyme-Borreliose und Umweltvariablen herzustellen, haben zu gemischten, unklaren oder manchmal sogar widersprüchlichen Ergebnissen geführt, sagt Tran, teilweise weil die Beiträge der „Umwelt“ im Großen und Ganzen so vielfältig sein können.

Um ihre Modelle zu erstellen, nahm das Forschungsteam Daten von fast 19.000 schwarzbeinigen Zecken, die zwischen 2009 und 2018 an Hunderten von Standorten im Bundesstaat New York gesammelt wurden. Sie bewerteten, wie die Zahl der infizierten und nicht infizierten Zecken an Hunderten von Orten über mehr als ein Jahrzehnt mit den lokalen Umweltmerkmalen übereinstimmte, die in vier große Kategorien fallen:

1) Landschaftsfaktoren wie Höhe, Brandgeschichte und Entfernung zu Infrastruktur wie Straßen;

2) Wirtspopulationsgrößen von Wirbeltieren, einschließlich Menschen, Bären, Vögel und Hirsche;

3) Überwachungsbedingungen einschließlich lokaler Temperatur und Luftfeuchtigkeit zum Zeitpunkt der Entnahme sowie der Aufwand für die Entnahme von Proben; und

4) Klimamaße wie monatliche Durchschnittstemperaturen, Niederschlag und Tage mit Temperaturen unter dem Gefrierpunkt.

Indem sie verschiedene Gruppierungen dieser Variablen durch leistungsstarke Computermodelle durchführten, konnten die Forscher herausfinden, welche den größten Einfluss auf die Bestimmung der Infektiositätsraten hatten.

Die wichtigste Erkenntnis war, dass das Klima ein überwältigendes Merkmal im Modell war. Die Störung des Lebensraums war ebenfalls wichtig, und wir fanden in einigen Fällen das Gegenteil von dem, was aus früheren Studien hervorgegangen ist.“

Tam Tran

Während frühere Analysen festgestellt hatten, dass zunehmende Störungen – Dinge wie Brände, Straßen, die Wälder durchschneiden, und fragmentierte Lebensräume – zu einer Zunahme der B. burgdorferi-Zahlen führten, stellte das von Penn geleitete Team fest, dass weniger gestörte, intaktere Lebensräume häufig vorkamen verbunden mit einer größeren Anzahl von Zecken, die mit dem Bakterium infiziert sind.

Nachdem sie ein Modell mit den 2009-18 gesammelten Daten entwickelt hatten, testeten sie dann, wie gut das Modell die Prävalenz und Verteilung vorhersagen konnte, die in den ab 2019 gesammelten Daten gefunden wurden.

„Wir fanden, dass es sehr genau war“, sagt Tran. „Und was großartig ist, ist, dass viele der Daten, die wir zur Erstellung des Modells verwendet haben, kostenlos sind, was bedeutet, dass andere Orte diese Ergebnisse möglicherweise replizieren können, um das Borreliose-Risiko vorherzusagen, insbesondere in Gebieten, in denen das Klima und die Landschaft ähnlich sind wie in New York.“

Interventionen könnten öffentliche Gesundheitsnachrichten sein, die Besucher des Parks warnen, zum Beispiel vor dem Krankheitsrisiko, „um sie daran zu erinnern, ihre Zeckenkontrollen durchzuführen“, sagt Tran. Die Ergebnisse könnten auch dazu beitragen, die zukünftige Landbewirtschaftung zu lenken und die Kraft der Ökologie zu nutzen, um die Risiken der Lyme-Borreliose potenziell zu verringern.

Quelle:

Universität von Pennsylvania

Referenz:

Tran, T., et al. (2022) Vorhersage räumlich-zeitlicher Populationsmuster von Borrelia burgdorferi, dem Erreger der Lyme-Borreliose. Zeitschrift für Angewandte Ökologie. doi.org/10.1111/1365-2664.14274.

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