Spatial Risk Assessment of Mosquito-Borne Viral Diseases – Research at the Intersection of Ecology and Epidemiology.

• Main Author: Tjaden, Nils
• Format: Text
• Language: English
• Published: University of Bayreuth 2020
• Subjects: Infektionskrankheit; Dengue; Chikungunya; Usutu; Artverbreitungsmodell; Species Distribution Model; Ecological Niche Model; Environmental Niche Model; Epidemiological Model; R0; Basisreproduktionszahl; Mosquito; Stechmücken; Epidemiologie; Risiko; Asiatische Tigermücke; Reine; Antarktis*
• Online Access: https://dx.doi.org/10.15495/epub_ubt_00005174; https://epub.uni-bayreuth.de/id/eprint/5174

Von Stechmücken übertragene Krankheiten stellen zunehmend eine Gefahr für die Gesundheit von Mensch und Tier dar. Im Laufe der letzten Jahrzehnte haben sich kompetente Vektoren wie die Asiatische Tigermücke (Aedes albopictus) und die Asiatische Buschmücke (Aedes japonicus) global energisch ausgebreitet. Es besteht Grund zu der Annahme, dass Klimawandel-bedingt zunehmende Temperaturen diesen Trend auch in Zukunft fördern werden. Gleichzeitig wurden weltweit große Ausbrüche von Krankheiten beobachtet, die von diesen und anderen Stechmückenarten übertragen werden (beispielsweise Zika, West-Nil-Fieber und Usutu). Entlang der Mittelmeerküste kam es wiederholt zu Ausbrüchen von Dengue und Chikungunya ­– Krankheiten die von vielen vormals als reine Tropenkrankheiten angesehen wurden. Auch das Usutu-Virus wurde, solange es nur sporadisch in Afrika gemeldet wurde, weitestgehend ignoriert. Das änderte sich erst, als es in Europas Vogelpopulationen zu großen Usutu-Ausbrüchen kam, die in Deutschland unter dem Namen „Amselsterben“ Bekanntheit erlangten. Es besteht daher ein offenkundiger Bedarf für räumliche Abschätzungen des mit diesen Krankheiten verbundenen Risikos. In dieser Dissertation verwende ich zwei etablierte Methoden (Ecological Niche Models und ein epidemiologisches Modell) zur räumlichen Risikobeurteilung einiger durch Stechmücken übertragener Virus­erkran­kungen. Ich erstelle Risikokarten für Chikungunya, Usutu, und die Vektorart Ae. albopictus auf unterschiedlichen räumlichen Skalen. Ich untersuche Stärken und Schwächen der unterschiedlichen Methoden und mache Vorschläge für zukünftige Verbesserungen. Ausnahmslos alle Modelle in dieser Dissertation deuten darauf hin, dass das Auftreten von durch Stechmücken übertragenen Viruserkrankungen in weiten Teilen des jeweiligen Untersuchungsgebiets weiternehmen wird. Auf globaler Ebene wird erwartet, dass sich die Präsenz von Chikungunya auf allen Kontinenten außer der Antarktis erhöht. Ausnahmen bilden einige Gebiete in Australien und Nordindien, in denen der Klimawandel zu Bedingungen führen wird, die das Überleben von Vektoren verhindern können. Auf kontinentaler Ebene deuten zwei grundlegend unterschiedliche Modelle für Usutu darauf hin, dass große Teile Europas günstige Umweltbedingungen für die Übertragung der Krankheit bieten. Allerdings unterscheiden sich die Ergebnisse der beiden Modelle auf lokaler Ebene teils erheblich. Auf nationaler Ebene werden Klima­wandel-bedingt große Teile Westdeutschlands in naher Zukunft die klimati­schen Anforderungen für eine Etablierung von Ae. albopictus erfüllen. Die meisten dieser Gebiete (einschließlich derjenigen, die bereits heute sehr gut geeignet sind) wiesen in der Vergangenheit auch erhöhte Inzidenzraten für reisebedingte Dengue- und Chikungunya-Infektionen auf, was auf ein erhöhtes Risiko für die Übertragung von Viren hinweist. Risikokarten sind ein wichtiges Instrument, das von Feldentomologen und Epidemiologen zur gezielteren Überwachung (sowohl surveillance als auch monitoring) verwendet werden kann. Und sie können dazu beitragen, Politikern und Entscheidungsträgern wichtige Informationen zu übermitteln, um den Aufbau der für diese Bemühungen erforderlichen Infrastruktur zu erleichtern. Sowohl epidemiologische Modelle als auch Ecological Niche Models leiden unter einem Mangel an wesentlichen Daten. Für epidemiologische Modelle fehlen für viele Krankheiten Laborstudien und Felddaten zu den zugrundeliegenden Übertragungsmechanismen. Dies wird in dieser Arbeit am Beispiel der extrinsischen Inkubationsperiode (EIP) von Dengue demonstriert. Es ist seit langem bekannt, dass die Dauer der EIP innerhalb des Mückenvektors stark von der Umgebungstemperatur abhängt. Unter den wenigen experimentellen Arbeiten, die diese Beziehung untersuchen, basieren einige auf fehlerhaften Methoden oder sind anderweitig stark veraltet. Der Bedarf an Grundlagenforschung in diesem Bereich ist hoch, da bei vielen weniger untersuchten Krankheiten (wie z.B. Usutu) noch viel erheblichere Wissenslücken bestehen. Ein Hauptproblem von Ecological Niche Models ist die Verfügbarkeit hochwertiger Aufzeichnungen über das Auftreten von Vektoren und Krankheiten. Die internationalen und interdisziplinären Bemühungen um ein zentrales, offenes Datenarchiv müssen intensiviert werden. Das zentralisierte Klimadatenarchiv der Earth System Grid Foundation (ESGF, https://esgf.llnl.gov) und die Datenbank für Vorkommensdaten von Arten in der Global Biodiversity Information Facility (GBIF, http://www.gbif.org) könnte als Inspiration dafür dienen. Die Übertragbarkeit von Modellergebnissen über verschiedene Klimazonen hinweg ist ein weiteres Problem, das weitere Untersuchungen erfordert. Letztendlich bieten unterschiedliche Modelle unterschiedliche Vor- und Nachteile, und unterschiedliche Fragen erfordern unterschiedliche Lösungsansätze. Ecological Niche Models erfordern nur ein begrenztes a-priori Wissen über die Umweltparameter, die die räumliche Verbreitung einer Art bestimmen. Selbst mit einer relativ geringen Anzahl von Vorkommensdaten können insbesondere sie für eine schnelle, räumlich grob aufgelöste Risikobewertung sehr nützlich sein. Epidemiologische Modelle bauen auf einem viel stärker theoretisch geprägten Hintergrund auf. Eine adäquate Parametrisierung vorausgesetzt, können sie wertvolle Informationen auf feinen räumlich-zeitlichen Skalen beitragen. Während Ecological Niche Models von Grund auf für räumliche Anwendungen gedacht sind, birgt die Anpassung epidemiologischer Modelle für die Erstellung räumlicher Risikokarten einige ungelöste Hürden, die das Objekt zukünftiger Arbeiten sein werden.