Lockdowns in Massachusetts – Warum die Mückenforschung wichtiger ist, als Sie denken

Die Stadt Plymouth in Massachusetts befindet sich unter nächtlichem Lockdown, da sie ihre Parks und Felder schließt. Die Behörden empfehlen gleichzeitig ein nächtliches Ausgangsverbot als Reaktion auf die östliche Pferdeenzephalitis (EEE), eine seltene, aber lebensbedrohliche von Mücken übertragene Krankheit.

Vor ein paar Wochen kündigten die Gesundheitsbehörden von Massachusetts den ersten menschlichen Fall der Krankheit seit 2020 in diesem US-Bundesstaat an.

Letztes Wochenende erklärte Plymouth die Schließung öffentlicher Freizeiteinrichtungen im Freien von Sonnenuntergang bis Sonnenaufgang, nachdem ein Pferd mit der Krankheit infiziert wurde. Andere Städte fordern ebenfalls die Menschen auf, bis Ende September nachts nicht nach draußen zu gehen, nachdem die Behörden gewarnt hatten, dass vier weitere Städte ebenfalls ein „kritisches Risiko“ aufweisen.

Den Menschen im gesamten Bundesstaat wird außerdem empfohlen, Insektenschutzmittel zu verwenden und stehendes Wasser abzulassen. Dies geschieht, nachdem ein Mann in Oxford das Virus erwischt hatte, dessen Familie berichtete, dass „schreckliche körperliche und emotionale Folgen auftreten, egal ob die Person überlebt“, sagte die Stadtverwalterin Jennifer Callahan.

Das Vorhandensein des Virus im „Bay State“ wurde tatsächlich letzten Monat in einer Mückenprobe bestätigt. Probenprüfungen von Mücken in Connecticut und Rhode Island zeigten ebenfalls positive Ergebnisse für EEE. Inzwischen wurde in diesem Jahr auch ein menschlicher Fall von EEE in New Jersey und Vermont gemeldet, zusätzlich zu Massachusetts.

Im Jahr 2019 führte der Ausbruch in Massachusetts zu sechs Todesfällen von 12 bestätigten Fällen und setzte sich im folgenden Jahr mit weiteren Fällen fort.

Das Gesundheitsamt des Bundesstaates hat erklärt, dass Massachusetts alle 10 bis 20 Jahre einen EEE-Ausbruch erlebt, der zwei bis drei Jahre andauert.

Es gibt keine Behandlung oder Impfstoffe gegen EEE. Laut den Centers for Disease Control and Prevention (CDC) sterben etwa 30 % der Infizierten, und Überlebende leiden häufig an dauerhaften Behinderungen.

Das Virus kann Kopfschmerzen, Fieber, Erbrechen, Durchfall, Schläfrigkeit, Krampfanfälle und Verhaltensänderungen verursachen. Die meisten Menschen, die sich mit der Krankheit infizieren, entwickeln jedoch keine Symptome. Außerdem sind Menschen jeden Alters anfällig für EEE, wobei besonders Kinder unter 15 und Personen über 50 am stärksten gefährdet sind.

In den USA werden laut CDC jedes Jahr nur wenige Fälle von EEE gemeldet, hauptsächlich in den östlichen oder Golfküstenstaaten.

Die Krankheit ist tatsächlich bei Vögeln verbreitet, und obwohl Menschen sie bekommen können, verbreiten sie sie nicht weiter. Dieses tödliche Virus wird normalerweise durch den Stich einer infizierten Mücke auf den Menschen übertragen.

Dies ist nicht das erste Mal, dass Mücken Probleme verursachen. Tatsächlich waren sie verantwortlich für den Tod der Hälfte der Erdbevölkerung über 200.000 Jahre.

Wie wir in unserem vorherigen Artikel berichtet haben, haben Mücken, die seit über 100 Millionen Jahren auf diesem Planeten sind, im Jahr 2019 eine massive Population von 100 Billionen erreicht. Diese Zahlen werden in Zukunft weiter steigen aufgrund von Urbanisierung und unzureichenden Mückenbekämpfungsmaßnahmen. Der Klimawandel trägt ebenfalls zu ihrem Wachstum bei, da Mücken in warmem, feuchtem Wetter gedeihen.

Angesichts ihrer enormen Population und ihrer Rolle bei der Verbreitung tödlicher Krankheiten ist es entscheidend, ein tieferes Verständnis dafür zu erlangen, wie Mücken funktionieren, und wirksame Wege zu erforschen, um diese Krankheiten zu verhindern. Genau das ist das Ziel der neuesten Forschung.

Wie Mücken Menschen aufspüren: Die Rolle der Infraroterkennung

Durch Mücken übertragene Krankheiten betreffen jedes Jahr Hunderte Millionen Menschen, wobei eine bestimmte Art, Aedes aegypti, der Hauptvektor von Viren ist, die Gelbfieber, Chikungunya und Zika verursachen. Sie ist auch für Dengue verantwortlich, von dem jährlich über 100 Millionen Fälle gemeldet werden.

Anopheles gambiae ist eine weitere Mückenart, die für die Verbreitung des Parasiten verantwortlich ist, der Malaria verursacht. Diese lebensbedrohliche Krankheit ist laut Weltgesundheitsorganisation für über 400.000 Todesfälle pro Jahr verantwortlich und Gegenstand von Behandlungsbemühungen, die mit Nobelpreisen ausgezeichnet wurden.

Diese Zahlen haben Mücken den Titel „unser tödlichster Räuber“ eingebracht, aber wie können sie das erreichen? Seit mehr als einem Jahrhundert untersuchen Wissenschaftler, wie Mücken ihre Wirte finden, und es wurde festgestellt, dass diese Insekten auf verschiedene Sinne in unterschiedlichen Entfernungen zurückgreifen, um Informationen zu sammeln.

Jetzt haben Forscher der UC Santa Barbara einen wichtigen Hinweis entdeckt, der Mücken dabei hilft, ihre Wirte zu lokalisieren, einschließlich deren Position und wie er auf biochemischer Ebene funktioniert.

Dieser Hinweis ist die Infraroterkennung. Ja, dieselbe Fähigkeit, die in Ihren Nachtsichtkameras, Weltraummissionen und als Kernkomponente der Spektralanalyse, Flammensensoren und Gasanalysatoren zu finden ist.

Mücken sind von Natur aus mit der Fähigkeit geboren, ihre Wirte zu finden. Wir wissen bereits, dass weibliche Mücken Blut für die Eierentwicklung benötigen und mehrere Signale wie Hautgeruch, visuelle Reize und CO₂ aus dem Atem integrieren. All diese Signale werden über unterschiedliche Reichweiten wahrgenommen.

Die neueste Studie, veröffentlicht in Nature, zeigt, dass es einen weiteren Hinweis im sensorischen Arsenal von Aedes aegypti gibt, den sie zur Suche nach Menschen verwenden. Laut der Studie nimmt diese Art die Infrarot (IR)-Strahlung wahr, die von ihren Zielen ausgeht, und nutzt diese Information in Kombination mit anderen Signalen für eine hochwirksame Navigation auf mittlere Distanz. Die Studie bemerkte:

Die Erkenntnis, dass thermische IR-Strahlung ein herausragender Richtungsindikator für mittlere Entfernungen ist, erweitert unser Verständnis darüber, wie Mücken äußerst effektiv Wirte lokalisieren.

Die Studie wählte Aedes aegypti aus insgesamt etwa 3.500 Mückenarten aus, weil sie „außergewöhnlich geschickt darin ist, menschliche Wirte zu finden“, und erklärt, wie diese Mücken das erreichen, sagte Mitautor Nicolas DeBeaubien, Postdoktorand am UCSB im Labor von Professor Craig Montell.

Diese invasive Mückenart überträgt Flaviviren, ein vektorübertragenes RNA-Virus, das lebensbedrohliche Krankheitssymptome wie hämorrhagisches Fieber und Enzephalitis verursacht und einen bedeutenden Teil der Weltbevölkerung betrifft.

Anstatt eines einzelnen Stimulus, der sich als unzureichend erweist, um Menschen von anderen Zielen zu unterscheiden, integrieren diese Mückenarten mehrere Signale, um Menschen zu lokalisieren und zu ihnen zu navigieren.

Die Verwendung eines einzelnen Hinweises erhöht tatsächlich die Reaktionsfähigkeit einer Mücke auf andere vom Wirt abgeleitete Stimuli. Zum Beispiel steigert das Erkennen von ausgeatmetem CO₂ ihre Bewegungsaktivität, was wiederum ihre Empfindlichkeit für visuelle Signale erhöht. Allerdings hat jedes dieser Signale ebenfalls Einschränkungen.

Aedes aegypti hat eine schlechte Sehschärfe, was seine Fähigkeit einschränkt, zwischen Wirten zu unterscheiden. Dann gibt es olfaktorische Signale, deren Wirksamkeit durch Wind oder die schnelle Bewegung des menschlichen Wirts begrenzt wird, wodurch sie vom Kurs abkommen.

Die Studienautoren suchten also nach dem, was ihnen ermöglicht, ein zuverlässigeres Richtungssignal zu erkennen, und so stießen sie auf Infrarotstrahlung. Wenn Mücken nahe an der Hautoberfläche, innerhalb von 10 cm, sind, erkennen sie die aufsteigende Wärme und spüren die Temperatur, sobald sie landen.

Da andere Tiere wie Grubenottern und Vampirfledermäuse thermisches IR von warmer Beute wahrnehmen können, war es naheliegend zu prüfen, ob Aedes aegypti dieselbe Fähigkeit besitzen.

Um dies zu testen, wurden weibliche Mücken in einen Käfig mit zwei Zonen gesetzt. Beide Zonen wurden mit CO₂ in derselben Konzentration wie menschlicher Atem und menschlichen Gerüchen ausgesetzt; jedoch war eine der Zonen zusätzlich IR von einer Quelle mit Hauttemperatur ausgesetzt. Die Forscher zählten dann die Anzahl der Mücken, die begannen, zu stechen, als würden sie nach einer Vene suchen.

Das Hinzufügen von thermischem IR aus einer 34 °C-Quelle verdoppelte die Wirtsuchaktivität der Insekten, die bis zu einer Entfernung von 2,5 Fuß wirksam blieb.

Was mich an dieser Arbeit am meisten beeindruckte, war, wie stark IR als Hinweis herauskam. Sobald wir alle Parameter genau richtig eingestellt hatten, waren die Ergebnisse eindeutig.

– DeBeaubien

Während frühere Studien keinen Einfluss von thermischem Infrarot auf das Verhalten von Mücken bemerkten, glaubt der leitende Autor Craig Montell, dass dies an der Methodik liegen könnte. Wissenschaftler könnten versuchen, den thermischen IR-Effekt zu isolieren, indem sie nur ein Infrarotsignal präsentieren.

Das funktioniert nicht, weil ein einzelner Hinweis allein die Wirtsuchaktivität des Insekts nicht stimuliert, sondern „nur im Kontext anderer Signale“, sagte Montell, Empfänger des NSF Presidential Young Investigator Award und Duggan und Distinguished Professor für Molekulare, Zelluläre und Entwicklungsbiologie.

Bei thermischer Infrarotstrahlung können Mücken sie nicht auf dieselbe Weise wahrnehmen wie sichtbares Licht, weil die IR-Energie zu gering ist, um die Rhodopsin-Proteine zu aktivieren, die sichtbares Licht in den Augen von Tieren erkennen.

Nun stellt sich die Frage, wie das dann funktioniert. Hier kommen die Antennen der Mücken ins Spiel. Die Spitzen der Antennen besitzen hitzeempfindliche Neuronen, und als das Team diese Spitzen entfernte, stellte es fest, dass damit auch die IR-Wahrnehmungsfähigkeit des Insekts aufgehoben wurde.

TRPA1, ein temperaturempfindliches Protein, wurde in einem separaten Labor am Ende einer Antenne nachgewiesen. Das UCSB-Team beobachtete anschließend, dass Individuen ohne funktionierendes trpA1-Gen kein IR erkennen konnten.

Mücken können also Infrarotstrahlung über TRPA1 erkennen. Doch das ist nicht alles. Einige Rhodopsine, die auf kleine Temperaturanstiege reagieren, werden ebenfalls in denselben antennalen Neuronen wie TRPA1 exprimiert, was den Mücken ermöglicht, IR auf große Distanz erfolgreich zu erkennen.

Das Team zeigte dies, indem sie TRPA1 ausschalteten, wodurch die IR-Empfindlichkeit der Mücken entfiel. Bei Insekten mit Defekten in einem ihrer Rhodopsine war dies jedoch nicht der Fall. Das gleichzeitige Ausschalten beider Rhodopsine entfernte nicht vollständig die IR-Empfindlichkeit, schwächte jedoch den Sinn erheblich.

Studienergebnisse zeigen, dass intensives thermisches IR TRPA1 direkt aktiviert, während Rhodopsine (Op1 und Op2) bei niedrigen thermischen IR-Werten aktiviert werden, was dann indirekt TRPA1 auslöst. Da unsere Hauttemperatur konstant ist, wird die Empfindlichkeit von TRPA1 verstärkt, wodurch die IR-Sensorreichweite der Mücke auf etwa 2,5 ft erweitert wird.

Mit dieser Entdeckung zielt die Studie darauf ab, die Möglichkeit zu erhöhen, Strategien zu entwickeln, die diese Anziehung stören und effektivere Lockstoffe zu entwerfen. Laut DeBeaubien:

Trotz ihrer geringen Größe sind Mücken für mehr menschliche Todesfälle verantwortlich als jedes andere Tier. Unsere Forschung verbessert das Verständnis darüber, wie Mücken Menschen anvisieren, und bietet neue Möglichkeiten zur Kontrolle der Übertragung von durch Mücken übertragenen Krankheiten.

Innovative Ansätze zur Mückenbekämpfung: Was die Zukunft bringt

Vor etwa einem Jahr untersuchten Forscher des Johns Hopkins Malaria Research Institute in einem weiteren Papier die Biologie von Aedes aegypti. Sie beschrieben die wichtigsten Faktoren der Immunantwort von Aedes aegypti, wenn sie mit dem Chikungunya-Virus, Dengue-Virus, Gelbfieber-Virus, Mayaro-Virus und Zika-Virus infiziert sind, um bessere Methoden zur Reduzierung der Übertragung tödlicher Viren von Mücken auf Menschen zu entwickeln.

Diese Mückenart erliegt diesen Viren nicht, wenn sie infiziert ist, und weil sie ihr normales Fressverhalten fortsetzt, geben sie ihre virale Ladung an uns weiter. Was diese Mücken trotz Infektion gesund hält, ist das Argonaute‑2‑Protein.

Bei Mücken dient das Protein als Teil eines entscheidenden antiviralen Mechanismus, der als Small Interfering RNA (siRNA)-Weg bekannt ist und virale RNAs erkennt und zerstört.

Aedes aegypti-Mücken, denen das Ago2-Gen fehlt, haben einen beeinträchtigten siRNA-Weg, was die Arborvirus-Infektion schwerer macht. Infolgedessen sank die Fähigkeit der Mücken, die Viren zu übertragen, dramatisch, da sie innerhalb weniger Tage nach der Infektion starben.

Zusätzlich zu der Beeinträchtigung des siRNA-antiviralen Weges wird die erhöhte Sterblichkeit durch Defekte in zwei weiteren Prozessen verursacht, die von Ago2 abhängen: DNA‑Reparatur und Autophagie. Ago2‑defizite Mücken, die Arboviren ausgesetzt waren, wiesen umfangreiche DNA‑Schäden, Hyperinfektionen und die Ansammlung molekularer Abfälle in sterbenden Zellen auf.

Die Entdeckung eröffnet einen Weg, Mücken weniger tolerant und anfälliger für Virusinfektionen zu machen, um ihre Fähigkeit zur Krankheitsübertragung zu beeinträchtigen.

Das Team untersucht nun Wege, Aedes aegypti zu genetisch zu verändern, um eine mögliche neue Krankheitskontrollstrategie zu testen, bei der sie krank werden und an einer Malaria-Infektion sterben.

Solche Forschung kann auch in anderen Studien helfen, beispielsweise bei der Suche nach Lösungen für das Problem der Blutgerinnung. Wie wir bereits berichtet haben, haben Forscher tatsächlich ein synthetisches Molekül entwickelt, das eines aus Mücken nachahmt, was nur möglich ist, wenn wir ein tieferes Verständnis ihrer Biologie haben.

Eine weitere interessante und aufschlussreiche neue Studie vom letzten Monat untersuchte, warum Mücken so sehr nach menschlichem Blut verlangen. Welcher Mechanismus steckt genau dahinter? Michael Strand, ein Entomologe der University of Georgia in Athens, fand heraus, dass ein Paar Hormone zusammenwirkt, um diesen Bluthunger zu aktivieren oder zu unterdrücken.

Die Weibchen nehmen Blut für die Entwicklung ihrer Eier zu sich, und sobald sie gesättigt sind, verlieren sie ihren Appetit, bis sie die Eier legen.

Während der Forschung stellte Strand fest, dass die Werte von F(NPF), einem Mücken-Darmhormon, stark anstiegen, wenn sie nach einem Wirt suchten, aber nach dem Sattsein drastisch fielen.

Strand analysierte daraufhin weiter die enteroendokrinen Zellen, die das Darmhormon produzieren, und stellte fest, dass die NPF-Werte vor der Blutmahlzeit der Insekten anstiegen und nach sechs Stunden abfielen. Die NPF-Werte bestimmten auch das Interesse der Insekten an Menschen. Nach dem Sattsein zeigten sie kein Interesse mehr an menschlichem Blut, doch nach dem Eierlegen suchten sie es sofort wieder.

RYamide, ein weiteres Darmhormon, beeinflusst ebenfalls die Blutlust der Mücken. Die RYamide-Werte steigen, wenn die NPF-Werte nach dem Sattsein sinken, und umgekehrt. So fördern und hemmen NPF und RYamide gemeinsam die Anziehung von Menschen und anderen Wirten zu Mücken.

Mit dieser Entdeckung hofft man, neue Methoden und Pestizide zu entwickeln, um die Mückenreproduktion sowie die Krankheitsübertragung zu verhindern.

Um die potenzielle Verbreitung tödlicher Krankheiten zu reduzieren, erwägen Forscher sogar vollautomatisierte Maschinen als chemiefreie Lösung. Das Beseitigen von Mücken erfordert das großflächige Sprühen giftiger Chemikalien, die Menschen schaden und nützliche Insekten wie Schmetterlinge und Bienen beeinträchtigen.

Daher entwickelten Forscher ein robotisches Gerät, das männliche und weibliche Puppen exakt identifizieren und dann mithilfe von Gläsern in separate Gruppen sortieren kann. Die Studie zielt auf invasive Mückenarten ab.

Der Ausbau der Anwendung dieser Techniken wird sehr positive Umweltauswirkungen haben, da die Mückenbekämpfung derzeit hauptsächlich auf dem Einsatz von Pestiziden beruht.

– Der Studienmitautor Jérémy Bouyer

Nun schauen wir uns zwei Unternehmen an, die aktiv an der Bekämpfung der Mückenplage arbeiten.

#1. Thermo Fisher Scientific 

Thermo Fisher Scientific (TMO ) ist ein führender Anbieter fortschrittlicher wissenschaftlicher Lösungen und bietet Diagnostik‑Tools und Technologien zur Kontrolle von Vektoren und zur Bewältigung von durch Mücken übertragenen Krankheiten. Sie stellen wichtige Geräte für die Forschung und Überwachung von Mückenpopulationen sowie der von ihnen übertragenen Krankheiten, einschließlich Zika, Dengue und Malaria, bereit.

#2. Precigen, Inc. (Zuvor bekannt als Intrexon Corporation)

Precigen hat genetisch modifizierte Mücken entwickelt, die darauf abzielen, Mückenpopulationen zu reduzieren und die Übertragung von durch Mücken übertragenen Krankheiten zu verringern. Dazu gehört die Schaffung von Oxitec‑Mücken, die in verschiedenen Regionen freigesetzt wurden, um Krankheiten wie Dengue und Zika zu bekämpfen.

Fazit 

Mücken sind das tödlichste Tier der Welt und töten jedes Jahr mehr Menschen als jedes andere Lebewesen. Sie können Viren und Parasiten übertragen, die Krankheiten wie Dengue, Malaria, Gelbfieber, Zika, Chikungunya, West-Nil-Fieber und Lymphatische Filariose verursachen.

Während ein Milliarden Menschen von diesen Viren infiziert werden, führen Faktoren wie weltweite Reisen, Klimawandel und Urbanisierung zu einer Zunahme der Mückenpopulationen und ihrer Verbreitung weltweit. Das macht es unerlässlich, dass Wissenschaftler sie weiterhin tiefer verstehen, Wege finden, ihre Zahl zu reduzieren und besser gegen durch Mücken übertragene Krankheiten kämpfen, um eine gesündere Welt zu gewährleisten.

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