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Es wird davon ausgegangen, dass das ehemalige Larven-Mikrohabitat der Asiatische Tigermücke Aedes albopictus (synonym: Stegomyia albopicta) die Phytotelmata in den Waldgebieten von Südostasien darstellte. In den letzten vier Jahrzehnten adaptierte sich die Art jedoch an urbanere Regionen und ihre Antrotelmata. Dank ihrer Eigenschaft, Eier mit einer gewissen Trocken- und Kältetoleranz zu produzieren, verbreitete sich die Art zusammen mit den international gehandelten Waren weltweit. Zudem ist Ae. albopictus ein theoretischer Vektor für mindestens 27 Viren sowie Parasiten und spielt eine Hauptrolle bei der Übertragung von Dengue-Viren und Chikungunya-Viren und Zika-Vieren. Daher wird die Art als große Gefahr für die öffentliche Gesundheit betrachtet.
Die vorliegende Arbeit thematisiert drei Untersuchungen zum Anpassungs- und Etablierungs-potential der invasiven Asiatischen Tigermücke.
In einem ersten Ansatz wurde das Problem behandelt, dass es lediglich zwei standardisierte toxikologische Testverfahren für Culicidae gab. Daher wurde ein Dosis-Wirkungs-Testsystem entwickelt, das den Weg für weitere biologische Endpunkte und ihre integrativen Parameter freimachte und dadurch ein besseres Verständnis für die Wirkweisen von Insektiziden ermöglicht. Hierdurch konnte nun der Frage nachgegangen werden, ob es Unterschiede in der ökotoxikologischen Reaktion zwischen der invasiven tropisch-subtropischen Asiatischen Tigermücke und der einheimischen nördlichen Hausstechmücke Culex pipiens auf das Insektizid λ-Cyhalothrin gibt. Weiter wurde der Einfluss von Temperatur und die Verfügbarkeit von Nahrung auf die Insektizidsensitivitäten der Arten getestet. Schließlich konnte in einer Risikobewertung festgestellt werden, dass bei falsch angewendeten Bekämpfungsmaßnahmen höhere Temperaturen sowie der Ausfall von aquatischen Top-Prädatoren zu Fitnessvorteilen für die Art führen können.
In einer zweiten Untersuchung wurde der Mechanismus der Kältetoleranz der Eier (Kälteakklimatisierung und Diapause) näher untersucht, da dieser für die erfolgreiche Invasion in gemäßigten Breitengraden verantwortlich gemacht wird. Nachdem eine lang vorherrschende Hypothese verworfen wurde, dass die Einlagerung von Polyolen die Frosttoleranz bewirken würde, war der aktuelle Stand der Wissenschaft, dass eine Verdickung der Wachsschicht des Chorions dafür verantwortlich sei. Jedoch lag keine detaillierte Evaluierung von Stechmücken-Eihüllen vor. Mittels einer transmissionselektronenmikroskopischen Studie konnte gezeigt werden, dass nicht nur die Wachsschicht nicht in der Serosa-Cuticula zu verorten ist, sondern im Endochorion und sie zudem im Zuge der Diapause in der Mächtigkeit schrumpft. Daher wird auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse auf eine Kompaktierung der Schicht geschlossen.
Die dritte Untersuchung schließlich hatte das hohe Adaptationspotential in gemäßigten Breiten zum Gegenstand. Eine Adaptation auf genetischen Level gilt als unwahrscheinlich, da Gründerpopulationen in den neu besiedelten Gebieten eine niedrige genetische Diversität aufwiesen und ein regelmäßiger Neueintrag von Allelen unwahrscheinlich ist. Jedoch bietet das Konzept der epigenetischen Temperatur-Adaptation einen Erklärungsansatz für dieses Phänomen. Daher wurde die Frage gestellt, ob es möglich ist, eine vererbbare Diversifizierung dieses kältetoleranten Phänotyps nach einer randomisierten epigenetischen Behandlung der DNA zu detektieren. Es wurde eine transgenerationale Untersuchung der Effekte von zwei epigenetischen Agenzien (und einem Lösemittel) auf die Kältetoleranz der Eier durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten ein Korrelationsmuster, das den durch die Agenzien veränderten Methylierungsgrad der DNA mit der Forsttoleranz verband, was die gestellte Hypothese unterstützte.
In Folge dieser drei Untersuchungen wurde festgestellt, dass Ae. albopictus ein hohes Potential hat, in weiteren Ländern – vor allem in gemäßigten Breiten – ein Gesundheitsrisiko darzustellen. Da die Art einerseits Fitnessvorteile durch falsche Bekämpfungsmaßnahmen und andererseits möglicherweise eine hohes epigenetisches Adaptationspotential besitzt, kann zusammenfassend empfohlen werden, dass der Fokus für weitere Forschung maßgeblich auf der Entwicklung von Impfstoffen für die übertragenen Viren und Pathogene liegen sollte. Dadurch kann die Bevölkerung geschützt werden, ohne Ökosysteme und ihre Dienstleistungen zu gefährden, und dies wäre zudem ökonomisch gesehen die effektivere Lösung.
Container-breeding Aedes spp. (Diptera: Culicidae) mosquitoes can be surveilled at low cost using ovitraps. Hence, this method is a preferred monitoring approach of dengue vectors in low-resource settings. The ovitraps consist of a cup filled with water and an oviposition substrate for female mosquitoes. The attractiveness of the substrates for female mosquitoes can greatly differ due to differences in texture, color, and smell of the materials used. We compare four oviposition substrates, which are all low priced, easy to transport, and easy to purchase, to maximize the success of Aedes egg sampling. Sampled egg material is often reared to adulthood for further taxonomic identification and transported to (international) laboratories for specialized vector research. Here we introduce a transport technique for sampled eggs. In addition, we explored the impact of international transport by means of a bilateral hatching experiment in Nepal, the country of origin, and in Germany, in a laboratory specialized in ecophysiological research. The best low-cost oviposition substrate for the dengue vectors Aedes albopictus (Skuse) and Aedes aegypti (L.) was found to be a white cotton sheet. The introduced transport technique of sampled eggs is easy to build from laboratory and household materials and ensures good transport conditions (i.e., temperature and relative humidity). Even under good temperature (17.4–31.0 °C) and humidity conditions (58.9–94.2%), hatching success of eggs was found to be reduced after international transport to Germany when compared to the hatching success of eggs in Nepal. We postulate that air pressure during international transport may have reduced the hatching success and strongly recommend pressure-regulated transport boxes for egg transport via airplane. As the proposed operation procedure is useful in assisting the monitoring of Ae. albopictus and Ae. aegypti in low-resource settings, Aedes researchers are encouraged to follow it for the sampling and transport of Aedes eggs.
Asia and its Hindu Kush Himalayan (HKH) region is particularly vulnerable to environmental change, especially climate and land use changes further influenced by rapid population growth, high level of poverty and unsustainable development. Asia has been a hotspot of dengue fever and chikungunya mainly due to its dense human population, unplanned urbanization and poverty. In an urban cycle, dengue virus (DENV) and chikungunya virus (CHIKV) are transmitted by Aedes aegypti and Ae. albopictus mosquitoes which are also competent vectors of Zika virus (ZIKV). Over the last decade, DENV and CHIKV transmissions by Ae. aegypti have extended to the Himalayan countries of Bhutan and Nepal and ZIKV could follow in the footsteps of these viruses in the HKH region. The already established distribution of human-biting Aedes mosquito vectors and a naïve population with lack of immunity against ZIKV places the HKH region at a higher risk of ZIKV. Some of the countries in the HKH region have already reported ZIKV cases. We have documented an increasing threat of ZIKV in Asia and its HKH region because of the high abundance and wide distribution of human-biting mosquito vectors, climate change, poverty, report of indigenous cases in the region, increasing numbers of imported cases and a naïve population with lack of immunity against ZIKV. An outbreak anywhere is potentially a threat everywhere. Therefore, in order to ensure international health security, all efforts to prevent, detect, and respond to ZIKV ought to be intensified now in Asia and its HKH region. To prepare for possible ZIKV outbreaks, Asia and the HKH region can also learn from the success stories and strategies adopted by other regions and countries in preventing ZIKV and associated complications. The future control strategies for DENV, CHIKV and ZIKV should be considered in tandem with the threat to human well-being that is posed by other emerging and re-emerging vector-borne and zoonotic diseases, and by the continuing urgent need to strengthen public primary healthcare systems in the region.
Background: Zika is of great medical relevance due to its rapid geographical spread in 2015 and 2016 in South America and its serious implications, for example, certain birth defects. Recent epidemics urgently require a better understanding of geographic patterns of the Zika virus transmission risk. This study aims to map the Zika virus transmission risk in South and Central America. We applied the maximum entropy approach, which is common for species distribution modelling, but is now also widely in use for estimating the geographical distribution of infectious diseases.
Methods: As predictor variables we used a set of variables considered to be potential drivers of both direct and indirect effects on the emergence of Zika. Specifically, we considered (a) the modelled habitat suitability for the two main vector species Aedes aegypti and Ae. albopictus as a proxy of vector species distributions; (b) temperature, as it has a great influence on virus transmission; (c) commonly called evidence consensus maps (ECM) of human Zika virus infections on a regional scale as a proxy for virus distribution; (d) ECM of human dengue virus infections and, (e) as possibly relevant socio-economic factors, population density and the gross domestic product.
Results: The highest values for the Zika transmission risk were modelled for the eastern coast of Brazil as well as in Central America, moderate values for the Amazon basin and low values for southern parts of South America. The following countries were modelled to be particularly affected: Brazil, Colombia, Cuba, Dominican Republic, El Salvador, Guatemala, Haiti, Honduras, Jamaica, Mexico, Puerto Rico and Venezuela. While modelled vector habitat suitability as predictor variable showed the highest contribution to the transmission risk model, temperature of the warmest quarter contributed only comparatively little. Areas with optimal temperature conditions for virus transmission overlapped only little with areas of suitable habitat conditions for the two main vector species. Instead, areas with the highest transmission risk were characterised as areas with temperatures below the optimum of the virus, but high habitat suitability modelled for the two main vector species.
Conclusion: Modelling approaches can help estimating the spatial and temporal dynamics of a disease. We focused on the key drivers relevant in the Zika transmission cycle (vector, pathogen, and hosts) and integrated each single component into the model. Despite the uncertainties generally associated with modelling, the approach applied in this study can be used as a tool and assist decision making and managing the spread of Zika.