Schlummert in Plankton das Potenzial zur Verhinderung von Pandemien?

Einfluss von Immunreaktion auf Ausbreitung von Infektionen

Die anfängliche Immunreaktion eines Wirts spielt eine wesentliche Rolle dabei, ob Infektionen überhaupt auftreten und ob es Erregern gelingt, sich innerhalb von verschiedenen Populationen auszubreiten. Dies gilt sowohl für Plankton, welches Parasiten ausgesetzt ist, als auch für Menschen, die Krankheitserregern ausgesetzt sind. Anhand der Immunreaktionen bei Plankton hoffen Forschende daher Erkenntnisse über die Ausbreitung von Infektionen und mögliche Abwehrmechanismen beim Menschen zu gewinnen.

Die anfängliche Immunreaktion spielt auch bei Plankton eine wesentliche Rolle dabei, ob eine Infektion auftritt und in welchem Ausmaß die Infektion sich innerhalb der gleichen oder unterschiedlichen Populationen ausbreitet, berichten Forschende der University of Colorado Boulder von ihren aktuellen Untersuchungsergebnissen. Die entsprechende Studie wurde in der englischsprachigen Fachzeitschrift „The American Naturalist“ publiziert.

Immunreaktion hilft mögliche Auswirkung abzuschätzen

Die aktuelle Untersuchung liefert wertvolle Erkenntnisse für das Verständnis und die Verhinderung der Übertragung von Krankheiten innerhalb und zwischen Tierarten. Egal ob es beispielsweise um parasitäre Plattwürmer geht, welche von Schnecken auf Menschen in Entwicklungsländern übertragen werden, oder sogenannte zoonotische Übertragungen von Säugetieren und Insekten auf den Menschen, die globale Pandemien wie COVID-19 und das West-Nil-Virus verursacht haben – die Immunreaktion eines infizierten Lebewesens ist eine wichtige Variable zur Berechnung der möglichen Auswirkungen, so das Team.

Nicht alle Wirte sind gleich

„Eines der größten Muster, die wir in der Krankheitsökologie und Epidemiologie sehen, ist die Tatsache, dass nicht alle Wirte gleich sind. Bei der Erforschung von Infektionskrankheiten wollen wir die Wirtsimmunität in unser Verständnis darüber einbeziehen, wie sich Krankheiten ausbreiten“, erklärt Studienautorin Tara Stewart Merrill von der University of Colorado Boulder.

Gefahren durch wirbellose Tiere

Wirbellose Tiere sind häufig Vektoren für verschiedene Krankheiten. Dies bedeutet, dass sie infektiöse Erreger zwischen Menschen oder von Tieren auf Menschen übertragen können. Durch Vektoren übertragene Krankheiten, wie beispielsweise Malaria, machen fast 20 Prozent aller Infektionskrankheiten weltweit aus und sind für mehr als 700.000 Todesfälle pro Jahr verantwortlich, berichten die Forschenden.

Trotzdem haben epidemiologische Studien bisher nur selten die Immunität und Genesung von wirbellosen Tieren berücksichtigt, welche als Vektoren für menschliche Krankheiten dienen. Es werde einfach davon ausgegangen, dass der wirbellose Wirt, sobald er einem Erreger ausgesetzt ist, infiziert wird, so das Team. Die Fachleute haben daher untersucht, ob es für Wirbellose möglich ist, Krankheiten abzuwehren und somit das Glied in der Kette zu unterbrechen, welches eine Übertragung auf den Menschen erlaubt.

Plankton beseitigte vorliegende Infektionen

Als sie eine winzige Zooplanktonart (Daphnia dentifera) während ihres Lebenszyklus und der Exposition gegenüber einem Pilzparasiten (Metschnikowia bicuspidata) untersuchten, identifizierten die Forschenden durchaus ein Abwehrpotenzial. Einige der Planktonarten waren gut darin, das Eindringen von Pilzsporen in ihren Körper zu verhindern, und manche beseitigten die Infektion innerhalb eines begrenzten Zeitfensters nach der Aufnahme der Sporen, berichten die Forschenden.

Abwehrmechanismen gegen Infektionen

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass es mehrere Abwehrmechanismen gibt, die wirbellose Tiere nutzen können, um die Wahrscheinlichkeit einer Infektion zu verringern, und dass wir diese Abwehrmechanismen wirklich verstehen müssen, um die Infektionsmuster zu verstehen”, erklärt Studienautorin Stewart Merrill.

Plankton erholte sich von tödlichen Pilzsporen

Die Expertin untersuchte bereits in ihrer vorherigen Forschung Daphnia dentifera (Wasserflöhe) und seine Abwehrmechanismen. Wenn Daphnia dentifera es nicht schafft, den Parasiten abzuwehren, tritt ein grausamer Prozess in Kraft. Die Pilzsporen des Parasiten greifen den Darm des Planktons an, füllen seinen Körper und wachsen, bis sie freigesetzt werden, wenn der Wirt schließlich stirbt.

Doch stellten die Forschenden fest, dass einige der todgeweihten Planktonarten sich tatsächlich wieder erholten. In späteren Unetrsuchungen wurde deutlich, dass Erfolg oder Misserfolg dieser Infektionen bei identischen Expositionsniveaus von der Stärke der internen Abwehrkräfte des Wirts während eines frühen begrenzten Zeitfensters abhängen.

Neues Modell zur Wirtsimmunität wurde entwickelt

Basierend auf diesen Beobachtungen entwickelten die Forschenden ein einfaches probabilistisches Modell zur Messung der sogenannten Wirtsimmunität, welches in allen Wildtiersystemen angewendet werden kann, auch für Krankheiten, die von Wirbellosen auf den Menschen übertragen werden.

Immunreaktionen können wie Filter wirken

„Wenn die Immunreaktionen gut sind, wirken sie wie ein Filter, der die Übertragung reduziert. Aber jede Umweltveränderung, welche die Immunität verschlechtert, kann die Übertragung tatsächlich verstärken“, erläutert Stewart Merrill in einer Pressemitteilung der University of Colorado Boulder.

Modell funktioniert auch für COVID-19

Das neue Modell kann nach Aussage der Fachleute auch auf COVID-19 angewandt werden. Forschungsergebnisse hätten bereits gezeigt, dass nicht alle Wirte gleich sind, wenn es um die Übertragung des Coronavirus geht, und dass die Exposition nicht direkt die Infektion bestimmt.

Zukünftige zoonotische Spillover verhindern

Es wird auch angenommen, dass COVID-19 das Ergebnis eines sogenannten zoonotischen Spillovers ist, also einer Infektion, welche von Tieren auf Menschen überging. Ähnliche probabilistische Modelle könnten bei der Vorhersage des Auftretens und der Ausbreitung zukünftiger Spillover-Ereignisse von Vorteil sein, so Stewart Merrill.

Tod und Krankheit durch Schistosomen

Die Forschenden hoffen, dass die Erkenntnisse über die Abwehr von Infektionen bei Plankton auch an anderer Stelle nutzen könnten. Denn in Afrika, Südostasien sowie Süd- und Mittelamerika leiden etwa 200 Millionen Menschen an Infektionen, die durch sogenannte Schistosomen verursacht werden. Dabei handelt es sich um wirbellose Organismen, die allgemein als parasitäre Plattwürmer bekannt sind. Die Würmer verursachen Krankheiten und können sogar zum Tode führen. Die Weltgesundheitsorganisation WHO stuft diese Infektionen als zweitgrößte sozioökonomisch verheerende parasitäre Krankheit nach Malaria ein.

Übertragungskette auf den Menschen unterbrechen

Schistosomen leben im Süßwasser, welches die Menschen beispielsweise für ihr Trinkwasser, zum Wäschewaschen und Baden nutzen. Obwohl es mögliche Formen der Behandlung gibt, kann eine Person am nächsten Tag durch ihren Zugang zu Wasser leicht erneut infiziert werden, so das Team. Durch ein besseres Verständnis darüber, wie die Plattwürmer selbst einer Infektion erliegen oder sich dagegen wehren, bestünde die Chance, die Übertragungskette auf den Menschen zu unterbrechen.

Verständnis statt Heilmittel?

„Wir müssen wirklich daran arbeiten, die Vorbeugung von Infektionen zu verstehen und was das Risiko in diesen aquatischen Systemen ist, anstatt nur Heilmittel für Infektionen zu finden”, betont Stewart Merrill. Die gute Nachricht sei, dass Menschen von denselben wirbellosen Tieren lernen können, welche sie eigentlich infizieren. Durch ein besseres Verständnis darüber, wie die Umwelt diese Abwehrkräfte formt, könnte in Zukunft vorhergesagt werden, welche Faktoren das Risiko einer Übertragung auf den Menschen erhöhen oder reduzieren könnten, fügt Stewart Merrill hinzu. (as)