Überblick geförderte Pilotprojekte

Die Erforschung des Immunsystems von Tieren in ihrer natürlichen Umgebung gewinnt zunehmend an Bedeutung. Neben den natürlich vorkommenden Faktoren, die das Immunsystem beeinflussen, unterstreicht die zunehmende Umweltverschmutzung, der Tiere ausgesetzt sind, die Bedeutung des Forschungsgebiets der Ökoimmunologie. In aquatischen Umgebungen kann die Exposition gegenüber einer Vielzahl von Mikroschadstoffen wie Pestiziden, Chemikalien aus Reifenabrieb, Arzneimitteln oder Kosmetikrückständen erfolgen. Die Umweltverschmutzung hat auch einen starken Einfluss auf die Entwicklung von Stechmücken, den wichtigsten Überträgern verschiedener Krankheitserreger, sowie auf das Immunsystem und die Vektorkompetenz. Um den Verschmutzungsgrad potenzieller Brutgewässer für Stechmücken zu beurteilen, werden Wasserproben aus Feldstandorten entnommen und mittels HPLC-MS/MS und GC-MS/MS analysiert, um die Schadstoffkonzentrationen zu bestimmen. Die Wechselwirkung zwischen Verschmutzung und Vektorkompetenz von Stechmücken wird dann im Labor für ausgewählte Schadstoffe untersucht.
In den ersten Laborversuchen werden die am häufigsten nachgewiesenen Schadstoffe in Dosis-Wirkungs-Experimenten auf ihre Wirkung auf Mückenlarven getestet, um eine subletale Dosis dieser Substanzen für weitere Experimente zu bestimmen. Diese Experimente werden dann unter kontrollierten Laborbedingungen mit selbst hergestelltem Testwasser durchgeführt, um die Anzahl der möglicherweise beeinflussenden Parameter zu minimieren. In Verhaltensexperimenten wird zunächst die Eiablage weiblicher Mücken auf verschmutzten Testwasserproben untersucht. Die anschließende Aufzucht der Larven in den definierten Testwässern gibt dann Aufschluss über den Einfluss der ausgewählten Schadstoffe auf die Larvenentwicklung und die Schadstoffretention durch die Metamorphose der Mücken. Darüber hinaus werden Transkriptomanalysen durchgeführt, um Veränderungen in der Genexpression der Larven aufgrund der Schadstoffbelastung zu untersuchen. Die Ergebnisse dieser Experimente werden dann genutzt, um die Anzahl der Chemikalien weiter auf die relevantesten für potenzielle Auswirkungen auf die Vektorkompetenz zu reduzieren. Um die Vektorkompetenz von Mückenlarven für das West-Nil-Virus (WNV) nach Exposition gegenüber verschiedenen Schadstoffen während ihrer Entwicklung zu untersuchen, werden anschließend Infektionsexperimente unter S3-Laborbedingungen durchgeführt. Die Larven werden infiziert und im Testwasser aufgezogen, um die Virusübertragung auf Blutproben im adulten Stadium zu messen. Darüber hinaus werden nicht infizierte Larven im Testwasser aufgezogen und als adulte Tiere mit WNV infiziert, um die Viruslast im Speichel und die Viruskinetik zu messen. Ein zentraler Forschungsbedarf
besteht in der Qualitätsbewertung der verschiedenen Gewässer, da Mücken aquatische Stadien durchlaufen, bevor sie das adulte, terrestrische Stadium erreichen. Die Wasserqualität kann zu einer Immunaktivierung der Larven führen und somit die Immun- und Vektorkompetenz adulter Mücken beeinflussen. Eine eingehende Analyse der Wasserqualität in verschiedenen Umgebungen und ihrer Auswirkungen auf die Mückenentwicklung ist daher von entscheidender Bedeutung, um unser Verständnis der Entwicklung und Übertragung von WNV durch Culex pipiens-Mücken zu vertiefen.
Insgesamt umfasst unser Projekt die drei Grundelemente der „One Health Research“ (Forschung im Bereich der Gesundheit von Mensch und Tier): Umwelt, Tiere und Menschen. Wir erwarten, dass wir durch die aquatische Ökologie, Entomologie und Arbovirologie Erkenntnisse über die Auswirkungen von Umweltchemikalien auf Tiere und später auch auf den Menschen gewinnen werden.

Antibiotikaresistenzen sind ein globales Gesundheitsproblem. Da Bakterien und Resistenzgene zwischen Mensch, Tier und Umwelt übertragen werden können, ist ein besseres Verständnis der Übertragungswege zwischen diesen Sektoren entscheidend, um Infektionen mit resistenten Bakterien wirksam zu verhindern. Ein One Health-Ansatz, der die enge Verbindung zwischen menschlicher und tierischer Gesundheit und der Umwelt berücksichtigt, ist deshalb unerlässlich. In Deutschland wird ein erheblicher Anteil der Antibiotika in der Tierzucht verwendet. Laut Berichten aus den letzten Jahren gingen etwa 50-60 % der gesamten Antibiotika in Deutschland in die Veterinärmedizin, insbesondere in die Tierzucht und -haltung.

Im Pilotprojekt ResistChange untersuchen wir die Auswirkungen des Klimawandels auf die Ausbreitung von Antibiotikaresistenzen aus tierischer Gülle in Böden unter verschiedenen landwirtschaftlichen Bewirtschaftungsformen. ResistChange adressiert die zentrale Hypothese, dass der Klimawandel die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass Böden zu Reservoiren für Antibiotikaresistenzen werden, und dass die Auswirkungen in intensiv bewirtschafteten landwirtschaftlichen Böden am stärksten ausgeprägt sind.

Landwirtschaftlich genutzten Böden stellen über die Produktion von pflanzlichen Lebens- und Futtermitteln eine direkte "One Health"-Schnittstelle zum Human- und Tiersektor dar. Bislang wurden die Auswirkungen von Klimawandel und Landnutzungsänderungen auf Antibiotikaresistenzen nur in wenigen Studien untersucht und kombinierte Effekte sind gänzlich unerforscht. Das Verständnis der kombinierten Auswirkungen globaler Veränderungsprozesse ist jedoch entscheidend, um vorherzusagen, wie sich die Bedrohung durch Antibiotikaresistenzen in Zukunft entwickeln wird. ResistChange wird die Infrastruktur der Global Change Experimental Facility nutzen, um zwei Ziele zu erreichen: (i) ein Inventar von Resistom und Mobilom in Böden zu erstellen, die tierischer Gülle als Quelle von Antibiotikaresistenzen unter verschiedenen klimatischen und landwirtschaftlichen Bedingungen ausgesetzt sind, und (ii) die Häufigkeit von klinisch relevanten Antibiotikaresistenzgenen aus Gülle über die Zeit zu verfolgen und ihr Mobilisierungspotenzial zu bewerten.

Die Ergebnisse dieser Forschung werden zu einem besseren Verständnis der Übertragung von Antibiotikaresistenzen in landwirtschaftlichen Umgebungen unter dem kombinierten Einfluss von Klima- und Landnutzungsänderungen und deren möglichen Auswirkungen auf die Gesundheit von Mensch und Tier beitragen. Damit fügt sich ResistChange nahtlos in die Forschungsagenda der One Health-Platform ein und legt den Grundstein für weitere Untersuchungen landwirtschaftlicher Systeme als Schnittstellen für den Transfer von Antibiotikaresistenzen zwischen Umwelt und Mensch/Tier. Darüber hinaus unterstützt ResistChange durch die Arbeit unter dem Dach des OHP die One Health-Forschung in Deutschland, indem es Wissenslücken über die Rolle der Umwelt bei der Übertragung von Antibiotikaresistenzen schließt und die Integration von Umweltaspekten in die One Health-Forschung fördert.