Neue Erkenntnisse zur Übertragung des West-Nil-Virus

West-Nil-Virus (WNV) ist 'ne Krankheit, die 1937 zum ersten Mal in Uganda entdeckt wurde. Heute ist sie fast überall auf der Welt verbreitet, ausser in der Antarktis. Die meisten Leute, die sich mit dem Virus anstecken, zeigen keine Symptome. Allerdings können etwa 25 % der Infizierten sich krank fühlen mit grippeähnlichen Symptomen, und ungefähr 1 % könnte ernsthaft erkranken und das Gehirn betreffen, wie bei Enzephalitis oder Meningitis, was tödlich sein kann.

Seit den 1990ern sind die Ausbrüche von WNV heftiger geworden und immer mehr Leute zeigen ernsthafte Symptome. Das Virus wurde 1999 erstmals in den USA identifiziert und hat sich schnell im ganzen Land verbreitet. Bis 2000 hatten schätzungsweise 7 Millionen Leute in den USA eine Infektion, was zu über 2.700 Todesfällen führte. Auch in Europa gibt es Todesfälle durch die Krankheit, über 100 wurden in den Jahren 2022 und 2023 gemeldet. Momentan gibt's keine zugelassenen Impfstoffe oder Behandlungen für Menschen.

#Wie wird WNV übertragen?

WNV wird hauptsächlich durch Mücken, besonders aus der Culex-Familie, übertragen. Wenn eine Mücke ein infiziertes Tier sticht, kann sie das Virus aufnehmen und es dann weitergeben, wenn sie einen Menschen oder ein anderes Tier sticht. So bewegt sich das Virus zwischen Tieren und Mücken. Vögel sind die Hauptwirte für das Virus, wobei Mücken wie Culex quinquefasciatus die Hauptüberträger sind. Manchmal können Mücken auch Menschen oder andere Säugetiere infizieren.

Menschen und viele andere Säugetiere haben nicht genug Virus im Blut, um es zurück an die Mücken zu geben, was sie zu "Sackgassen"-Wirten macht. Ausserdem kann das Virus direkt zwischen Tieren durch Kontakt mit infizierten Flüssigkeiten, Bluttransfusionen, Organtransplantationen und sogar durch Muttermilch übertragen werden.

Eine andere Möglichkeit, wie das Virus in Mückenpopulationen bleibt, ist, dass weibliche Mücken es an ihren Nachwuchs weitergeben. Aber das passiert nur in geringem Masse und ist keine wichtige Quelle für neue Infektionen.

#Die Rolle von Mücken bei der Viruspersistenz

Es gibt Hinweise darauf, dass WNV in Mückenpopulationen bleiben kann, ohne durch andere Tiere hindurchzugehen. Wissenschaftler haben das Virus in männlichen Mücken und in den frühen Lebensstadien von Mücken, wie Larven und Puppen, gefunden. Das bedeutet, dass das Virus in Mücken überleben kann, wenn die Bedingungen es ihnen schwer machen, infizierte Tiere zu stechen. Das Virus kann dann wieder aktiv werden, wenn die Bedingungen besser werden.

In diesem Zusammenhang ist es wichtig zu verstehen, wie WNV in Mückenpopulationen persistiert, um neue Strategien zur Kontrolle seiner Ausbreitung zu entwickeln. Diese Studie zielt darauf ab, zu untersuchen, ob das Virus über die Abfallprodukte infizierter Mücken weitergegeben werden kann.

#Forschungsziele

Unsere Hypothese basiert auf der Idee, dass Abfallprodukte infizierter Mücken nachweisbare Mengen an viraler Substanz enthalten. Frühere Studien haben gezeigt, dass zwar Abfallprodukte bestimmter Mücken WNV trugen, aber die Menge wahrscheinlich zu niedrig war, um andere zu infizieren. In unserer Studie konzentrieren wir uns auf Culex quinquefasciatus-Mücken. Wir wollen herausfinden, ob ihr Abfall andere Mücken infizieren könnte. Dazu werden wir:

1. Die Virusmenge in den Abfallprodukten messen.
2. Untersuchen, wie die Zeit seit der Infektion und der Infektionsgrad die Infektiosität des Abfalls beeinflussen.
3. Testen, ob unreife Mücken durch Abfall mit dem Virus infiziert werden können.
4. Nachweisen, dass Abfall von infizierten Mücken unreife Mücken infizieren kann.

Am Ende werden wir alle unsere Daten in ein mathematisches Modell einfügen, um zu bewerten, wie gut das Virus durch Abfall in Brutstätten übertragen werden kann.

#Forschungsmethoden

#Zellen, Viren und Mücken

Wir haben spezifische Zellen von Mücken und Affen verwendet, um das Virus im Labor zu studieren. Wir haben Mücken- und Säugetierzellen unter speziellen Bedingungen gezüchtet, um mit dem West-Nil-Virus zu arbeiten.

Das Virus, mit dem wir gearbeitet haben, stammt aus einem speziellen Stamm, der hochvirulent war und zuerst von einem Vogel isoliert wurde. Dieses Virus wurde in Mückenzellen gezüchtet, bevor es für Experimente gelagert wurde.

Wir haben einen speziellen Stamm von Culex quinquefasciatus-Mücken gezüchtet, die in einer kontrollierten Einrichtung aufgezogen wurden. Wir hielten die Larven in Wasser und fütterten sie mit einer speziellen Mischung, um sicherzustellen, dass sie gut wuchsen.

#Orale Infektion von Mücken

Um die Mücken zu infizieren, haben wir sie abgekühlt, um sie schläfrig zu machen, und ihnen dann eine virusbeladene Blutmahlzeit gegeben. Die Mücken durften eine bestimmte Zeit fressen und wurden dann in einen anderen Behälter gesetzt, wo sie Zugang zu Futter und Wasser hatten.

#Sammlung von Abfallprodukten

Um Abfall von den Mücken zu sammeln, haben wir ein paar Tage nach der Infektion gewartet, damit die Blutmahlzeit verdaut werden konnte. Wir haben verschiedene Methoden verwendet, um entweder gesammelten Abfall von mehreren Mücken oder individuelle Abfallproben zu sammeln.

Für gesammelte Proben haben wir Gruppen von 25 Mücken in Gläsern platziert und ihren Abfall in regelmässigen Abständen gesammelt. Für Einzelproben haben wir speziell entwickelte Röhren verwendet, die es uns ermöglichten, Abfall zu sammeln, ohne die Mücken zu sedieren.

#Infektion von Zellen mit Abfallprodukten

Wir haben die Abfallprodukte gefiltert und mit Säugetierzellen gemischt, um zu überprüfen, ob das Virus noch Infektiös war. Danach haben wir die Zellen inkubiert, damit sich eine mögliche Infektion entwickeln konnte, und nachher auf das Vorhandensein von viralen Materialien geprüft.

#RNA-Extraktion und Virusnachweis

Um virale RNA in Mücken oder deren Abfall zu überprüfen, haben wir ein Reagenz verwendet, um die Proben zu zersetzen und die RNA zu extrahieren. Dann haben wir spezifische Tests verwendet, um die virale RNA zu amplifizieren und nachzuweisen, was es uns ermöglicht hat, wie viel Virus vorhanden war, zu quantifizieren.

#Virus-Titration

Um herauszufinden, wie viele infektiöse Viruspartikel in den Proben waren, haben wir Säugetierzellen verschiedenen Verdünnungen des Abfallprodukts oder Zellüberstands ausgesetzt und die Anzahl der gebildeten infektiösen Einheiten gezählt.

#Stabilitätstest des Virus

Wir haben die Stabilität des Virus in Wasser mit Larvenfutter getestet, um zu sehen, wie lange es infektiös bleibt.

#Bewertung der Infektion in Mückenstadien

Wir haben überprüft, ob das Virus Mückenlarven und -puppen infizieren kann, indem wir sie spezifischen Viruskonzentrationen im Wasser aussetzten.

#Mathematische Modellierung

Mit unseren Daten haben wir ein Modell erstellt, um zu simulieren, wie das Virus möglicherweise durch Abfall in Brutgebieten von Mücken verbreitet werden könnte.

#Ergebnisse

#Infektiöse Abfallprodukte

Wir haben festgestellt, dass, wenn Culex quinquefasciatus-Mücken mit WNV infiziert werden, sie infektiöse Viruspartikel in ihrem Abfall ausscheiden. Mit einer Methode zum Filtern und Kultivieren von Zellen haben wir bestätigt, dass der Abfall lebende Viren enthielt, die Säugetierzellen infizieren konnten.

#Messung infektiöser Partikel

Wir haben die durchschnittliche Anzahl infektiöser Partikel in jedem Stück Abfall, das wir gesammelt haben, berechnet. Die Ergebnisse zeigten eine grosse Bandbreite an infektiösen Partikeln pro Probe und verdeutlichten, dass die Viruslast im Abfall stark variieren kann.

#Frühe und kontinuierliche Ausscheidung von Virionen

Unsere Studie hat untersucht, wie schnell nach der Infektion die Mücken beginnen, infektiöse Partikel auszuscheiden. Wir haben festgestellt, dass die Ausscheidung bereits einige Tage nach der Exposition gegenüber infektiösem Blut beginnt und eine längere Zeit andauert. Die Menge des Virus im Abfall blieb über die Zeit relativ konstant.

#Anfälligkeit der Puppen

In unseren Tests haben wir auch analysiert, wie anfällig die aquatischen Stadien der Mücken (Larven und Puppen) für eine Infektion waren. Wir haben herausgefunden, dass Puppen besonders anfällig für WNV sind.

#Abfall kann Puppen infizieren

Wir haben bewiesen, dass, wenn wir Puppen infektiösem Abfall ausgesetzt, der von infizierten adulten Mücken gesammelt wurde, sie sich selbst infizieren können. Das bestätigt, dass der Abfall, den Mücken produzieren, nicht nur das Virus enthält, sondern auch zu neuen Infektionen bei unreifen Mücken führen kann.

#Abfallvermittelte Infektion in Mückenpopulationen

Wir haben unser Modell verwendet, um zu verstehen, wie abfallvermittelte Infektion zur WNV-Überlebensfähigkeit in Mückenpopulationen beiträgt. Wir haben festgestellt, dass bestimmte Bedingungen, wie die Dichte der Larven an einem Brutplatz, beeinflussen können, wie effektiv das Virus sich durch Abfall ausbreiten kann.

#Auswirkungen unserer Ergebnisse

Die Entdeckung der abfallvermittelten Übertragung fügt unserer Verständnis darüber, wie WNV sich unter Mücken verbreitet, eine neue Dimension hinzu. Während die übliche Übertragungsmethode durch Mückenstiche erfolgt, zeigt dieser neue Weg, dass das Virus auch in Brutstätten von Mücken durch Abfallprodukte persistieren kann.

Diese Erkenntnisse verdeutlichen die Notwendigkeit einer besseren Verwaltung von Wasserquellen und Brutstätten von Mücken, um die Ausbreitung von WNV zu reduzieren. Indem wir kontrollieren, wie Abfall in diesen Habitaten gehandhabt wird, könnten wir potenziell die Risiken von Ausbrüchen verringern und die öffentliche Gesundheit schützen.

Darüber hinaus deutet das Konzept der diagonalen Übertragung, bei der das Virus über Abfall anstatt durch direkte Stiche verbreitet wird, darauf hin, dass ähnliche Mechanismen auch bei anderen von Mücken übertragenen Viren existieren könnten. Ein besseres Verständnis dieser Wege kann helfen, wirksame Strategien zur Bekämpfung der Überträger zu entwickeln.

Zusammenfassend liefert unsere Forschung wichtige Einblicke, wie WNV in Umgebungen persistiert und sich in Mückenpopulationen verbreitet. Mit diesem Wissen können Strategien für die öffentliche Gesundheit entwickelt werden, um die Infektionsrisiken zu minimieren und die Gesundheit der Gemeinschaft zu verbessern.