Die fatale Reise von SARS-CoV2 um die Welt hat uns gezeigt, wie drastisch Infektionskrankheiten noch immer unser Leben bestimmen können. Auch wenn weltweit die Lebenserwartung ungeahnte Höhen erreicht und das Zeitalter der Seuchen zumindest in Europa vergangen scheint, wecken uns diese neuartigen Erreger aus der gewohnten Wiege der Sicherheit.
Seit 1940 sind immerhin dreihundert dieser Erreger zu sogenannten entstehenden Infektionskrankheiten (Emerging Infectious Diseases) aufgestiegen, bei denen die Anzahl von Erkrankungen in der menschlichen Bevölkerungen zunehmen. Die Auslöser finden sich unter der ganzen Bandbreite von Krankheitserregern: Viren, Bakterien, Protozoen (eukaryotische Einzeller), Pilze und Würmer. Wobei Bakterien (54 %), Viren (25 %) und Protozoen (10 %) diese Liste anführen 1 . Es sind altbekannte Gesichter wie Masern, aber auch neuartige Erreger wie das Nipah-Virus oder Antibiotika-resistente Bakterienstämme. Währenddessen scheint die Häufigkeit und geografische Ausweitung dieser Fälle zuzunehmen 2. In diesem Zusammenhang betont das Bundesumweltministerium Naturschutz als eine Schutzmaßnahme vor diesen Entwicklungen, aber was steckt dahinter 3 ?
Ein neuer Wirt – Ein neues Leben
Bei entstehenden Infektionskrankheiten fallen zwei Typen besonders ins Gewicht: durch Vektoren übertragene Krankheiten, die über Gliederfüßer wie Zecken oder Moskitos zum Menschen finden, und Zoonosen, laut WHO solche Krankheiten, die zwischen Mensch und Wirbeltier ausgetauscht werden können 4. Während die parasitären Vektoren aktiv den nächsten Wirt suchen, sind es bei Zoonosen der Kontakt zu Tieren und der Zufall, welche die Übertragung vorantreiben.
Am Anfang steht das Spillover, das Überschwappen, der Moment in dem ein Erreger die Grenzen seiner Art überschreitet 5. Der Mensch ist in dieser Übertragungskette vor allem ein Unfall, nicht das eigentliche Ziel. Für die meisten Erreger endet der Weg hier, sie können unsere Zellen nicht infizieren, vermehren sich nicht. Andere halten es eine Zeit lang in uns aus, können aber nicht von Mensch zu Mensch übertragen werden. Wieder andere bilden kurze Infektionsketten und verschwinden. So geschehen bei Ebola, ein Hit and Run, es taucht aus dem Nichts auf löst einen Ausbruch auf und verschwindet genauso plötzlich, wie es gekommen ist wieder in den afrikanischen Urwald 6. Andere Erreger, wie das HI-Virus tricksen dagegen das Immunsystem aus und erzeugen nur sehr langsam Symptome, Infect and Persist. Die Folgen können dramatisch sein, je nach dem, ob das Immunsystem zu stark oder zu schwach reagiert, denn weder der Erreger noch der Mensch sind aufeinander evolutiv vorbereitet. Ohne Immunität in der Bevölkerung steht dem Erreger kaum etwas im Wege, sollte er auch gleichzeitig (sehr) ansteckend sein.
Für andere Erreger beginnt so eine neue Geschichte ihrer Evolution, die Adaption an einen neuen Wirt. Der Mensch ist eine relativ junge Spezies. Viele Krankheiten, die wir kennen, haben irgendwann diesen Weg genommen 7 . Sie sind als Zoonosen auf diesen merkwürdigen neuartigen Wirt gewechselt und haben eine neue Heimat gefunden. So fand auch der tödlichste Erreger der Malaria Plasmodium flaciparium wahrscheinlich vor 50.000 Jahren seinen Weg von Gorillas in die menschliche Bevölkerung. Am Ende blieb nur noch der Mensch als einziger Wirt 8. Es ist eine stufenartige Entwicklung von einem exklusiv tierischen zu einem exklusiv menschlichen Erreger, bei dem der Erreger die Fähigkeit entwickelt von Mensch zu Mensch übertragen zu werden und so anhaltende Infektionsketten aufzubauen, während das Immunsystem und der Erreger ko-evolvieren.
Zoonosen sind nicht zu unterschätzen, immerhin sind 60 % der entstehenden Infektionskrankheiten als zoonotisch bewertet und eine Mehrheit von 70 % findet ihren Weg von Wildtieren zum Menschen 9. Genauso wie beim Menschen ist es eine Frage der Distanz. Je näher der Mensch und diese Arten sich kommen, umso häufiger kommt es zu einem direkten oder indirekten Zusammentreffen, desto öfter gelingt dem Erreger der möglicherweise fatale Sprung.
Treiber des Austauschs
Wie kommt es aber zu diesem Austausch? Es sind vor allem drei Aspekte: der zoonotische Pool, also die regionale Vielfalt potentieller Erreger, die Auswirkungen von Umweltveränderungen auf die Häufigkeit des Erregers und der Kontakt mit Menschen oder Nutztieren 10. Diese Aspekte werden durch die Dynamik von Landnutzungsänderungen, Verlust von Biodiversität und menschliche Eingriffe beeinflusst.
Artenvielfalt:
Hohe Artenvielfalt erscheint zunächst einmal nicht besonders hilfreich. Immerhin bedeuten viele Arten auch viele verschiedene Erreger, ein großer zoonotischer Pool. Paradoxerweise scheint Artenvielfalt aber eher als Schutzschirm zu wirken.
Auf der Suche nach dem Grund hierfür hilft ein Blick in die USA und auf das West-Nil-Fieber. Ausgelöst durch ein Virus und übertragen von Stechmücken tauchte diese Krankheit das erste Mal um 1999 in den USA auf. Viele Wirbeltiere, der Mensch eingeschlossen, können von diesem Virus infiziert werden. Den sog. Reservoirwirt, also einem Wirt, in dem langanhaltende Infektionsketten und gleichzeitig kaum Symptome entstehen, stellen für dieses Virus jedoch Vögel dar. 11. Das Virus springt über, wenn ein Moskitoweibchen auf der Suche nach der nächsten Blutmahlzeit von einem infizierten Vogel zu einem Menschen fliegt. Entscheidend ist also, wie viele Vögel infiziert sind und wie oft ein Moskito den Weg zum Menschen findet. 12. Nicht alle Vogelarten sind gleich gut für den Virus empfänglich. Es sind wenige kompetente Arten unter vielen. Gerade diese kompetenten Arten zeigten sich beim West-Nil-Virus als besonders widerstandsfähig und blieben zurück, als die gesamte Artenvielfalt der Vögel in den USA gleichzeitig abnahm. Damit blieben verhältnismäßig mehr kompetente Wirte und das Risiko einer Infektion stieg 13.
Was schützend wirken kann, ist der sogenannte Verdünnungseffekt! 14 Es ist ähnlich wie in unserer Gesellschaft: Viele Immune oder weniger anfällige Personen schützen vor der ungebremsten Ausbreitung von Erregern. In einem Ökosystem sind es stattdessen nicht unsere Nachbarn, sondern die verschiedenen anderen Arten, die ein Habitat ihre Heimat nennen. In einem vielfältigen Ökosystem trifft ein Erreger so beim ökologischen Blind Dating mit einer größeren Wahrscheinlichkeit auf einen falschen Wirt, während Konkurrenzdruck und Raubtiere die Population möglicher Wirte niedrig halten. Der Erreger kann in einem solchen Ökosystem nicht so leicht eine große Häufigkeit aufbauen. Damit kann ein vielfältiges Ökosystem das Risiko des Spillovers von Erregern verringern.
Landnutzungsänderungen:
Artenvielfalt ist nicht alles. Es zählt auch der Zustand des Habitates. Dabei sind Landnutzungsänderungen entscheidend, z.B. dort, wo Regenwälder zu Plantagen werden. Also zusammenhängende Biotope aufgetrennt und fragmentiert werden 15.
Es lohnt sich eine virtuelle Reise nach Australien. Der Südkontinent ist einzigartig! Erst seit 230 Jahren wird dort nach europäischen Vorbild das Land bewirtschaftet. Das Zusammenspiel von Landnutzung und der Entstehung von Krankheitserreger verläuft hier im Zeitraffer 16.
Eines dieser Ereignisse geschah 1994 auf einer Farm nahe Brisbane. Auf der Hendra-Farm starben plötzlich Pferde auf mysteriöse Weise. Zwei Menschen erkrankten ebenfalls. Einer starb. Die Suche nach dem Ursprung dieses Vorfalles führte zu einem Flughund, dem fliegenden Fuchs, und einem neuen Virus, das bald den Namen der Farm tragen sollte. Wie fand das Virus den Weg aus den Flughunden zu den Pferden und deren Besitzern?
Die einstigen Wälder von Queensland schwinden mit der Landwirtschaft und Verstädterung auf 25% von dem, was diese Landschaft vor dem Erscheinen der Europäer geprägt hatte. Der fliegende Fuchs wandert zwischen den vereinzelten Fruchtbäumen der Region, aber davon blieben nun sehr viel weniger. Stattdessen findet er jetzt ein ganzjähriges All-You-Can-Eat Buffet in den Gärten und Obstplantagen. Das Hendra-Virus folgte unsichtbar, bis es auf noch ungeklärte Weise seinen Weg in die Pferde und ihre unglücklichen Besitzer fand 17 18.
Landnutzung ist ein Mechanismus, der die Entwicklung von solchen neuartigen Erkrankungen vorantreibt. 19. Es sind Folgen wie die Fragmentierung 20 und Zerstörung von Ökosystemen, die bspw. das natürliche Wanderungsverhalten von Tierarten ändern. Auf einmal müssen Kulturflächen durchquert werden, während gleichzeitig ganz neue Lebensräume entstehen. Welche Stechmücke braucht Feuchtgebiete, wenn es Regentonnen im Angebot gibt?! Eben neue Kontaktpunkte zwischen dem Menschen, Nutztieren und Wildtieren.
Austausch ist immer eine Frage der Grenzfläche. Bei Ökosystemen bezeichnen wir diese Kontaktpunkte als Ökotope, Randbiotope. Dort wo zwei Ökosysteme aufeinander treffen, in diesem Fall die Kulturlandschaft der Menschen und die „Wildnis“ 21. Diese Bereiche sind für einen Spillover besonders gefährdet und wachsen bei der Fragmentierung von Habitaten an. So treten Ebola-Ausbrüche bspw. gerade in Hotspots der Abholzung auf 22, denn genau dort ist die Dynamik des Austauschs zwischen menschlichen und „natürlichen“ Einflüssen am größten.
Nicht nur räumliche Grenzen sind wichtig, sondern auch zeitliche. So wie Ökotope Räume abgrenzen, grenzen Chronotope zeitliche Abschnitte ab. Landnutzungsänderung ist eine solche Phase, von „Wildnis“ zu einer vom Menschen geprägten Kulturlandschaft. Zurück zu Malaria; die Anopheles-Mücke (Überträgerin der Malaria-erregenden Einzeller) brütet im Amazonas vor allem in überschwemmten Gebieten. Die Gefahr von Ausbrüchen ist gerade in der Phase der Abholzung besonders hoch, da die Feuchtgebiete auf einmal in die Nähe von Menschen gebracht werden. Ist erst einmal Kulturland entstanden, verschwinden diese Feuchtgebiete und damit auch ein großer Teil der Stechmücken und die Malaria 23. Die Gefahr von Ausbrüchen dieser Art neuartiger und alter Erreger ist also gerade in dieser Zeit der größten Veränderung besonders hoch anzusehen.
Zusammengefasst: Gerade dort, wo zeitliche und räumliche Übergänge stattfinden und neue Berührungspunkte zwischen Menschen und Ökosystemen enstehen, ist die Gefahr von Spillovern neuartiger Erreger am größten. Ist dieser Prozess abgeschlossen, ist auch der Austausch großteils vollendet und das Risiko nimmt wieder ab. Landnutzungsänderungen und der Verlust von Artenvielfalt sind damit Puzzleteile in dem Gesamtbild der Entstehung von Infektionskrankheiten, da sie den Austausch von Erregern begünstigen.
Der Stall, die Grippe und Ich
Was wäre die Progressive Agrarwende, wenn wir uns nicht auch die Rolle der Landwirtschaft genauer anschauen würden! Landwirtschaft ist historisch und aktuell verbunden mit der Entstehung und Entwicklung neuer Krankheiten. So versorgte uns die Domestizierung von Wildtieren vor Jahrtausenden nicht nur mit einer neuen Lebensgrundlage, sondern auch mit neuen Paketen von Erregern. In den wachsenden Agrargesellschaften entstand ein Nährboden für ihre Evolution. Viele der heute typisch menschlichen Krankheiten lassen sich auf diese schicksalhafte Partnerschaft zurückführen z.B. die Masern, die vermutlich vom Rinderpest-Virus abstammen 24.
Auch heute wird mehr als die Hälfte zoonotischer Infektionskrankheiten mit Landwirtschaft in Verbindung gebracht 25. Gleichzeitig ist die Landwirtschaft selbst gefährdet. Immerhin sind es nicht nur Menschen, die von neuen Erregern geplagt werden. Genauso trifft es Nutzpflanzen, z.B. Paprika in Mexiko oder Tomaten, welche durch Begomo-Viren große Ernteverluste erleiden 26 27. Vor unseren Nutztierbeständen machen Zoonosen auch nicht Halt. Das Nipah-Virus in Malaysia führte so nicht nur zu oft tödlichen Hirnhautentzündungen, sondern auch zur Keulung von Millionen Schweinen 28.
Eine weitere Gefahr für die Landwirtschaft und damit auch für die Ernährungssicherung: Krankheitserreger erkennen Stall- und auch Landesgrenzen nicht an. Die afrikanische Schweinepest (ASP), ausgelöst durch einen viralen Erreger, wütet aktuell in Teilen des östlichen und südöstlichen Mitteleuropas. Für den Menschen zwar ungefährlich, stellt das Virus eine große Gefahr für Haus- oder Wildschweine dar, mit einer Sterblichkeit von 100 % – entweder durch die Krankheit oder Keulung 29. Besonders tückisch ist die Tatsache, dass dem Virus nicht nur Hausschweine, sondern auch Wildschweine als Wirt dienen. Damit besteht ein wildes Reservoir, dass sich frei bewegen kann. Übertragen wird der Erreger durch Zecken und so ist kein direkter Kontakt zwischen Stall und Wäldern notwendig, lediglich ein hungriger Ektoparasit. Wozu das führt, spüren aktuell Bauern in Ostdeutschland 30.
Intensive Nutztierhaltung bleibt ein Element in der Entstehung von Bedrohungen für die menschliche Gesundheit. Durch den Einsatz von Antibiotika in der Tiermast, haben bakterielle Erreger quasi ein „Trainingscamp“ im Stall, um Verteidigungsstrategien (Resistenzen) gegen diese lebensnotwendigen Medikamente zu entwickeln 31. Aus dem Stall hinaus in die Welt: Die Nutzung von Gülle bringt diese bestens ausgebildeten Erreger nun in den Boden. Durch den Austausch von Resistenz-Genen auf menschliche Stämme kann außerdem noch eine weitere Gefahr entstehen 32. Durch den Kontakt von Menschen und Tieren (oder deren Ausscheidungen) haben einige gefährliche zoonotische Erreger wie MRSA oder EHEC ein leichtes Spiel 33 34.
Aber lasst uns doch lieber über die Grippe reden 35! Im letzten Jahrhundert durfte die Menschheit gleich vier große Grippe-Pandemien durchleben, ausgelöst von Influenza A-Viren. Die Spanische Grippe 1918 bis 1919 mit 50 bis 100 Millionen Toten, ging hier als wohl eine der tödlichsten Pandemien in die Geschichte ein 36. Influenza-A-Viren sind Zoonosen und finden ihr Reservoir in wilden Wasservögeln. Mit dem Kot gelangen die Viren in Gewässer oder direkt in den Kontakt mit Mensch oder Nutztieren. Eher selten können Vogelgrippeviren direkt den Menschen infizieren (Ausnahmen z. B. die „Vogelgrippe“ H5N1). Pandemische Grippeviren sind daher eine Mischung aus menschlichen und tierischen Stämmen, das Ergebnis eines Reassortments einer Rekombination der einzelnen genetischen Fragmenten, von denen ein Grippevirus acht besitzt. Der Melting Pot dieser Entwicklung sind häufig Schweine, die sowohl für menschliche Grippeviren, wie für Vogelgrippeviren empfänglich sind 37. Damit ist gerade die Nähe von Geflügel zu Schweinen eine bedenkliche Mischung.
Dieses Risiko geht aber über die Grippe und resistente Bakterien hinaus. Immerhin sind 77 % der Krankheitserreger von Nutztieren in der Lage eine Vielzahl anderer Tiere und den Menschen zu infizieren 38. Damit sind Nutztiere ein wichtiges Glied in den Infektionsketten, die von der Wildnis in die Ställe bis in die Städte eindringen können 39.
Gleichzeitig basiert die Ernährung vieler Menschen auf diesem Planeten weiterhin auf Wildtieren, aus verschiedensten Gründen. Die Schlagzeilen füllten hierbei vor allem Bushmeat im Falle von Ebola 40 und die chinesischen Wet-Markets bei SARS (2003) 41. So erzeugen die Wet-Markets fernab der tropischen Regenwälder ein künstliches zoonotisches Potential mitten in Millionenstädten, bei dem verschiedenste Wildtiere und ihre Körperflüssigkeiten auf engstem Raum zusammengebracht werden und ihre Erreger ausgetauscht werden.
Fazit
Infektionskrankheiten und die Veränderung von Landschaften und Umwelt sind miteinander verwobenene Prozesse. Naturschutz ist ein Weg, diesen Austausch zu verlangsamen oder in einigen Fällen vielleicht sogar zu vermeiden, indem schützend wirkende Dynamiken, wie der Verdünnungseffekt, erhalten bleiben. Die Forderungen des Bundesumweltministeriums 42 sind also durchaus berechtigt, auch wenn die Gestaltung eines auf Infektionsprävention ausgelegten Naturschutz sicherlich noch einige Forschung benötigt.
Landwirtschaftliche Entwicklungen sind natürlich Teil dieser Prozesse und müssen in dem Sinne mit bedacht werden, dass sie mit Nutztieren zahlreiche Wirte zur Verfügung stellen und Landschaft verändern. Landwirtschaft ist aber gleichzeitig ein Schlüssel der Lösung. Es sind gerade Mangel- und Fehlernährung, die die Bevölkerungen vieler Länder auch heute noch anfällig machen. Hier kann Peters Mantra „Dicke Kartoffeln für unseren Planeten“ nicht nur der Umwelt zugute kommen und geschlossene Ökosysteme bewahren, sondern auch die Gesundheit vieler Menschen verbessern und schützen 43. Nachhaltige Intensivierung mag also auch gesundheitlich geboten sein.
Auch wenn zur Zeit vor allem im Vordergrund stehen muss, die akuten Auswirkungen von COVID-19 zu bekämpfen, ist auch der Moment gekommen, um gemeinsam über die Verbindungen zwischen Menschen und der Entstehung von Infektionskrankheiten zu debattieren. Also bleibt gesund, bleibt zu Hause und diskutiert mehr über Infektionskrankheiten!
- GASB meets PAW Vol.3 – Eine Landwirtschaft zwei Systeme - 17. Dezember 2020
- GASB meets PAW Vol. 2 – Pflanzen der Zukunft, Züchtung für Morgen. - 22. Oktober 2020
- GASB meets PAW – Synbio trifft Nachhaltigkeit - 13. August 2020
- Die Infektion, die Natur und wir! - 20. April 2020
Einzelnachweise
- Global trends in emerging infectious diseases
- Global trends in emerging infectious diseases
- https://www.bmu.de/en/pressrelease/minister-schulze-global-nature-conservation-can-reduce-risk-of-future-epidemics/
- https://www.cdc.gov/onehealth/basics/zoonotic-diseases.html
- Pathways to zoonotic spillover
- https://de.wikipedia.org/wiki/Hit_and_Run_(Medizin)
- Origins of major human infectious diseases
- Resurrection of 50,000-year-old gene reveals how malaria jumped from gorillas to humans
- Recent Trends in Emerging Infectious Diseases
- Bushmeat Hunting, Deforestation, and Prediction of Zoonotic Disease
- West Nile Virus Epidemics in North America Are Driven by Shifts in Mosquito Feeding Behavior
- Ecological correlates of risk and incidence of West Nile virus in the United States
- Increased avian diversity is associated with lower incidence of human West Nile infection: observation of the dilution effect.
- Effects of species diversity on disease risk
- Disease, habitat fragmentation and conservation.
- Land-Use Change and Emerging Infectious Disease on an Island Continent
- Urban habituation, ecological connectivity and epidemic dampening: the emergence of Hendra virus from flying foxes (Pteropus spp.)
- The natural history of Hendra and Nipah viruses.
- Pathogen spillover during land conversion
- Disease, habitat fragmentation and conservation
- The Role of Ecotones in Emerging Infectious Diseases
- The nexus between forest fragmentation in Africa and Ebola virus disease outbreaks
- An Exploration of Chronotones: A Concept for Understanding the Health Processes of Changing Ecosystems
- Evolution, consequences and future of plant and animal domestication
- Emerging human infectious diseases and the links to global food production
- Effect of Biodiversity Changes in Disease Risk: Exploring Disease Emergence in a Plant-Virus System
- Tomato yellow leaf curl virus (TYLCV-IL): a seed-transmissible geminivirus in tomatoes
- The natural history of Hendra and Nipah viruses.
- http://www.fao.org/ag/againfo/programmes/en/empres/ASF/Virology.html
- https://www.agrarheute.com/tier/schwein/afrikanische-schweinepest-aktuellen-faelle-53625
- Humans May Lose Battle With Bacteria, Medicinal Chemist’s Research Shows
- Manure and sulfadiazine synergistically increased bacterial antibiotic resistance in soil over at least two months
- MRSA Transmission between Cows and Humans
- Enterohemorrhagic E. coli (EHEC) pathogenesis
- Zoonosis emergence linked to agricultural
intensification and environmental - Updating the Accounts:
Global Mortality of the 1918-1920 „Spanish“ Influenza Pandemic - Molecular Basis for the Generation in Pigs of Influenza A Viruses with Pandemic Potential
- Global trends in infectious diseases at the
wildlife–livestock interface - Emerging human infectious diseases and the links to global food production
- Bushmeat and emerging infectious diseases: Lessons from Africa
- Infectious diseases emerging from Chinese wet-markets: zoonotic origins of severe respiratory viral infections
- https://www.bmu.de/en/pressrelease/minister-schulze-global-nature-conservation-can-reduce-risk-of-future-epidemics/
- Emerging human infectious diseases and the links to global food production