Interaktionen zwischen dem Zecken-Mikrobiom und Pathobiom mit biotischen Faktoren zur Eindämmung ihrer Ausbreitung über wildlebende Wirbeltierwirte

Hintergrund

Durch Zecken übertragene Krankheiten stellen ein zunehmend bedeutendes Problem für die öffentliche Gesundheit dar, wobei Ixodes ricinus in Europa als Hauptvektor fungiert. Umweltfaktoren, Landnutzungsänderungen und die Verfügbarkeit von Wirten beeinflussen maßgeblich die Zeckendichte, die Prävalenz von Pathogenen sowie die Diversität des Mikrobioms. Die Wechselwirkungen zwischen diesen Faktoren sind jedoch bislang unzureichend verstanden. Frühere Studien haben gezeigt, dass gestörte Lebensräume die Pathogenübertragung und die mikrobiellen Gemeinschaften in Zecken beeinflussen können; detaillierte phylogeographische und mikrobiomische Analysen fehlen jedoch. Ziel dieser Studie ist es, diese Wissenslücken durch die Integration ökologischer, molekularer und bioinformatischer Ansätze zu schließen, um die Interaktionen zwischen Zecken, Pathogenen und Mikrobiom besser zu verstehen.

Ziele

1. Untersuchung des Einflusses von Landnutzungsintensität und Waldstruktur auf Zeckendichte und Pathogenprävalenz.
2. Analyse der Beziehungen zwischen Wirtsdichte, Landschaftsvariablen und Zeckendichte.
3. Vergleich mikrobieller Gemeinschaften in Zecken aus gestörten (FOX-Plots) und ungestörten Standorten.
4. Bewertung von Zusammenhängen zwischen dem Zeckenmikrobiom und der Pathogenprävalenz.
5. Gewinnung und Analyse von Borrelia-Genomen aus I. ricinus-Zecken zur Untersuchung phylogeographischer Variationen.
6. Erstellung phylogeographischer Karten von Zeckenpopulationen und deren Verknüpfung mit Pathogenprävalenz und Borrelia-Diversität.

Hypothesen

HYPOTHESE 1 (H1): Gestörte Versuchsflächen (FOX-Plots) weisen eine höhere Pathogenprävalenz in I. ricinus-Zecken, jedoch eine geringere Nymphendichte im Vergleich zu ungestörten Standorten auf.

HYPOTHESE 2 (H2): Die Nymphendichte von Ixodes ricinus wird stärker durch Säugetiergemeinschaften (erfasst durch lokales Management, Max Müller, nicht Teil dieses Projekts) und lokale Landschaftsvariablen (aus BEXIS), die ein geeignetes Mikroklima schaffen, bestimmt als durch großskalige Landschafts- und Klimavariablen innerhalb eines Zeitraums von zwei Jahren und im Kontext der Biodiversitäts-Exploratorien.

HYPOTHESE 3 (H3): Mit zunehmender Landnutzungsintensität verändern sich Diversität, Struktur und Assemblierung des Zeckenmikrobioms, was zu einer geringeren Diversität, jedoch zu einer erhöhten Abundanz potenziell pathogener Taxa (Pathobiom) führt.

HYPOTHESE 4 (H4): Es besteht eine negative Korrelation zwischen der Häufigkeit zeckenübertragener Pathogene und der Diversität des Zeckenmikrobioms sowie spezifischen bakteriellen Gemeinschaftsstrukturen.

HYPOTHESE 5 (H5): Die genomische Diversität von Borrelia sowie die phylogenetische Diversität der Zecken variieren geographisch zwischen den drei Biodiversitäts-Exploratorien, wobei eine höhere genetische Diversität in Misch- und Laubwäldern mit älteren Beständen im Vergleich zu jüngeren Nadelwäldern erwartet wird.

HYPOTHESE 6 (H6): Die Diversität des Zeckenmikrobioms spiegelt sich in der Mikrobiomdiversität des umgebenden Bodens wider.

Methoden

Feldbeprobung: Suchende (questende) Zecken werden in Versuchs- und FOX-Flächen in drei Biodiversitäts-Exploratorien in Deutschland über alle Jahreszeiten hinweg (2026–2027) gesammelt. Die Zeckendichte wird in Bezug auf Waldstruktur und Landnutzung quantifiziert.
Zecken- und Pathogenanalysen: Die gesammelten Zecken werden taxonomisch bestimmt und DNA extrahiert. Die Prävalenz von Borrelia sowie Genospezies werden mittels qPCR und MLST-Sequenzierung bestimmt.
Mikrobiomanalyse: Das Zeckenmikrobiom wird mittels 16S-rRNA-Sequenzierung charakterisiert, mit Vergleichen zwischen gestörten und ungestörten Flächen sowie Korrelationen mit dem Pathogenvorkommen.
Phylogenetische und statistische Analysen: Genetische Beziehungen zwischen Zeckenpopulationen werden anhand mitochondrialer Marker untersucht und phylogenetische Bäume erstellt. Statistische Modelle (GLMM, PERMANOVA) werden eingesetzt, um den Einfluss von Umwelt- und biotischen Faktoren auf Zeckendichte, Pathogenprävalenz und Mikrobiomdiversität zu analysieren.