Untersuchung sozialer Determinanten des Krankheitsrisikos
Wie während der COVID-19-Pandemie deutlich wurde, kann das Risiko von Krankheitsausbrüchen innerhalb sozialer Organismen die in dichten Gruppen leben steigen. Zahlreiche Studien haben die sozialen Dynamiken der Krankheitsausbreitung durch eine beobachtende Linse untersucht, doch nur zu beobachten begrenzt die Möglichkeiten, bemerkt Yuko Ulrich(öffnet in neuem Fenster), Hauptforscherin beim Projekt EPIDEMIC am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie(öffnet in neuem Fenster). „Wenn sich eine Person infiziert und eine andere nicht, sind dafür Unterschiede in ihren Genen, ihrem Alter, ihrem Verhalten oder ihren sozialen Kontakten verantwortlich?“ „In der Natur sind all diese Faktoren miteinander verflochten und lassen sich nur schwer trennen“, sagt sie. Aufgrund ethischer und logistischer Herausforderungen besteht jedoch ein Mangel an experimentellen Daten. Im Projekt EPIDEMIC, das Fördermittel vom Europäischen Forschungsrat(öffnet in neuem Fenster) erhielt, wandten sich Ulrich und ihr Team den Ameisen zu. Die Forschenden entwarfen ein einzigartiges System, das auf den biologischen Eigenschaften klonaler Räuberameisen basiert – einer Art, die keine Königinnen hat und sich ohne Paarung fortpflanzt. Mithilfe automatisierter Tracking-Techniken wollte das Team Merkmale identifizieren, die soziale Organismen vor Infektionskrankheiten schützen. „Ich hoffe, unsere Ergebnisse können Aufschluss darüber geben, wie wir prädiktive epidemiologische Modelle erstellen, zum Beispiel indem sie aufzeigen, welche Rolle individuelle Verhaltensunterschiede für die globale Ausbreitung von Krankheiten spielen“, bemerkt Ulrich.
Forschung zur Krankheitsübertragung bei klonalen Räuberameisen
Die Forschenden errichteten zahlreiche identische Ameisenkolonien mit präzise kontrollierter Größe und Zusammensetzung. Das Team markierte jede Ameise in jeder Kolonie mit jeweils einzigartigen Farbkombinationen und filmte die Kolonien anschließend mit Kameras von oben, um ihr Verhalten zu verfolgen. Mithilfe einer speziell dafür entwickelten Software konnten sie individuelle Bewegungsabläufe extrahieren und berechnen, wie viel Zeit jede Ameise innerhalb und außerhalb des Nestes verbrachte. So konnten sie das gesamte Netzwerk physischer Kontakte abbilden – und das gelichzeitig über Dutzende von Kolonien hinweg. Für einige Experimente verwendeten die Forschenden einen natürlich vorkommenden Nematodenparasiten. In anderen Experimenten kamen immunstimulierende Verbindungen zum Einsatz, die eine Infektion nachahmen.
Wie Verhalten und Infektion zusammenhängen
Aus dem Projekt ergaben sich mehrere wichtige Erkenntnisse, unter anderem einen klaren Zusammenhang zwischen Verhalten und vorhergesagter Infektion. „Die Futtersuchenden infizierten sich früher und in höherer Konzentration als ihre genetisch identischen Nestgenossen, die als Ammen im Nest blieben. Dies bestätigt, dass Verhaltensunterschiede für eine ungleiche Verteilung der Parasiten ausreichen“, erklärt Ulrich. Ein weiteres wichtiges Ergebnis war, dass von Nematoden befallene Ameisen weniger im freien aktiv waren und mehr Zeit im Nest verbrachten. Noch überraschender war, dass gesunde Nestkameraden dasselbe taten, wodurch sich effektiv mehr Individuen im Nest konzentrierten. „Der Parasit scheint daher die soziale Organisation der Kolonie so umgestaltet zu haben, dass er sich darin leichter ausbreiten kann“, bemerkt Ulrich. In einer separaten Studie wurde beobachtet, dass Ameisen, die im Rahmen eines Immun-Challenge-Experiments einen Nestkameraden als potenziell krank wahrnahmen, diesen nicht mieden, sondern vielmehr die Pflege und den Körperkontakt verstärkten. „Es wird erwartet, dass diese ‚Fürsorge‘-Strategie das Übertragungsrisiko eher erhöht als verringert, was interessante Fragen darüber aufwirft, wann und warum Kolonien wohl zwischen verschiedenen Strategien wechseln“, fügt Ulrich hinzu.
Weitere Untersuchungen hinsichtlich Verhalten und Krankheit bei Ameisen
Obwohl das Projekt offiziell beendet ist, wird die Forschung in neue Richtungen intensiv weitergehen, so Ulrich. Die Forschenden in ihrem Labor untersuchen die chemischen Signale, die Ameisen nutzen, um den Gesundheitszustand ihrer Nestkameraden zu erkennen, die unterschiedlichen Reaktionen der Ameisen auf verschiedener Krankheitserreger, sowie weitere Fragen, die sich im Laufe des Projekts stellen, darunter den sozialen Transfer von Schutzmechanismen. „Jeder dieser Stränge führt zu derselben Kernfrage zurück, die EPIDEMIC motiviert hat: Welche Eigenschaften sozialer Gruppen bestimmen, wie gut sie sich gegen Infektionskrankheiten wehren können? „Es gibt noch einiges zu entdecken“, fügt Ulrich hinzu.
