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Wie hat sich das West-Nil-Virus durch Deutschland ausgebreitet?
Verborgene Route des Erregers: Ein räumliches Modell rekonstruiert, wie sich das West-Nil-Virus von Ostdeutschland über nördliche Regionen bis in den Südwesten ausbreiten konnte. Entscheidend sind demnach Temperatur, die Bewegungen von Vögeln und das Stechverhalten der Mücken. Zugvögel könnten vor allem weit entfernte Einzelfälle erklären.
Hamburg (Deutschland). Das West-Nil-Virus ist längst in Deutschland angekommen. 2018 wurde es erstmals bei einem Vogel hierzulande nachgewiesen. Ein Jahr später folgte die erste bekannte Infektion eines Menschen durch eine Mücke in Deutschland. Der Erreger zirkuliert vor allem zwischen Vögeln und Stechmücken der Gattung Culex. Menschen und Pferde können ebenfalls erkranken, tragen aber normalerweise nicht zur weiteren Verbreitung bei.
Doch wie gelangt das Virus von seinen bisherigen Schwerpunkten in neue Regionen? Forscher des Bernhard-Nocht-Instituts für Tropenmedizin (BNITM) um Pride Duve haben nun ein räumliches mathematisches Modell entwickelt, das die Ausbreitung in Deutschland zwischen 2019 und 2025 nachvollzieht. Das Modell verbindet Temperaturdaten mit der Bewegung von Stechmücken sowie Stand- und Zugvögeln.
Grundlage ist ein System partieller Differentialgleichungen, mit denen sich Veränderungen über Zeit und Raum beschreiben lassen. Als Ausgangspunkt dienten die bekannten Infektionsorte des Jahres 2018. Anschließend simulierte das Team die Virusausbreitung für jedes Jahr von Anfang März bis Ende November. Die Berechnungen berücksichtigen unter anderem, wie sich Mücken und Vögel lokal verteilen und wie Zugvögel gerichtet durch Deutschland wandern.
Hinzu kamen räumlich aufgelöste Temperaturdaten. Sie beeinflussen im Modell beispielsweise, wie häufig Culex-Mücken stechen, wie schnell sich das Virus in ihnen entwickelt und wie hoch ihre Sterblichkeit ist. Zum Abgleich nutzten die Forscher gemeldete Infektionen und Todesfälle bei Vögeln und Pferden und fassten diese für 356 Landkreise und kreisfreie Städte zusammen.
Das Ergebnis zeigt ein deutliches räumliches Muster. Gebiete mit hoher Viruszirkulation konzentrieren sich zunächst auf den Osten Deutschlands. Von dort zeichnet die Simulation einen Korridor über Teile Norddeutschlands bis in südwestliche Regionen nach. Auch einzelne spätere Nachweise nahe der niederländischen Grenze und am Oberrhein lassen sich mit dem Modell räumlich reproduzieren.
Der Abgleich ist allerdings nicht perfekt. Je nach Jahr lagen die Spearman-Korrelationen zwischen simuliertem und beobachtetem räumlichem Muster bei 0,42 bis 0,50. Sie waren statistisch signifikant, zeigen aber nur eine mäßige Übereinstimmung. Die Stärke des Modells liegt damit eher darin, großräumige Verbreitungsmuster abzubilden als einzelne lokale Fälle exakt vorherzusagen.
Besonders aufschlussreich war der Vergleich verschiedener Annahmen zum Stechverhalten der Mücken. Erhielten Standvögel im Modell einen größeren Anteil der Mückenstiche, blieb die Ausbreitung stärker auf lokale Gebiete begrenzt. Wurden dagegen häufiger Zugvögel gestochen, breitete sich das Virus wesentlich schneller über größere Entfernungen aus.
Das spricht dafür, dass infizierte Zugvögel das Virus über längere Strecken transportieren und an Rastplätzen an neue lokale Mückenpopulationen weitergeben könnten. Die Autoren sehen ihre Ergebnisse daher als Hinweis darauf, dass gerichtete Vogelbewegungen neben Temperatur und lokaler Übertragung eine wichtige Rolle für das deutsche Ausbreitungsmuster spielen. Ein Beweis für den tatsächlichen Übertragungsweg einzelner Fälle ist die Simulation jedoch nicht.
„Unsere Modellrechnungen zeigen, dass West-Nil-Fälle in Deutschland nicht dem Zufall folgen, sondern einem wiederkehrenden räumlichen Muster. Temperatur, Zugvögel und die lokale Stechmückendichte bestimmen gemeinsam, wo in einer Saison mit Fällen zu rechnen ist“, sagt Pride Duve.