Diversität des Mikrobioms der Zeckenart Ixodes ricinus in Bezug auf Landnutzung und Bodeneigenschaften
Kooperationsprojekt (finanziert über die Alexander von Humboldt Stiftung – Feodor Lynenen Stipendium für erfahrene Wissenschaftler)
Zecken spielen eine wesentliche ökologische Rolle. Besonders Ixodes ricinus ist aufgrund ihrer weiten Verbreitung und Funktion als Vektor zoonotischer Krankheitserreger in einer Vielzahl von Wirbeltierarten in Europa von Bedeutung. Diese Zecken durchlaufen einen komplexen Drei-Wirte-Lebenszyklus von bis zu sechs Jahren, bei dem sie in jedem Stadium eine Blutmahlzeit benötigen. Den größten Teil ihres Lebens (99 %) verbringen sie jedoch außerhalb des Wirts in der Umwelt, wo sie mit Boden- und Pflanzenmikroben interagieren.
Während ihrer Wirtspausen verhindern Zecken das Austrocknen, indem sie Wasserdampf über spezialisierte Mundwerkzeuge aufnehmen und den Wasserverlust über die Stigmen minimieren. Mikroorganismen gelangen durch Kontakt mit Boden oder Pflanzen in die Zecken, häufig über die Stigmen oder durch enzymatische Penetration der Chitinhülle. Bodenmikroben beeinflussen das Mikrobiom der Zecken erheblich, wie Studien an anderen Arten wie Rhipicephalus microplus zeigen. Diese Untersuchungen verdeutlichen, dass geografische Lage und Umweltfaktoren die mikrobielle Gemeinschaft in einzelnen Zecken formen, wobei Bodenbakterien den größten Einfluss auf die bakterielle Diversität haben.
Die Zusammensetzung des Zeckenmikrobioms beeinflusst wiederum die Aktivität und das Überleben der Zecken. Landnutzungsänderungen wirken sich stark auf Umweltbedingungen aus und verursachen wesentliche Veränderungen in den (mikrobiellen) Bodeneigenschaften. Zum Beispiel führt die durch Landnutzungsänderungen bedingte Fragmentierung von Wäldern zu Ökoton-Habitaten, was die mikrobielle Diversität des Bodens in verbleibenden Waldflächen verringert. Solche Veränderungen stehen oft im Zusammenhang mit einer erhöhten Zeckendichte in fragmentierten Landschaften und könnten das Mikrobiom von I. ricinus sowie die Prävalenz zeckenübertragener Krankheitserreger beeinflussen.
Die Dichte der Zecken und die Prävalenz von Krankheitserregern hängen eng mit Landnutzungspraktiken zusammen, was wiederum die Wahrscheinlichkeit von Mensch-Zecke-Kontakten und die Übertragungswahrscheinlichkeit von Pathogenen beeinflusst. Die Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen Landnutzung, Bodeneigenschaften und mikrobiellen Gemeinschaften sowie deren Auswirkungen auf das Zeckenmikrobiom und die Pathogenprävalenz könnte entscheidende Einblicke in die Vorhersage von Gesundheitsrisiken für Menschen liefern.
Wir stellen die Hypothese auf, dass Bodeneigenschaften wie pH-Wert, Kohlenstoff- und Nährstoffgehalt sowie Aggregation entlang eines Landnutzungsgradienten variieren und das Bodenmikrobiom beeinflussen, welches über mikrobielle Gemeinschaften mit der Zusammensetzung des Zeckenmikrobioms verknüpft werden kann.
- 1) Untersuchung der Auswirkungen unterschiedlicher Bodenmikrobiome in Bezug auf Landnutzungsintensitäts-Indizes und pedoklimatische Faktoren auf die Diversität und Struktur des Mikrobioms von I. ricinus.
- 2) Analyse, wie diese Faktoren die Suchaktivität der Zecken und die Mikrobiomdiversität beeinflussen.
Vorgehen
- a) Charakterisierung der mikrobiellen Diversität im Boden und in Ixodes ricinus-Nymphen entlang eines Landnutzungsgradienten in der Schwäbischen Alb, Deutschland.
- b) Charakterisierung der biochemischen und physikalischen Bodeneigenschaften entlang des Gradienten.
- c) Bewertung der Beziehung zwischen Zeckendichte und Landnutzungstypen im Untersuchungsgebiet.
- d)nUntersuchung der Beziehung zwischen Zecken- und Bodenmikrobiomen (Diversität und Zusammensetzung) entlang eines Landnutzungsgradienten.
- Analyse, wie die Prävalenz und Diversität zeckenübertragener Krankheitserreger mit dem Zecken- und Bodenmikrobiom interagieren.
- Wie hängen Veränderungen in der Diversität und Zusammensetzung des Bodenmikrobioms sowie biochemische und physiologische Bodeneigenschaften mit Landnutzungsvariationen in der Region Schwäbische Alb zusammen?
- Verändern sich Diversität, Struktur und Zusammensetzung des Zeckenmikrobioms in Abhängigkeit von Verschiebungen im Bodenmikrobiom, wenn der Landnutzungsintensitätsindex steigt?
- Nimmt die Zeckendichte (sowie zeckenübertragene Krankheitserreger) zu, wenn der menschliche Einfluss auf die Landnutzung (geschätzt anhand des Landnutzungsintensitätsindex) zunimmt?
Zecken und Bodenproben werden an 25 MIP-Standorten in den Exploratorien der Schwäbischen Alb (Biodiversity Exploratories) gesammelt. Diese Standorte werden basierend auf einem vordefinierten Landnutzungsgradienten ausgewählt, wobei andere Variablen wie Bodentyp minimiert werden. Insgesamt werden 750 I. ricinus-Nymphen (30 pro Standort) verarbeitet, wobei der Fokus auf Nymphen aufgrund ihres lokalisierten geografischen Ursprungs liegt.
Schlüsselaspekte der Analyse
- Messung wichtiger Bodenparameter wie pH-Wert, Elementzusammensetzung, C/N-Verhältnis, Bodentextur und Wasserhaltekapazität (25 Standorte, dreifach beprobt und doppelt wiederholt, insgesamt 150 Tests).
- Analyse der Streuschicht hinsichtlich chemischer und mikrobieller Zusammensetzung.
- Verwendung der Phospholipid-Fettsäure-Analyse (PLFA) zur Quantifizierung von Pilzen und Bakterien, um Einblicke in Pilz-Zecken-Interaktionen und bakterielle-pilzliche Verhältnisse zu gewinnen.
DNA aus Zecken und Bodenproben wird für die Amplifikation und Sequenzierung der 16S-rRNA-V4-Region verwendet. Die Daten werden mittels der QIIME-2-Pipeline verarbeitet, um bakterielle Diversität und taxonomische Klassifikationen zu bestimmen. Zusätzlich werden Zecken auf 48 zeckenübertragene Krankheitserreger mit einem multifluidalen Assay analysiert.
Wissenschaftliche Mitarbeiter:innen
