Können Mücken an Malaria sterben? 

Forschende zeigen: Nach dem Blutsaugen ist der Malariaparasit für die Mücke das geringste Problem 

Forschende am Max-Planck-Institut für Infektionsbiologie haben gezeigt, wie das Immunsystem der Mücke auf eine Blutmahlzeit mit Malariaparasiten reagiert. Das Immunsystem erkennt die Parasiten zwar, scheint deren Abwehr jedoch keine Priorität einzuräumen. Tatsächlich stellen nicht die Parasiten, sondern die Blutmalzeit die größere Bedrohung für ihr Leben dar: Die Nährstoffe aus dem Blut lösen eine explosionsartige Vermehrung der Darmbakterien in der Mücke aus. Das Immunsystem der Mücke dämmt das übermäßige Bakterienwachstum im Darm ein – kann es die Mikroben nicht in Schach halten, stirbt die Mücke. Bei ihren Untersuchungen haben die Forschenden auch entdeckt, dass eine der Bakterienarten sowohl der Mücke als auch dem Malariaparasiten schadet. Diese Erkenntnisse eröffnen neue Wege im Kampf gegen Malaria, indem sie den Fokus auf den Darm der Mücke richten.

In unseren Breiten sind Mücken vor allem lästig. In afrikanischen Ländern südlich der Sahara sind sie jedoch ein großes Problem: Dort übertragen sie tödliche Krankheitserreger, wie den Malariaparasiten. Jährlich erkranken über 250 Millionen Menschen an Malaria, rund eine halbe Million – meist jüngere Kinder – sterben.

Was aktiviert das Immunsystem der Mücke?

Um zu verstehen, wie Malariaparasiten übertragen werden, untersuchen Forschende am Max-Planck-Institut für Infektionsbiologie in Berlin die Mücke selbst. Wie der Mensch besitzt die Mücke ein Immunsystem, das sie vor Erregern, wie Bakterien, Viren und Parasiten schützt.

Nach einem Stich wird das Immunsystem der Mücke aktiviert. Forschende nahmen lange an, dass diese Aktivierung eine Abwehrreaktion gegen den Malariaparasiten sei. Diese Annahme wurde jetzt von der Wissenschaftlerin Suzana Zakovic auf den Kopf gestellt.

Blutsaugen als Belastungsprobe – Doppeltes Körpergewicht in Sekunden

Zakovic entdeckte, dass nicht der Malariaparasit, sondern das Mikrobiom der Mücke nach einer Blutmahlzeit zur Bewährungsprobe für das Immunsystem wird. Das Mikrobiom besteht aus verschiedenen Bakterien, die die Verdauung des Blutes im Darm der Mücke unterstützen. Blut ist reich an Proteinen und Fetten, die weibliche Mücken für die Ei-Produktion benötigen; dieser Nährstoffüberschuss führt dazu, dass sich die Bakterien rasant vermehren.

Wie Zakovic erklärt, ist diese Mahlzeit eine extreme Belastung: „Die Mücke, die sich sonst von Blütennektar ernährt, nimmt mit einem Stich in wenigen Sekunden eine Menge auf, die ihrem Körpergewicht entspricht. Die Nährstoffmenge gleicht der eines Festtagsbratens.“

Wenn das Mikrobiom zum Problem wird

Unter diesen Bedingungen wächst die Zahl der Bakterien zu lebensbedrohlichem Ausmaß an. „Wir konnten zeigen, dass das Immunsystem nach einer Blutmahlzeit aktiviert wird, um die Bakterien des Mikrobioms in Schach zu halten“, so Zakovic. Schafft das Immunsystem es nicht die bakterielle Vermehrung einzudämmen, stirbt die Mücke.

Suzana Zakovic hat die molekularen Mechanismen hinter diesem Prozess aufgedeckt. Im Fokus ihrer Forschung stand der Hauptaktivator der Immunabwehr im Mückendarm. Lange wurde vermutet, dass die durch ihn aktivierten Gene auch die eindringenden Parasiten ausbremsen. Um die Wechselwirkung zwischen Immunantwort, Mikrobiom und Parasit zu untersuchen, schaltete Zakovic diesen Immunregulator mit der Genschere Crispr/Cas bei Mücken gezielt aus.

Das Mücken-Immunsystem reagiert auf Veränderungen im Mikrobiom

Zu ihrer Überraschung vermehrten sich einige Darmbakterien in Mücken mit defektem Immunsystem nahezu unkontrolliert, was zu einer Veränderung der Mikrobiom-Zusammensetzung führte, an der die Mücken schließlich starben. Überraschenderweise machte eine solche Veränderung die Mücken nicht empfindlicher für den Malariaparasiten.

Damit konnte Zakovic die bisherige Annahme widerlegen: Der Immunaktivator schützt die Mücke nicht vor dem Malaria-Parasiten, sondern vor ihrem eigenen Mikrobiom, das nach einer Blutmahlzeit zu entgleisen droht. Während die Mücke mit Verdauung und der Eindämmung des Mikrobioms beschäftigt ist, scheint sie dem Parasiten wenig Beachtung zu schenken. „Die Belastung durch die ansteigende Bakterienmenge ist so groß, dass die Malariaparasiten, die mit dem Blut aufgenommen werden, für das Immunsystem nicht einmal eine Fußnote sind,“ erklärt Zakovic.

Veränderungen des Mikrobioms schaden Mücke und Malariaparasiten

Bei ihren Experimenten erwartete die Forscherin eine weitere Überraschung: Mücken mit funktionierendem Immunsystem wiesen häufig mehr Parasiten im Darm auf als solche, bei denen der untersuchte Immunregulator ausgeschaltet worden war.

Sie schlussfolgerten, dass möglicherweise das gestörte Mikrobiom die Entwicklung des Parasiten behindert. Als Zakovic das Mikrobiom von Mücken mit defektem Immunsystem untersuchte, stellte sie fest, dass dieses zwar mehr Bakterien enthält, es in seiner Diversität aber stark reduziert ist.

In diesem „gestörten“ Mikrobiom beherrscht eine Bakterienart das Geschehen und ist allein für die hohe Sterblichkeit der Mücken verantwortlich: das Darmbakterium Serratia. Überraschenderweise schadet Serratia nicht nur der Mücke, sondern auch dem Malariaparasiten. In Mücken, in denen Serratia das Mikrobiom dominierte, gab es deutlich weniger Parasiten. „Wir müssen jedoch noch genau verstehen, wie Serratia die Mücken und den Malariaparasiten im Darm abtötet“, fügt die Forscherin hinzu.

Wie die Umwelt die Malariaübertragung beeinflusst

Im Laufe der Evolution hat sich der Malariaparasit gemeinsam mit der Mücke entwickelt und seinen Lebenszyklus an das Überleben der Mücke angepasst. „Spannend ist, dass der Parasit ausgerechnet den Moment nutzt, um den Darm der Mücke zu besiedeln, wenn diese damit beschäftigt ist, Blut zu verdauen, Eier zu produzieren und die Immunantwort auf ein sich ausbreitendes Mikrobiom zu steuern“, reflektiert Zakovic.

Diese Studie zeigt, wie sowohl die Gesundheit der Mücke als auch das Überleben des Parasiten von einem ausgeglichenen Mikrobiom abhängen. Da die mikrobielle Zusammensetzung des Mückendarms von der Umgebung geprägt wird, in der die Mücken leben und sich ernähren, werden wichtige Lebensereignisse, wie die Blutmahlzeit, von der Umwelt bestimmt. Somit hängt das Schicksal des Parasiten von der Gesundheit des Mückendarms ab; und dadurch ist wiederum die Übertragung von Malaria auf den Menschen von der lokalen bakteriellen Exposition der Mücken abhängig. Diese Abhängigkeit liefert einen wertvollen Anhaltspunkt für das Verständnis der Biologie parasitenübertragender Mücken und verbindet die Ökologie mit der Malariaübertragung.