Epidemiology of Coxiella burnetii, Rickettsia spp., TBE-virus and hantavirus in Southern Germany with regards to climate changes

Zoonosen, d.h. von Tieren auf den Menschen übertragene Erkrankungen, spielen in der Humanmedizin eine wichtige Rolle. Um die Gefährdung des Menschen durch zecken- und nagerassoziierte Infektionskrankheiten einschätzen zu können, ist es von entscheidender Bedeutung, deren Verbreitung und Häufigkeit zu kennen. In der vorliegenden Arbeit wurde daher die Epidemiologie einiger humanpathogener Krankheitserreger (Coxiella burnetii, Rickettsia spp., FSME-Viren und Hantaviren) in Süddeutschland untersucht. Dabei wurde auch die Rolle von klimatischen Veränderungen in der Epidemiologie dieser Infektionserreger berücksichtigt, da das Klima als abiotischer Faktor großen Einfluss auf Zecken und Nager und damit auch auf die Naturherde der Erreger hat. Im Fall von Coxiella burnetii, dem Erreger des Q-Fiebers, ist die epidemiologische Bedeutung von Naturherden in Deutschland bisher weitgehend unbekannt. Daher wurden Zecken der Gattung Dermacentor sowie Nager aus Q-Fieber-Endemiegebieten auf Infektionen mit C. burnetii untersucht. Die molekularbiologische Untersuchung von insgesamt 1120 Zecken sowie 119 Nagern zeigte in keinem Fall Infektionen mit dem Erreger. Auch bei der zusätzlich durchgeführten serologischen Untersuchung der Nager erwiesen sich alle Tiere als negativ. In den Untersuchungsgebieten wurden somit keine Q-Fieber-Naturherde nachgewiesen, sodass eine entscheidende Bedeutung von Naturherden in der Q-Fieber-Epidemiologie in Süddeutschland sehr unwahrscheinlich ist. Dermacentor marginatus und D. reticulatus fungieren als Vektoren verschiedener Rickettsienarten. Um zu überprüfen, ob in Süddeutschland humanpathogene Rickettsien verbreitet sind, wurden Dermacentor-Zecken aus verschiedenen Gebieten auf Infektionen untersucht. Da bisher nicht bekannt ist, welche Tiere den Rickettsien als Reservoirwirte dienen, wurden darüber hinaus Nager aus denselben und zusätzlichen Untersuchungsgebieten molekularbiologisch und serologisch untersucht. Unter 1120 Zecken lag die Gesamtprävalenz von Rickettsia spp. bei 33,6%. Die Identifizierung der Erreger mittels Sequenzierung des rOmpA-Gens ergab eine Befallsrate von 32,8% für R. raoultii und 0,8% für R. slovaca. Beide Arten gelten als humanpathogen, sodass von einem Infektionsrisiko für den Menschen ausgegangen werden muss. Dies wurde durch den Nachweis einer autochthonen R. slovaca-Infektion in Rheinland-Pfalz belegt. Bei der molekularbiologischen Untersuchung von 238 Nagerorganen wurden keine Rickettsien nachgewiesen, wohingegen 48 Tiere (20,2%) Antikörper gegen Rickettsia spp. aufwiesen. Infektionen wurden sowohl bei Muriden als auch bei Arvicoliden festgestellt. Somit wurde gezeigt, dass Nager als Reservoirwirte für Rickettsien fungieren können. Um die aktuelle Prävalenz von FSME-Viren in Zecken zu ermitteln, wurden 7842 I. ricinus aus Baden-Württemberg molekularbiologisch untersucht. In vier von 11 Untersuchungsgebieten wurden FSME-Viren nachgewiesen; die Prävalenzen lagen zwischen 0,13% und 0,66%. In den übrigen Untersuchungsgebieten wurden keine mit FSME-Viren infizierten Zecken detektiert. Im Vergleich zu Studien aus den 1990er Jahren sind die Virusbefallsraten in allen untersuchten Gebieten gesunken; aussagekräftige Vergleiche sind jedoch aufgrund der sehr geringen Zahl infizierter Zecken kaum möglich. Die FSME-Viren der Zecken aus Gengenbach, Hagnau am Bodensee und dem Hödinger Tobel wurden auf Zellkultur vermehrt und durch Sequenzierung des E-Gens und des NS2a-Gens sowie phylogenetische Analysen charakterisiert, um die in Baden-Württemberg zirkulierenden Virusstämme zu erfassen. Das Virusisolat aus Hagnau am Bodensee wurde eindeutig als Virusstamm Salem identifiziert, wohingegen sich die Isolate aus den beiden anderen Gebieten stark von allen bisher in der Gendatenbank vorhandenen Virusstämmen unterschieden, sodass keine eindeutige Zuordnung möglich war. Die Zahl der gemeldeten Hantavirus-Erkrankungen im Jahr 2007 überstieg bei weitem die durchschnittliche Erkrankungszahl der Vorjahre. Um zu überprüfen, ob die Zunahme humaner Infektionen mit einer ungewöhnlich hohen Virus-Prävalenz der Reservoirwirte im selben Zeitraum einherging, wurden Rötelmäuse von der Schwäbischen Alb, einem Hochendemiegebiet, molekularbiologisch und serologisch auf Infektionen untersucht. Dabei ergab sich eine Gesamtprävalenz von 57,9%. Verglichen mit den Ergebnissen einer Studie von 2001, in der eine durchschnittliche Prävalenz von 10% ermittelt wurde, entspricht dieser Wert einer fast sechsfachen Steigerung und spiegelt damit die enorme Erkrankungszahl im Untersuchungsjahr wider. Sequenzvergleiche ergaben eine enge Verwandtschaft zwischen den Hantaviren aus diesem Gebiet und anderen in Baden-Württemberg detektierten Viren. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit liefern die Grundlage für weitere, kontinuierliche Untersuchungen. Diese sind nötig, um den Einfluss des Klimawandels auf die hier behandelten Zoonosen und damit die Entwicklung des Infektionsrisikos für den Menschen beurteilen zu können.Zoonoses, which are defined as human infections caused by animal pathogens, are of considerable medical importance. Therefore, it is important to evaluate the distribution of tick- and rodent borne pathogens and the risk of infections for humans. Hence, the epidemiology of specific human pathogens (Coxiella burnetii, Rickettsia spp., TBE-virus and Hantavirus) was studied. As climatic conditions are known to have a significant influence on ticks and rodents, the role of climate change in the epidemiology of the examined pathogens was considered. The role of natural foci in the epidemiology of Coxiella burnetii, the causative agent of Q fever, is widely unknown in Germany. Therefore, ticks of the genus Dermacentor and rodents from Q fever endemic areas in Southern Germany were examined for infections with C. burnetii. Altogether, 1120 ticks and 119 rodents were tested by PCR. However, no infections were detected. Rodent blood samples were additionally tested for antibodies against coxiellae, but likewise, all samples were found to be negative. Hence, no natural foci of Q fever were identified in the examined areas. A role of natural foci in the epidemiology of Q fever in Southern Germany is therefore unlikely. Both Dermacentor marginatus and D. reticulatus act as vectors for Rickettsia spp. To elucidate if human pathogenic rickettsiae are distributed in Southern Germany, Dermacentor ticks were investigated for infections by PCR. Moreover, rodents were screened by molecular and serological methods to identify potential reservoir hosts. The overall prevalence of Rickettsia spp. in 1120 ticks was 33.6%. By sequencing of the rOmpA-gene, R. raoultii was identified in 32.8% and R. slovaca in 0.8% of all examined ticks. Both species are pathogenic for humans; thus, there might be a considerable risk of infection. This was confirmed by the detection of an autochthonous case of R. slovaca-infection in Rhineland-Palatinate. Rickettsia spp. was not detected in any rodents by PCR. However, 48 animals (20.2%), muridae as well as arvicolidae, showed antibodies against rickettsiae. It was, therefore, shown that rodents can actually act as reservoir hosts for Rickettsia spp. To determine the current prevalence of TBE virus in ticks, 7842 Ixodes ricinus from Baden-Württemberg were examined by molecular methods. TBE virus was found in four out of 11 examined areas. Prevalences ranged from 0.13% to 0.66%. No infected ticks were found in other areas. The determined prevalences were lower compared to studies from the 1990ies in the same areas. However, reliable comparisons are difficult due to the low numbers of infected ticks. The viruses of ticks from Gengenbach, Hagnau am Bodensee and Hödinger Tobel were cultured and subsequently characterized by sequencing of the E and NS2a genes. Phylogenetic studies were conducted to identify the TBE virus strains present in Baden-Württemberg. The isolate from Hagnau am Bodensee was identified as strain Salem, whereas the isolates of the other two areas differed substantially from all strains found in the database. Therefore, no identification was possible for these isolates. In 2007, the number of notified hantavirus infections exceeded by far the average case numbers of the preceding years. To determine if the steep rise in human infections is associated with an unusual high virus prevalence in reservoir hosts, red bank voles from the endemic area of the Swabian Albs were examined for infections by molecular and serological methods. The overall prevalence of Puumala hantavirus was 57.9%. In a study in 2001 in the same area, the prevalence was only 10%. Therefore, there was a sixfold rise in virus prevalence which reflects the high number of human cases in the study year. Sequence comparisons showed a close relationship of the hantaviruses from the Swabian Alb to hantaviruses detected in other areas of Baden-Württemberg. The results presented in this study provide the basis for further continuous studies. These are necessary to estimate the actual influence of changes in climate conditions on the examined zoonoses and, thereby, the prospective infection risk for humans