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Projekt „eMoTi“

Die Asiatische Tigermücke (Aedes albopictus) gilt als Überträger gefährlicher Krankheiten wie Dengue, Zika und Chikungunya [1, 2]. Um die Ausbreitung der Asiatischen Tigermücke effizient zu überwachen, setzt das Projekt „eMoTi: eDNA-Monitoring der Tigermücke in der Rheinebene“ auf die Analyse von DNA aus der Umwelt (engl. enviromental DNA, kurz: eDNA), um eine frühzeitige und effiziente Erkennung der Tigermücke im Freiland zu ermöglichen.

Das Projekt wird seit Januar 2025 in Kooperation mit der Hochschule Mannheim, der Firma Faunomics und der Universität Heidelberg durchgeführt. Darüber hinaus besteht ein wissenschaftlicher Austausch mit dem Senckenberg-Institut in Frankfurt.

eMOTI Icon.

Ziel des Projekts

Das Projekt strebt an, die Verbreitung der Tigermücke in der Oberrheinebene präzise zu kartieren. Öffentliche Brutstätten wie Friedhöfe oder Parkanlagen werden auf eDNA-Spuren untersucht. Die gewonnenen Daten erlauben es, eine Ausbreitung der Tigermücke frühzeitig zu erkennen und eine zielgerichtete Bekämpfung der Populationen vorzunehmen.

 

Innovation und Technologie

Im Mittelpunkt steht der Einsatz moderner Sequenzierungstechnologien, wie der Oxford-Nanopore-Technologie, die eine schnelle und kostengünstige Analyse ermöglicht. Diese Technologie erlaubt die Identifikation der DNA der Tigermücke selbst in minimalen Spuren, wodurch ein hochauflösendes Bild ihrer Verbreitung entsteht [3].

eDNA wird aus Wasserproben gewonnen.

Wissenswertes zu eDNA

Was ist eDNA? Vorteile von eDNA Funktionsweise Wie funktioniert die Nanopore-Technologie?
Was ist eDNA?

Umwelt-DNA ist genetisches Material, das von Organismen in ihrer Umgebung hinterlassen wird. Es findet sich beispielsweise in Hautzellen, Haaren, Schuppen, Exkrementen oder anderen biologischen Rückständen, die ins Wasser, in den Boden oder die Luft abgegeben werden. Durch den Nachweis dieser DNA können Wissenschaftler:innen auf die Anwesenheit von Organismen schließen, ohne dass diese direkt beobachtet oder gefangen werden müssen. Das macht die Methode nicht-invasiv, ressourcenschonend und ermöglicht ein großflächiges Monitoring [4, 5].

  • Nicht-invasiv: Es ist nicht notwendig, Tiere zu fangen oder ihren Lebensraum direkt zu stören.
  • Effizient: Große Gebiete können schnell und mit vergleichsweise geringem Aufwand untersucht werden.
  • Hohe Sensitivität: eDNA erlaubt den Nachweis selbst kleiner Populationen oder schwer nachweisbarer Arten.
  • Kostengünstig: Im Vergleich zu traditionellen Methoden wie Fallen oder direkter Beobachtung reduziert sich der Arbeitsaufwand deutlich.
  1. Probenentnahme:
    Die Grundlage der eDNA-Analyse ist die Sammlung von Umweltproben, meist Wasserproben aus potenziellen Lebensräumen der Zielorganismen. Im Fall der Asiatischen Tigermücke (Aedes albopictus) werden beispielsweise Wasseransammlungen aus Blumentöpfen, Regentonnen oder Friedhof-Becken beprobt.
  2. DNA-Isolierung:
    In Laboren wird die DNA aus den Proben extrahiert. Dies erfolgt mithilfe spezieller Labor-Kits, die die DNA aus Partikeln im Wasser filtern und konzentrieren.
  3. Amplifikation (Vervielfältigung):
    Da die Menge an eDNA oft gering ist, wird die Ziel-DNA mithilfe der Polymerase-Kettenreaktion (PCR) vervielfältigt. Diese Technik erlaubt es, selbst kleinste Mengen an DNA zu detektieren.
  4. Sequenzierung:
    Nach der Amplifikation wird die DNA analysiert, um die spezifischen genetischen Marker der gesuchten Art zu identifizieren. Moderne Technologien wie die Oxford-Nanopore-Sequenzierung ermöglichen schnelle und kostengünstige Analysen, bei denen die genetische Sequenz direkt ausgelesen wird.
  5. Datenanalyse:
    Die gewonnenen Sequenzen werden mit Referenzdatenbanken abgeglichen, um die Art eindeutig zu bestimmen [3, 4]

Die Nanopore-Technologie ist eine revolutionäre Methode zur DNA-Sequenzierung, die schnelle, portable und kostengünstige Analysen ermöglicht. Sie basiert auf der Nutzung winziger Poren. Diese sogenannten Nanoporen sind synthetische Proteinstrukturen, die wie kleine Tunnel in einer Membran verankert sind und es ermöglichen, DNA-Moleküle zu analysieren, während sie durch die Pore wandern [3].

Ablauf der DNA-Bestimmung mit Hilfe der Nanopore-Technologie

  1. DNA-Passage durch die Nanopore:
    Ein einzelnes DNA-Molekül wird durch eine Nanopore gezogen. Gleichzeitig fließt ein konstanter elektrischer Strom durch die Pore. Wenn das DNA-Molekül hindurchgleitet, verursacht jedes Basenpaar der Proben-DNA (Adenin, Cytosin, Guanin, Thymin) spezifische Unterbrechungen oder Schwankungen im elektrischen Strom.
  2. Messung des Stromsignals:
    Diese Schwankungen werden von einem Sensor erfasst und als Signal dargestellt. Jede Kombination von Basen erzeugt ein charakteristisches Signal, das sich eindeutig den einzelnen Bausteinen der DNA zuordnen lässt.
  3. Basecalling:
    Das Signal wird mithilfe spezieller Algorithmen in eine DNA-Sequenz übersetzt. Dies geschieht entweder direkt während der Sequenzierung (Echtzeit-Analyse) oder nachträglich mit alternativen Rechen-Methoden.

Was ist besonders an der Nanopore-Sequenzierung?

  • Echtzeit-Analyse: DNA-Daten können sofort während der Sequenzierung erzeugt werden, was schnelle Entscheidungen ermöglicht.
  • Lange Reads: Die Technologie ermöglicht die Sequenzierung von langen DNA-Fragmenten
  • Tragbarkeit: Geräte wie der MinION sind klein genug, um in die Tasche zu passen, und kostengünstig.
  • Kosteneffizienz: Im Vergleich zu anderen Sequenzierungsmethoden sind die Betriebskosten gering.

Weitere Themen

Zwei umgedreht gelagerte Gießkannen um zu verhindern, dass Wasser darin stehen bleibt.

Brutstättenprävention

Um die Ansiedlung der Tigermücke zu verhindern oder zu erschweren, können unnötige Wassergefäße im eigenen Garten vermieden werden.
Eine weibliche Asiatische Tigermücke sitzt auf einem Blatt.

Aedes albopictus

Alles Wissenswerte zur Asiatischen Tigermücke, einer exotischen Stechmückenart, die seit 2014 lokale Populationen in Deutschland etablieren konnte.
Eine Eiablagefalle ist mit einem Kabelbinder an einem kleinen Baum knapp oberhalb des Erdbodens befestigt.

Fallenmonitoring

Tigermückenfallen werden zur Erfolgskontrolle parallel zu Bekämpfungsmaßnahmen oder als Nachweismethode für einen Erstfund eingesetzt.

Literaturverzeichnis

  1. Pluskota, B., Augsten, X., Jöst, A., Kizgin, A., Kühnlenz, T., Stelzner, L., Rodriguez, A. T., Becker, N. (2018). Untersuchungen zur Effektivität von Monitoring- und Bekämpfungsmaßnahmen für die Entwicklung eines Maßnahmenkatalogs zur integrierten Bekämpfung der Asiatischen Tigermücke in Baden-Württemberg. (4500489832/23).

  2. Takken, W., & Knols, B. G. J. (2007). Ecology and control of vector-borne diseases (Vol. 1). The Netherlands: Wageningen Academic Publishers

  3. Srivathsan, A., Feng, V., Suárez, D., Emerson, B., & Meier, R. (2024). ONTbarcoder 2.0: rapid species discovery and identification with real-time barcoding facilitated by Oxford Nanopore R10.4.Cladistics, 40(2), 192-203. doi:10.1111/cla.12566

  4. Ficetola, G. F., Miaud, C., Pompanon, F., & Taberlet, P. (2008). Species detection using environmental DNA from water samples. Biol Lett, 4(4), 423-425. doi:10.1098/rsbl.2008.0118

  5. Taberlet, P., Bonin, A., Zinger, L., & Coissac, E. (2018). Environmental DNA: For Biodiversity Research and Monitoring. Oxford University Press