Vogelgrippe aus der Satellitenperspektive

Google Earth, die populäre 3D-Satellitenanwendung, wird nicht nur von Privatleuten genutzt: Auch Forscher interessieren sich zunehmend für die Technologie. Daniel Janies, Dozent für Biomedizin-Informatik an der Ohio State University, trackt mit der Software inzwischen die Verbreitung des Vogelgrippe-Virus H5N1 und visualisiert, wie der Erreger sich von Land zu Land verbreitet und verschiedene Lebensformen infiziert. Das Ziel des Experiments sind bessere Epidemie-Vorhersagemodelle.

"Wir wollen wissen, wie das Virus verschiedene Wirte zu verschiedenen Zeiten und an verschiedenen Orten der Welt befällt und es bei seiner Mutation beobachten", erklärt Janies, der seine Studie zum Thema in diesem Monat im Fachjournal "Systemic Biology" publizierte.

H5N1 ist bei Vögeln äußerst ansteckend. Der Erreger wurde 1996 erstmals isoliert und kann bekanntlich auch andere Tierarten und sogar Menschen befallen. Die Übertragung auf und unter Menschen kommt allerdings noch verhältnismäßig selten vor; dennoch gab es laut WHO-Statistik bereits 172 Opfer weltweit. Sollte es zu einer Mutation kommen, die das Infektionsrisiko beim Menschen erhöht, könnte eine furchtbare Pandemie ausbrechen. Aus diesem Grund sammeln Forscher und Gesundheitsbehörden seit 1996 Informationen über Ausbrüche und haben einen Katalog angelegt, der auch die unterschiedlichen Virenstämme enthält. Es ist allerdings noch völlig unklar, wie sich die verschiedenen Mutationen auf die Übertragbarkeit auswirken.

Janies erhofft sich deshalb von seinem Visualisierungsprojekt eine bessere Darstellung der Ausbrüche von H5N1, um erstmals wirksame biologische Kontrollmechanismen zu entwickeln. Die Problemlösungsansätze sind bislang eher beschränkt – so lässt sich beispielsweise der Vogelzug nicht realistisch stoppen, über den sich H5N1 schnell verbreiten kann. Die virtuelle Karte könnte den Forschern aber helfen, ihre Ressourcen besser zu konzentrieren.

Robert Guralnick, Dozent an der University of Colorado, der zusammen mit Janies an dem Projekt gearbeitet hat, glaubt vor allem an die Kraft der Visualisierung: "Wenn ein Bild mehr sagt als tausend Worte, ist ein virtueller Globus tausend Bilder wert."

Ein Netz von Linien auf Janies' Google Earth-Globus zeigt die verschiedenen H5N1-Stämme. Jede der Linien hat eine eigene Farbe, die den jeweiligen Wirt repräsentiert – seien es nun Küstenvögel, Wasservögel, Säuger oder Raubvögel. Wenn man nun noch Zeit und Ort verschiedener bekannter Mutationen einberechnet, lassen sich verschiedene Hypothesen untersuchen, welche Tiere für die Verbreitung der jeweiligen Virenstämme verantwortlich sind.

Janies' Teamkollege Andrew Hill meint, dass sich so etwa nachvollziehen lasse, ob H5N1 über Zugvögel oder ortsgebundene Tiere wie Hühner verbreitet wurde: "Die Frage lässt sich allerdings bislang nur schwer beantworten. Es hängt von der geografischen Region ab und auch vom jeweiligen Zeitpunkt."

Die Forscher stellten außerdem die Mutationen zweier wichtiger Proteine auf der Oberfläche von H5N1 in der Karte dar. Diese Mutationen werden mit der Anpassung des Erregers auf zwischenmenschliche Übertragungswege in Verbindung gebracht. Dabei ergab sich, dass es nicht möglich war, eine dieser Mutationen mit bestimmten Vögeln oder Säugetieren in Verbindung zu bringen.

Frühere Laborergebnisse bei Mäusen, laut denen ein bestimmter Virenstamm besonders infektiös war, ließen sich mit der Google Earth-Visualisierung allerdings bestätigen. Auf der Karte wurde klar, dass dieser Stamm besonders bei Säugetieren häufig vorkam – mit einer so hohen Wahrscheinlichkeit, dass Zufall nahezu ausgeschlossen ist. Das heißt also, dass dieser Virenstamm nicht nur für Mäuse ein Problem darstellt.

Ein neuartiger Kontrollansatz oder ein spezieller Wirt, den die Forscher besonders im Auge behalten sollten, ergab sich aus der Visualisierung indes noch nicht. "Wir wurden aber zu neuen Hypothesen inspiriert", meint Hill.

Janies hofft nun, dass mehr H5N1-Daten öffentlich gemacht werden, um die Karte weiter zu verbessern: "Wir brauchen mehr öffentlichen Zugriff auf Informationen zur Vogelgrippe." Bislang hielten viele Wissenschaftler ihre Daten zunächst zurück, bis die entsprechenden Studien publiziert seien; zudem dächten einige Staaten tatsächlich egoistisch: "Länder, in denen die Vogelgrippe vorkommt, bekommen Probleme beim Tourismus und beim Verkauf von Fleischprodukten."

H5N1 soll nicht die letzte Epidemie gewesen sein, die Janies mit Hilfe von Google Earth tracken möchte. Eine ähnliche Karte des SARS-Erregers ist derzeit in Vorbereitung. (bsc)