Studie: Künftige Malaria-Gebiete bei weiterem Klimawandel kleiner als bisher angenommen

 

• in Zukunft könnte es in Afrika weniger Malaria-Regionen geben als bisher angenommen, in denen allerdings mehr Menschen leben

 

• Zahl der Malaria-Infektionen ist nicht nur  abhängig von den in der Studie untersuchten Faktoren

 

• Experten: Studie nutzt einen neuen, sehr hilfreichen Ansatz, dennoch bleiben viele Ungenauigkeiten bestehen

 

Künftig könnte es in Afrika weniger Gebiete geben, in denen Malaria übertragen werden kann, als bisher angenommen. Dennoch könnten mehr Menschen einem Übertragungsrisiko ausgesetzt sein, da die Länge der Übertragungssaison wegen des Klimawandels in stark besiedelten Gebieten entlang von großen Flüssen zunehmen und länger als neun Monate dauern könnte. Zu diesem Ergebnis kommt eine Modellierungsstudie, die am 09.05.2024 im Fachjournal „Science“ veröffentlicht wurde (siehe Primärquelle).

Malaria wird von einzelligen Parasiten der Gattung Plasmodium ausgelöst, die von Anopheles-Mücken übertragen werden. Weltweit erkrankten im Jahr 2022 249 Millionen Menschen an Malaria, fast die Hälfte davon allein in Nigeria, der Demokratischen Republik Kongo, Uganda und Mosambik. Insgesamt entfallen 94 Prozent aller globalen Fälle auf den afrikanischen Kontinent. 608.000 Menschen starben 2022 an der Krankheit, 76 Prozent davon waren Kinder unter fünf Jahren [I]. Die übertragenden Mücken bevorzugen warmes und feuchtes Klima, sind aber insgesamt sehr anpassungsfähig. Während einige Arten Teiche, Sümpfe, Seeufer oder Überschwemmungsgebiete von Flüssen für ihre Larven benötigen, genügen anderen kleine, flache, mit Wasser gefüllte Vertiefungen wie etwa Pfützen, Radspuren oder auch Hufabdrücke. Mit fortschreitendem Klimawandel wird erwartet, dass sich die Verbreitungsregionen der Mücken und damit der Krankheit verändern. So könnten die Insekten auch in Europa, Nordamerika und Teilen Chinas heimisch werden. In Teilen Afrikas dagegen könnten sich die Infektionszeiten durch zunehmende Trockenheit und Dürre verändern. Trockenheit kann aber auch zur Entstehung von Wasserlachen führen, die ideale Brutplätze für einige Anopheles-Mücken sein können. Zudem beschleunigt sich die Entwicklung der Plasmodien in den Mücken mit steigenden Temperaturen. Der globale Kampf gegen Malaria [II] wird auch ein wichtiger Diskussionspunkt auf der World Health Assembly [III] der Weltgesundheitsorganisation WHO sein, die am 27.Mai 2024 beginnt.

Das Team um Mark W. Smith von der University of Leeds hat mit sieben hydrologischen und vier klimatologischen Modellen für den gesamten Kontinent Afrika untersucht, inwiefern sich die Ausdehnung möglicher Brutgebiete für Malaria-übertragende Mücken mit fortschreitendem Klimawandel verändern werden. Bisherige Berechnungen modellierten das für die Mücken wichtige Oberflächenwasser ausschließlich über Niederschläge, wobei wichtige hydrologische Prozesse ignoriert werden – also etwa: Wo fließt das Wasser wie schnell hin, wo bilden sich stehende oder langsam fließende Gewässer und wie schnell verdunstet das Wasser? Das Ergebnis ihrer Arbeit: Die künftigen Gebiete der Malariaübertragung sind insgesamt kleiner als bei niederschlagsbasierten Schätzungen. Allerdings werden die Regionen größer, in denen die Erreger mindestens neun Monate pro Jahr übertragen werden können, vor allem entlang großer Flüsse. Somit leben im Ergebnis der hydrologischen Modellierungen bis zu viermal mehr Menschen in künftig ganzjährigen Malaria-Regionen als bei niederschlagsbasierten Berechnungen, da traditionell mehr Menschen entlang dieser Flüsse leben. Unabhängig vom untersuchten Klimaszenario finden die Forschenden, dass es zunächst zu einem leichten Anstieg der potenziellen Malaria-Regionen kommen wird, der dann umgekehrt wird, wobei die anfängliche Zunahme in den moderateren Szenarien ausgeprägter ist. Nicht berücksichtigt werden in den Modellierungen die unterschiedlichen Ansprüche der verschiedenen Anopheles-Arten an ihre Brutgebiete.

• Prof. Dr. Mario Recker, Professor of Computational Biology, Centre for Ecology & Conservation, University of Exeter (Vereinigtes Königreich), und Leiter der Arbeitsgruppe Evolutionäre Epidemiologie, Institut für Tropenmedizin, Universitätsklinikum Tübingen
• Dr. Cyril Caminade, Wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Forschungseinheit Physik des Erdsystems, Abdus Salam International Center for Theoretical Physics, Italien

Statements

Prof. Dr. Mario Recker

Professor of Computational Biology, Centre for Ecology & Conservation, University of Exeter (Vereinigtes Königreich), und Leiter der Arbeitsgruppe Evolutionäre Epidemiologie, Institut für Tropenmedizin, Universitätsklinikum Tübingen

Methodik

„Das Ziel dieser Studie ist es, künftige potenzielle Malariaübertragungsregionen auf dem afrikanischen Kontinent unter den verschiedenen Szenarien des Klimawandels abzuschätzen. Obwohl die Bedeutung der Berücksichtigung hydrologischer Prozesse für diese Vorhersage bekannt ist, liegt die Neuheit dieses Ansatzes in der Verwendung eines so genannten Ensemble-Ansatzes, bei dem Vorhersagen aus verschiedenen hydrologischen Modellen kombiniert werden, wie es in der Klimamodellierung üblich ist. Mit diesem Ansatz zeigen die Autoren, dass die Vorhersagen erheblich von denen abweichen können, die nur auf Klimamodellen basieren.“

„Die Übertragung von Malaria ist ein hochkomplexer Prozess, an dem der Parasit, der menschliche Wirt und die Mücken als Vektor beteiligt sind. Dabei sind insbesondere die Mücken von Umwelt- und Klimabedingungen, einschließlich Temperatur und Niederschlag, beeinflusst. Die meisten Modelle zur Malariaübertragung berücksichtigen nur einen oder zwei dieser Faktoren gleichzeitig, was nicht nur die zugrunde liegende Komplexität, sondern auch unser begrenztes Verständnis dieser Prozesse im Detail widerspiegelt. Im Gegensatz dazu konzentriert sich das hier vorgestellte Modell ausschließlich auf die Eignung, das heißt die Wahrscheinlichkeit, dass eine (anhaltende) Malariaübertragung in einer bestimmten Region theoretisch möglich ist, wenn diese die richtigen klimatischen und ökologischen Bedingungen aufweist. Dies ist eine gute erste Annäherung, die durch die Berücksichtigung hydrologischer Prozesse zusätzlich zu Niederschlag oder Luftfeuchtigkeit noch verbessert wird. Sie berücksichtigt aber weder die Vielfalt der malariaübertragenden Stechmückenarten, die sich in ihren Anforderungen und ihrer Reaktion auf sich ändernde Klimavariablen unterscheiden, noch andere bekannte Faktoren, die die Malariaübertragung beeinflussen, einschließlich Interventionsmaßnahmen.“

Limitationen

„Diese Arbeit birgt ein erhebliches Maß an Unsicherheit, das die Autoren nicht berücksichtigt haben. Erstens gibt es Modellvariationen, sowohl zwischen den hier verwendeten globalen Hydrologiemodellen als auch zwischen diesen Modellen und Modellen, die nur auf dem Klima basieren. Noch wichtiger ist, dass die Klimavorhersagemodelle selbst mit eigenen Unsicherheiten behaftet sind, die sich durch diesen Ansatz fortpflanzen und verstärken. Das vielleicht größte Fragezeichen ist jedoch die Annahme, dass abgesehen von den künftigen Bevölkerungsprognosen alle anderen Umweltvariablen, die das Krankheitsrisiko beeinflussen, über den hier betrachteten Vorhersagezeitraum von 50 bis 80 Jahren konstant bleiben werden. Da das Modell anhand historischer Daten aus der Zeit vor der Intervention – also vor mehr als 100 Jahren – validiert wurde, die aus spärlichen punktuellen Beobachtungen extrapoliert wurden – und aus einer Zeit stammen, in der der Übertragungszyklus der Malaria gerade erst beschrieben worden war –, sind alle künftigen Vorhersagen mit großer Vorsicht zu genießen. Es ist von daher abzuwarten, ob und inwieweit diese Vorhersagen Einfluss auf die Ansätze der Länder zur Malariabekämpfung und -intervention haben werden. Letztendlich ist es möglich, die Auswirkungen der Malaria durch eine verbesserte Infrastruktur, Gesundheitsversorgung und Landbewirtschaftung zu beseitigen oder zumindest erheblich einzudämmen, wie beispielsweise die erfolgreiche Eliminierung der Malaria in Europa zeigt. Ob die Mittel vorrangig in bestimmte Gebiete fließen sollten, die in 50 Jahren zu Malaria-Hotspots werden könnten oder auch nicht, steht zur Debatte.“

Mögliche Missverständnisse

„Bei den möglichen Interpretationen dieser Ergebnisse – auch in den Medien – ist Vorsicht geboten. Obwohl einige Regionen schrumpfen könnten, die für die Malariaübertragung geeignet sind, während andere größer werden, sind die Modellprojektionen sehr empfindlich gegenüber dem angenommenen Klimawandelszenario. Dies sollte nicht dahingehend interpretiert werden, dass der Klimawandel zu einem Rückgang der Malaria führen wird. Auch die berichtete Vervierfachung der Zahl der gefährdeten Personen ist im Vergleich zu niederschlagsbasierten Schätzungen zu sehen und nicht als prognostizierte Nettozunahme! Schließlich spielt das Klima zwar eine wichtige Rolle im Übertragungszyklus der Malaria, aber Interventionsmaßnahmen und künftige Entwicklungen werden wohl einen viel größeren Einfluss auf diese Krankheit haben als der Klimawandel.“

„Es ist wichtig, daran zu denken, dass in einem Gebiet, das als geeignet für die Übertragung von Malaria gilt, nicht unbedingt ein unmittelbares Risiko besteht. Malaria war bis Mitte des 20. Jahrhunderts in weiten Teilen Europas endemisch, konnte aber durch eine verbesserte Infrastruktur, Gesundheitsversorgung und Landbewirtschaftung erfolgreich beseitigt werden. Ob Ressourcen vorrangig in bestimmte Gebiete fließen sollten, die in 50 Jahren zu Malaria-Hotspots werden könnten oder nicht, ist jedoch umstritten, insbesondere angesichts der Unsicherheiten, die mit diesen Prognosen verbunden sind.“

Dr. Cyril Caminade

Wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Forschungseinheit Physik des Erdsystems, Abdus Salam International Center for Theoretical Physics, Italien

Methodik

„Die Methodik weist neue Aspekte auf, insbesondere die Einbeziehung verschiedener hydrologischer Schemata in die Malaria-Modellierung unter Verwendung eines Ensembles von hydrologischen und Klimamodellen. Die Autoren untersuchten anhand eines Ensembles von Malariamodell-Simulationen die separaten Auswirkungen von Niederschlag, Abfluss aus Flüssen mit potenzieller Verdunstung und relativer Luftfeuchtigkeit auf die Länge der Übertragungszeit von Malaria. Bei früheren Modellierungen des Malaria-Risikos wurden in erster Linie ‚einfachere’ Modelle verwendet, die auf Niederschlag und Temperatur basieren, und mit denen es schwierig war, die hydrologischen Merkmale realistisch auf kleiner räumlicher Skala wiederzugeben [1]. Andere Modellierungsstudien haben jedoch bereits die Hydrologie einbezogen, um das Malaria-Risiko auf regionaler Ebene in Afrika zu modellieren [2] [3], jedoch selten auf panafrikanischer Ebene unter Verwendung eines Ensembles von Simulationen.“

Limitationen

„Bei der Projektion des Malaria-Risikos in die Zukunft sind mehrere Parameter und Einschränkungen zu berücksichtigen. Die meisten dieser Faktoren werden von den Autoren in dem Papier ehrlich diskutiert. Vektorökologie, -präferenz, -verhalten und -entwicklung (mit Insektizidresistenz) sind äußerst wichtige Parameter. Die vorhandenen Vektorkontrollmethoden – Verwendung von Moskitonetzen, Schnelltests, Besprühen mit Insektiziden, Einsatz von Malariamedikamenten und neu entwickelten Impfstoffen, die derzeit klinisch erprobt werden – und andere sozioökonomische Faktoren – Urbanisierung, Stärke der öffentlichen Gesundheitsdienste und so weiter – werden die Zukunft der Malaria auf dem afrikanischen Kontinent ebenfalls beeinflussen. Große Zukunftsunsicherheiten hängen auch mit den verschiedenen Klimamodellen, hydrologischen Modellen und Emissionsszenarien zusammen, die in dieser Studie eingehend untersucht wurden. Die Autoren konzentrierten sich auf Plasmodium falciparum (tropische Form der Malaria). Es gibt aber auch andere Formen von Plasmodium, etwa Plasmodium vivax, das historisch über Nordafrika und den nördlichen Teil Ostafrikas übertragen wurde – dies könnte die Diskrepanzen zwischen Modell und Beobachtung dort erklären. Plasmodium vivax hat eine niedrigere Temperaturschwelle [4], was von russischen und deutschen Medizingeographen Mitte des 19. Jahrhunderts für ‚Fieber’ in den kaukasischen Bergen nachgewiesen wurde, bevor Malaria und ihre Vektoren überhaupt entdeckt wurden [5].“

Prävention in voraussichtlich betroffenen Gebieten

„Ein Anstieg des Malaria-Risikos über dem ostafrikanischen Hochland und in der Nähe von Gewässern ist ein übereinstimmendes Ergebnis von Modellierungsstudien. Die meisten Studien bringen einen solchen Anstieg mit höheren Temperaturen in Verbindung, die in Zukunft häufiger die sporogonische Temperaturschwelle überschreiten werden (Mindesttemperatur, bei der sich der Plasmodium-Parasit in der Stechmücke entwickeln kann; Anm. d. Red.) [1] [6] [7]. Der simulierte Rückgang der Länge der Übertragungssaison in der Sahelzone ist bei Verwendung dynamischer hydrologischer Modelle (wie in dieser Studie) ausgeprägter. Zu den derzeit angewandten Bekämpfungsmethoden gehören der Einsatz von Moskitonetzen, Spritzung von Innenräumen (IRS), Schnelltests (RDT) und die saisonale Malaria-Chemoprophylaxe (SMC) in gefährdeten Bevölkerungsgruppen. Einige neue Bekämpfungsmethoden, wie zum Beispiel attraktive toxische Zuckerköder, werden derzeit getestet [8]. Jüngste Impfstoffe, insbesondere der neueste R21-Matrix-M-Impfstoff [9], haben im frühen Stadium der klinischen Erprobung vielversprechende Ergebnisse gezeigt und könnten in Zukunft dazu beitragen, die Malaria in den am stärksten betroffenen Bevölkerungsgruppen einzudämmen. Auch die Urbanisierung wird eine wichtige Rolle spielen, da Malaria heute in Afrika in ländlichen Gebieten hauptsächlich durch Anopheles gambiae/arabiensis/funestus übertragen wird. Die jüngste Einfuhr von Anopheles stephensi aus Indien nach Afrika könnte ebenfalls eine potenzielle Bedrohung für die afrikanischen Städte darstellen, da dieser Malaria-Vektor gut an die städtische Umgebung angepasst ist.“

„Ein wichtiger Punkt, den es zu berücksichtigen gilt, ist die Entwicklung neuartiger Bekämpfungsmethoden und Impfstoffe, die das Risiko einiger durch Vektoren übertragener Krankheiten in Zukunft verringern könnten. Urbanisierung, sozioökonomische und demografische Faktoren werden ebenfalls eine wichtige Rolle spielen. Es ist zu erwarten, dass sich veränderte Temperatur- und Niederschlagsmuster auf die Verbreitung von Vektoren sowohl in tropischen als auch in gemäßigten Regionen auswirken werden.“

Weitere gesundheitliche Belastungen in Afrika durch den Klimawandel

„Wasserbedingte Durchfallerkrankungen sind auch eine der häufigsten Todesursachen bei Kindern unter fünf Jahren in Afrika südlich der Sahara, und diese Krankheiten sind klimaabhängig. Extreme Wetterbedingungen – zum Beispiel Hitzewellen und Überschwemmungen – und ihre Auswirkungen auf die Wasserressourcen, die Landwirtschaft und die Gesundheit sind bereits in mehreren Städten Afrikas zu beobachten. Im April und Mai 2024 haben die Temperaturen im Südsudan, in Nigeria und im nördlichen Teil Westafrikas bereits 45 Grad Celsius überschritten, was zur Schließung öffentlicher Einrichtungen (Schulen) und zu Warnungen vor Gesundheitsschäden geführt hat. Überschwemmungen – einschließlich des jüngsten Wirbelsturms Hidaya – haben in den vergangenen Wochen Kenia und Tansania heimgesucht. Der simulierte Temperaturanstieg über Afrika könnte also tatsächlich das Malaria-Risiko in den wärmsten und trockensten Regionen begrenzen, wird aber auch andere wichtige Auswirkungen auf die Gesundheit von Tieren, Pflanzen und letztlich Menschen haben. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die direkten Auswirkungen von Wetterextremen in Zukunft auch direkte, schwerwiegende Auswirkungen auf die Gesundheit auf dem afrikanischen Kontinent haben werden – und bereits haben –, wenn wir unsere Emissionen nicht rasch eindämmen.“

Angaben zu möglichen Interessenkonflikten

Dr. Cyril Caminade: „Ich erkläre, dass ich keine Interessenkonflikte mit den Autoren habe".

Alle anderen: Keine Angaben erhalten.

Primärquelle

Smith MW et al. (2024): Future malaria environmental suitability in Africa is sensitive to hydrology. DOI: 10.1126/science.adk8755.

Literaturstellen, die von den Expertinnen und Experten zitiert wurden

[1] Caminade C et al. (2014): Impact of climate change on global malaria distribution. PNAS. DOI: 10.1073/pnas.1302089111.

[2] Yamana TK et al. (2016): Climate change unlikely to increase malaria burden in West Africa. Nature Climate Change. DOI: 10.1038/nclimate3085.

[3] Tompkins AM et al. (2013): A regional-scale, high resolution dynamical malaria model that accounts for population density, climate and surface hydrology. Malaria Journal. DOI: 10.1186/1475-2875-12-65.

[4] Gething PW et al. (2011): Modelling the global constraints of temperature on transmission of Plasmodium falciparum and P. vivax. Parasites & Vectors. DOI: 10.1186/1756-3305-4-92.

[5] Lysenko AY et al. (1968): A medico-geographic profile of an ancient disease. Itogi Nauk Medical Geography.
darin: Section 2.3.2 2.3.2. „Temperature limits on parasite development“

[6] Ryan SJ et al. (2015): Mapping Physiological Suitability Limits for Malaria in Africa Under Climate Change. Vector Borne Zoonotic Diseases. DOI: 10.1089/vbz.2015.1822.

[7] Woyessa A et al. (2023): El Niño and other climatic drivers of epidemic malaria in Ethiopia: new tools for national health adaptation plans. Malaria Journal. DOI: 10.1186/s12936-023-04621-3.

[8] Hemingway J et al. (2016): Tools and Strategies for Malaria Control and Elimination: What Do We Need to Achieve a Grand Convergence in Malaria? PLoS Biology. DOI: 10.1371/journal.pbio.1002380.

[9] Datoo MS et al. (2024): Safety and efficacy of malaria vaccine candidate R21/Matrix-M in African children: a multicentre, double-blind, randomised, phase 3 trial. The Lancet DOI: 10.1016/S0140-6736(23)02511-4.
dazu: Science Media Center (2024): Phase-III-Studie des Malaria-Impfstoffs R21/Matrix-M. Research in Context. Stand: 02.02.2024.

Literaturstellen, die vom SMC zitiert wurden

[I] WHO (2023): World malaria report 2023.

[II] WHO (2024): Global technical strategy and targets of malaria 2016-2030. Vorläufige Agenda vor dem 77. World Health Assembly.

[III] WHO: Seventy-seventh World Health Assembly. Webseite der Weldgesundheitsversammlung (27.05. - 01.06.2024)