English
Snakes and humans are in a complex relationship. While snakes are of ecological and economic relevance as rodent predators, thus contributing to food security and public health, venomous species are also of medical importance as a cause of serious snakebite envenoming. Among the largest Middle Eastern viper species is the blunt-nosed viper (Macrovipera lebetina), whose nominate subspecies M. lebetina lebetina is considered endemic for Cyprus, where it is the only dangerously venomous snake species. While their hemotoxic and cytotoxic venom is valuable for drug research, blunt-nosed vipers also cause severe snakebite accidents and are feared and often persecuted by people. The Cypriot blunt-nosed viper is a threatened species listed in Appendix II of the Berne convention.
With published body weight data and sex-specific morphometric data missing for M. l. lebetina, the first objective of this doctoral thesis was to provide first-time sex-specific morphometric data for M. l. lebetina (Chapters 2 and 3). The data were collected during four field trips to Cyprus (2014-2022), with wild blunt-nosed vipers being systematically measured regarding their snout-vent length (SVL), tail length (TaL), head length (HL), head width (HW) and body weight, and a body condition index (BCI) calculated. The statistical investigation included a regression and correlation analysis and a sex-specific comparison via the unpaired t-test and Mann-Whitney U test. The dataset increased from 34 measured individuals (Chapter 2, published) to 46 (Chapter 3, unpublished), including 16 adult males, 21 adult females and nine juveniles. Their rounded total lengths (ToL) ranged from 23.5 cm to 133.5 cm, and body weights from 10 g to 1,456 g. Adult females showed a much weaker relationship between SVL and weight (TaL, HW and BCI) than adult males and juveniles, with no significant correlation between SVL and TaL (SVL and BCI). Adult males significantly exceeded adult females in SVL, TaL, ToL and HL, but had a significantly lower mean BCI. The mean BCI and mean ratio TaL/SVL were significantly lower in larger than in smaller adult males. We conclude that the ratios TaL/SVL, TaL/ToL, HL/SVL and HL/HW are unsuitable indicators for sex determination in adult M. l. lebetina. Adult males exceed adult females in body size, while the latter tend to have a higher BCI. In large adult males, body condition and tail growth appear to decline with increasing body size.
Although Cypriot blunt-nosed vipers are frequently found near freshwater during summer, little is known about the importance of water for their spatial ecology. Therefore, the second objective was to investigate possible seasonal changes in the proximity to water, and thus habitat preferences, of M. l. lebetina (Chapter 2). Hence, in spring 2014 and late summer 2015, the shortest distances of wild blunt-nosed vipers to the nearest artificial and natural water bodies were measured, before statistical analysis via MWU test and Wilcoxon matched pairs test. In total, 36 blunt-nosed vipers were recorded with corresponding distances to freshwater in 2014 (n = 19) and in 2015 (n = 17). The distances of vipers to the nearest water body in general, as well as to the nearest artificial and natural water body did not differ significantly between both seasons. Also, their nearest distances to natural and artificial water bodies did not differ significantly during each season. As the vipers were mostly observed in richly structured habitats but without increased water attraction in late summer, the annual drying out of freshwater bodies presumably does not affect their occurrence. Instead, microhabitat structures providing for shelter, thermoregulation and prey are certainly more important for determining their presence or absence. A better understanding of M. l. lebetina habitat requirements is needed for minimizing the snakebite risk and improving the conservation of blunt-nosed viper populations and habitats in Cyprus.
The available data on the venom proteome composition of blunt-nosed vipers is insufficient, which hinders the development of more effective antivenoms against M. lebetina envenoming. Accordingly, the third objective was to conduct the first in-depth venom proteome analysis for the blunt-nosed viper subspecies M. l. lebetina and M. l. cernovi (Chapter 4, published). For the analysis, the venom proteomes of both subspecies were characterized via RP-HPLC separation of crude proteins, SDS-PAGE of fractionated proteins and LC-MS/MS of peptides obtained from in-gel tryptic digestion. Further, high-resolution shot-gun proteomics was used. Both venoms consisted of at least 18 protein families, with snake venom Zn2+-dependent metalloprotease (SVMP), serine protease (SVSP), disintegrin, phospholipase A2 (PLA2), C-type lectin-like (CTL-like), and L-amino acid oxidase (LAAO) together accounting for >80% of the venom protein contents. Also, many low abundance proteins (<1% of the proteome) were discovered. Although sharing mostly similar proteins, both subspecies differed in their venom proteome composition. The P-III class of SVMP toxins was much more abundant in the venom of M. l. lebetina, while the P-I class was more common in M. l. cernovi venom, implicating that the latter has a more potent myonecrotic effect, with minor systemic hemorrhage. This study extends our understanding of the venom proteome complexity of M. lebetina ssp., particularly regarding toxins related to envenoming pathogenesis and hard-detected protein classes.
The fourth objective of this thesis was to investigate first-time systematically collected snakebite epidemiology data from the Republic of Cyprus, which is fundamental for better estimating the medical importance of M. l. lebetina (Chapter 5, published). Hospital data on snakebite envenoming from 2013 to 2019 were analyzed for a retrospective review, while human-viper conflict information was acquired from interviews with 12 representatives of Cypriot institutions. Between 2013 and 2019, 288 snakebite envenoming cases were admitted to public hospitals, averaging 41 people annually. Snakebite envenoming incidence ranged from 6.84 (2015) to 3.36 per 100,000 population (2017). Between 2000 and 2018, the deaths of one man (73 years), and indirectly, one woman (77 years), were related to snakebite envenoming. Of all cases, 92% happened between April and October, culminating in September (31%). Snakebite incidence peaked in the 60–69 years age group (9.19) and was higher in males (6.85) than in females (2.82). Of all admitted patients, 84% were discharged within four days, while the mean hospital stay duration was 2.65 days. Most patients were admitted to the general hospitals in Paphos (51%), Limassol (30%) and Nicosia (11%). The data hint at mostly non-severe clinical courses. Males and middle- to older-aged people are at greatest risk, as well as outdoor workers. Recommended measures for snakebite mitigation include educational workshops, the protection of valuable snake habitats and the deterrence and translocation of blunt-nosed vipers from inhabited areas.
Keywords: Macrovipera lebetina; Blunt-nosed viper; Cyprus; Morphology; Morphometric data; Sex-specific differences; Body condition index; Relative tail length; Proteomics; Mass spectrometry; Snake venom; Snakebite envenoming; Snakebite epidemiology; Snake conservation; Snake ecology; Water proximity; Paphos
German
Schlangen und Menschen stehen in einer komplexen Beziehung zueinander. Zum einen sind Schlangen von ökologischer und wirtschaftlicher Relevanz, da sie als Beutegreifer von Nagetieren zur Lebensmittelsicherheit und öffentlichen Gesundheit beitragen. Zum anderen sind Giftschlangen von medizinischer Bedeutung, da sie schwere Bissvergiftungen verursachen. Zu den größten Vipernarten des Nahen Ostens zählt die Levanteotter (Macrovipera lebetina), deren Nominatform M. lebetina lebetina als endemisch für Zypern gilt und dort die einzige gefährliche Giftschlangenart ist. Einerseits ist ihr hämotoxisch und zytotoxisch wirkendes Gift bedeutsam für die Forschung, andererseits verursachen Levanteottern schwerwiegende Schlangenbissvergiftungen und werden daher von der lokalen Bevölkerung gefürchtet und oft verfolgt. Die zypriotische Levanteotter ist als bedrohte Art im Anhang II der Berner Konvention aufgeführt.
Da bisher noch keine Daten zum Körpergewicht und zu geschlechtsspezifischen morphometrischen Merkmalen von M. l. lebetina veröffentlich worden sind, war das erste Ziel dieser Dissertation, erstmalig geschlechtsspezifische morphometrische Daten zu M. l. lebetina zu sammeln und zu analysieren (Kapitel 2 und 3). Für die Datenaufnahme wurde im Rahmen von vier Feldaufenthalten (2014-2022) auf Zypern bei wilden Levanteottern systematisch die Kopfrumpflänge (KRL), Schwanzlänge (SL), Kopflänge (KL), Kopfbreite (KB) und das Körpergewicht gemessen, und ein Body Condition Index (BCI) berechnet. Alle morphometrischen Merkmale wurden anschließend mittels Regressions- und Korrelationsanalyse untersucht und bei adulten Tieren ein morphometrischer Geschlechtervergleich mittels ungepaartem t-Test und Mann-Whitney-U-Test (MWU-Test) durchgeführt. Der analysierte Datensatz vergrößerte sich von 34 vermessenen Levanteottern (Kapitel 2, publiziert) auf 46 Individuen (Kapitel 3, unpubliziert), die sich auf 16 adulte Männchen, 21 adulte Weibchen und neun Jungtiere verteilten. Die gerundeten Gesamtlängen (GL) der Vipern reichten von 23,5 cm bis 133,5 cm und ihre Körpergewichte von 10 g bis 1.456 g. Bei adulten Weibchen korrelierte die KRL schwächer mit den Parametern Gewicht, SL, KL, KB und BCI, und es gab weder einen signifikanten Zusammenhang zwischen KRL und SL, noch zwischen KRL und BCI. Adulte Männchen übertrafen adulte Weibchen signifikant in KRL, SL, GL und KL, hatten aber einen signifikant niedrigeren BCI (Mittelwerte). Große adulte Männchen hatten einen signifikant niedrigeren mittleren BCI und mittlere relative Schwanzlänge als kleinere. Relative Schwanzlänge, relative Kopflänge und relative Kopfbreite können als ungeeignete Indikatoren für die Geschlechtsbestimmung von adulten zypriotischen Levanteottern betrachtet werden. Adulte Männchen von M. l. lebetina sind insgesamt größer als adulte Weibchen, letztere sind jedoch tendenziell etwas massiger. Bei großen adulten Männchen scheint sich der Körperzustand mit zunehmender Größe zu verschlechtern, während die relative Schwanzlänge abnimmt.
Obgleich zypriotische Levanteottern während der Sommerzeit häufig an Wasserstellen beobachtet werden, ist wenig über die Bedeutung von Wasser für ihre räumliche Ökologie bekannt.
Somit war das zweite Ziel meiner Studie die Untersuchung von möglichen saisonalen Unterschieden in der Wassernähe von M. l. lebetina (Kapitel 2). Dafür wurden im Frühling 2014 und Spätsommer 2015 die kürzesten Abstände wilder Levanteottern zur nächsten künstlichen und natürlichen Wasserstelle gemessen, bevor im nächsten Schritt die Distanzen mittels MWU-Test und Wilcoxon-Test miteinander verglichen wurden. Insgesamt wurden die Distanzen von 36 Levanteottern zur nächsten Wasserstelle erfasst, davon 19 im Frühling 2014 und 17 im Spätsommer 2015. Die Distanzen der Schlangen zur nächsten Wasserstelle allgemein, sowie zum nächsten künstlichen und natürlichen Wasservorkommen unterschieden sich nicht signifikant zwischen beiden Jahreszeiten. Auch gab es weder im Frühling 2014 noch im Spätsommer 2015 signifikante Unterschiede zwischen den Distanzen der Tiere zu den nächsten künstlichen und natürlichen Wasserstellen. Die Beobachtung von M. l. lebetina in meist reich strukturierten Lebensräumen bei gleichzeitig nicht nachweisbarer Angebundenheit der Tiere an Wasservorkommen deutet darauf hin, dass das jährliche periodische Austrocknen von Wasserstellen das Vorkommen der Art wahrscheinlich nicht beeinflusst. Stattdessen sind Mikrohabitatstrukturen, die Schutz- und Thermoregulationsbedürfnisse der Vipern erfüllen und Beutetiere anlocken, wohl wichtiger, um die An- oder Abwesenheit der Art zu bestimmen. Ein besseres Verständnis der Habitatansprüche von Levanteottern ist grundlegend für die Minimierung des Risikos von Bissunfällen durch die Levanteotter, und für einen besseren Schutz der Art und ihrer Lebensräume auf Zypern.
Die Datenlage zur Venomproteomkomposition von Levanteottern ist unzureichend, was ein Hindernis bei der Entwicklung von effektiveren Antiveninen gegen Bissvergiftungen durch diese Art darstellt. Daher war das dritte Ziel meiner Dissertation die Durchführung der ersten tiefergehenden Venomproteom-Untersuchung der Levanteotter-Unterarten M. l. lebetina und M. l. cernovi (Kapitel 4, publiziert). Für die Analyse wurden die Venomproteome beider Unterarten durch RP-HPLC-Trennung der Rohgiftproteine sowie mittels SDS-PAGE (Polyacrylamid-Gelelektrophorese) der fraktionierten Proteine charakterisiert, des Weiteren durch LC-MS/MS von durch tryptischen In-Gel-Verdau von Proteinbändern gewonnenen Peptiden. Auch kam hochauflösende Shotgun-Proteomik zum Einsatz.. Beide Gifte bestanden aus mindestens 18 Proteinfamilien. Schlangengift-Metalloproteinase (SVMP), Serinprotease (SVSP), Disintegrine, Phospholipase A2 (PLA2), C-Typ Lectin-artige (CTL-like), and L-Aminosäureoxidase (LAAO) machten zusammen mehr als 80% des Venomproteingehalts aus. Zudem wurden in den Giften auch zahlreiche in geringen Anteilen vorhandene Proteine (<1% des Proteoms) nachgewiesen. Obgleich beide Unterarten überwiegend gleiche Proteinklassen aufwiesen, unterschieden sie sich teilweise in ihrer Venomproteomkomposition. So war die P-III-Klasse der SVMP-Toxine im Gift von M. l. lebetina wesentlich stärker ausgeprägt als die P-I-Klasse, während letztere etwas stärker im Gift von M. l. cernovi vertreten war. Dies deutet auf darauf hin, dass Bissvergiftungen durch M. l. cernovi einen stärkeren myonekrotischen Effekt haben und schwächer hämorrhagisch wirken. Diese Studie erweitert unser Verständnis der Venomproteomkomplexität bei Levanteotterunterarten, vor allem hinsichtlich Toxinfamilien, die bei der Pathogenese von Schlangenbissvergiftungen eine Rolle spielen, und im Hinblick auf schwer zu erfassende Proteinklassen.
Das vierte Ziel dieser Arbeit war es, erstmalig systematisch erfasste Daten zur Schlangenbissepidemiologie auf Zypern zu untersuchen, was von großer Bedeutung zur besseren Einschätzung der medizinischen Bedeutung der zypriotischen Levanteotter ist (Kapitel 5, publiziert). Für die Studie wurden die Krankenhausdaten zu Schlangenbissvergiftungen in der Republik Zypern von 2013 bis 2019 retrospektiv untersucht und ausgewertet. Zudem wurden auf Grundlage von Interviews mit 12 Vertretern zypriotischer Institutionen gewonnene Informationen zum Konflikt zwischen Menschen und Levanteottern auf Zypern gesammelt. Zwischen 2013 und 2019 wurden insgesamt 288 Schlangenbissunfälle in öffentlichen Krankenhäusern der Republik Zypern erfasst, mit einem Durchschnitt von 41 Schlangenbissopfern jährlich. Die Inzidenz der Schlangenbissvergiftungen bewegte sich zwischen 6,84 (2015) und 3,36 pro 100.000 Einwohner (2017). Zwischen 2000 und 2018 wurden im Zusammenhang mit Schlangenbissvergiftungen der Tod eines Mannes (73 Jahre) und indirekt der Tod einer Frau (77 Jahre) registriert. 92% der Unfälle traten zwischen April und Oktober auf, die meisten davon im September (31%). Die Inzidenz der Schlangenbissvergiftungen war am höchsten in der Altersgruppe der 60-69-jährigen (9,19), und war höher bei Männern (6,85) als bei Frauen (2,82). Von allen eingewiesenen Schlangenbisspatienten wurden 84% innerhalb von vier Tagen entlassen, während die Krankenhausaufenthalte im Mittel 2,65 Tage dauerten. Die meisten Patienten wurden in die Allgemeinkrankenhäuser in Paphos (51%), Limassol (30%) und Nicosia (11%) eingewiesen. Die Daten deuten auf größtenteils recht milde klinische Verläufe hin. Männer sowie Menschen mittleren bis höheren Alters sind am stärksten durch Schlangenbissvergiftungen gefährdet, ebenso wie Arbeiter im Freien. Empfohlene Maßnahmen zur Verringerung der Schlangenbissproblematik umfassen Bildungsworkshops, den Schutz wertvoller Schlangenlebensräume und die Vergrämung und Umsiedlung von Levanteottern aus bewohnten Gebieten.
Persistent Address:
http://dx.doi.org/10.53846/goediss-10108
