Dass die Analyse des Abwassers ein geeigneter, ergänzender Ansatz zur Beobachtung des epidemiologischen Geschehens ist, davon wird bereits länger ausgegangen. Dennoch wurde die Methode erst in jüngster Zeit in vielen Ländern flächendeckend ausgerollt.
In Österreich widmen sich Wissenschaftler*innen der Forschungsgruppe von Andreas Bergthaler, CeMM Adjunct Principal Investigator und Professor für Molekulare Immunologie an der MedUni Wien, bereits seit 2020 gemeinsam mit Kollaborationspartnern anderer Universitäten und Institutionen in ganz Österreich der Auswertung von Abwasserproben aus Kläranlagen.
In der aktuellen Studie konnten die Erstautoren Fabian Amman vom CeMM und Rudolf Markt von der Uni Innsbruck zeigen, dass die Abwasserdaten sehr genau die Verbreitung von Virusvarianten in der Bevölkerung widerspiegeln.
Analyse mit eigens entwickelter Software
Für die Studie sequenzierten und analysierten die Wissenschaftler*innen von Dezember 2020 bis Februar 2022 insgesamt 3413 Abwasserproben aus über 90 kommunalen Einzugsgebieten bzw. Kläranlagen, die zusammen wöchentlich mehr als 50 Prozent der österreichischen Bevölkerung abdecken.
Mittels einer eigens entwickelten Software (Variant Quantification in Sewage designed for Robustness, kurz VaQuERo) konnten die Wissenschaftler*innen die räumlich-zeitliche Häufigkeit von Virusvarianten aus komplexen Abwasserproben ableiten. Diese Ergebnisse wurden anschließend anhand epidemiologischer Aufzeichnungen von mehr als 311 000 Einzelfällen gemeinsam mit den Infektionsepidemiologen der AGES validiert.
Erstautor Fabian Amman, Bioinformatiker in der Forschungsgruppe von Bergthaler am CeMM und der MedUni Wien, erklärt: „Unsere Ergebnisse bestätigen, dass trotz zahlreicher Herausforderungen bei der Abwasseranalyse die Ergebnisse einen sehr genauen Überblick über das Pandemiegeschehen eines ganzen Landes bieten. Für jede Woche und jedes Einzugsgebiet, in denen laut epidemiologischem Meldesystem eine bestimmte Variante zumindest einmal auftrat, sehen wir in 86 Prozent der Proben derselben Woche ein entsprechendes Signal im Abwasser. Umgekehrt sehen wir in rund drei Prozent der Abwasserproben Varianten, die dem Patienten-basierten System entgangen sind.“
Erfolge wissenschaftlicher Zusammenarbeit
In Österreich konnte insbesondere durch die erfolgreiche Zusammenarbeit zwischen Forschungseinrichtungen und verschiedenen Behörden frühzeitig ein flächendeckendes Monitoring aufgesetzt werden. Andreas Bergthaler erklärt: „Dies ist auch eine Erfolgsstory, was wissenschaftliche Zusammenarbeit schaffen kann. Im konkreten Fall war dies gekennzeichnet von früh begonnenen und erfolgreich weiterausgebauten Kollaborationen zwischen CeMM und MedUni Wien, Universität Innsbruck, der Medizinischen Universität Innsbruck, der Technischen Universität Wien, der AGES sowie mehr als zehn weiteren Institutionen.“
Gemeinsam konnte gezeigt werden, dass die Virussequenzierungen aus dem Abwasser auf nationaler Ebene einen wesentlichen Beitrag zur Überwachung von SARS-CoV-2 Varianten, dem Pandemiemanagement und der öffentlichen Gesundheit leisten können.
Es ist zu erwarten, dass der Fokus auf SARS-CoV-2 zukünftig auch auf die Analysen anderer Infektionserreger im Abwasser Anwendung finden wird. Somit liefern die Erkenntnisse dieser Studie auch einen wichtigen Beitrag zur internationalen Überwachung von Infektionskrankheiten.
Quelle: CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin GmbH der Österreichischen Akademie der Wissenschaften
Publikation: Andreas Bergthaler et al.; Viral variant-resolved wastewater surveillance of SARS-CoV-2 at national scale; nature biotechnology, 2022; DOI: 10.1038/s41587-022-01387-y
