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Wissenschaftliche Laboranalyse von Abwasserproben.

Das Abwasser spiegelt spiegelt die Gesundheit der Bevölkerung wider. © digicomphoto / iStock / Getty Images Plus

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Abwassermonitoring: In Echtzeit Viren und Bakterien im Abwasser finden

Der Nutzen des epidemiologischen Abwassermonitorings ist enorm für die öffentliche Gesundheit: Denn das Abwasser bietet eine Fülle an Informationen über verschiedene Krankheitserreger und ermöglicht so ein umfassendes Monitoring zum Nutzen der öffentlichen Gesundheit.

Eine Vielzahl von Krankheitserregern wie beispielsweise Corona- und Influenza-Viren oder Bakterien wie Salmonellen werden mit dem Stuhl ausgeschieden. Bereits in geringen Mengen sind sie im Abwasser nachweisbar.

Das Abwasser spiegelt somit die Gesundheit der gesamten Bevölkerung wider und nicht nur von Menschen, die bereits Krankheitssymptome zeigen oder schon medizinisch untersucht wurden. Der Datenschutz spielt keine Rolle. Denn die Datenerhebung findet ohne Eingriff in die Grundrechte statt. Sie erfasst Daten völlig anonym und flächendeckend schnell, ohne erst klinische Symptome abzuwarten und ist zudem eine nicht-invasive Methode. Das Abwassermonitoring ist zudem bedeutend kostengünstiger als Einzeltestung. Denn beim Abwassermonitoring werden lediglich Wasserproben aus Kläranlage und dem Kanalnetz im Labor oder im Wasserwerk untersucht.

Zur Untersuchung von Viren wird meistens die PCR-Methode (Polymerase-Kettenreaktion) eingesetzt, um das Erbmaterial des Virus nachweisen zu können. Dahingegen muss bei Bakterien in der Regel eine Kultur angelegt werden, in der die Bakterien sich vermehren können.

Frühwarnsystem durch Abwasser-Surveillance?

Bei Corona oder anderen Erkrankungen können Ergebnisse von Abwasseruntersuchungen oft schon früh eine Epidemie oder Ausbreitung vorhersagen. Denn das genetische Material des Virus ist bereits zu Beginn eines größeren Ausbruchs im Abwasser nachweisbar, sogar bevor erste Krankheiten gehäuft auffallen. Steigt die Ansteckungszahl an, nimmt in der Regel auch die Menge an genetischem SARS-CoV-2-Material oder anderer Viren beziehungsweise Bakterien im Abwasser zu. Nach allgemeiner Genesung verringert sich die nachweisbare Menge. Dies allerdings erst langsam, weil auch nach dem Abklingen der Erkrankung noch längere Zeit Viren beziehungsweise Bakterien ausgeschieden werden können. Im täglich aktualisierten Pandemieradar des Robert-Koch-Instituts (RKI) werden die SARS-CoV-2-Abwassersurveillance-Zahlen veröffentlicht und mit den Zahlen der letzten zwei Monate verglichen.1

Grenzen des Abwassermonitorings bei COVID-19

Dem Abwassermonitoring bei Viren und Bakterien sind aber auch Grenzen gesetzt. Bei den Untersuchungen des RKI spielt auch eine Rolle, wie viele Klärwerke in welchem Zeitraum ihre Meldungen machen. Abwasserdaten erlauben zudem laut RKI keinen Rückschluss auf die Schwere der durch Corona-Infektionen hervorgerufenen Erkrankungen.1 Aus Abwasserdaten könne derzeit in Deutschland auch nicht auf eine Inzidenz oder auf eine „Dunkelziffer“ geschlossen werden, sagt das RKI. Möglich seien jedoch grundsätzliche Trendanalysen der Infektionsdynamik.2

Hinzu kommt, dass die ermittelten Werte aus den Klärwerken durch weitere Faktoren wie beispielsweise Starkregen, Dürreperioden oder Ferienzeiten beeinflusst werden. Daher sind nicht immer valide Aussagen möglich.

Abwassermonitoring läuft in Deutschland noch auf niedrigen Touren

Die abwasserbasierte Surveillance für COVID-19 befindet sich in Deutschland derzeit noch im Aufbau und bietet keine bundesweit repräsentativen Zahlen, zumal pro Untersuchung beispielsweise in den Monaten März bis Mai 2023 Proben von lediglich 25 bis maximal 41 Orten gesammelt wurden. Dabei gibt es etwa 10 000 Kläranlagen in Deutschland. Derzeit befindet sich das hiesige Abwasser-Surveillance noch in einer erweiterten Pilotphase. Es wird noch nicht flächendeckend eingesetzt. Das liege daran, dass die langfristige Finanzierung noch offen sei, schreibt DWA-Abwasserexpertin Sabine Thaler.3 Dagegen ist in unseren Nachbarländern unter anderem in Belgien, Luxemburg, den Niederlanden, der Schweiz/Lichtenstein und Spanien ein nationales Corona-Frühwarnsystem im Abwasser bereits weitgehend etabliert.

Prinzipiell steht die deutsche Abwasserwirtschaft für ein umfassendes Corona-Monitoring bereit.3 Über die Abwassergebühren darf das Corona-Monitoring jedoch rechtlich nicht finanziert werden. Das RKI hat aber mittlerweile eine Finanzierung von erheblich mehr Kläranlagen zugesichert, um den Weg zu einem flächendeckenden Monitoring vorzubereiten.

Wie und warum wird Abwasser untersucht?

Abwasserbasierte Surveillance bietet eine frühzeitige Erkennung von Corona-Infektionsausbrüchen, insbesondere in Regionen mit einer hohen Bevölkerungsdichte. Die Überwachung des Abwassers kann helfen, die Ausbreitung von Krankheiten zu verhindern. So können frühzeitig Maßnahmen zur Eindämmung von Ausbrüchen ergriffen werden.

COVID-19-Genomsequenzierung des Abwassers

Die Genomsequenzierung des Abwassers in Deutschland wird von verschiedenen Institutionen durchgeführt, darunter Universitäten, Forschungsinstitute, Abwasserbetriebe und Labore. Ein bekanntes Beispiel für SARS-CoV-2-Abwassermonitoring ist die Forschung des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) und der Technischen Universität (TU) Dresden.4 Seit 2020 beschäftigen sich die Forschenden mit dem Aufbau eines Abwassermonitorings zur Bestimmung des SARS-CoV-2-Infektionsgrades der Bevölkerung.

Das beginnt mit der Probenahme im Klärwerk, für die verschiedene Methoden getestet werden. Die Abwasserproben werden in die Labore des UFZ in Leipzig gebracht. Dort werden sie in einem mehrstufigen Verfahren so aufbereitet, dass am Ende mittels PCR-Analyse die Viruslast ermittelt werden kann. Danach erfolgt eine Weiterverarbeitung der PCR-Ergebnisse am UFZ und an der TU Dresden. Sie stellen die Ergebnisse in Simulationen zum Beispiel zu den Zahlen des Robert-Koch-Instituts oder der Gesundheitsämter für die untersuchte Region in Beziehung.4

Nach was wird noch im Abwasser gesucht?

Die Untersuchung des Abwassers auf andere Viren und Bakterien wird auch von den Abwasserbetrieben selbst beziehungsweise deren beauftragten Laboren durchgeführt. Dabei werden Proben des Abwassers genommen und auf verschiedene Parameter wie die Keimbelastung, den pH-Wert, die Temperatur und den Sauerstoffgehalt untersucht. Viren und Bakteriophagen können dann mittels PCR-Tests, anderen molekularbiologischen Verfahren und weiteren Methoden nachgewiesen werden.

Zudem werden auch andere Krankheitserreger wie Noroviren, Adenoviren und Enteroviren oder Legionellen überwacht. Einige der am häufigsten untersuchten Krankheitserreger sind:

  • Coronaviren: Seit der COVID-19-Pandemie werden in einigen deutschen Städten Abwasserproben auf das Vorhandensein von SARS-CoV-2-RNA untersucht, um Trends in der Verbreitung der Krankheit zu erkennen.
  • Noroviren: Diese hochansteckenden Viren verursachen häufig Magen-Darm-Erkrankungen und können auch durch verunreinigtes Wasser übertragen werden.
  • Enterokokken und Escherichia coli: Diese in der Regel harmlosen Bakterien kommen im Darm von Mensch und Tier vor. Sie gelangen jedoch auch ins Abwasser und damit in andere Gewässer (z.B. Badeseen, Flüsse, Freibäder). Ab einem bestimmten Gehalt dieser Organismen im Wasser spricht man von einer Fäkalverunreinigung, die gesundheitsschädigend ist.
  • Salmonellen: Diese Bakterien können ernste Krankheiten verursachen, darunter Lebensmittelvergiftungen, gegebenenfalls auch Typhus. Auch sie können auch durch verunreinigtes Abwasser übertragen werden.
  • Legionellen: Diese Bakterien wachsen in warmem Wasser und können eine schwere Lungenentzündung verursachen, die auch als Legionärskrankheit bekannt ist. Daher werden sie auch in einigen Abwasserproben untersucht, um mögliche Quellen der Kontamination zu identifizieren.

Beatrix Polgar-Stüwe


Quellen:

1 Pandemieradar, 26.05.2023; Robert-Koch-Institut (RKI)
2 Abwassersurveillance auf SARS-CoV-2; Robert-Koch-Institut (RKI)
3 Abwassermonitoring zur Pandemiebekämpfung, 26. Januar 2023; Treffpunkt Kommune
4 Corona und verschiedene Aspekte der Umweltforschung; Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH – UFZ

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