Oberflächengewässer sind mit einer Vielzahl organischer Mikroverunreinigungen, resistenter Bakterien und anorganischer Schadstoffe belastet. Abwasser stellt eine bedeutende Quelle für den Eintrag dieser Schadstoffe dar. Die Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) untersuchte im Auftrag von BMUKN und UBA die Pfade Kläranlagenablauf, Mischwasserentlastung und Regenwasserkanal auf Mikroverunreinigungen und Resistenzen. Das im Vorhaben entwickelte Monitoringkonzept wurde in drei Untersuchungsregionen modellhaft angewendet. Die Ergebnisse schließen Datenlücken bezüglich der Relevanz von Mischwasserentlastungen und Regenwasserkanälen für die Einträge von Schadstoffen und resistenten Bakterien in Oberflächengewässer und liefern eine Datenbasis für die Ermittlung von Eintragsfrachten. Veröffentlicht in Texte | 105/2025.
The aim of the MICROSOIL project was to identify meaningful endpoints for assessing the effects of plant protection products, veterinary pharmaceuticals and biocides on microorganisms in agricultural soils.The current risk assessment for plant protection products (PPPs) considers the effects of PPPs on nitrogen turnover by microorganisms in test soils according to the OECD 216 testguideline. However, this laboratory test does not cover all risks to microorganisms caused by PPPs. Within this project, five alternative methods to assess the effects of chemicals on the soil microbial community were identified, based on a literature review and a scoring system . To compare the sensitivity of these methods to chemicals, laboratory tests were carried out with three soils and six test substances, each.Based on the MICROSOIL results, it is recommended to add an additional test on bacterial function (ISO 20130, enzymatic activity) and a structural test on the effects on mycorrhizal fungi (ISO 10832) to the first tier risk assessment of chemicals. A fingerprinting method to assess the impact on community structure is also recommended but needs to be further elaborated.The results of this project also show that the current risk assessment for veterinary pharmaceuticals may not cover the development of antibiotic resistance in environmentally relevant soil bacteria.This project also investigated the degradation performance of microorganisms after multiple applications of chemicals. Multiple applications of the same substance as well as the presence of another substance in the soil had both positive and negative effects on the degradation rate of the test substances.The results presented here underline the need to update the risk assessment framework for soil organisms, exposed to chemicals and provide concrete suggestions for a new risk assessment scheme.
In vielen Teilen der Erde ist Abwasserbewässerung eine gängige Praxis. Bewässerung mit ungeklärtem Abwasser resultiert in der Akkumulation von Rückständen von Pharmaka und Desinfektionsmitteln in Böden. Wechsel von Bewässerung mit ungeklärtem zu geklärtem Abwasser ist in vielen Ländern im Gang, so auch im Mezquital Tal in Mexiko. Über die Dynamik der mikrobiellen und chemischen Kontaminanten sowie der Antibiotikaresistenz-Gene als Folge der Veränderung des Bewässerung-Regimes ist jedoch nur wenig bekannt. Wir postulieren, dass die Vorteile des Wechsels des Bewässerungsregimes auf Flächen, die für lange Zeit mit Abwasser bewässert wurden, in der Übergangsphase marginal sind, da 1.) der Wechsel des Bewässerungswassers Schadstoffe freisetzt, die sich im Boden akkumuliert haben, 2.) die Schadstoffkonzentrationen, die im ungeklärten bzw. geklärten Abwasser vorliegen bzw., die von den Böden freigesetzt und den Pflanzen aufgenommen werden, groß genug sind, um auf Antibiotikaresistenzbildung zu selektieren und Resistenzübertragung im Boden und in den Pflanzen zu induzieren und 3.) die Freisetzung der Schadstoffe und die damit verbundene Selektion für Antibiotikaresistenzen vom Bodentyp abhängt. SP 4 wird diese Hypothesen mit 3 verschiedenen Bodentypen, Leptosol, Phaeozem und Vertisol für häufig eingesetzte Antibiotika, die sich in Struktur und Wirkmechanismus unterscheiden, Sulfamethoxazol, Trimethoprim, Ciprofloxacin, Clindamycin, Erythromycin, Azithromycin und für Desinfektionsmittel, die zu den quaternären Alkylammoniumverbindungen gehören (Alkyltrimethylammonium-, Dialkyldimethylammonium- und Benzylalkylammonium-Verbindungen), in 3 gemeinsamen Versuchen in der Forschungsgruppe untersuchen. Wir werden den Einfluss von variierenden Schadstoffkonzentrationen auf die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft und die Abundanz von pathogenen Gram-positiven Bakterien in ungeklärtem, geklärtem Abwasser, in Boden- und Pflanzenproben mit kulturunabhängigen Methoden (Kooperation mit SP 5) analysieren. Wir werden die Konzentrationen von Antibiotikaresistenz-Genen und konjugativen Plasmiden mit quantitativer real-time PCR in Abwasser, geklärtem Abwasser, Boden- und Pflanzenproben (Kooperation mit SP5) bestimmen, konjugative Resistenzplasmide von Gram-positiven pathogenen Bakterien sequenzieren (Kooperation mit SP 6) und ausgewählte Plasmide an SP 3 für „Minimale Selektive Konzentration“-Tests übergeben. Außerdem werden wir horizontale Transferraten für Antibiotikaresistenz-Gene zwischen Gram-positiven Bakterien in Abwasser-, Boden- und Pflanzenproben (Kooperation mit SP 5) mit einer von SP 4 entwickelten Methode ermitteln. Auf diese Weise liefert SP 4 mikrobielle und Resistenzdynamik-Daten für das von SP7 zu entwickelnde konzeptuelle und quantitative Modell und trägt zum ganzheitlichen Verständnis des Einflusses der Abwasserqualität auf die Wechselwirkungen zwischen Schadstoffen und Antibiotika-resistenten Bakterien in Abwasserbewässerungssystemen bei.
The proposed project is a research cooperation between the TU Dresden’s chair of Urban Water Management and the chair of Hydrobiology. The project aims to detect and quantify the contribution of a city’s sewer system on the spread, dynamics and seasonality of antibiotics and antibiotic resistance genes within an urbanized water body. Antibiotic resistance represents a high risk to human health as well as the public health system, due to their presence in, or acquisition by, pathogenic and/or opportunistic bacteria occurring in the environment. One among other emission sources of resistant strains into the environment is the sewer network, which should be exemplary investigated at our study site, the Lockwitzbach catchment within the city of Dresden. Six monitoring stations are already in operation there, equipped with online sensors for water quantity. Four out of six are recording water quality, including auto samplers. Two of the stations are dedicated to river monitoring, four further stations were mounted within the sewer system at rain water outlets and at a combined sewer overflow (CSO) structures, draining into Lockwitzbach. This monitoring network will be used and enhanced for the detection and sampling of specific contributions from the urban drainage network on the presence and dispersion of antibiotic resistances. Event-based and seasonal sampling campaigns coupled with analysis on chemical and microbiological parameters should be performed on water and biofilm samples to detect contribution patterns from the sewer outlets together with seasonal trends in composition and presence of antibiotic resistance in the bacterial community. Furthermore, emission pathways and the remaining of heavy metals from the sewer network, that also select for antibiotic co-resistancence, will be under examination. A particle transport model for the sewer catchment will be coupled with a hydraulic model for stream and sewer network and calibrated to predict gained water quality parameters as well as antibiotic resistant gene discharge patterns. Different treatment methods will be implemented in the model and evaluated. These results will yield valuable information on possible emission scenarios and pathways, as well as their importance on the spread of antibiotic resistance in the aquatic environment.