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AMELAG-Abwassermonitoring für die epidemiologische Lagebewertung

<p> <p>Im Projekt „Abwassermonitoring für die epidemiologische Lagebewertung“ erheben das Umweltbundesamt und Robert Koch-Institut die Viruslast von Krankheitserregern im Abwasser. Dabei wird von einem interdisziplinären Team unmittelbar der One-Health Gedanke umgesetzt: Forschungsdaten aus dem Bereich Umwelt und öffentliche Gesundheit werden zeitnah ausgewertet, vereinigt und öffentlich bereitgestellt.</p> </p><p>Im Projekt „Abwassermonitoring für die epidemiologische Lagebewertung“ erheben das Umweltbundesamt und Robert Koch-Institut die Viruslast von Krankheitserregern im Abwasser. Dabei wird von einem interdisziplinären Team unmittelbar der One-Health Gedanke umgesetzt: Forschungsdaten aus dem Bereich Umwelt und öffentliche Gesundheit werden zeitnah ausgewertet, vereinigt und öffentlich bereitgestellt.</p><p> AMELAG - kurz erklärt <ul> <li><a href="https://www.youtube.com/watch?v=4E4orTB6wLs&amp;list=PLCh-G-AnLKePFJebW5ij393ifBM24buku&amp;index=1">Was ist Abwassersurveillance (Youtube-Link)</a></li> <li><a href="https://www.youtube.com/watch?v=tQNoqmj3GzA&amp;list=PLCh-G-AnLKePFJebW5ij393ifBM24buku&amp;index=3">Wastewater monitoring - how does it work? (Youtube-Link)</a></li> <li><a href="https://www.youtube.com/watch?v=DRevQm2rne4&amp;list=PLCh-G-AnLKePFJebW5ij393ifBM24buku&amp;index=2">Welche Erreger sind geeignet? (Youtube-Link)</a></li> <li><a href="https://www.youtube.com/watch?v=JWc1Eyq-bFo&amp;list=PLCh-G-AnLKePFJebW5ij393ifBM24buku&amp;index=4">Wastewater monitoring - Which infectious agents are suitable? (Youtube-Link)</a></li> </ul> </p><p> Gemeinsam für die Gesundheit aller <p><strong></strong></p> <p>Das Umweltbundesamt (⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/uba">UBA</a>⁠) und das Robert Koch-Institut (⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/rki">RKI</a>⁠) erfassen im Kooperationsvorhaben „Abwassermonitoring für die epidemiologische Lagebewertung“ (AMELAG), ob und in welcher Häufigkeit SARS-CoV-2-Virusgenfragmente deutschlandweit im Abwasser vorkommen. So kann die lokale Verbreitung von Viren wie SARS-CoV-2, Influenzaviren und weiteren Erregern zeitnah erfasst und beurteilt werden. Im ersten Projektabschnitt (2023-2024) wurden ca. 170 Kläranlagen überwacht, seit 2025 werden Abwasserproben von noch ca. 50 Kläranlagen zweimal wöchentlich untersucht. Das vereinfachte Monitoringspektrum deckt immer noch Abwasserdaten von etwa 25 % der Bevölkerung ab. An diesem durch das Bundesministerium für Gesundheit (⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/bmg">BMG</a>⁠) geförderten Kooperationsprojekt sind auch das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, nukleare Sicherheit und Verbraucherschutz (⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/bmuv">BMUV</a>⁠), sowie die für Gesundheit und Umweltschutz verantwortliche Behörden der 16 Bundesländer (unterschiedlich ausgeprägt) beteiligt.</p> <p>Das AMELAG-Vorhaben setzt den etablierten One-Health-Gedanken in vorbildlicher Weise um: Wissenschaftler*innen unterschiedlichster Fachdisziplinen arbeiten hier Hand in Hand und über die Grenzen ihrer einzelnen Fachgebiete hinweg. Nur durch diese Zusammenarbeit können die Expertisen aus den Bereichen Umwelt- und Naturwissenschaften, Gesundheitswissenschaften und öffentlicher Gesundheit, Data Science und Statistik das Abwasser als verlässliche Datenquelle für die Information der Öffentlichkeit und eine evidenzbasierte Politikberatung erschließen.</p> Ablauf der Abwassersurveillance in AMELAG <p>Verschiedene Krankheitserreger und deren Abbauprodukte reichern sich in menschlichen Ausscheidungen (z.B. Stuhl und Speichel) an und gelangen in das Abwasser. Abwasserproben werden zweimal pro Woche am Zulauf von Kläranlagen entnommen. In der Regel wird nach der ersten mechanischen Reinigung, dem Rechen und dem Sandfang, automatisiert eine 24h-Mischprobe gewonnen.</p> <p>Diese Proben werden gekühlt in ein Labor transportiert und mit geeigneten Anreicherungsmethoden aufbereitet. Die Erbinformation (⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/dna">DNA</a>⁠/⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/rna">RNA</a>⁠) wird anschließend extrahiert und die vorhandenen Virusgenfragmente mittels der Polymerase-Kettenreaktion (engl. polymerase chain reaction, PCR) quantitativ erfasst. Neben den Routinemessungen auf Genfragmente von SARS-CoV-2, Influenzaviren und den Humanen Respiratorischen Synzytial Viren (RSV), werden am Umweltbundesamt auch verschiedene weitere Methoden zum Nachweis weiterer, klinisch relevanter Infektionserreger entwickelt und etabliert.</p> <a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/1/bilder/konzentrierungproben_routine.jpeg"> </a> <strong> Konzentrierung Proben </strong> Quelle: AMELAG </p><p> <p>Nach einer Datenprüfung hinsichtlich Qualität und Plausibilität, werden die Monitoringdaten von den datenliefernden Stellen in die eigens dazu eingerichtete Datenbank „Pathogene im Abwasser“ (<a href="https://app.pia-monitor.de/">PiA-Monitor</a>) am Umweltbundesamt eingepflegt und verwaltet. Dort werden sie weiterverarbeitet, um witterungsbedingte Schwankungen des Rohabwasserstroms auszugleichen („Normalisierung“). Die normalisierten Datenwerte werden anschließend vom <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/rki">RKI</a> als Verlaufskurve dargestellt, einer Trendberechnung unterzogen und im <a href="https://www.rki.de/DE/Content/Institut/OrgEinheiten/Abt3/FG32/Abwassersurveillance/Abwassersurveillance.html#doc16726580bodyText1">AMELAG-Wochenbericht</a> sowie im <a href="https://infektionsradar.gesund.bund.de/de">Infektionsradar</a> durch RKI und <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/bmg">BMG</a> veröffentlicht. Zusammen mit anderen <a href="https://www.rki.de/DE/Themen/Infektionskrankheiten/Antibiotikaresistenz/Kommission-ART/Surveillance/Surveillance_Resistenzen_gesamt.html?templateQueryString=Surveillance-Systemen">Surveillance-Systemen</a> wird eine epidemiologische Bewertung vorgenommen, die wiederum das Ableiten von Maßnahmen für den Gesundheitsschutz der Menschen und eine evidenzbasierte Politikberatung unterstützt. Seit Ende Januar 2025 werden die Daten der nationalen Abwassersurveillance auch auf der europäischen Version <a href="https://arcgis.jrc.ec.europa.eu/portal/apps/dashboards/e296cdf0c0d042e6b60b07a351f2dc5c">The European Wastewater Surveillance Dashboard</a> gemeinsam mit den Abwassermonitoringdaten anderer EU-Länder veröffentlicht.</p> Wissenschaftliche Fragestellungen und Forschung am <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/uba">UBA</a> <a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/1/bilder/amr_forschung.jpeg"> </a> <strong> Agarplatte AMR </strong> Quelle: AMELAG </p><p> <p><strong>Erarbeitung von Nachweisverfahren für den Nachweis von Infektionserregern und antimikrobiellen Resistenzen (AMR) und weiteren Public Health-relevanten viralen Erregern in Abwasserproben – Forschung am Umweltbundesamt im Fachgebiet Mikrobiologische Risiken</strong></p> <p>Es werden Methoden für den belastbaren Nachweis von relevanten Infektionserregern und deren Antibiotikaresistenzen sowie von Public-Health-relevanten viralen Erregern in Abwasserproben entwickelt. Der Fokus liegt dabei auf Enterobakterien mit klinisch wichtigen Antibiotikaresistenzen sowie auf Influenza A/B und weiteren respiratorischen oder gastrointestinalen Viren. Ein mehrstufiger Screening-Prozess kombiniert den direkten Nachweis lebender Bakterien, Resistenzgene und Sequenzinformationen mit massenspektrometrischen, molekularbiologischen und sequenzbasierten Verfahren. Gleichzeitig werden für virale Erreger neue Aufbereitungs- und Extraktionsmethoden erprobt, um Nukleinsäuren zu isolieren und anzureichern. Hierzu zählen die Entwicklung und Validierung von Konzentrationsverfahren, Versuchsreihen mit inaktivierten Viren oder viraler Nukleinsäure sowie Untersuchungen zur Ermittlung der Bestimmungsgrenzen. Das Ziel besteht darin, qualitätsgesicherte und robuste Labormethoden bereitzustellen, die durch fortlaufende Optimierung und Harmonisierung in die Abwassersurveillance integriert werden können.</p> <p><strong>Laborharmonisierung und Abwasserparameter – Forschung am Umweltbundesamt im Fachgebiet Abwasseranalytik, Überwachungsverfahren</strong></p> <p>Die derzeit gemessenen Konzentrationen von SARS-CoV-2, Influenzaviren und RSV im Abwasser werden im Rahmen von AMELAG von über 10 unterschiedlichen Laboren ermittelt. Dabei kommen unterschiedliche Methoden u. a. hinsichtlich Aufkonzentrierung der Probe, Extraktion der Viren-⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/rna">RNA</a>⁠, in der PCR nachgewiesene Gensequenzen sowie der verwendeten PCR-Analytik zum Einsatz.</p> <p>Neben der Erfassung der Gensequenzen wird auch eine Reihe weiterer Parameter im Abwasserüberwacht überwacht. Vorrangiges Ziel ist, diese Daten zu nutzen um witterungsbedingte Schwankungen der Abwasserzusammensetzung auszugleichen, bzw. starke Schwankungen besser interpretieren zu können.</p> <p><strong>Datenplausibilisierung und Normalisierung – Forschung am Umweltbundesamt im Fachgebiet Abwassertechnikforschung, Abwasserentsorgung</strong></p> <p>Die Konzentration von Viren und anderen Erregern im Abwasser kann durch Veränderungen in der Abwasserzusammensetzung stark beeinflusst werden. Grund hierfür beispielsweise Niederschläge, aber auch Einleitungen aus Industrie und Gewerbe. Die Trenderkennung wird dadurch erschwert. Der Zufluss zur Kläranlage ist ein gängiger Parameter um diese Schwankungen in der Abwasserzusammensetzung abzubilden. Je nach Kläranlage und Kanalsystem können aber andere Parameter besser geeignet sein. Daher entwickelt das <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/uba">UBA</a> Methoden, die eine standortspezifische Beurteilung unterschiedlicher Plausibilisierungs- und Normalisierungsansätze ermöglichen. Über ein automatisiertes Verfahren soll so der am besten geeignete Parameter identifiziert und mit dem entsprechenden Ansatz die Trenderkennung verbessert werden.</p> <p>Zusammenfassend werden am UBA für die Abwassersurveillance notwendige technische Verfahrensabläufe entwickelt, weiter optimiert, harmonisiert und im Rahmen von Technischen Leitfäden dokumentiert. Dies betrifft die Probenahme, Labormethoden, Logistikkonzepte und den Bereich der Datenverarbeitung und -übermittlung an das ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/rki">RKI</a>⁠. Darüber hinaus engagiert sich das UBA im Bereich der Normung.</p> <p><strong>Weiterführende Literatur</strong></p> <p>Durch Forschungsarbeiten mit Beteiligung sowie direkt am Umweltbundesamt und Robert-Koch-Institut (RKI) sind in den letzten Jahren zahlreiche wissenschaftliche Veröffentlichungen im Rahmen des Abwassermonitoring Projektes entstanden:</p> <ul> <li>Saravia, C.J., Pütz, P., Wurzbacher, C., Uchaikina, A., Drewes, J.E., Braun, U., Bannick, C.G., Obermaier, N., 2024. Wastewater-based epidemiology: deriving a SARS-CoV-2 data validation method to assess data quality and to improve trend recognition. Front. Public Health 12. <a href="https://doi.org/10.3389/fpubh.2024.1497100">https://doi.org/10.3389/fpubh.2024.1497100</a>.</li> <li>Marquar, N., Pütz, P., Buchholz, U., Exner, T., Fretschner, T., Greiner, T., Helmrich, M., Lukas, M., Marty, M., Obermaier, N., Saravia Arzabe, C., Schattschneider, A., Schneider, B., Selinka, H.-C., Ullrich, A., Walther, B., Braun, U., Schumacher, J., 2024. SARS-CoV-2-Abwassersurveillance in Deutschland im Rahmen des Projekts AMELAG. <a href="https://www.rki.de/DE/Content/Infekt/EpidBull/Archiv/2024/Ausgaben/34_24.html">https://www.rki.de/DE/Content/Infekt/EpidBull/Archiv/2024/Ausgaben/34_24.html</a></li> <li>Abwasser als Informationsquelle – Schutz vor künftigen Epidemien, 2024. wwt Wasserwirtschaft Wassertechnik 73. <a href="https://doi.org/10.51202/1438-5716-2024-10">https://doi.org/10.51202/1438-5716-2024-10</a></li> <li>Loenenbach, A., Lehfeld, A.-S., Puetz, P., Biere, B., Abunijela, S., Buda, S., Diercke, M., Dürrwald, R., Greiner, T., Haas, W., Helmrich, M., Prahm, K., Schumacher, J., Wedde, M., Buchholz, U., n.d. Participatory, Virologic, and Wastewater Surveillance Data to Assess Underestimation of COVID-19 Incidence, Germany, 2020–2024 - Volume 30, Number 9—September 2024 - Emerging Infectious Diseases journal - CDC. <a href="https://doi.org/10.3201/eid3009.240640">https://doi.org/10.3201/eid3009.240640</a></li> <li>Schattschneider, A. et al. 2024, Epidemiologisches Bulletin, 34/2024. Abwasser enthält Informationen für Public Health: Mögliche Anwendungen für Abwassersurveillance“. h<a href="https://www.rki.de/DE/Content/Infekt/EpidBull/Archiv/2024/Ausgaben/34_24.html">ttps://www.rki.de/DE/Content/Infekt/EpidBull/Archiv/2024/Ausgaben/34_24.html</a></li> </ul> </p><p> Für Neuigkeiten per E-Mail anmelden <p>Sie möchten (etwa zwei bis vier Mal im Jahr) über aktuelle Entwicklungen, Forschungsergebnisse und wichtige Informationen rund um die Abwassersurveillance per E-Mail informiert werden? Dann tragen Sie sich hier gerne in unseren <a href="https://www.umweltbundesamt.de/node/120344">Verteiler "Neuigkeiten aus der Abwassersurveillance (AMELAG)"</a> ein.&nbsp;</p> </p><p> </p><p>Informationen für...</p>

Forschergruppe (FOR) 5095: Interaktionen von Schadstoffen, Antibiotikaresistenz und Pathogenen in einem sich ändernden Abwasserbewässerungssystem, Teilprojekt: Auswirkungen von Bewässerungswasserqualität und Bodentyp auf das boden- und pflanzenassoziierte Mikrobiom, Abundanz, Diversität und Übertragbarkeit von Antibiotikaresistenzgenen in gramnegativen Bakterien

Wiederverwendung von Abwasser (AW) in landwirtschaftlicher Bewässerung ist eine effiziente Möglichkeit, Wasser zu sparen und die Nahrungsmittelproduktion für eine wachsende Bevölkerung unter den Bedingungen des Klimawandels zu steigern. Infrastrukturinvestitionen führen in vielen Ländern zu einer Verlagerung von Bewässerung mit unbehandeltem AW hin zu behandeltem AW. SP 5 wird dazu beitragen, die Hypothesen zu prüfen, dass i) die Umweltkonzentrationen von Schadstoffen, die aus dem Boden freigesetzt und von Pflanzen aufgenommen werden, hoch genug sind, um Antibiotikaresistenzen zu selektieren und horizontalen Gentransfer (HGT) in Böden und Pflanzen auszulösen, und ii) der Bodentyp die Freisetzung von Schadstoffen und die damit verbundene Selektion von Antibiotikaresistenzen moduliert. Die Wirkung der Zugabe von behandeltem oder unbehandeltem AW zu Leptosolen, Phäozemen und Vertisolen, die seit >80 Jahren mit unbehandeltem AW bewässert werden, auf Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft und Häufigkeit von Antibiotikaresistenzgenen (ARG) sowie mobilen genetischen Elementen (MGE), die mit gramnegativen Bakterien (GNB) assoziiert sind, wird in einem gemeinsamen Inkubations- und Batch-Experiment in Gesamt-DNA getestet. HGT-Raten zwischen GNB werden für eine Teilmenge von Bodenproben bestimmt. Isolierte Enterobakterien (SP 6) werden auf das Vorhandensein übertragbarer Plasmide gescreent. Die Mobilisierung von ARG zu IncP-1-Plasmiden aufgrund der Selektion durch Antibiotika und Desinfektionsmittel, die dem AW zugesetzt und aus Boden freigesetzt werden, wird in einem Satellitenexperiment getestet. Dabei wird das Bodenbakterium Acinetobacter baylyi BD413, das IncP-1-Plasmide ohne ARG trägt, auf die unterschiedlich behandelten Böden aufgebracht, nach 28 Tagen isoliert und die Plasmide auf erworbene ARG gescreent. Die Relevanz der Pflanzen für Selektion und Ausbreitung von ARG und Transfer in die Nahrungskette wird im gemeinsamen Bodensäulexperiment mit monolithischen, "ungestörten", mit Koriander (Coriandrum sativum) bepflanzten Bodensäulen untersucht. SP 5 wird die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft in Phyllosphäre und Wurzeln/Rhizosphäre, die relative Häufigkeit von ARG und MGE von GNB und die HGT-Raten zwischen GNB bewerten. SP 5 bringt gleiches Fachwissen und gleiche Techniken in das gemeinsame Feldexperiment mit Koriander bepflanztem Phäozem-Boden ein, um kontrollierte Labor- und Gewächshausversuche mit realen Bedingungen zu verbinden, insbesondere im Hinblick auf Auswirkungen von Bewässerungswasserqualität auf Phyllosphärenbakterien, die unter Gewächshausbedingungen schwer zu untersuchen sind. Durch Verknüpfung der Ergebnisse und Fachkenntnisse mit Daten und Kenntnissen der anderen SP, ebenfalls mit Hilfe des integrierten mathematischen Modells (SP 7), trägt SP 5 zu einem mechanistischen Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Schadstoffen, Antibiotikaresistenzen und Pathogenen in sich verändernden AW-Bewässerungssystemen bei.

Vancomycin-resistente Enterokokken in Gefluegel- und Schweinefleisch (VRE)

Zielsetzung: Bestimmung der Praevalenz von VRE in Gefluegel- und Schweinefleisch. Untersuchung auf A- und B-Gene mit Hilfe der Polymerase Kettenreaktion. Vergleich von A-positiven Isolate von Lebensmitteln und von Menschen mit Hilfe der Randonly Amplified DNA (RAPD) und Puhfeldgelelektrophorese (PFGE).

ARMIS: Interventionsstrategien für antibiotikaresistenz-belastete Gülle

Das primäre Ziel des Projektes ARMIS ist es, das Risiko der Exposition von antimikrobiellen Resistenzkomponenten (Bakterien, Resistenzgenen und Substanzrückständen) aus Gülle als Funktion der Effizienz von Gülle-Behandlungsanlagen zu erfassen. Hauptfokus des deutschen Teilprojektes ist dabei die Betrachtung der Effizienz von Gülle-verwertenden Biogasanlagen deutscher landwirtschaftlicher Betriebe hinsichtlich der Elimination von antimikrobiellen Resistenzdeterminanten. Hierbei sollen ESBL tragende E. coli, Carbapemenase-produzierende Enterobacteriaceae (KPC), Methicillin-resistente Staphylococcus aureus (MRSA) und Vancomycin-resistente Enterokokken (VRE) kultiviert und eingehend charakterisiert werden. Zusätzlich werden kultivierungs-unabhängige molekularbiologische Untersuchungen zur quantitativen und qualitativen Erfassung vorhandener Antibiotikaresistenzen durchgeführt. Ein spezifischer Fokus des deutschen Teilprojektes ist die Erfassung resistenztragender Persister-Zellen und lebender aber nicht kultivierbarer Zellen (viable but non culturable cells, VBNCs'). Gründe für das Überleben resistenter Bakterien und das Risikopotential der freigesetzten antimikrobiellen Resistenzdeterminanten werden im Rahmen dieses Projektes erfasst und beurteilt.

Molekularbiologische Analytik fäkaler Wasserverunreinigungen - FWF UNIFIED

Die Verfügbarkeit von Wasser mit ausreichender Qualität hat eine enorme Bedeutung für die Gesundheit der Menschen. Seit den bahnbrechenden Arbeiten von Robert Koch, vor mehr als 100 Jahren, basiert die Analyse der mikrobiologischen Wasserqualität vorwiegend auf kultivierungsabhängigen Nachweisen von Indikatororganismen. In diesem Zusammenhang liefern fäkale Standardindikatoren wie etwa Escherichia coli oder Enterokokken wichtige Informationen über den generellen Grad der fäkalen Beeinflussung in Wasser. Aussagen über die Herkunft der fäkalen Verschmutzung (z.B. Tier vs. Mensch) sind in der Regel jedoch nicht möglich. Steigende Anforderungen im Bereich der mikrobiologischen Gefährdungs- und Risikoanalyse lassen die umfassende Analyse fäkaler Belastungen in Wasser und Gewässern (d.h. Quantifizierung der fäkalen Verschmutzungen und gleichzeitige Zuordnung zu möglichen Verursachern) immer bedeutender werden. Die alleinige Anwendung fäkaler Standardindikatoren wird diesem Anspruch jedoch nicht gerecht. Abundante bestandsbildende intestinale Bakterien (BIB) stellen diesbezüglich vielversprechende alternative Indikatoren dar. Erste Hinweise deuten darauf hin, dass BIB abgrenzbare phylogenetische Linien im Vergleich zu mikrobiellen Populationen in der Umwelt (z.B. in anaeroben Böden und Sedimenten) darstellen und darüber hinaus eine starke Wirtsanpassung, aufgrund co-evolutionärer Vorgänge, besitzen. Ihre überaus große genetische Diversität konnte jedoch aufgrund methodischer Restriktionen in der Vergangenheit nicht aufgelöst werden. Alternative molekularbiologische Methoden zur Detektion und Herkunftsbestimmung fäkaler Belastungen basieren daher auf einer völlig unzureichenden Datenbasis. Das ZIEL des vorgelegten Forschungsantrages ist eine molekulare öko-phylogenetische Grundlage zum Vorkommen und Verteilung von BIB Gemeinschaften in Wirbeltieren zu schaffen und ihre Eignung als molekulare Marker zur Analyse fäkaler Kontamination zu testen. Die Verwirklichung dieses Zieles wird durch Anwendung revolutionärer DNA-Sequenzierungstechniken, umfassender bioinformatischer Werkzeuge und einer durch Hypothesen geleiteten Forschung gewährleistet. In PHASE - 1 wird eine molekulare ultra-hochauflösende 16S-rRNA-Gen Sequenzdatenbank erstellt. Dabei werden Fäkalproben von Säugetieren, Mensch, Vögeln, Reptilien, Amphibien und Fischen als auch Umweltproben (vor allem Böden), aus genau charakterisierten Bereichen, analysiert. In PHASE - 2 wird eine umfassende Analyse der erhobenen Daten, die Etablierung der molekularen öko-phylogenetischen Sequenzgrundlage und die Überprüfung der Hypothesen durchgeführt (Abgrenzbarkeit, Wirtsanpassung und Co-Evolution von BIB und Wirten). Darüber hinaus wird die Möglichkeit des Designs molekularer Analysemethoden zur umfassenden Analyse fäkaler Verschmutzungen aufgrund der etablierten Datenbasis getestet. Die vorgeschlagenen Forschungsaktivitäten sollen erstmals eine systematische molekularbiologische Grundlage und ein Verständnis zu

ÖGD-Projekt: Vorkommen von Antibiotika-resistenten Erreger in der Kette der Fleischgewinnung und Fleischverarbeitung sowie in Umweltproben

Competence network for genome research on bacteria for the environment, agriculture, and biotechnology, Cluster C. glutamicum (at Bielefeld University); the regulation of phosphate metabolism in C. glutamicum and lipid synthesis: The identification of regulators and regulatory metabolites

Phosphorous (P) is an essential component of all cells. P assimilation occurs mainly in the form of phosphate via the reactions of the energy and carbon metabolism. Therefore, the P metabolism is closely intertwined with the energy and the central carbon metabolism: only with sufficient P supply an optimal energy and carbon metabolism is possible. As the latter generates precursor metabolites for the biosynthesis of amino acids, the interplay of P and C metabolism is of particular importance in amino acid producing Corynebacterium glutamicum. The Institute of Biotechnology 1 at the Research Center Jülich successfully worked on the biochemical and genetic characterisation of the main amino acid biosynthesis pathways in C. glutamicum as well as on the central carbon metabolism. Moreover, using nuclear magnetic resonance (NMR) studies and stable isotope labeling techniques, in vivo activities of single enzymes and pathways were quantified. These informations were used to optimize amino acid production with C. glutamicum (metabolic design, Sahm et al. 2000). Within the project, the P metabolism and its regulation shall be characterized in depth using the genome sequence of C. glutamicum. The phosphate stimulon of C. glutamicum will be defined using DNA microarray technology. Among this group of genes showing differential expression in dependence of phosphate availability, genes of the energy and central carbon metabolism will be of particular interest. In Jülich, the equipment for the generation and application of DNA microarrays is available as well as expertise to use this key technology for genome-wide expression analyses in E. coli (Zimmer et al. 2000). A parallel approach will focus on unraveling the molecular mechanism(s) of phosphate regulation with particular emphasis on two-component regulatory sytems, which in E. coli and B. subtilis play central roles in this regulation. Regarding the analysis of genetic regulatory mechanisms, extensive experience has been gained for the genetic and biochemical characterization of two-component sytems in enterobacteria (Kaspar et al. 1999).

Hafen Audit, Leitantrag - TransporTeilprojekt rozesse, Morphodynamik und Wasserqualität bei Paranaguá

TP 1: Ziel ist die Charakterisierung von Transportprozessen und wichtigen Aspekten der Wasserqualität im Bereich des Hafens/der zentralen Bucht von Paranagua. Im Zentrum steht die Untersuchung der Auswirkungen von Erhaltungsbaggerei, Baggergutverklappung und hafenbedingten Abwasser- und Stoffeinträgen auf die Morphodynamik, Verschlickung und Wasserqualität im Hafenumfeld. Auf Basis von umfangreichen Felduntersuchungen und bestehenden Datensätzen werden physikalische, chemische und biologische Kenngrößen des Wasserkörpers ermittelt und die Bedeutung von Nährstoffemissionen und enterobakteriellen Einträgen auf den Qualitätsstatus des Hafenwassers und der benachbarten Gebiete untersucht. Es werden hochauflösende numerische Modelle zur Simulation der Hydrodynamik, Sedimentdynamik, Morphodynamik und Wasserqualität in der zentralen Bucht von Paranagua entwickelt, auf deren Grundlage Optimierungsstrategien für ein zukünftiges Baggerei- und Emissionsmanagement abgeleitet werden. Die Szenarien bilden die Grundlage für die Entwicklung von Nachhaltigkeitsleitlinien und Monitoringstrategien, welche den regionalen Behörden zur Verfügung gestellt werden.

Bedeutung und Verbleib von Clostridium difficile und anderen neuartigen Erregern in landwirtschaftlichen Biogasanlagen

Aus den oben genannten Fragestellungen leiten sich die Ziele des Verbundvorhabens der LfL mit dem 2122495 - Bayerischen Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit (LGL) ab, die unter Nutzung der gemeinsamen Ressourcen und Beteiligung der Ressourcen des Instituts für Landtechnik und Tierhaltung der LfL (ILT) sowie der 2134030 - Universität Bielefeld (CeBiTec) bearbeitet werden sollen. Es gilt: (i) schnelle und spezifische molekularbiologische Nachweismethoden entsprechend dem Kenntnisstand insbesondere für C. difficile an der Abteilung Qualitätssicherung und Untersuchungswesen der LfL (AQU) zu etablieren oder ggf. dort neu zu entwickeln. Entsprechend der zeitlichen Möglichkeit gilt dies auch für wichtige Toxin- und Antibiotikaresistenzgene von C. difficile, MRSA, ESBL-Enterobakterien und VRE, (ii) eine belastbare Datengrundlage zum Vorkommen von C. difficile, MRSA, ESBL-Enterobakterien und nach Möglichkeit auch VRE sowie von relevanten Antibiotikaresistenzgenen in der Prozesskette landwirtschaftlichen Biogasanlagen in Bayern mit unterschiedlichem Substrateinsatz, aber insbesondere von tierischen Reststoffen, über die gesamten Prozessketten zu schaffen, (iii) zu versuchen, einen horizontalen Gentransfer auf Mikroorganismen, die den Biogasprozess durchführen, abzuklären sowie (iv) quantitative Daten für die Reduktion lebensfähiger C. difficile Einheiten im meso- und thermophilen Biogasprozess zu erarbeiten. Das Verbundvorhaben zwischen den vier inhaltlich beitragenden Institutionen ist stark interdisziplinär ausgelegt. Die bearbeiteten Themenbereiche und Aktivitäten reichen vom Versuchs-Biogasanlagenbetrieb (ILT2a) und der Beschaffung von Proben von Praxisanlagen mit Übermittlung wichtiger Betriebs- und Prozessdaten (ILT2c) und der nasschemischen Prozessanalytik über die Entwicklung und den Einsatz mikro- und molekularbiologischer Analytik (AQU1c, LGL) bis hin zur massiven Sequenzierung von Metagenomen mit bioinformatischer Auswertung (CeBiTec). Dabei bringen die Partner ihre für die Aufgabenstellung spezialisierte Infrastruktur und ihr Know-how ein.

Förderschwerpunkt Bioabfallverwertung, Optimierung und Bilanzierung der Kompostierung unter besonderer Berücksichtigung mikrobiologisch relevanter Parameter: Steigerung der Umsatzleistung und Reduktion der Emission geruchsintensiver Stoffwechselprodukte

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens. Trotz der langen Geschichte der Kompostierung - z.B. in China seit Jahrtausenden durchgeführt - bestehen noch immer einige Fragen bezüglich dieses mikrobiologischen/biochemischen Prozesses. So ist z.B. das Problem der Geruchs- und Keimemissionen nicht zuletzt durch den Übergang vom 'Komposthaufen hinter dem Haus' zu einer large-scale Biotechnologie entstanden. Auch die theoretische Behandlung des Prozesses ist noch keineswegs abgeschlossen, z.B. die Bilanzierung der Masse- und Wärmeströme, die die Grundlage der Modellierung liefern könnten. - Dieses Vorhaben sollte hierzu einen Beitrag liefern, wobei der Kompostierungsprozess unter definierten Bedingungen in Laboranlagen durchgeführt wurde. Das Hauptinteresse galt der Bilanzierung des Prozesses sowie der Entwicklung der mikrobiellen Biozönose und deren Aktivität. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden: Für die Durchführung der Kompostierung im Labormaßstab wurden vier Anlagen unterschiedlicher Größe und Betriebsweise konstruiert: (1) Vier parallelgeschaltete 4L-Dewargefäße mit speziellen Umbauten für die Kompostierung unter spontaner Selbsterhitzung; (2) ein 10L temperierbarer Reaktor für isothermale oder adiabatische Betriebsweise; (3) ein 10L doppelwandiger Glaswandreaktor mit Rührwerk: Dieser erwies sich wegen Blockierung des Rührwerkes durch faseriges Material für diese Versuche ungeeignet; (4) ein 100L-Drehtrommelreaktor mit Schikanen in einer Klimakammer. - Die Charakterisierung des Rotteverlaufes und die Massebilanzierung erfolgte auf Grund folgender Kenndaten: Temperaturverlauf (registriert online), Belüftungsstärke (variierbar und für die Temperaturregulierung eingesetzt), abgebaute organische Substanz (= D Glühverlust), Trockengewicht, C/N-Verhältnis, z.T. Gasanalyse mittels BINOS-100 Analysator (O2-Aufnahme, CO2-Bildung, CH4-Nachweis). - Die mikrobiologische Untersuchung umfasste die Ermittlung der mesophilen und thermophilen Bakterien, Actinomyceten und Pilze sowie die Abtötung von Enterobakterien (E. coli als Indikator für hygienisch rele-vante Bakterien) im Verlauf der Kompostierung. Dabei wurden zum einen mittels Selektivmedien einzelne Keimgruppen bestimmt, zum anderen ausgewählte Isolate, insbesondere thermophile Bacillus-Arten und thermophile Actinomyceten, bis zur Spezies identifiziert. - Als biochemischer Parameter der Kompostierung wurde der Cellulose-Abbau untersucht. Dazu wurde die cellulolytische Aktivität in Bioabfall und Kompost bestimmt sowie ein Screening von 111 Stämmen thermophiler Actinomyceten (einschließlich Thermoactinomyces) durchgeführt. Fazit Die Kompostierung in Laboranlagen ist eine wichtige Methode zum Studium grundlegender Parameter dieses biotechnologischen Prozesses. Sie erlaubt die Erstellung von Masse- und Energiebilanzen sowie die Untersuchung der Mikrobiologie.

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