AMELAG Abwassermonitoring für die epidemiologische Lagebewertung Im Projekt „Abwassermonitoring für die epidemiologische Lagebewertung“ erheben Umweltbundesamt und Robert Koch-Institut die Viruslast von SARS-CoV-2 und anderen Erregern im Abwasser. Das interdisziplinäre Team setzt direkt den One-Health Gedanken um: Forschungsdaten aus dem Bereich Umwelt und öffentliche Gesundheit werden zeitnah aufgearbeitet, zusammengeführt und öffentlich bereitgestellt. Gemeinsam für die Gesundheit aller Das Umweltbundesamt ( UBA ) und das Robert Koch-Institut ( RKI ) erfassen im Kooperationsvorhaben „Abwassermonitoring für die epidemiologische Lagebewertung“ (AMELAG), ob und in welcher Häufigkeit SARS-CoV-2-Virusgenfragmente an knapp 170 Kläranlagen deutschlandweit im Abwasser vorkommen. So kann die lokale Verbreitung von Viren wie SARS-CoV-2 und möglichen Virusvarianten zeitnah erfasst und beurteilt werden. An diesem durch das Bundesministerium für Gesundheit ( BMG ) geförderten Kooperationsprojekt sind auch das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, nukleare Sicherheit und Verbraucherschutz ( BMUV ), der Sanitätsdienst der Bundeswehr sowie für Gesundheit und Abwasser verantwortliche Behörden der 16 Bundesländer beteiligt, darüber hinaus Kläranlagenbetreibende, Labore, Logistikunternehmen sowie zahlreiche weitere Forschungseinrichtungen und Universitäten. Das AMELAG-Vorhaben setzt beispielhaft den im Koalitionsvertrag der Bundesregierung erwähnten One-Health Gedanken um: Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler unterschiedlichster Fachdisziplinen arbeiten hier täglich kollaborativ und intersektoral zusammen. Nur so können die Expertisen aus den Bereichen Umwelt- und Naturwissenschaften, Gesundheitswissenschaften und öffentlicher Gesundheit, Data Science und Statistik das Abwasser als eine verlässliche Datenquelle für die Information der Öffentlichkeit und eine evidenzbasierte Politikberatung erschließen. Ablauf der Abwassersurveillance in AMELAG Verschiedene Krankheitserreger und deren Abbauprodukte reichern sich in menschlichen Ausscheidungen (z.B. Stuhl und Speichel) an und gelangen in das Abwasser. Abwasserproben werden mehrmals 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. Diese Proben werden gekühlt in ein Labor transportiert und mit geeigneten Anreicherungsmethoden aufbereitet. Die Erbinformation ( DNA / RNA ) wird anschließend extrahiert und die vorhandenen Virusgenfragmente mittels der Polymerase-Kettenreaktion (engl. polymerase chain reaction, PCR) quantitativ erfasst. Neben den Routinemessungen der SARS-CoV-2-Genfragmente werden am Umweltbundesamt auch verschiedene weitere Methoden zum Nachweis klinisch relevanter Infektionserreger (z. B. Influenzavirus A/B) entwickelt und etabliert. Nach einer Datenprüfung hinsichtlich Qualität und Plausibilität, werden die Monitoringdaten von den datenliefernden Stellen in die eigens dazu eingerichtete Datenbank „Pathogene im Abwasser“ ( PiA-Monitor ) am Umweltbundesamt eingepflegt und verwaltet. Dort werden sie weiterverarbeitet, um witterungsbedingte Schwankungen des Rohabwasserstroms auszugleichen („Normalisierung“). Die normalisierten Datenwerte werden anschließend vom RKI als Verlaufskurve dargestellt, einer Trendberechnung unterzogen und im AMELAG-Wochenbericht sowie im Infektionsradar durch RKI und BMG veröffentlicht. Zusammen mit anderen Surveillance-Systemen wird eine epidemiologische Bewertung vorgenommen, die wiederum das Ableiten von Maßnahmen für den Gesundheitsschutz der Menschen und eine evidenzbasierte Politikberatung unterstützt. Link zum AMELAG-Erklärvideo: Was ist Abwassersurveillance (Youtube-Link) Wissenschaftliche Fragestellungen und Forschung am UBA Erarbeitung von Verfahren für den Nachweis von Infektionserregern und antimikrobiellen Resistenzen (AMR) in Abwasserproben – Forschung am Umweltbundesamt im Fachgebiet Mikrobiologische Risiken Es werden Konzepte für Methoden zum belastbaren Nachweis von relevanten Infektionserregern (einschließlich deren Antibiotikaresistenzen) in Abwasserproben entwickelt. Der Fokus liegt dabei auf Enterobakterien mit klinisch wichtigen Antibiotikaresistenzen. Um diese in den Abwasserproben zu identifizieren wird ein mehrstufiger Screening-Prozess entwickelt, der sowohl auf den direkten Nachweis der lebendigen Bakterien wie auch auf den Nachweis von Resistenzgenen und weiteren Sequenzinformationen abzielt. Hierbei kommen unter anderem massenspektrometrische Messmethoden, die Bestimmung der minimalen Hemmkonzentrationen gegenüber antibiotischen Wirkstoffen sowie molekularbiologische und sequenzbasierte Verfahren zum Einsatz. Methodenentwicklung und Etablierung von Nachweisverfahren von weiteren Public Health-relevanten viralen Erregern – Forschung am Umweltbundesamt im Fachgebiet Mikrobiologische Risiken Es werden Influenza A/B-Virusgenfragmente mittels molekularbiologischer Labormethoden nachgewiesen und die Ergebnisse evaluiert. Die Methoden werden für eine mögliche Implementierung in die Routine der Abwassersurveillance vorbereitet. Im Weiteren werden im Rahmen von AMELAG mittels verschiedener Aufbereitungs- und Extraktionsmethoden neue Verfahren zum Nachweis für weitere respiratorische und gastrointestinale Erreger, die sich im Abwasser befinden, entwickelt und erprobt. Je nach Beschaffenheit und Eigenschaften der Erreger sind verschiedene Aufbereitungsmethoden zur Anreicherung und Extraktion der Nukleinsäuren erforderlich. Dazu werden u. a. verschiedene Konzentrationsverfahren verglichen, Versuchsreihen mit Abwasserproben konzipiert, denen inaktivierte Viren oder virale Nukleinsäure zugesetzt wurden und es findet eine Validierung der Verfahren statt. Des Weiteren werden Versuche zur Ermittlung der Bestimmungsgrenzen durchgeführt. Ziel ist es, qualitätsgesicherte und valide Labormethoden zu entwickeln, die schrittweise durch fortlaufende Optimierung und Harmonisierung im Rahmen der Abwassersurveillance angewendet werden können. Laborharmonisierung / Standardisierung / Vergleichsuntersuchungen – Forschung am Umweltbundesamt im Fachgebiet Abwasseranalytik, Überwachungsverfahren Die derzeit gemessenen Konzentrationen von SARS-CoV-2 im Abwasser werden im Rahmen von AMELAG von über 20 unterschiedlichen Laboren ermittelt. Dabei kommen unterschiedliche Methoden u. a. hinsichtlich Aufkonzentrierung der Probe, Extraktion der Viren- RNA , in der PCR nachgewiesene Gensequenzen sowie der verwendeten PCR-Analytik zum Einsatz. Im Rahmen dieses Forschungsprojekts wird durch das UBA eine Identifizierung und Clusterung der Labormethoden durchgeführt und anschließend eine Harmonisierung angestrebt. Da davon auszugehen ist, dass verschiedene Methoden zu vergleichbaren Analytikergebnissen führen, soll eine Qualitätsbewertung der Daten mit Bezug zur jeweiligen Analytik durchgeführt werden. Das soll auch der Vorbereitung und Konzipierung eines Vergleichsversuches dienen, der ebenfalls im Rahmen des AMELAG Projekts durchgeführt werden wird. Dieser soll u.a. zur Ermittlung von Bestimmungsgrenzen dienen. In Erweiterung des Nachweisspektrums werden weitere, das öffentliche Gesundheitswesen betreffende Erreger wie Influenza und RSV, für die Laborroutine getestet und etabliert. Spurenstoffanalytik zur Untersuchung der Eignung weiterer Normalisierungsparameter – Forschung am Umweltbundesamt im Fachgebiet Abwasseranalytik, Überwachungsverfahren Bei der Ermittlung der Viruslast im Abwasser muss eine „Normalisierung“ der ermittelten Viruslast erfolgen. „Normalisierung“ bedeutet, dass versucht wird die Schwankungen der Abwassermenge und damit auch der Zusammensetzung der Abwasserbestandteile auszugleichen. Je besser man normalisieren kann, umso besser kann die Viruslast in Relation zum Bevölkerungsanteil berechnet werden. Statt der Möglichkeit einer Normalisierung durch die mittlere Durchflussrate, Quantifizierung von Surrogatviren oder üblichen Begleitparametern wie Leitfähigkeit und Ammonium, sollen in Kooperation mit der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) durch Spurenstoffanalytik weitere Möglichkeiten und Parameter für eine Normalisierung an verschiedenen Kläranlagenstandorten ausgetestet werden. Hierbei kommen spezielle, hochdurchsatzfähige Testverfahren (ELISA) zur Anwendung, die zur hochempfindlichen Messung von Arzneimittelrückständen, Inhaltsstoffen und Stoffwechselprodukten modifiziert wurden. Die einzelnen Spurenstoffe werden bezüglich ihrer Eignung als humane Fäkalindikatoren exemplarisch an den jeweiligen Standorten evaluiert. Datenplausibilisierung und Normalisierung – Forschung am Umweltbundesamt im Fachgebiet Abwassertechnikforschung, Abwasserentsorgung Die Konzentration von SARS-CoV-2 im Abwasser kann durch Veränderungen der Abwasserzusammensetzung beispielsweise durch Regenereignisse stark beeinflusst werden. Die Trenderkennung wird dadurch erschwert. Die Durchflussrate ist ein gängiger Parameter um diese Schwankungen in der Abwasserzusammensetzung abzubilden. Es gibt allerdings auch eine Reihe alternativer Parameter und weiterer Möglichkeiten. Daher entwickelt das UBA Methoden, die eine Beurteilung unterschiedlicher Plausibilisierungs- und Normalisierungsansätze ermöglichen. Das Ziel soll eine objektive, standortspezifische Bewertung der unterschiedlichen Parameter sein und wie durch die Verwendung des entsprechenden Ansatzes die Trenderkennung verbessert werden kann. 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 RKI . Darüber hinaus engagiert sich das UBA im Bereich der Normung.
Antibiotikaresistente Bakterien in der Umwelt stellen ein natürliches Phänomen dar, das bereits bevor der Mensch Antibiotika entdeckt und zur Behandlung von Infektionskrankheiten genutzt hat auftrat. Mit der medizinischen Anwendung von Antibiotika seit den 1940er-Jahren nahm jedoch die Entstehung und Verbreitung antibiotikaresistenter Bakterien immer weiter zu. Klinisch relevant sind Antibiotikaresistenzen, wenn sie in Krankheitserregern auftreten und die Wirksamkeit von Standardtherapien und damit verfügbare Therapieoptionen stark einschränken. Höchste Priorität wird gramnegativen Bakterien mit Multiresistenz beigemessen, wie den Enterobakterien Escherichia coli und Klebsiella pneumoniae mit Resistenzen gegen Carbapeneme sowie Cephalosporine der dritten Generation. Hohe Priorität haben unter anderem die zu den grampositiven Bakterien zählenden multiresistenten Enterokokken, wie Vancomycin-resistente Enterococcus faecium. Neben der schwerwiegenden Problematik, die antibiotikaresistente Bakterien im Krankenhausbereich darstellen, ist in jüngerer Vergangenheit auch die Rolle der aquatischen Umwelt vermehrt in den Fokus gerückt. Unter diesem Aspekt hat das Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz NRW (LANUV) das ARB-Projekt über eine Laufzeit von drei Jahren (2019 bis 2022) durchgeführt. Das ARB-Projekt zeigt nachdrücklich das Vorkommen von klinisch-relevanten antibiotika-resistenten Bakterien in Abwässern und Fließgewässern in Nordrhein-Westfalen. Der Nachweis der besonders problematischen Carbapenemase-bildenden Bakterien erfolgte dabei vorwiegend im Krankenhausabwasser und im Abwasser von Kläranlagen mit Krankenhäusern im Einzugsgebiet. Allerdings wurden sie bereits auch vereinzelt in Fließgewässern unterhalb von Kläranlageneinleitungen nachgewiesen.
Die Methoden und Verfahren der klassischen kulturellen Mikrobiologie bilden das Fundament der Umweltmikrobiologie im LANUV. Die Kultivierung von Mikroorganismen auf festen Agar-Nährmedien in Petrischalen oder in Flüssigkulturen sind Grundvoraussetzungen, um unterschiedliche Mikroorganismen aus der aquatischen Umwelt nachweisen, isolieren und weitergehend charakterisieren zu können. Die hierfür notwendigen analytischen Werkzeuge werden kontinuierlich auf dem aktuellen Stand gehalten und bei Ausbruchsgeschehen, zur amtlichen Überwachung und für Projektarbeiten eingesetzt. Foto: LANUV/D. Krauthausen Foto: LANUV/D. Krauthausen Foto: KNSY Photography Im Fokus steht neben der Analytik rund um Legionellen der zusätzliche Ausbau der Fachkompetenz bezüglich anderer hygienerelevanter Mikroorganismen aus der aquatischen Umwelt. Hierbei sind die Mikroorganismen von Interesse, die bereits jetzt ein mögliches Problem in der Umwelt darstellen oder solche, die zu den sogenannten „ emerging pathogens “ zählen. Bei den „ emerging pathogens “ handelt es sich um neue oder neu auftretende Krankheiten verursachende Mikroorganismen mit zunehmender Ausbreitung, Virulenz oder Resistenz. In Zusammenarbeit mit Kooperationspartnern wie dem Umweltbundesamt (UBA), dem Nationalen Referenzzentrum für gramnegative Krankenhauserreger (NRZ) oder dem Robert-Koch-Institut (RKI) wird das vorhandene Fachwissen erweitert und ausgetauscht. Die Erkenntnisse fließen unter anderem in DIN-, ISO-, VDI- und UBA-Arbeitskreise ein und unterstützen im Rahmen von NRW-geförderten Forschungsprojekten die Entwicklung und Validierung neuer Analysemethoden. Unser Ziel: Qualitätsgesicherte, reproduzierbare und vergleichbare Ergebnisse bei der Analyse von herausfordernden komplexen Umweltmatrices in und für NRW. Unser erarbeitetes Fachwissen wird dauerhaft in Form von Arbeitsblättern und selbst konzipierten Seminaren (siehe NEWS ) am Bildungszentrum für die Ver- und Entsorgungswirtschaft (BEW) oder am LANUV-Standort Duisburg an andere Labore, interessierte Kreise und Behörden vermittelt. Unser Ziel ist es, den im LANUV erzielten Wissensmehrwert an Interessierte weiterzugeben. Die Herstellung von mikrobiologischen Prüfgegenständen und die fachliche Bewertung der Teilnehmerergebnisse der seit 2017 fortlaufend angebotenen mikrobiologischen LANUV-Eignungsprüfungen (Ringversuche) runden das Portfolio der Mikrobiologie im LANUV ab. Nachweis von Legionellen Umweltproben können verschiedene anspruchsvolle Herausforderungen an die mikrobiologische Analytik stellen. Neben der Fragestellung zur Homogenität der Proben ist insbesondere der Einfluss interferierender Mikroorganismen (Begleitflora) auf den Nachweis von Legionellen sowie das sichere Differenzieren zwischen Legionellen-verdächtiger und Legionellen-ähnlicher Koloniemorphologie von Bedeutung. Die Untersuchungsmethode der Wahl ist die kulturelle Analytik entsprechend DIN EN ISO 11731:2019-03. Diese Norm ist die Grundlage für reproduzierbare und vergleichbare Ergebnisse. Die speziellen Herausforderungen bei der Untersuchung von Umweltproben stellen dabei einen deutlichen Unterschied zur Trinkwasseranalytik dar. Zur Harmonisierung der kulturellen Legionellenanalytik in Oberflächen- und Abwasser flossen die langjährigen Erfahrungen des LANUV in das Arbeitsblatt 44 ein. Das Arbeitsblatt dient dem Ziel einer einheitlichen Probenahme, Analytik, Auswertung und Ergebnisangabe. In den Anwendungsbereich der Empfehlung fallen dabei sämtliche Oberflächenwässer und Abwässer bzw. wässrige Proben aus dem Bereich Abwasserableitung und Abwasserbehandlung. Eine Empfehlung für die Probenahme und den Nachweis von Legionellen in Verdunstungskühlanlagen, Kühltürmen und Nassabscheidern stellt das Umweltbundesamt zur Verfügung. Neben dem Kulturverfahren finden sowohl Immunoseparationsverfahren als auch molekularbiologische Verfahren , wie die quantitative Polymerase-Kettenreaktion (qPCR), Anwendung. Das molekularbiologische qPCR-Verfahren für den Nachweis von Legionella spp. und Legionella pneumophila in komplexen Umweltmatrices ist seit 2019 nach DIN EN ISO 17025 akkreditiert. Mit diesen Methoden können innerhalb eines Tages Aussagen über das Vorkommen von Legionellen in Umweltmatrices erhalten werden. Foto: LANUV/D. Krauthausen Fotos: LANUV/D. Krauthausen Foto: LANUV/S. Grobe Fotos: LANUV/M. Niggemann Nachweis klinisch relevanter antibiotikaresistenter Bakterien Da wässrige Umweltproben immer ein gewisses Maß an Heterogenität bezüglich der nachzuweisenden Mikroorganismen aufweisen, stellt die Analytik von wasserbürtigen Bakterien - und dementsprechend auch von antibiotikaresistenten Bakterien - eine Herausforderung dar. Daher ist nicht nur die Auswahl der zu verwendenden kulturellen Methoden, sondern auch eine sachgerechte und valide Homogenisierung der Proben eine wichtige Grundlage zur Erhebung reproduzierbarer und statistisch gesicherter quantitativer Ergebnisse. Im LANUV werden Oberflächengewässer-, Badegewässer-, Abwasser- und Biofilmproben unter Verwendung von selektiven chromogenen Agar-Nährmedien auf antibiotikaresistente Bakterien untersucht. Im Fokus stehen neben den V ancomycin- R esistenten E nterokokken(VRE) insbesondere Enterobakterien mit bestätigtem Nachweis von E xtended S pectrum β - L actamasen (ESBL) und C arbapenemase- P roduzierende E nterobakterien (CPE). Zusätzlich zu der Identifizierung und Charakterisierung dieser Bakterien enthält unser Portfolio den Nachweis Carbapenemase-produzierender Acinetobacter baumannii sowie Pseudomonas aeruginosa. Neben der sicheren Identifizierung der Bakteriengattung bzw. -art mittels MALDI-TOF MS und/oder stoffwechselphysiologischer Kenndaten erfolgt der Nachweis von Resistenzen und Resistenzmechanismen mit Verfahren zur Bestimmung des Phänotyps und des Genotyps. Seit 2024 stehen uns zusätzlich die Methoden der Typisierung und die Überprüfung von bakteriellen Verwandtschaftsverhältnissen unter Verwendung des Next-Generation Sequencing (NGS ) zur Verfügung. Eine umfangreiche methodische Darstellung kann dem LANUV-Fachbericht 155 "Klinisch-relevante antibiotikaresistente Bakterien in Abwasser und Fließgewässern in NRW" entnommen werden. Zusätzlich stellt das LANUV ein Glossar mit wichtigen Begriffen zum Thema „Antibiotikaresistenzen" zur Verfügung. Foto: KNSY Photography Foto: LANUV/D. Krauthausen Foto: LANUV/D. Krauthausen Foto: LANUV/D. Krauthausen Bakterienidentifizierung mittels MALDI-TOF MS Eine sehr schnelle Identifizierungsmethode für Mikroorganismen stellt die MALDI-TOF MS ( M atrix A ssisted L aser D esorption I onization- T ime O f F light M ass S pectrometry) dar. Das Verfahren erlaubt eine Identifizierung von Bakterien anhand ihrer Biomoleküle, meist anhand von ribosomalen Proteinen. Durch das Verfahren werden molekulare Fingerabdrücke (Proteinfingerprints) erzeugt und zur Identifizierung mit Referenzspektren abgeglichen. Das LANUV ist durch den Einsatz des MALDI-TOF-Gerätes in der Lage, Reinkulturen innerhalb weniger Minuten bis auf Art-Ebene zu identifizieren. Eingesetzt wird das MALDI-TOF MS insbesondere bei der Identifizierung von Enterobakterien, Enterokokken, Pseudomonaden, Acinetobacter, Vibrionen, Francisellen und natürlich auch Legionellen. Dies bietet insbesondere in Ausbruchsfällen ein schnelles diagnostisches Hilfsmittel und stellt ein notwendiges Instrument der Spezies-Identifizierung antibiotikaresistenter Bakterien dar. Foto: LANUV/D. Krauthausen Foto: LANUV/D. Krauthausen Umweltproben können verschiedene anspruchsvolle Herausforderungen an die mikrobiologische Analytik stellen. Neben der Fragestellung zur Homogenität der Proben ist insbesondere der Einfluss interferierender Mikroorganismen (Begleitflora) auf den Nachweis von Legionellen sowie das sichere Differenzieren zwischen Legionellen-verdächtiger und Legionellen-ähnlicher Koloniemorphologie von Bedeutung. Die Untersuchungsmethode der Wahl ist die kulturelle Analytik entsprechend DIN EN ISO 11731:2019-03. Diese Norm ist die Grundlage für reproduzierbare und vergleichbare Ergebnisse. Die speziellen Herausforderungen bei der Untersuchung von Umweltproben stellen dabei einen deutlichen Unterschied zur Trinkwasseranalytik dar. Zur Harmonisierung der kulturellen Legionellenanalytik in Oberflächen- und Abwasser flossen die langjährigen Erfahrungen des LANUV in das Arbeitsblatt 44 ein. Das Arbeitsblatt dient dem Ziel einer einheitlichen Probenahme, Analytik, Auswertung und Ergebnisangabe. In den Anwendungsbereich der Empfehlung fallen dabei sämtliche Oberflächenwässer und Abwässer bzw. wässrige Proben aus dem Bereich Abwasserableitung und Abwasserbehandlung. Eine Empfehlung für die Probenahme und den Nachweis von Legionellen in Verdunstungskühlanlagen, Kühltürmen und Nassabscheidern stellt das Umweltbundesamt zur Verfügung. Neben dem Kulturverfahren finden sowohl Immunoseparationsverfahren als auch molekularbiologische Verfahren , wie die quantitative Polymerase-Kettenreaktion (qPCR), Anwendung. Das molekularbiologische qPCR-Verfahren für den Nachweis von Legionella spp. und Legionella pneumophila in komplexen Umweltmatrices ist seit 2019 nach DIN EN ISO 17025 akkreditiert. Mit diesen Methoden können innerhalb eines Tages Aussagen über das Vorkommen von Legionellen in Umweltmatrices erhalten werden. Da wässrige Umweltproben immer ein gewisses Maß an Heterogenität bezüglich der nachzuweisenden Mikroorganismen aufweisen, stellt die Analytik von wasserbürtigen Bakterien - und dementsprechend auch von antibiotikaresistenten Bakterien - eine Herausforderung dar. Daher ist nicht nur die Auswahl der zu verwendenden kulturellen Methoden, sondern auch eine sachgerechte und valide Homogenisierung der Proben eine wichtige Grundlage zur Erhebung reproduzierbarer und statistisch gesicherter quantitativer Ergebnisse. Im LANUV werden Oberflächengewässer-, Badegewässer-, Abwasser- und Biofilmproben unter Verwendung von selektiven chromogenen Agar-Nährmedien auf antibiotikaresistente Bakterien untersucht. Im Fokus stehen neben den V ancomycin- R esistenten E nterokokken(VRE) insbesondere Enterobakterien mit bestätigtem Nachweis von E xtended S pectrum β - L actamasen (ESBL) und C arbapenemase- P roduzierende E nterobakterien (CPE). Zusätzlich zu der Identifizierung und Charakterisierung dieser Bakterien enthält unser Portfolio den Nachweis Carbapenemase-produzierender Acinetobacter baumannii sowie Pseudomonas aeruginosa. Neben der sicheren Identifizierung der Bakteriengattung bzw. -art mittels MALDI-TOF MS und/oder stoffwechselphysiologischer Kenndaten erfolgt der Nachweis von Resistenzen und Resistenzmechanismen mit Verfahren zur Bestimmung des Phänotyps und des Genotyps. Seit 2024 stehen uns zusätzlich die Methoden der Typisierung und die Überprüfung von bakteriellen Verwandtschaftsverhältnissen unter Verwendung des Next-Generation Sequencing (NGS ) zur Verfügung. Eine umfangreiche methodische Darstellung kann dem LANUV-Fachbericht 155 "Klinisch-relevante antibiotikaresistente Bakterien in Abwasser und Fließgewässern in NRW" entnommen werden. Zusätzlich stellt das LANUV ein Glossar mit wichtigen Begriffen zum Thema „Antibiotikaresistenzen" zur Verfügung. Eine sehr schnelle Identifizierungsmethode für Mikroorganismen stellt die MALDI-TOF MS ( M atrix A ssisted L aser D esorption I onization- T ime O f F light M ass S pectrometry) dar. Das Verfahren erlaubt eine Identifizierung von Bakterien anhand ihrer Biomoleküle, meist anhand von ribosomalen Proteinen. Durch das Verfahren werden molekulare Fingerabdrücke (Proteinfingerprints) erzeugt und zur Identifizierung mit Referenzspektren abgeglichen. Das LANUV ist durch den Einsatz des MALDI-TOF-Gerätes in der Lage, Reinkulturen innerhalb weniger Minuten bis auf Art-Ebene zu identifizieren. Eingesetzt wird das MALDI-TOF MS insbesondere bei der Identifizierung von Enterobakterien, Enterokokken, Pseudomonaden, Acinetobacter, Vibrionen, Francisellen und natürlich auch Legionellen. Dies bietet insbesondere in Ausbruchsfällen ein schnelles diagnostisches Hilfsmittel und stellt ein notwendiges Instrument der Spezies-Identifizierung antibiotikaresistenter Bakterien dar.
Wasserbürtige Krankheitserreger können über den Wasserpfad Erkrankungen beim Menschen verursachen. Dies geschieht zum Beispiel durch orale Aufnahme von oder direkten Kontakt mit erregerhaltigem Wasser oder durch Inhalation erregerhaltiger Aerosole. Die meisten wasserassoziierten Infektionskrankheiten werden durch Bakterien oder Viren fäkalen Ursprungs hervorgerufen. Es kann aber auch durch Mikroorganismen, die natürlich in der Umwelt vorkommen, also nicht-fäkalen Ursprungs sind, zu wasserbezogenen Erkrankungen des Menschen kommen, wie beispielsweise durch Legionellen. Hygienisch-relevante Mikroorganismen in Abwässern Durch die Einleitung von behandeltem oder unbehandeltem kommunalen Abwasser aus Kläranlagen und Mischwasserentlastungen können humanpathogene Krankheitserreger in Fließgewässer gelangen. Die konventionelle mechanisch-biologische sowie chemisch-physikalische Abwasserbehandlung, welche in kommunalen Kläranlagen erfolgt, verringert zwar die Konzentration von in Rohabwasser (unbehandeltes Abwasser) vorkommenden hygienisch-relevanten Mikroorganismen – wie parasitische Protozoen (wie Kryptosporidien und Giardien), Bakterien fäkalen Ursprungs (wie Escherichia coli und Enterokokken) sowie human-pathogene enterale Viren (wie Noroviren, Rotaviren, Enteroviren) – erheblich, führt aber nicht zu deren vollständigen Entfernung. Daher können humanhygienisch-relevante Mikroorganismen auch nach Behandlung des Abwassers in einer kommunalen Kläranlage an deren Ablauf ins Gewässer enthalten sein. Unbehandeltes Abwasser kann zudem bei erhöhten Niederschlägen durch Abschläge aus der Mischkanalisation in Gewässer gelangen. In der Mischkanalisation (Mischsystem) wird das Schmutzwasser (wie häusliches Abwasser aus Toiletten) und das Niederschlagswasser gemeinsam in einer Kanalisation abgeleitet. Fallen in kurzer Zeit große Mengen an Niederschlagswasser an, kann dies eine hydraulische Entlastung der Kanalisation erforderlich machen. Mit solchen Mischwasserentlastungen (Mischwasserabschlägen) werden in menschlichen Fäkalien enthaltene Mikroorganismen – wenn auch durch das Niederschlagswasser in ihrer Konzentration verdünnt – ins Gewässer eingeleitet. Mit den genannten Abwassereinleitungen können auch klinisch-relevante antibiotikaresistente Bakterien in Fließgewässer gelangen. Dabei handelt es sich beispielsweise um Enterobakterien (wie Escherichia coli ) mit Resistenzen gegen mehrere Antibiotikagruppen, die im Falle einer Infektion mit diesen Bakterien die verfügbaren Therapieoptionen stark einschränken. In warmen Abwässern, vorwiegend aus Industriebetrieben (wie Brauereien, Betrieben der Fleischwirtschaft oder der Zuckerherstellung sowie der Papierherstellung), können hingegen hohe Konzentrationen humanpathogener Legionellen vorkommen. Medizinische Illustration von ESBL-produzierenden Enterobakterien, Illustration: A. Eckert/D. Higgins, CDC Medizinische Illustration von Carbapenem-resistenten Enterobakterien, Illustration: S. Rossow, CDC Computergeneriertes Bild von Legionella pneumophilia, Illustration D. Higgins, CDC
Das Projekt "Vancomycin-resistente Enterokokken in Gefluegel- und Schweinefleisch (VRE)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Justus-Liebig-Universität Gießen, Institut für Tierärztliche Nahrungsmittelkunde durchgeführt. 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).
Das Projekt "ARMIS: Interventionsstrategien für antibiotikaresistenz-belastete Gülle" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Gießen, Institut für Angewandte Mikrobiologie, Professur für Mikrobiologie der Recycling-Prozesse durchgeführt. 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.
Das Projekt "ÖGD-Projekt: Vorkommen von Antibiotika-resistenten Erreger in der Kette der Fleischgewinnung und Fleischverarbeitung sowie in Umweltproben" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Chemisches und Veterinäruntersuchungsamt Ostwestfalen-Lippe (CVUA-OWL) durchgeführt. Die zunehmende Verbreitung von antibiotikaresistenten Bakterien gehört zu den wichtigsten Bedrohungen der Gesundheit von Mensch und Tier. Die Übertragung dieser multiresistenten Bakterien zwischen Mensch und Tier über verschiedene Wege soll im Rahmen dieser Studie beleuchtet werden. Ziel dieser Studie ist es, das Vorkommen von definierten multiresistenten Bakterien in der Kette der (Geflügel)-fleischgewinnung und Fleischverarbeitung sowie in Umweltproben (z.B. Wasserproben aus Seen und Quellen) zu untersuchen. Hierbei sollen Eintragsquellen identifiziert werden und eine mögliche Weiterverbreitung in der Kette der Fleischverarbeitung und in die Umwelt untersucht werden. Im einzelnen wird im Rahmen dieser Studie das Vorkommen von folgenden multiresistenten Bakterien untersucht: Carbapenemase-bildende Enterobakterien (CRE), welche in Nutztierhaltungen, auch in Deutschland, kürzlich nachgewiesen wurden, Plasmid-kodierter Colistin-Resistenzgene, welche in Fleischproben, sowie bei Nutztieren und Menschen in China und in verschiedenen Europäischen Ländern einschließlich Deutschland festgestellt wurden und Vancomycin-resistenter Enterokokken (VRE), welche bei Enterokokken aus Tierhaltungen und Krankenhäusern und neuartige übertragbare Resistenzgene enthielten, die auch Unempfindlichkeit gegenüber humanmedizinischen Reserveantibiotika (Oxazolidinone) vermitteln.
Das Projekt "Bedeutung und Verbleib von Clostridium difficile und anderen neuartigen Erregern in landwirtschaftlichen Biogasanlagen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft (LfL), Zentrale Analytik, Abteilung Qualitätssicherung und Untersuchungswesen durchgeführt. 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.
Das Projekt "Teilprojekt 2: Untersuchung zur Prävalenz von ESBL-produzierenden Bakterien und Verbreitung der Projektergebnisse in Europa" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bayerisches Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit durchgeführt. Ziel ist es, die Prävalenz und das Verhalten von multiresistenten gram-negativen ESBL- produzierenden Enterobacteriaceae, Acinetobacter und Pseudomonas und ihre potentiellen Übertragungswege in Wasser, das als Bewässerungswasser genutzt werden soll, im europäischen Vergleich zu bestimmen. Zusammen mit den Ergebnissen der europäischen Partner sollen durch Risikoanalysen Hinweise für regulatorische Vorgaben abgeleitet und veröffentlicht werden. Es werden städtische Abwässer, landwirtschaftlich beeinflusste Abwässer sowie durch Abwasser beeinflusste Oberflächenwässer einschl. Sedimente unter Berücksichtigung saisonaler Einflüsse und evtl. vorhandener Abwasserdesinfektion untersucht. Konventionelle Nachweisverfahren werden mit der Microarraymethode verglichen. Die Daten werden mit Daten aus laufenden Programmen korreliert, ein Vergleich mit Proben von den europ. Partnern vorgenommen sowie eine Risikoanalyse durchgeführt. Die Isolate werden hinsichtlich Resistenzmuster und -genen molekular charakterisiert. Mittels eines Fragebogens werden Daten zum unterschiedlichen Umgang mit Antibiotika in den Ländern der Partner erhoben. Durch einen Vergleich der Untersuchungsergebnisse mit den erhobenen Daten sollen die Auswirkungen von den verschiedenen europäischen Umgehensweisen mit Antibiotika auf die Belastung von Umweltproben mit ESBL-bildenden Bakterien bewertet werden. Die Risikoanalysen aller Partner werden zusammengeführt, Empfehlungen abgeleitet und veröffentlicht.
Das Projekt "Molekularbiologische Analytik fäkaler Wasserverunreinigungen - FWF UNIFIED" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Wien, Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und Technische Biowissenschaften (E166) durchgeführt. 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
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