Entwicklung von Saeuger-Zell-Linien, in denen nebeneinander unterschiedliche Mutationsarten, die auf verschiedenen Genen basieren, erfasst werden (Mehrzweck-Zellinien). Die untersuchten Merkmale gliedern sich in definierte biochemische Eigenschaften, wie Resistenz gegen Antibiotika, Hormone, Toxine, und in komplexere Merkmale wie veraenderte Wachstumseigenschaften, die auch fuer die Transformation einer Normalzelle in eine Krebszelle charakteristisch sind. Einfluss von Mutagenen und Cancerogenen auf genetisch determinierte Serum- und Urinbestandteile von Maeusen. Dabei werden insbesondere Nucleinsaeurecataboliten (modifizierte Nucleoside) und Serumproteine bestimmt.
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.
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.
Quaternäre Alkylammonium Verbindung (quaternary alkylammonium compounds, QAAC) sind zentrale Komponenten vieler Desinfektionsmittel und Tenside die in der Abwasserbehandlung nicht vollständig abgebaut werden. Stattdessen akkumulieren sie in Klärschlammen, Böden und Sedimenten. Verschiedene pathogene Bakterien haben bereits Resistenzen gegen QAACs entwickelt und QAAC Resistenzgene sind in Kläranlagen weit verbreitet und in der Umwelt nachweisbar, in die sie über Klärschlamme und Abwasser eingetragen werden können. Beunruhigend ist die Tatsache das QAAC Resistenzgene häufig gemeinsam mit Antibiotikaresistenzgenen auf genetischen Elementen zu finden sind. Die biozide Wirkung von QAACs hatte daher schon vor der SARS-CoV-2 für Bedenken gesorgt. Durch den deutlichen Anstieg des QAAC Verbrauchs seit Beginn der Pandemie hat sich das Risiko für mögliche negative Auswirkung auf die Umwelt deutlich erhöht. Die Auswirkung auf die öffentliche Gesundheit sind aktuell nicht abschätzbar. Unser Projekt hat daher zum Ziel folgende Hypothesen zu beantworten: (1) Als Konsequenz der SARS-CoV-2 Pandemie nehmen QAAC Konzentrationen, die in die Umwelt über geklärtes Abwasser und Klärschlamme gelangen deutlich zu.(2) Erhöhte QAAC Konzentration im Abwasser erhöhen die Entwicklung von QAAC- und Antibiotika (multi)- resistenzen in potentiell pathogenen und -Umweltbakterien. (3) Erhöhte QAAC Konzentrationen inhibieren den Abbau von Antibiotika was eine nichtabschätzbare Konsequenz für die Multiresistenzentwicklung bei Bakterien hat. In diesem Projekt ist geplant, die zunehmenden QAAC Konzentrationen seit Beginn der SARS-CoV-2 Pandemie in Kläranlagen und den beeinflussten Umweltkompartimenten zu messen. Des Weiteren sollen die Effekte auf die Antibiotikaresistenzgenverbreitung und Multiresistenzentwicklung bei potentiell Pathogenen und Umweltbakterien erfasst werden die in Kontakt mit den freigesetzten QAACs kommen.Unsere Probensets enthalten unter anderem monatlich gesammelte Schwebstoffproben des Flusses Saar sowie Abwasserzu- und abflussproben der Kläranlage sowie Proben von mit Abwasser bewässerten Böden aus Mexico City, die vor und nach März 2020 gesammelt wurden. Beide Probenahmeorte stehen in Zusammenhang mit nationalen und internationalen SARS-CoV-2 Hotspots. Basierend auf der Bedeutung des Umwelteinflusses der QAACs werden Inkubationsexperimente mit Boden und Flusswasser Inkubationsexperimente zu den Effekten der QAACs auf den Abbau von Pharmazeutika durchgeführt, was wiederum Konsequenzen auf Antibiotia (multi) resistenzentwicklung haben könnte. In einem multidisziplinären Ansatz soll unsere Studie die QAAC-„Footprint“ der Pandemie erfassen und ein realistisches Abbilden des Risikos der erhöhten QAAC Konzentrationen in der Umwelt als Konsequenz der SARS-CoV-2 Pandemie ermöglichen.
Das strikt anaerobe, Endosporen-bildende Bakterium Clostridioides difficile ist der Verursacher von nosokomialen Durchfallerkrankungen bei Mensch und Tier. Eine C. difficile Infektion (CDI) erfolgt meist nach einer Antibiotikabehandlung welche die Darmflora schädigt und bei der Wiederbesiedlung das Auskeimen von C. difficile ermöglicht. Weltweit ist eine Zunahme der Inzidenz so wie ein schwerer Verlauf von CDI zu beobachten was die Gesundheitskosten in die Höhe treibt und verstärkte Maßnahmen zur Infektions-Prävention und Kontrolle der Ausbreitung erfordert. Die Behandlung einer CDI wird dadurch erschwert dass Endosporen resistent gegenüber einer Antibiotikabehandlung sind. Vegetative Zellen und Sporen des Darmbesiedlers C. difficile werden mit den Fäzes ausgeschieden und können so in die Umwelt gelangen. C. difficile wird in Fäkal-belasteten Matrices wie Abwasser, Klärschlamm, Gülle und in mit Fäkalien in Berührung gekommenem Viehfutter oder Silage nachgewiesen. Durch den rasanten Anstieg der Anaerobtechnologie in Biogasanlagen zur Schlamm- oder Güllebehandlung kann davon ausgegangen werden, dass C. difficile in solchen Milieus überlebt oder sich sogar vermehrt und mit den Gär-Rückständen als Dünger in der Umwelt verbreitet wird. Ziel des geplanten Forschungsvorhabens ist, solche fäkal-belasteten Proben zu identifizieren und daraus C. difficile zu quantifizieren und Isolate zu charakterisieren. Neben dem Nachweis der Gene der Virulenzfaktoren für das Enterotoxin A und Cytotoxin B und dem binären Toxin CDT werden die Isolate einer Ribotypisierung und einer Antibiotikaempfindlichkeitstestung zur MHK Bestimmung unterzogen. Zudem sollen auch Antibiotika-Resistenzgene sowie konjugative Transposons nachgewiesen werden. Zum quantitativen Nachweis von C. difficile und dem Antibiotikaresistenz-vermittelnden konjugativen Transposon Tn5397 soll eine qPCR etabliert werden die es ermöglicht, Zellzahlen und Pathogenität von C. difficile in Fäkal-belasteten Proben zu bestimmen. Bedingt durch den hohen Stellenwert der Anaerobtechnologie für die Abwasserreinigung und Güllebehandlung sollen im Labormaßstab Biogasreaktoren aufgebaut und unter 'Realbedingungen' betrieben werden, um das Überleben, eine Vermehrung oder die Reduktion/Elimination von C. difficile Zellen/Sporen sowie die Exkretion des konjugativen Transposons Tn5397 zu testen. Diese Versuche sollen auch in Laboranlagen zur Simulation der konventionellen Güllelagerung sowie nach Behandlung in einer Labor-Ozonierungs- und UV-Entkeimungsanlage durchgeführt werden. Letztere werden unter anderem als vierte Reinigungsstufe zur Abwasserbehandlung in der Praxis empfohlen. Nur in Kombination von Umweltmikrobiologie und Verfahrenstechnik können die gesetzten Ziele erreicht und neues Wissen generiert werden um Aussagen bezüglich der Überlebensfähigkeit, Pathogenität und Verbreitungspfaden von C. difficile zu treffen und um das Infektionsrisiko für Mensch und Tier besser abschätzen zu können.