Weltweit nehmen Infektionen mit Antibiotika-resistenten Bakterien in dramatischem Ausmaß zu. Kommunale Kläranlagen, in die Abwässer aus medizinischen Einrichtungen gelangen, und Binnengewässer, in die tierischer Dünger fließt, sind potentielle Hotspots für die Ausbreitung von AB-Resistenzen. In ANTIRES sollen Vorkommen und Expression von AB-Resistenzgenen und AB-resistenten Mikroorganismen in Ab- und Gewässern mithilfe biogeochemischer und mikrobiologischer Analysen sowie modernster komplementärer Metaomics-Techniken untersucht werden. Die in ANTIRES erhobenen Daten und diagnostischen Werkzeuge tragen zu einem besseren Verständnis der Verbreitungswege und jahreszeitlichen Dynamik von AB-Resistenzen in Gewässern bei und sind damit essentiell für die Entwicklung von Strategien zur Eindämmung dieses Prozesses. Zur detailgetreuen Aufklärung der Ausbreitung von AB-Resistenzen in Gewässern sollen (a) die städt. Kläranlage in Göttingen, (b) Abwässer der Universitätsklinik Greifswald und (c) mit Gülle belastete bzw. unbelastete Sölle (Kleinstgewässer) in BB und MV beprobt werden. In TV2 UGOE werden die vierteljährlich in Triplikaten entnommenen Proben auf das AB-Resistenzpotential und das pathogene Potential untersucht. Es werden kultivierungsunabhängige DNA-basierte (metagenomische) und RNA-basierte (metatranskriptomische) Verfahren eingesetzt. Hierfür wird aus den entnommenen Proben die DNA und RNA (cDNA) isoliert. Im Rahmen der DNA-basierten Arbeiten wird das in den untersuchten Abwässern vorhandene AB-Resistenzpotential im jahreszeitlichen Verlauf und in Abhängigkeit von Umweltfaktoren (Temperatur, pH, etc.) bestimmt. Durch die Amplikon-basierte Analyse von taxonomischen Markergenen wird begleitend die Diversität und Abundanz von in den Proben vorhandenen, potentiell pathogenen Mikroorganismen bestimmt. Durch diese Untersuchungen werden relevante Kandidatengene und Mikroorganismen für die Entwicklung des Chip-basierten Nachweissystems identifiziert.
Eine vielversprechende Alternative zur zeitaufwendigen Erfassung von Pathogenen Keimen im Wasser ist die Detektion fäkaler Pigmente (FP) mittels 2D Fluoreszenzspektroskopie. Das Gesamtziel des Vorhabens besteht in der Entwicklung einer feldtauglichen Einheit zur online-Detektion von Fäkalpigmenten im Wasser. Zu diesem Zweck sind Folgende Teilziele zu erreichen: Entwicklung einer neuartigen analytischen Einheit, bestehend aus einem 2D- Fluoreszenzsensor und einem automatischen Anreicherungssegment. Entwicklung einer Software zur online-Auswertung der Signale Erlangung des grundlegenden Verständnisses zur Indikatorfunktion von FP gegen pathogene Keime, Bau eines Demonstrators zur Erfassung dieser Verunreinigung Entwicklung eines Leitfadens für die Anwendung der Einheit und die Interpretation der Messungen. Entwicklung und Bau der Feldanreicherung, Optimierung des Fluoreszenzsensors (bbe) Bau eines Prototyps einer automatischen Anreicherung nach den Vorgaben von Spectro Test der Anreicherung im Labor von bbe Modifikation des online-fähigen Fluoreszenzsensors Test der Entwicklung in Indien und Deutschland (all partners) Durchführung von Testmessungen mit der Anlage im Labormaßstab Durchführung eines Feld-Messprogramms unter Beteiligung der Partner in Indien und Deutschland Evaluierung der Entwicklung und der Messungen (alle Partner) Präsentation der Ergebnisse im Rahmen eines gemeinsamen Workshops Gemeinsame Bewertung der Ergebnisse in Bezug auf Referenzmessungen (LC-MS, Mikrobiologie) Ableitung nötiger Modifikationen in Hard- und Software.
Das übergeordnete Ziel des Verbundvorhabens ist es, Eintragspfade von Antibiotika-resistenten Erregern vom Menschen oder Tieren in die Umwelt hinein sowie aus dem Umweltbereich zurück zum Menschen, aufzuzeigen. Mit Blick auf das Risiko für die Gesundheit von Mensch und Tier wird das International Center for Food Chain and Network Research der Universität Bonn (FNC) schwerpunktmäßig die mikrobielle Dissemination insbesondere über Abwässer aus landwirtschaftlichen Betrieben, Schlachthöfen und lebensmittelverarbeitenden Unternehmen in die Umwelt nachverfolgen. Der Fokus dieses Teilprojektes liegt dabei in der Verschleppung resistenter Mikroorganismen entlang der Schweine- und Geflügelfleisch erzeugenden Kette. Im Rahmen des Projektes wird die Modellierung sowohl von Eintragswegen als auch von Maßnahmen zur Reduktion von resistenten Mikroorganismen vorgenommen. Die Risikobewertung und die Ermittlung prognostischer Informationen über das dynamische Verhalten in Abwässern stehen im Vordergrund. Seitens des FNC sind zwei Gruppen beteiligt: Fokusgruppe 'One Health' unter der Leitung von Prof. Dr. Brigitte Petersen und die Fokusgruppe 'Food Waste' unter der Leitung von PD Dr. Judith Kreyenschmidt. Die Fokusgruppe 'One Health' konzentriert sich auf die Objekte landwirtschaftlicher Betrieb und Tiertransporter (eingebundene Mitarbeiter: Dr. Julia Steinhoff-Wagner, Dr. Yvonne Ilg, Céline Heinemann), die Fokusgruppe ‚Food Waste' auf die Prozesse Schlachthof und Lebensmittelverarbeitung (eingebundene Mitarbeiter: Dr. Ulrike Herbert, Michael Savin). Das Projekt besteht aus 6 Arbeitspaketen mit jeweils interdisziplinärer Bearbeitung. Das FNC ist in die Arbeitspakete 1,2 und 4 involviert: AP 1 - Vorbereitende Untersuchungen zur Charakterisierung von Untersuchungsbereichen und Etablierung von Untersuchungsverfahren, AP 2.2 - Landwirtschaftliche Abwässer und Abwässer aus lebensmittelverarbeitenden Betrieben inkl. Konsumgüter, AP 4 - Risikoabschätzung und Modellierung.
Vibrio vulnificus ist ein Bakterium, das natürlicherweise in Salz- und Brackwasser vorkommt. Steigen die Wassertemperaturen auf ca. 20 °C, wird es aktiviert und ist infektiös für Menschen. V. vulnificus kann bei abwehrgeschwächten Personen beim Verzehr von Meeresfrüchten zu Durchfallerkrankungen und Blutvergiftung sowie beim Baden oder Umgang mit Meerestieren zu schweren, teilweise tödlichen Wundinfektionen führen. In Nordeuropa sind bisher nur sehr vereinzelt Infektionen aufgetreten, da die tiefen Wassertemperaturen eine vermehrte Aktivität von V. vulnificus verhindert haben. Besonders in heißen Sommern traten aber schwere Wundinfektionen in Schweden, Dänemark und auch in Deutschland auf. Bei einer durch die Klimaveränderung zu erwartenden Erhöhung der Temperaturen in Nord- und Ostsee muss in Zukunft vermehrt mit dem Auftreten von V. vulnificus und anderen Vibrionen gerechnet werden. In dem Projekt soll das Vorkommen von V. vulnificus und anderer für den Menschen pathogenen Vibrionen in Badegewässern in Abhängigkeit von der Temperatur untersucht werden. Dazu sollen sowohl Wasserproben als auch Proben von Kleinlebewesen, die als Reservoir für Vibrionen dienen können, untersucht werden. Die Ergebnisse sollen eine Vorhersage zum zukünftigen Auftreten von Virbrionen in Badegewässern ermöglichen. Außerdem soll ein Warnsystem zum Schutz der Badenden für das Auftreten von Vibrio vulnificus in Abhängigkeit der Wassertemperatur erarbeitet werden sowie ein Informationssystem für Ärzte etabliert werden.
Ziel des Forschungsprojektes ist die Klärung der Frage, ob und wie bzw. wann im Produktionsprozess Laubholzstäube toxikologische Effekte hervorrufen und zu welchen Krankheitsbildern diese führen können. Daneben geht es darum, in Zusammenarbeit mit der Holz- und Weiterverarbeitenden-Industrie Strategien zu entwickeln, welche geeignet sind das gegebenenfalls vorhandene Gefährdungspotenzial in den einzelnen Stadien der Ver- und Bearbeitung von Laubhölzern zu eliminieren. Das beantragte Projekt soll die Grundlagen für eine valide Testung von Holzstaubproben legen und alle dafür notwendigen Grundlagen und Protokolle erarbeiten. Holz ist ein Naturmaterial, das von Mikroorganismen besiedelt ist. Diese Mikroorganismen stören und kontaminieren Zellkulturtests und müssen daher identifiziert und eliminiert werden. Darüber hinaus ist Holz ein komplexes Material, das aus zahlreichen löslichen und festen Komponenten besteht. Sowohl bei der Sterilisation durch Dampf/Hitze oder bei der Dispergierung in biologischen Medien kann sich das Material verändern und lösliche Bestandteile abgeben. Sowohl Holzpartikel als auch lösliche Bestandteile können die Messsysteme durch Interferenz beeinflussen. Auch dieser Prozess soll im Projekt untersucht und abgebildet werden. Die Arbeitsplanung von WWU BMTZ bearbeitet daher folgende Punkte: 1. Test der Kontamination mit Mikroorganismen, Endotoxin und Sterilisierung 2. Test der Dispersion in Wasser und biologischen Medien 3. Test der Interferenzen mit Messsystemen 4. Test der in-vitro Toxizität.
Aufgrund zunehmender Wasserknappheit wird gereinigtes Abwasser mehr und mehr zur Bewässerung von landwirtschaftlichen Nutzflächen wiederverwendet. Hierbei ist unklar, ob es dadurch zu einer Anreicherung von Antibiotika sowie Antibiotika-resistenten Bakterien und Resistenzgenen in der Umwelt kommt. Im Rahmen des interdisziplinären Projektes 'ANSWER' sollen diese Prozesse näher untersucht werden.
In ANTIRES soll das Vorkommen von AB-Resistenzgenen und AB-resistenten Mikroorganismen in kommunalen Abwässern mithilfe biogeochemischer, mikrobiologischer und komplementärer Metaomics-Analysen untersucht werden. Zusammen mit dem Industriepartner Analytik Jena soll dann ein Schnelltest zur Prozessüberwachung und Risiko-Diagnostik belasteter Gewässer entwickelt werden. Zentrale Zielsetzung von TV1 ist die Identifizierung von Schlüssel-Organismen und -Funktionen, die für die Verbreitung von AB-Resistenzen in kommunalen Abwässern verantwortlich sind. Metaproteom-Analysen sollen dabei sowohl die phylogenetische Zusammensetzung mikrobieller Gemeinschaften aufklären als auch einen Nachweis der exprimierten Funktionen ermöglichen. Resistenz-vermittelnde Markerproteine, die durch diese Analysen identifiziert werden, sollen zur Entwicklung des oben genannten Schnelltests genutzt werden. In AS1 soll zunächst ein Proof-of-Concept erbracht werden, das aufzeigt, dass Metaproteom-Analysen geeignet sind, das Vorhandensein von metabolisch aktiven und AB-resistenten Mikroorganismen sowie die von ihnen synthetisierten Resistenz-relevanten Proteine in Abwässern nachzuweisen. In AS2 und 3 werden vierteljährlich Proben aus kommunalen Kläranlagen gezogen und mikrobiologisch charakterisiert. Dabei sollen die Gesamt- und Lebendkeimzahl von AB-resistenten Mikroorganismen bestimmt werden, sowie mittels FISH spezifische Problemkeime nachgewiesen werden. In AS5 sollen dann alle Abwasserproben mittels Metaproteomics analysiert werden. Hierbei sollen Resistenz-relevante Markerproteine identifiziert werden und der Einfluss jahreszeitlicher Parameter auf die Synthese dieser Proteine untersucht werden. In AS6 soll die Relevanz dieser Markerproteine mittels zielgerichteter Proteomics (MRM-MS) validiert werden und ausgewählte Proteine exprimiert und gereinigt werden. Validierte Markerproteine sollen in die Entwicklung eines Schnelltests zur vor Ort Risikoanalyse und Prozessüberwachung einfließen.
a) Zielstellung, fachliche Begründung: In der neuen 42. Bundesimmissionsschutzverordnung ist eine Überwachung von Verdunstungskühlanlagen und Kühltürmen hinsichtlich einer Legionellenkontamination anhand von Kühlwasserproben vorgesehen. Beim Einsatz von Bioziden im Kühlwasser müssen diese bei der Probenahme inaktiviert werden, damit sie nicht auf dem Transport und bei der Lagerung der Proben weiterhin ihre Wirkung entfalten und damit zu Minderbefunden bei den Legionellen und einer Unterschätzung des Infektionsrisikos führen. In den meisten Kühlwässern werden oxidative Biozide eingesetzt, die mit bekannten Inaktivierungsmitteln inaktiviert werden können. In einigen Kühlwässern werden jedoch andere Biozide eingesetzt, von denen bisher nicht genau bekannt ist, wie sie sich in der Praxis inaktivieren lassen und ob die dazu benötigten Inaktivierungsmittel möglicherweise die Legionellen schädigen. Ziel des Vorhabens ist es daher für nicht oxidative Biozide geeignete Inaktivierungsverfahren für die Probenahme zu entwickeln, die keine Schädigung der Legionellen bewirken. b) Output: Für die wichtigsten nicht oxidativen Biozide soll ein Protokoll zur Inaktivierung bei der Probenahme (Inaktivierungssubstanzen/Konzentrationen) erarbeitet werden, das in der Praxis bei der Überwachung der Anlagen nach 42. Bundesimmissionsschutzverordnung eingesetzt werden kann.
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