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Klinisch-relevante antibiotikaresistente Bakterien in Abwasser und Fließgewässern in NRW – Ergebnisse aus dem LANUV ARB-Projekt

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.

Mikrobiologie

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

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

AMELAG Abwassermonitoring für die epidemiologische Lagebewertung

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.

Effect of weed management strategies on the risk of enteric pathogen transfer into the food chain and lettuce yield and quality

Das Projekt "Effect of weed management strategies on the risk of enteric pathogen transfer into the food chain and lettuce yield and quality" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bonn, Institut für Organischen Landbau durchgeführt. The risk of pathogen transfer from soil to plant, here: lactuca sativa var. capitata, under organic farming conditions is to be investigated within the scope of the QLIF project. When brute fertilisers are applied during production, a health risk by consuming raw eadibles, as e.g. lettuce, is often discussed because of the demanding high standard of sanitation. The type of fertiliser might promote transfer of Enterobacteriaceae, and among these possibly human pathogens. Splash-effects during rainfall and irrigation as well as transfer of soil particles during mechanical weed control. Risks of the pathogen transfer into lettuce will be examined by use of different fertilisation and weed control management strategies, the latter being compared regarding their effectiveness in reducing pathogen transfer. Different field trials with organic fertilisation will be performed in 2006 and 2007. The contents of Enterobacteriaceae, coliforms and E. coli are used as sanitation indicators for the assessment of the effectivity of weed control strategies. Therefore, the contents will be measured in soil as well as in plants. Furthermore, the quality of lettuce will be acquired by analyses of nutrient composition and morphological measurements.

Untersuchung von Enterobakterien im Fluss- und Abwasser durch serologische Typisierung - speziell E. coli

Das Projekt "Untersuchung von Enterobakterien im Fluss- und Abwasser durch serologische Typisierung - speziell E. coli" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität München,Institut für Hygiene und Medizinische Mikrobiologie durchgeführt.

Mikroflora von Arzneipflanzen

Das Projekt "Mikroflora von Arzneipflanzen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Labor L+S AG durchgeführt. Problemstellung/Zielsetzung: Arzneipflanzen und Gewürze unterliegen strengen gesetzlichen Vorgaben bezüglich der Qualität, welche sich sowohl auf die Inhaltsstoffe als auch auf die mikrobiologische Reinheit dieser Stoffe beziehen. Die Anwendung verschiedener Entkeimungsmittel- bzw. verfahren, wie z. B. Bestrahlung und Ethylenoxidbehandlung zur Keimreduzierung auf Rohstoffen ist in Deutschland verboten. Die macht es für heimische Anbauer schwierig, die Anforderungen des Gesetzgebers und der Abnehmer zu erfüllen. Ziel des Projektes war es, eine Übersicht über die autochthone Flora von Arzneipflanzen während der Aufwuchs- und Erntephase zu gewinnen und so eine Diskussion über den Sinn der derzeitigen Anforderungen zuzulassen. Sachstand: Die Untersuchungen sind abgeschlossen. Insgesamt konnten in den Jahren 2000/2001 249 Proben von Kräutern untersucht werden (56 Baldrian, 88 Melisse, 105 Petersilie). Pro Pflanze wurden jeweils zwei Schläge in das Projekt einbezogen, welche im Fall von Petersilie und Melisse während der Aufwuchsphase etwa alle zwei Wochen beprobt wurden. Von Baldrian konnten nur kurz vor der Ernte Proben entnommen werden. Bei jeder Probennahme wurden pro Fläche jeweils zwei Proben von ca. 250 g in Form einer Sammelprobe gezogen. Weitere Proben wurden jeweils am Tag der Ernte sowohl vor als auch nach dem Trocknungsvorgang gewonnen. Die Proben wurden mikrobiologisch auf aerob mesophile Keimzahl, Hefen, Schimmelpilze, Enterobacteriaceae, E. coli, Salmonellen, Staphylococcus aureus und Pseudomonas aeruginosa nach Methoden des Europäischen Arzneibuches untersucht. Die Keimbelastung vieler Proben lag deutlich über den gesetzlichen Vorgaben. Es konnten 1429 Enterobacteriaceae-Isolate gewonnen werden. Da nur etwas die Hälfte der Isolate mit dem verwendeten Identifizierungssystem API ID32E bis zur Speziesebene identifiziert werden konnte, wurde ein Folgeprojekt zur genaueren Untersuchung dieser Isolate initiiert. Die Untersuchungen des ersten Projekts zeigten, dass sich Enterobacteriaceae vom Beginn des Aufwuchses an auf den Pflanzen befinden und somit als Normalflora gesehen werden können. E. coli wurde von 49 Proben (20 Prozent) isoliert. Mittels Objektträger-Serumagglutination konnten nur zwei Isolate, die von der selben Probe stammten, typisiert werden, und zwar als O107. Alle anderen Isolate waren nicht typisierbar, das heißt, sie gehörten keiner der als potentiell humanpathogen geltenden O-Gruppen an. Aufgrund unserer Ergebnisse schlagen wir eine Entschärfung der Vorgaben für Pflanzliche Arzneimittel vor. Die Höchstkeimzahl für E. coli sollte, wie im Lebensmittelbereich auf 1x 104 KBE/g heraufgesetzt werden, jedoch sollte bei jedem Nachweis eine Untersuchung auf potentiell pathogene Isolate erfolgen. 'Enterobakterien sollten nicht gemaßregelt werden. Der Abschlußbericht des Projekts liegt vor.

Teil 3: Entwicklung eines Biochips als Indikatorsystems

Das Projekt "Teil 3: Entwicklung eines Biochips als Indikatorsystems" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von BioChip Technologies GmbH, Gesellschaft für Entwicklung und Produktion von Detektionssystemen durchgeführt. Die Biochiptechnologie ist eine junge innovative Technologie, die eine Miniaturisierung einer Vielzahl an Untersuchungen auf der Basis von DNA-Hybridisierungen ermöglicht. Die Untersuchung auf dem Chip dauert mit allen Arbeitsschritten maximal 8 Stunden. Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung eines Biochipprototyps, der den Nachweis von Indikatorbakterien und Antibiotikaresistenzgenen parallel ermöglicht. Zu den Indikatorbakterien gehören z.B. Pseudomonas aeruginosa, Enterococcus faecalis, Enterococcus faecium und Vertreter der Enterobacteriaceae. Ein Prototyp des Indikatorsystems soll patentiert und für die kommerzielle Anwendung vorbereitet werden. Zu den zur Auswahl stehenden Antibiotikaresistenzgenen zählen u.a. die genetischen Targets der Resistenzen gegen Vancomycin, Methicillin, Ampicillin und Impienem untersucht. Die Überprüfung des Indikatorsystems auf realen Proben soll dessen Anwendung in der Praxis (Untersuchungen an Abwasser bzw. Kläranlagenablauf) absichern und die Kommerzialisierung ermöglichen. Ein Monitoring von medizinisch relevanten Antibiotikaresistenzen in der Umwelt soll zur Verfügung stehen. Dies soll vorbeugende Schutzmaßnahmen ermöglichen.

Gensonden - Teilprojekt 2: Mikrobiologie und Screening

Das Projekt "Gensonden - Teilprojekt 2: Mikrobiologie und Screening" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von WFM Wasserforschung Mainz GmbH durchgeführt. Der konventionelle Nachweis von faekalindizierenden Mikroorganismen in Trinkwasser benoetigt mehrere Tage. Als erfolgreiche Alternativen wurden bereits immunologische Verfahren entwickelt. Bislang nicht mit Immunoassays erfassbare Bakterien wie die in der novellierten Trinkwasserverordnung mit einem Grenzwert belegten Enterokokken (faekale Streptokokken) koennen mit markierten Gensonden nachgewiesen werden. Es ist geplant, Enterokokken in Trink- und Rohwasser mit gegen RRNA gerichteten Gensonden unter Verwendung verschiedener Anreicherungs- und Amplifizierungsverfahren zu detektieren, um den Nachweis innerhalb eines Tages durchfuehren zu koennen. In einer Vorphase ist der Vergleich zwischen immunologischem und Gensonden-Nachweis von Enterobacteriaceae geplant, um die prinzipielle Anwendbarkeit von Gensonden fuer die Trinkwasseruntersuchung zu ueberpruefen.

Mikrobiologische und virologische Untersuchungen zur Eignung des Enterobakteriennachweises als Qualitaetskriterium fuer Trinkwasser

Das Projekt "Mikrobiologische und virologische Untersuchungen zur Eignung des Enterobakteriennachweises als Qualitaetskriterium fuer Trinkwasser" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Tübingen, Medizinische Fakultät, Hygiene-Institut durchgeführt. Der Nachweis einer faekalen Verunreinigung des Trinkwasser geschieht z.Z. ueberwiegend durch die Untersuchung auf E.Coli und coliforme Bakterien. Dieses Verfahren ist sowohl vom methodischen (insb. bezuegl. der coliformen) als auch hinsichtl. der Indikatorfunktion infrage zu stellen. Es soll daher eine groessere Anzahl von Wasserproben versch. Herkunft (Grundwasser,Quellwasser,Oberflaechenwasser) auf herkoemmliche Qualitaetskriterien, d.h. Koloniezahl, coliforme Bakterien, E.Coli, faekale Streptokokken und Clostridien untersucht werden, andererseits soll nach allen Enterobakterien sowie auch nach Enteroviren gesucht werden. Durch das Vorhaben soll festgestellt werden, wie sich der Ersatz des Kriteriums: Nachweis von E. Coli und coliformen Bakterien - durch das Kriterium: Nachweis von Enterobakterien - hinsichtlich der Haeufigkeit von Beanstandungen und der Vorhersagemoeglichkeit anderer hygienisch relevanter Bakterien und Viren im Wasser auswirkt ...

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