Multiresistente pathogene Bakterien, insbesondere solche die zu der sogenannten ESKAPE Gruppe zählen, Enterococcus faecalis, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa und Enterobacter spp., verursachen weltweit schwerwiegende Probleme bei der Behandlung infizierter Menschen. ESKAPE Bakterien findet man in hoher Abundanz in Abwasser, auch nach der Abwasserbehandlung. Die Freisetzung der ESKAPE Bakterien bei der Bewässerung von Agrarflächen mit Abwasser stellt ein großes gesundheitliches Risiko dar. Bisher ist wenig darüber bekannt welche Faktoren die Persistenz dieser Bakterien und die Weitergabe von Antibiotikaresistenten in der Umwelt beeinflussen. Nährstoffverfügbarkeit und das Vorhandensein von Antibiotika, Desinfektionsmitteln und Schwermetallen scheinen dabei eine entscheidende Rolle zu spielen. Die Veränderung des Bewässerung Regimes nach Langzeitbewässerung mit unbehandeltem Abwasser hin zu einer Bewässerung mit behandelten Abwasser wird die Abundanz dieser Einflussfaktoren und damit die Verbreitung und Persistenz von Pathogenen und den Resistenzenzgentransfer v.a. hin zu Umweltbakterien starke beeinflussen. Ziel von SP 6 ist es, diese Forschungshypothese der Sonderforschungsgruppe mit einem kultivierungsabhängigem Analyseansatz („Culturomics“) zu untersuchen. Es wird eine Stammsammlung multiresistenter Pathogener und Umweltbakterien aus den bewässerten Systemen erstellt. Die Bakterien sollen phylogenetisch bis auf die Stammebene identifiziert werden und ihre Resistenzprofile erfasst werden. Die mikrobiologischen Daten aus SP 6 sollen mit Daten zu der Freisetzung, den Konzentrationen und der Bioverfügbarkeit von Antibiotika und Desinfektionsmitteln sowie Informationen zu minimalen selektiven Konzentrationen, Abundanzen und Transferraten von Antibiotikaresistenzgenen korreliert werden. SP 6 trägt damit zu einem integrativem mathematischen Model zum Verbleib und zur Wirkung der Zielschadstoffe zu einem mechanistischem Verständnis der Interaktionen von Schadstoffen, Antibiotika und Pathogenen in dem veränderten Bewässerung Regimes bei
<p>Die wichtigsten Fakten</p><p><ul><li>Seit 2015 sollen alle Badegewässer der EU in einem mindestens ausreichenden Zustand sein.</li><li>Im Jahr 2024 erfüllten 97,8 % aller Badegewässer in Deutschland die EU-Vorgabe. Damit wurde das Ziel nur knapp verfehlt.</li><li>Schließt man die nicht beurteilten Badegewässer aus, erfüllten 2024 sogar 99,6 % der Badegewässer die EU-Vorgaben.</li><li>Rund 91 % der Binnengewässer und gut 88 % der Küstengewässer hatten 2024 eine ausgezeichnete Qualität.</li></ul></p><p>Welche Bedeutung hat der Indikator?</p><p>Baden in natürlichen Gewässern kann mit Risiken für die Gesundheit verbunden sein. Badegewässer werden wie alle Gewässer vielfältig genutzt und sie sind unterschiedlichen Veränderungen ausgesetzt, die das Auftreten von Krankheitserregern beeinflussen können.</p><p>Der <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/i?tag=Indikator#alphabar">Indikator</a> basiert auf der Feststellung der hygienischen Qualität der Badegewässer: Gemessen wird die Wasserbelastung mit Fäkalbakterien. Wenn diese Bakterien in hoher Konzentration im Badegewässer vorkommen, besteht das Risiko, dass auch Krankheitserreger vorhanden sind. Diese können beispielsweise Infektionskrankheiten mit Fieber, Durchfall und Erbrechen auslösen. Eine solche Gefahr entsteht u.a. nach <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/s?tag=Starkregen#alphabar">Starkregen</a> durch Mischwasserüberläufe aus Kläranlagen oder durch Abschwemmungen aus landwirtschaftlich genutzten Flächen. Hohe Temperaturen und ein hohes Nährstoffangebot (Stickstoffe, Phosphate) können die hygienische Qualität eines Badegewässers verändern und es kann zu einer Massenentwicklung von <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/c?tag=Cyanobakterien#alphabar">Cyanobakterien</a> kommen. Treten diese Bakterien in Massen auf, müssen Maßnahmen ergriffen werden. Das Vorkommen von Cyanobakterien fließt jedoch nicht in die Qualitätseinstufung ein.</p><p>Wie ist die Entwicklung zu bewerten?</p><p>Die Badegewässer Deutschlands sind in einem guten Zustand. Im Jahr 2024 erfüllten 97,8 % aller Badegewässer die Qualitätsanforderungen der EU (Binnengewässer 97,8 %, Küstengewässer 98,8 %). Berücksichtigt man, dass nicht alle Badegewässer beurteilt werden können (z.B. weil sie neu angemeldet wurden und noch nicht bewertet werden konnten), erfüllten sogar 99,6 % der beurteilten Badegewässer die Vorgaben. Rund 91 % der Binnengewässer und gut 88 % der Küstengewässer erreichten sogar eine ausgezeichnete Badegewässerqualität. Zwischen 1992 und 2001 stieg der Anteil der richt- und grenzwerteeinhaltenden Badegewässer beständig an. Seitdem ist die Qualität der Badegewässer auf konstant hohem Niveau mit nur leichten Schwankungen. In der europäischen <a href="https://eur-lex.europa.eu/legal-content/DE/TXT/?qid=1534167377521&uri=CELEX:02006L0007-20140101">Richtlinie über die Qualität der Badegewässer</a> (2006/7/EG) ist festgelegt, welche Werte Badegewässer für die verschiedenen Stufen der hygienischen Qualität einhalten müssen. Seit 2015 sollten alle Badegewässer mindestens eine ausreichende Qualität haben. Dieses Ziel wurde 2024 knapp verfehlt. Im europäischen Vergleich belegt <a href="https://www.eea.europa.eu/en/topics/in-depth/bathing-water/state-of-bathing-water/bathing-water-country-factsheets-2024/germany_bathing_water_2024.pdf">Deutschland</a> dennoch weiterhin einen der vorderen Plätze.</p><p>Wie wird der Indikator berechnet?</p><p>In allen europäischen Badegewässern müssen vor und während der Badesaison nach einem festgelegten Überwachungszeitplan Wasserproben entnommen werden. Das Vorkommen und die Häufigkeit von Fäkalbakterien der Art <em>„Escherichia coli“</em> (<em>E. coli</em>) sowie der Gruppe der „Intestinalen Enterokokken“ werden bestimmt. Für die verschiedenen Qualitätsstufen sind bestimmte Kriterien einzuhalten, die im Anhang I der EU-Badegewässerrichtlinie festgehalten sind. Eine ausführliche Beschreibung der Vorgehensweise findet sich in der EU-Badegewässerrichtlinie sowie im <a href="https://www.eea.europa.eu/en/analysis/publications/european-bathing-water-quality-in-2024">Badegewässerbericht</a> der Europäischen Umweltagentur.</p><p><strong>Ausführliche Informationen zum Thema finden Sie im Daten-Artikel <a href="https://www.umweltbundesamt.de/daten/umwelt-gesundheit/qualitaet-von-badegewaessern">"Qualität von Badegewässern“</a>.</strong></p>
Karstgrundwasserleiter (Karstaquifere) tragen in vielen Regionen, Städten und Ländern wesentlich zur Wasserversorgung bei. Sie bilden sich durch chemische Lösung in Karbonatgesteinen und bestehen aus einem Netzwerk von Röhren und Höhlen, die in die geklüftete Gesteinsmatrix eingebettet sind. Karstaquifere zeichnen sich meist durch eine hohe Variabilität der Wasserverfügbarkeit und -qualität aus. Verunreinigungen, einschließlich fäkaler und pathogener Bakterien, können leicht durch dünne Böden, offene Klüfte und Schlucklöcher in den Untergrund gelangen. Innerhalb des Röhrennetzes werden sie schnell über große Entfernungen transportiert und können Brunnen oder Quellen weitgehend ungemindert erreichen. Daher wird die generell gute Wasserqualität an Karstquellen oft durch kurze, aber starke Kontaminationsereignisse unterbrochen. Suspendierte Mineralpartikel und organischer Kohlenstoff spielen entscheidende Rollen bei der Mobilisierung und dem Transport von Fäkalbakterien und anderen Verunreinigungen. Die genauen Prozesse und ihre räumliche und zeitliche Variabilität sind jedoch noch lange nicht vollständig verstanden. Das Hauptziel des vorgeschlagenen IMPART-Projekts besteht darin, vertiefte Einblicke in die Transportprozesse zu gewinnen, welche die räumliche und zeitliche Dynamik von Partikeln, organischem Kohlenstoff und Fäkalbakterien in Karstsystemen bestimmen. Das Testgebiet ist eine bedeutende Karstquelle und ihr Einzugsgebiet, in dem zwei zugängliche Wasserhöhlen die direkte Beobachtung von Strömung, Wasserqualität und Transportvorgängen innerhalb des aktiven Röhrennetzes ermöglichen. Die wichtigsten zu beachtenden Parameter umfassen die Partikelgrößenverteilung, Anregungs-Emissions-Matrizen für organischen Kohlenstoff, Enzymaktivität von E. coli, Fäkalindikatorbakterien und die Gesamtzellzahl mittels Durchflusszytometrie. Die Feldarbeit umfasst eine räumlich verteilte Wasserprobenahme in den Höhlen und an der Quelle; hochauflösendes Monitoring an der Quelle bei ausgewählten hydrologischen Ereignissen; sowie Multi-Tracer-Versuche im aktiven Röhrensystem, einschließlich vergleichender Versuche mit gelösten Stoffen und suspendierten Partikeln. Die Ergebnisse werden ein besseres Verständnis der Transportprozesse und der mikrobiellen Wasserqualitätsdynamik von Karstaquiferen ermöglichen, als Grundlage für ein verbessertes Management dieser wertvollen, aber verletzlichen Ressourcen.
Weltweit sind Wasserressourcen starken Beeinträchtigungen durch fäkale Verunreinigungen ausgesetzt. So haben im Moment mehr als 1,1 Milliarden Menschen keinen Zugang zu sicherem Trinkwasser. Die Untersuchung der mikrobiologischen Wasserqualität basiert seit über einem Jahrhundert auf der Kultivierung von Fäkalindikatoren. Die zunehmende Notwendigkeit die Herkunft, die Natur und das Ausmaß fäkaler Kontamination genau zu bestimmen führte in den letzten Jahren zur Entwicklung von Methoden der Herkunftsbestimmung (microbial faecal source tracking, MST) mit denen es im Gegensatz zu klassischen Indikatoren möglich ist die Verursacher des Eintrages zu identifizieren. Genetische Marker für den Nachweis verursacherspezifischer Bakterien des Phylums Bacteroidetes gelten momentan in diesem Feld als vielversprechender Ansatz. Die Definition dieser Marker fußt allerdings auf einer unzureichenden Menge an DNA-Sequenzinformation was dazu führt, dass sie oft nicht ausreichend spezifisch für ihre Zielgruppen sind und für viele solche Gruppen (z.B. Vögel) noch gar keine Marker definiert werden konnten. Ziel dieses Projektes ist es die qualitative und quantitative Zusammensetzung der fäkalen, bakteriellen Gemeinschaft von Säugetieren und Vögeln zu bestimmen. Die Auswahl der zu beprobenden Wirtstierarten richtet sich dabei an der Hypothese aus, dass die Coevolution des Wirtes und der intestinalen Gemeinschaft der Haupteinflussfaktor für die Zusammensetzung der Gemeinschaften ist. Demzufolge werden alle in Österreich zugänglichen Ordnungen der Mammalia und Avia in der Untersuchung enthalten sein um einen breiten phylogenetischen Fokus zu wahren. Zusätzlich werden auch weitere potentielle Einflussfaktoren (Ernährung, Lebensraum, Domestizierung) sowie die Bedeutung einzelner Tierarten als Quelle fäkaler Verunreinigung im Rahmen der Probenauswahl Berücksichtigung finden. Nach Extraktion der DNA aus den ca. 200 zu untersuchenden Proben und der PCR-Amplifikation eines Teils des 16S rRNA Gens der Bakteriengemeinschaft werden diese einer Sequenzbestimmung mittels 454 Pyrosequenzierung zugeführt. Die damit gewonnen 4 Millionen partiellen 16S rRNA Gensequenzen aus 200 Gemeinschaften werden in einer Datenbank auf ihre a-Diversität, Phylotypabundanz, -frequenz und 'reichtum geprüft. Um die Rolle der Coevolution und anderer Faktoren, die zur Ausbildung distinkter fäkaler Gemeinschaften beigetragen haben könnten, zu bestimmen, werden die Sequenzdatensätze einer vergleichenden Analyse der divergenz-basierenden ß-Diversität mittels UniFrac Metrik unterzogen werden. Die erstellte Datenbank und deren Analyse wird die Identifikation von Phylotypen oder ganzer Äste von Phylotypen erlauben die spezifisch für Gruppen von Wirtstieren sind. Weiters ist die Definition von Markern auf verschiedenen Wirts-Spezifitätsniveaus möglich, z.B. allgemeiner Fäkalmarker Mammalia- Artiodactyla Ruminantia Bovidae Bovinae. Auf diese Weise schafft die eingereichte Studie eine solide Basis für die Formulie
Das übergeordnete Ziel des Verbundvorhabens ist die Entwicklung eines Verfahrens zur integrativen Bewertung von Aufbereitungstechniken zur indirekten Abwasserwiederverwendung, wobei der regionale Wasserkreislauf vom Abwasser über die aquatische Umwelt bis hin zum Trinkwasser betrachtet wird. Das Bewertungsverfahren berücksichtigt potenzielle Risiken für Mensch und Umwelt aufgrund chemischer aber auch mikrobieller Kontaminationen sowie die (Kosten-) Effizienz der technischen Lösungen. Im Rahmen des Projekts führt die TUM Pilotversuche durch, in denen verschiedene vor allem oxidative und biologische Verfahren und Verfahrenskombinationen untersucht werden, die bei der indirekten Abwasserwiederverwendung eingesetzt werden können. Die Bewertung der Verfahren erfolgt über verschiedene Parameter, wobei die TUM für die Betriebsparameter sowie die Bestimmung pathogener Keime und Antibiotikaresistenzen verantwortlich ist. Die TUM koordiniert das AP 2 zur Entwicklung von Strategien zur Entfernung von relevanten Spurenstoffen bei indirekter Abwasserwiederverwendung. Sie ist verantwortlich für die Durchführung von Pilotstudien zur Oxidation (Ozon, weitergehende Oxidationsverfahren UV/H2O2), Biofiltration (Langsamsandfilter, Schnellfilter, Biologisch aktive Kohle), Grundwasseranreicherung und zur Kombination verschiedener Verfahren. Zudem ist sie maßgeblich an der Untersuchung von Anlagen im Vollmaßstab in Deutschland und Spanien beteiligt. Zur Bewertung von Aufbereitungsverfahren, die bei der indirekten Abwasserwiederverwendung eingesetzt werden, entwickelt die TUM Methoden für die Bestimmung von Fäkalindikatoren (z.B. E. Coli, Enterokokken), trinkwasserrelevanten Keimen (z.B. Pseudomonas Aeruginosa, Chlostridium Perfringens) und antibiotikaresistenten Genen.
Bei der anstehenden Novelle der EU-Badegewaesserrichtlinie soll das Untersuchungsprotokoll fuer natuerliche Badegewaesser verbessert werden. Es soll fuer jedes Badegewaesser ein Vulnerabilitaetsprofil erstellt werden. Darueber hinaus sollen die Verfahren zur Bestimmung der mikrobiellen, physikalischen und chemischen Parameter so vereinfacht werden, dass dadurch ein zeitliches schnelleres Reagieren auf die Ueberschreitung von Belastungsgrenzen ermoeglicht wird. Die EU hat im Maerz 2000 den Mitgliedslaendern das vorlaeufig vorgesehene Untersuchungsprotokoll fuer Badegewaesser zwecks praktischer Erprobung in einer Pilotstudie uebersandt. Das Pilotvorhaben soll die Frage beantworten, ob das zu pruefende Untersuchungsprotokoll die hygienische Qualitaet von Badegewaessern richtig aufzuzeigen vermag. Die Teilnehmer am Pilotprojekt sollen auch Verbesserungsvorschlaege des Protokolls einbringen. Das Hygiene-Institut der Universitaet Kiel hat sich bereiterklaert, eine Koordinationsfunktion bei den an der Pilotstudie teilnehmenden Bundeslaendern zu uebernehmen. Die Studie soll in den Jahren 2000 und 2001 durchgefuehrt werden. Folgende Parameter sollen als Leitwerte gelten und in neuen Testverfahren beprobt werden: Mikrobiologische Parameter - Belastung mit Escheria coli, - Belastung mit Faekalstreptokokken. Chemische Parameter: - in BinnengewaessernAenderung des pH-Wertes, - in marinen Gewaessern Aenderung des Salzgehaltes. - Cyanobakterien und toxische Algen. Ziel der Studie ist die Ueberpruefung der Praktikabilitaet der neuen mikrobiologischen, physikalischen und chemischen Parameter unter Beruecksichtigung der speziellen Verhaeltnisse in den betroffenen Bundeslaendern. Es kommt das 96-MPN-Messverfahren zur Anwendung, fuer das bei den Bundeslaendern bei der Beprobung von Badegewaessern keine praktischen Erfahrungswerte vorliegen. Als Ergebnis der Studie sollen Verbesserungsvorschlaege zum EU-Badegewaesseruntersuchungsprotokoll vorgelegt werden.
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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