Fäkales Sourcetracking entlang des kommunalen Abwasserpfades

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 (z.B. E.coli, Enterokokken) Information über den generellen Grad der fäkalen Beeinflussung von Wasser. Aussagen über die Herkunft der Verschmutzung (z.B. Tier vs. Mensch) sind in der Regel jedoch nicht möglich. Für das zielgerichtete Management von Wasserressourcen wird in neuerer Zeit jedoch dem Herkunftsnachweis fäkaler Beeinträchtigungen (sogenanntes mikrobielles Source Tracking) immer größere Bedeutung zugemessen. Wirtsspezifische genetische Bacteroidetes 16S rRNA Marker (GeBaM) stellen diesbezüglich eine vielversprechende Möglichkeit zur Realisierung des sogenannten quantitativen mikrobiellen Source Trackings (QMST) dar. Der Schwerpunkt der Forschungsarbeiten war jedoch bis dato auf die Entwicklung von quantitativen PCR Verfahren zum genetischen GeBaM Nachweis gelegt. Obwohl das Wissen über Vorkommen, Persistenz und Resistenz von GeBaM eine wesentliche Voraussetzung von QMST Anwendungen in aquatischen Habitaten darstellt, ist derzeit kaum Information diesbezüglich vorhanden - grundlegender Wissensbedarf ist daher gegeben. Das eingereichte Forschungsprojekt hat den kommunalen Abwasserpfad (d.h. Abwasserableitung - Abwassereinigung - Vorfluter - Gewässer) als bedeutenden Faktor fäkaler Kontamination von Gewässern/Wasserressourcen zum Gegenstand. Das quantitative Vorkommen und Verhalten von GeBaM aus kommunalen Abwasserquellen soll im Zuge der Abwasserreinigung und dem Eintrag in den Vorfluter studiert werden. Im Detail werden folgende Fragestellung untersucht: i) quantitatives Vorkommen von unspezifischen und human spezifischen intestinalen g/h-GeBaM im Abwasser in Abhängigkeit der angeschlossenen Einwohnerzahl, Art der Kanalisation und Jahreszeit; ii) quantitatives Verhalten von GeBaM im Zuge unterschiedlicher Bedingungen während der Abwasserreinigung im Vergleich zu Standardindikatoren und ausgewählten Krankheitserregern; iii) Schicksal von GeBaM im Verlauf der Schlammstabilisierung und Entsorgung; iv) Effekte der weiterführende Abwasserreinigung (d.h. Membranfiltration, Ozonierung, UV-Behandlung) auf die GeBaM Konzentration; v) Untersuchung der ökologischen Faktoren die die Persistenz von GeBaM in Vorflutern bestimmen; sowie vi) Etablierung und Validierung einfacher Modelle zur Vorhersage der Persistenz von GeBaM in Vorflutern/Gewässern gemäßigter Breitengrade. Bei der Abwasserentsorgung liegt der Untersuchungsschwerpunkt auf Anlagentypen die im österreichischen und bayerischen Raum von Bedeutung sind. Die Ergebnisse sollen die grundlegende wissenschaftliche Basis für zukünftige QMST Anwendungen im Bereich zielgerichtetes Management von Wasserressourcen im urbanen Raum der gemäßigten Klimazone etablieren.

Die mikrobiologische Qualität von (Trink)wasser ist für die menschliche Gesundheit von größter Bedeutung. Steigende Anforderungen an die Analytik der mikrobiologischen Wasserqualität führten kürzlich zur Neuentwicklung von Nachweismethoden für genetische Fäkalmarker wirtsassoziierter Darmbakterienpopulationen. Der Nachweis dieser Fäkalmarker gibt direkte Informationen zur Herkunft fäkaler Belastungen. Darauf aufbauend können zielgerichtete Managementmaßnahmen im Einzugsgebiet durchgeführt werden. Das Ziel der gegenständlichen Forschungsarbeiten war es, grundlegendes Wissen zur Verbreitung, Abundanz und Persistenz von Menschen-assoziierten genetischen Fäkalmarkern bakterieller Bacteroidetes Populationen (GeBaM) in Roh- und gereinigtem Abwasser zu schaffen. Die Etablierung dieses fehlenden Wissens ist für die Anwendung dieser neuen Methodik zur Untersuchung von (Trink)wasserressourcen von größter Bedeutung. Im Zuge des Projektes konnten erstmals überzeugende wissenschaftliche Fakten erhoben werden, die das allgegenwärtige Vorkommen der untersuchten Menschen-assoziierten GeBaM im Abwasser in sehr hohen Konzentrationen, unabhängig von der Größe und Art der Abwasserreinigungssysteme, belegen (Vorkommen von über einer bis hundert Millionen GeBaM in 100ml biologisch gereinigtem bez. rohem Abwasser). Die Resultate beruhen dabei auf der Untersuchung von zwölf gut charakterisierten Kläranlagen und Abwasserentsorgungssystemen (ARAs) in Österreich und Deutschland (kommunale als auch häusliche Anlagen inkludierend). Die Ergebnisse konnten darüber hinaus anhand von weiterführenden Untersuchungen an 25 ARAs aus 15 Ländern und 5 Kontinenten bestätigt werden. Ferner zeigte ein statistischer Vergleich, dass die GeBaM-Analytik mit zumindest gleicher Präzision wie die Analytik mittels Standardverfahren durchgeführt werden kann. Die gewonnenen Erkenntnisse konnten im Weiteren in ein neu entwickeltes Modellierungsprogamm (QMRAcatch) zur Simulation der Wasserqualität in Einzugsgebieten inkludiert werden. Die Anwendung der Menschen-assoziierten GeBaM erlaubte eine erfolgreiche Kalibrierung des Modelles hinsichtlich spezifischer Emissionsmuster von kommunalen Abwässern in den Testeinzugsgebieten. Anhand des kalibrierten Modells konnten nachhaltige Managementszenarien zur Versorgung mit sicherem Trinkwasser gemäß gesundheitsorientierten mikrobiologischen Qualitätszielen (WHO Empfehlungen) für die betrachteten Gebiete abgeleitet werden. Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass die neu gewonnenen Erkenntnisse zu einem umfassenderen Verständnis und zur weiteren Verbreitung dieser revolutionierenden Untersuchungsmethode beitragen werden.