MARGINS-I: Identifizierung und Quantifizierung der Antibiotikaresistenzgen Hintergrundbelastung von Böden in Österreich

Antibiotikaresistenzen gefährden die individuelle Gesundheit und stellen ein massives globales Problem für die Öffentliche Gesundheit dar. Schätzungen gehen davon aus, dass Antibiotikaresistenzen im Jahr 2050 weltweit bis zu 10 Millionen Todesopfer jährlich fordern werden, sollte die Ausbreitung von Resistenzen nicht eingedämmt werden können. Zahlreiche gegenwärtig in der Therapie von Infektionskrankheiten Schwierigkeiten verursachende Resistenzgene stammen aus Umweltquellen wie Gewässer und Böden oder aus der Lebens- und Futtermittelkette. Agroökosysteme spielen daher eine Rolle bei der Ausbreitung - aber auch bei der Eindämmung - von Resistenzen. Das Problem muss im globalen Kontext von Mensch, Tier und Umwelt gemäß des One Health Konzeptes behandelt werden. Da bis vor kurzem keine systematisch erhobenen, quantitativen Daten zur Antibiotikaresistenzgen (ARG) - Hintergrundbelastung von österreichischen Böden vorlagen, wurde versucht, diese Datenlücke zu schließen.

Im Rahmen des vorliegenden Projektes wurden daher die Konzentrationen von klinisch relevanten Antibiotikaresistenzgenen in vier österreichischen Ackerböden exemplarisch in einem Freiluft-Versuchsgelände (HOAL; Petzenkirchen, Niederösterreich) im Verlauf einer Vegetationsperiode ermittelt. Auf einem Feld (F32) wurde Winterweizen, auf den restlichen drei Feldern Mais (F04, F31, F39) konventionell angebaut. Die HOAL-Felder F31 und F39 wurde im Verlauf der Studie frisch mit Schweinegülle gedüngt. Das langjährig Gülle-gedüngte Feld F32 wurde im Versuchszeitraum nicht frisch mit Gülle gedüngt. Feld F04 fungierte als langjährig nicht mit Gülle-gedüngter Komparator.

In dieser Longitudinalfeldstudie beginnend mit Herbst 2019 bis Ende 2020 konnten durch die periodische Entnahme von Bodenproben die Konzentrationsverläufe von 24 verschiedenen ARGs (Aminoglykoside: ant(3”)-Ia/aadA, aph(3’)-IIa/nptII, aph(3’)-IIIa/nptIII, aph(6)-Id/strB; ß-Lactame: blaCTX-M-1-15, blaKPC, blaNDM-1, blaOXA-10, blaTEM-1, mecA; Phenicole: cmxA; Diaminopyrimidine: dfrA1; Makrolide: ermB, ermF; Polypeptide: mcr-1; Biozide: qacEdelta1; Fluorochinolone: qnrS; Nukloside: sat-4; Sulfonamide: sul1; Tetrazykline: tet(A), tet(M), tet(O), tet(W); Glykopeptide: vanA), die insgesamt 12 klinisch wichtige Antibiotikaklassen inaktivieren und 6 unterschiedliche Resistenzmechanismen abdecken, und von zwei mobilen genetischen Elementen (MGE; intl1, ISPpS) dokumentiert werden. Die 16S rRNA Genkopienanzahl pro Gramm Trockengewicht des Bodens wurde als Surrogatmarker für die Anzahl der Bodenbakterien und zur Berechnung der relativen ARG-Häufigkeiten ebenfalls erhoben.

Die ermittelten ARG-Konzentrationen in den 3 mit Schweinegülle exponierten HOAL-Ackerböden und dem nicht Gülle-gedüngten HOAL-Feld (F04) wurden mit der ARG-Belastung in HOAL-Laub- und Nadelwaldbodenproben sowie HOAL-Drainage und –Oberflächengewässerproben verglichen. Die gesammelten ARG-Daten ermöglichen einen Überblick über die Hintergrundbelastung von landwirtschaftlichen Nutzflächen mit Antibiotikaresistenzgenen. Zusätzlich wurden Böden an verschiedenen anderen Standorten untersucht (= „Vergleichsböden“). Vergleichsböden waren sowohl Standorte, von denen angenommen wird, dass sie im Vergleich zu Ackerböden weniger unter anthropogenem Einfluss stehen, wie Wälder, Auenlandschaften und alpine Gebiete, zum anderen Gebiete im urbanen Bereich, wie Parkanlagen und Ränder von stark befahrenen Durchzugsstraßen, die unter hohem anthropogenem Druck stehen. Die von dort ermittelten Daten wurden mit den ARG-Konzentrationen in landwirtschaftlichen Nutzflächen verglichen. Die Einbeziehung dieser Daten soll eine evidenzbasierte Einschätzung des Risikos einer Resistenzübertragung aus Umweltquellen auf menschliche und tierische Pathogene erleichtern.