MARGINS-II : Identifizierung und Quantifizierung der Antibiotikaresistenzgen-Hintergrundbelastung von Abwasser und Oberflächengewässern in Österreich

Das steigende Bewusstsein über die Zunahme von antibiotikaresistenten Bakterien (ARBs) und Antibiotikaresistenzgenen (ARGs) in den letzten Jahren und die Einstufung dieser Thematik als globale Gesundheitsbedrohung durch die WHO hat auch die Bedeutung der Umwelt in den Fokus gerückt. Eine sehr große Anzahl an ARGs kommt ganz natürlich in der Umwelt vor. Werden sie jedoch auf Krankheitserreger übertragen, stellt dies eine potentielle Bedrohung für die Gesundheit von Mensch und Tier dar. Bei multiresistenten Erregern ist die Wahrscheinlichkeit eines Therapieversagens besonders hoch. Zu den gesundheitsgefährdenden ARGs zählt man derzeit vor allem ESBL-Gene (blaKPC, blaNDM-1, blaOXA, blaCTX-M, blaTEM, etc) sowie vanA und mcr1. Als besonders gefährliche ARB gelten multiresistente Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, Enterococcus faecalis, Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa, Aeromonas spp. und Acinetobacter baumanii. 

Antibiotikaresistenzen in der aquatischen Umwelt in Österreich waren bereits Gegenstand einiger Studien, systematische Datenerhebungen fehlten jedoch bisher. Ziel des MARGINS-II Projektes war es daher eine erste systematische Untersuchung der ARG-Hintergrundbelastung von österr. Abwasser und Oberflächengewässern (OFGs) durchzuführen. Im Zuge dessen wurden verschiedene österr. Kläranlagen (KAs), sowie OFGs auf sieben ausgewählte ARGs (sul1, ermB, tet(W), vanA, blaTEM-1, nptII und nptIII) mittels qPCR untersucht. Für ausgewählte Proben wurden zusätzlich weitere Untersuchungen (Hochdurchsatz Gen-Profiling und Amplikonsequenzierungen) durchgeführt. 

Um methodische Einflüsse auf nachgeschaltete Analysen wie qPCR beurteilen zu können, wurden in einem ersten Schritt Kläranlagen-Proben hingehend der (i) Art der Probenahme, (ii) Lagerung der Proben und (iii) unterschiedlicher Probenprozessierung untersucht. Basierend auf den Ergebnissen der methodischen Experimente konnte schließlich ein standardisierter Arbeitsablauf für die Aufarbeitung der KA- und OFG-Proben zur Analyse der sieben ARGs mittels qPCR etabliert werden. Die Ergebnisse des systematischen Überwachungsprogramms zeigen, dass in den untersuchten KAs alle sieben ARGs detektiert werden konnten. Am häufigsten wurden die ARGs sul1 und ermB, am seltensten vanA und nptIII detektiert. Die Reduktion der ARG-Konzentrationen zwischen Zu- und Ablauf der betrachteten KAs betrug zwischen 1,3 und 4,3 LOG-Stufen. Durch weitergehende Abwasserbehandlungsverfahren kann diese Reduktionsleistung weiter verbessert werden, wofür zwei Beispiele gezeigt werden: i) Multibarrierensystem (Ozonung & nachgeschaltete granulierte Aktivkohlestufe), wodurch die ARG-Entfernung um ca. 1 weitere LOG-Stufe gesteigert werden konnte und ii) Membranfiltration, welche eine Entfernungsleistung von bis zu 4 LOG-Stufen zeigte. In den untersuchten OFGs konnten ebenfalls alle sieben ARGs detektiert werden, jedoch vanA und nptIII nur in einzelnen wenigen Proben mit meist sehr geringen Konzentrationen. Am häufigsten wurden auch hier die ARGs sul1 und ermB detektiert. Die Konzentrationen mancher ARGs (z. B. ermB) waren in den OFGs um bis zu 5 LOG-Stufen niedriger als in den KA-Abläufen. OFG-Probenahmestellen mit anthropogenem Einfluss wiesen in der Regel eine höhere ARG-Konzentration auf, als Proben aus unberührteren Gebieten. 

Zusammenfassend kann dieser Bericht einen umfassenden Überblick über die ARG-Belastung in aquatischen Systemen in Österreich vermitteln und als Basis für die Entwicklung zukünftiger Untersuchungsstrategien im Sinne eines „One-Health“ Ansatzes dienen. Um potentielle Gefährdungen für den Menschen zu minimieren, ist die regelmäßige Überwachung in Kläranlagen und Oberflächengewässern unabdingbar. Dabei sind für eine bessere Risikoabschätzung letztendlich neben dem Einsatz molekularbiologischer Methoden auch komplementäre kultivierungsbasierte Verfahren nötig.