DECHEMA-Blog

Teil I des Interviews - Es ist Zeit zu handeln: Antibiotikaresistenzen im Abwasser

Erstellt von Kathrin Rübberdt, 21.Oktober 2020

Immer wieder passiert es, dass Patienten im Krankenhaus nicht gesünder, sondern kränker werden, indem sie sich mit sogenannten Krankenhauskeimen, also antibiotikaresistenten Bakterien infizieren. Landläufig spricht man zwar oft von Krankenhauskeimen, resistente Erreger finden sich aber nicht nur im Krankenhaus, sondern beispielsweise auch im Abwasser. Wir haben mit Prof. Dr. Thomas Schwartz vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) über die Dimensionen dieser Problematik und mögliche Lösungsansätze gesprochen. 

DECHEMA: Wie groß ist das Problem, das wir mit antibiotikaresistenten Bakterien haben?

Thomas Schwartz: Das Problem existiert schon und wird sich immer weiter verstärken. Es gibt zum Beispiel Untersuchungen von politischer Seite, dass bereits zehn Prozent der deutschen Bevölkerung mit resistenten Bakterien und auch multiresistenten Erregern, die besonders gefährlich sind, besiedelt sind – ganz unabhängig von Kliniken und Krankenhäusern. Das heißt, diese Personen haben zu Umweltbereichen, Lebensmitteln, Wasser, Abwasser usw. Kontakt gehabt, wo sie antibiotikaresistente Bakterien aufgenommen haben. Diese können dann in ihrem Körper, z.B. im Darmsystem oder Schleimhäuten, persistieren. Das heißt, die Bakterien sind schon bei den Menschen angekommen und in bestimmten Fällen, wenn die Leute älter werden, bei einer Antibiotikatherapie oder chronischen Erkrankungen, die das Immunsystem betreffen, kann es auch zur Infektion kommen.

Wir werden alle älter und wollen auch alle älter werden, aber dadurch kommen wir immer mehr mit diesem Problem der Antibiotikaresistenz in Kontakt, gerade wenn im Alter generell das Immunsystem schwächer wird. Und die Anzahl der nutzbaren Antibiotika nimmt immer mehr ab. Warum? Weil die Pharmaindustrie erkennt, dass da in Zukunft kein Markt mehr besteht, dass die Wirtschaftlichkeit verloren geht. Man muss zu viel Geld investieren, um neue Antibiotika zu entwickeln und auf der anderen Seite nimmt das Resistenzgeschehen immer weiter zu. Man bringt ein neues Medikament auf den Markt und sieht, dass das Potenzial bei den Bakterien, Resistenzen zu entwickeln, immer stärker wird. Insofern haben wir da ein großes Problem. In verschiedensten Berichten wird schon gesagt, dass die Ära der Antibiotika zu Ende geht.

 „Infektionen mit antibiotikaresistenten Keimen könnten im Jahr 2050 als Todesursache einen höheren Anteil einnehmen als Krebs, Herz-Kreislauf-Erkrankungen oder Diabetes.“

Wie gelangen die Bakterien ins Abwasser und wie sind die Verbreitungswege der Bakterien und Resistenzen?

Kliniken haben zwar ein sehr großes Potenzial, Quelle von Antibiotikaresistenzgenen zu sein. Aber auch außerhalb von Kliniken gibt es einen sehr hohen Anteil von bereits resistenten Bakterien, die über die Fäzes in das Abwassersystem gelangen und das nicht nur vom Menschen her, auch aus der Industrie und vor allem von Mastbetrieben und nachfolgenden Schlachthöfen. Auch von da gelangt das Abwasser in das kommunale Abwassersystem. Im Projekt HyReKA haben wir erkannt, dass die konventionell-biologisch betriebenen Kläranlagen nicht ausreichen, um antibiotikaresistente Bakterien zurückzuhalten. Diese Systeme sind wie Sammelbecken. Nicht erst in den Kläranlagen, sondern auch vorher schon in den Abwassersystemen, sammelt sich die ganze Biomasse an Bakterien und Resistenzgenen. Es bilden sich Biofilme, es kann zum horizontalen Gentransfer kommen, d.h. ganz unterschiedliche Bakterien tauschen diese Geninformation aus, speichern sie in ihrem Genom und werden dadurch resistent. Es gibt hier also ein relevantes Geschehen in diesen Kompartimenten im Abwasserbereich, was zum Anstieg der Antibiotikaresistenzen führt. Neben den Kliniken haben wir auch die häuslichen Bereiche, denn auch dort werden Antibiotika eingesetzt. Oder Patienten, die aus der Klinik entlassen werden und trotzdem noch weiter Antibiotika nehmen müssen, sind dann zu Hause, nehmen die Antibiotika weiter und geben diese resistenten Erreger, die unter der Antibiose entstehen, über die Exkremente in das Abwassersystem. Das sind alles Fakten. Es macht Sinn, vielleicht auch dezentral an bestimmten Hotspots Maßnahmen zu ergreifen, aber das ist nur ein punktueller Einsatz. Wichtiger wäre es meines Erachtens, zentral an den Großkläranlagen oder den betroffenen Kläranlagen Maßnahmen zu ergreifen, weil diese das Sammelbecken von allem sind und letzten Endes einen Link zur Umwelt darstellen.

Wo kommt der höchste Eintrag her?

Es ist schwer, Bakterienfrachten darzustellen. Das breite Spektrum an Resistenzpotenzialen kommt sicherlich aus klinischen Bereichen, weil da die meisten Antibiotika und auch Reserveantibiotika eingesetzt werden. Im Projekt HyReKA haben wir gezeigt, dass wir da die besonders kritischen Resistenzen finden, gegen Carbapeneme auch gegen andere, wie Vancomycin und so weiter. Da haben wir ein ganz breites und auch ein kritisches Spektrum. Aber das ist es nicht alleine. Wenn man die Masse der antibiotikaresistenten Bakterien hochrechnet, die aus den häuslichen Bereichen kommt, ist das nicht zu vernachlässigen. Oder aus Schlachthöfen, wo wir ein ganz breites Spektrum an antibiotikaresistenten Bakterien haben, die auch gegen Reserveantibiotika gerichtet sind, wie die Colistin-Resistenz. Es ist schon berichtet worden, auch im Fernsehen, dass die Colistin-Resistenz bereits in der Umwelt nachgewiesen wurde. Das haben wir auch am KIT nachgewiesen und publiziert. Es gibt unterschiedliche kritische Bereiche, wo man sagen kann, dass wir da besondere Hotspots haben. Aber man darf sich nicht auf diese Hotspots konzentrieren, weil in den anderen Bereichen, die vermeintlich weniger belastet sind, auch ein relativ breites Spektrum an antibiotikaresistenten Bakterien und Antibiotikaresistenzgenen in das kommunale Abwasser entlassen und dort vermischt wird.

Das klingt ja sehr bedenklich. Gerade auch, dass bereits Reserveantibiotika betroffen sind.

Es gibt schon Kalkulationen, die auch in hochrangigen Fachzeitschriften veröffentlicht sind, die belegen, dass Infektionen mit antibiotikaresistenten Keimen zum Beispiel im Jahr 2050 als Todesursache einen höheren Anteil einnehmen werden als Krebs, Herz-Kreislauf-Erkrankungen oder Diabetes. Wir haben hier einen ansteigenden Prozess und das nicht nur bezogen auf den vielzitierten MRSA, den multiresistenten Staphylococcus aureus. Mittlerweile haben auch andere Bakterienspezies oder -gruppen diese Relevanz im Bereich der Gram-negativen Bakterien. Hier haben wir es mit den Carbapenem-resistenten und Colistin-resistenten Bakterien zu tun und, und, und. Diese ganz unterschiedlichen Bakteriengruppen, die jetzt im Anstieg sind, z.B. Acinetobacter baumanii, Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa, das ist ein ganz großes Risikopotenzial, mit dem wir umgehen müssen.

 „Wenn es um Schutzgüter wie Wasserressourcen für die Trinkwasseraufbereitung, Badegewässer oder die landwirtschaftliche Bewässerung geht, müssen wir ein effektives Monitoring mit Indikatoren für Antibiotikaresistenz, antibiotikaresistente Bakterien oder Resistenzgene haben.“

Was kann man dagegen tun?

Im Projekt HyReKA haben wir verschiedene technische Verfahren getestet und bewertet, um zu zeigen, welche Verfahren anzuwenden sind, um solche Bakterien in ausreichendem Maße zu reduzieren. Wir haben Ozonung getestet, verschiedenste Membrantechniken wie die Ultrafiltration, aber auch bereits bestehende Verfahren wie Adsorptionsfiltration und so weiter. So konnten wir zeigen, dass es mit einer Membrantechnologie, speziell einer Ultrafiltration, tatsächlich gelingt, Bakterien, die Träger von Resistenzgenen sind, und die Gene selbst unter das Detektionslimit zu drücken, so dass man sie im Auslauf der Kläranlagen nicht mehr nachweisen konnte. Das ist ein Ansatz, bei dem die Technik schon zur Verfügung steht. Ozonung ist zwar auch geeignet, aber nicht so effektiv wie eine Membrantechnologie. Die Kombination von beiden ist aber auch synergetisch zu sehen, weil durch die Ozonung unerwünschte Spurenstoffe eliminiert oder transformiert werden und durch eine anschließende Membrantechnologie auch noch die mikrobiellen Kontaminanten reduziert werden. Wir können also kombinatorische Ansätze nutzen, um dieser Problematik effektiv zu begegnen.

Durch Messungen in der Umwelt konnten wir zeigen, dass Kläranlagen die Belastung von Vorflutern, also aufnehmenden Flusssystemen, ganz massiv beeinflussen können. Wir haben Untersuchungen an den Einleitungen von Kläranlagen gemacht und unterhalb von Kläranlagen und konnten ganz deutlich den Effekt von der Kläranlage in Bezug auf die Anwesenheit von kritischen Antibiotikaresistenzen und fakultativ pathogenen Bakterien belegen. Die genannten erweiterten Maßnahmen könnten also diese Belastung des Vorfluters durch die Kläranlage deutlich reduzieren. Es ist auch denkbar, das nicht nur an kommunalen Kläranlagen, sondern soweit möglich auch dezentral zu machen, beispielsweise in Kliniken, wo besonders viele Antibiotika eingesetzt werden.

Lesen Sie im zweiten Teil des Interviews, wie der Status Quo bei der Überwachung und Abwasserreinigung derzeit aussieht und was zu tun bleibt, um die Ausbreitung von Antibiotikaresistenzen zu verhindern.


Das Verbundprojekt „HyReKA“ wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) als Teil der Fördermaßnahme „Risikomanagement von neuen Schadstoffen und Krankheitserregern im Wasserkreislauf (RiSKWa)“ unter dem Förderkennzeichen 02WRS1377A-K gefördert. Es wird betreut vom Projektträger Karlsruhe (PTKA).


Zur Person

Prof. Dr. Thomas Schwartz wurde 1963 in Kaiserslautern geboren. Nach seinem Studium der Biologie an der Universität Kaiserslautern promovierte er 1991 an der Fakultät Biologie der Universität Heidelberg. Thomas Schwartz ist seit 2001 Arbeitsgruppenleiter und Abteilungsleiter des Bereichs Mikrobiologie und Molekularbiologie am Institut für Funktionelle Grenzflächen (IFG) am Karlsruher Institut für Technologie (KIT-Campus Nord). Außerdem ist er seit 2015 Honorarprofessor an der Hochschule Mannheim. Arbeitsschwerpunkte sind: Entwicklung und Biodiversität von Biofilmen in technischen Prozessen, Nachweis von molekularen Stressantworten bei Pathogenen, Nachweis und Verbreitung von Antibiotikaresistenzen, Biotransformation, biologische Risikoabschätzung von Aufbereitungstechniken sowie Genregulation in bakteriellen Populationen.

Veranstaltung

Auf der Konferenz „Spurenstoffe und Krankheitserreger im Wasserkreislauf“ vom 19. bis 20. April 2021 können Sie Herrn Schwartz als Plenarsprecher live erleben, mehr zum Thema erfahren und mitdiskutieren. Bis zum 1. Dezember können Sie Vortrags- und Posterbeiträge für die Konferenz einreichen.


DECHEMA-Fokus-Themen:  

 

0 Kommentar(e)


Captcha neu laden

Jetzt Mitglied werden