Der Fokus von Teilprojekt 1 liegt auf der mikrobiologischen und molekularen Analyse von Abwasser und Trinkwasser. Parallel untersucht Teilprojekt 2 Antibiotikarückstände und deren Abbau durch Photokatalyse. Beide Bereiche ergänzen sich und liefern gemeinsam ein umfassendes Bild zu mikrobiologischer Belastung, Antibiotika und Resistenzentwicklung in der Umwelt.

§   WBE nutzt Abwasserproben, um Krankheitserreger, Antibiotikaresistenzen oder andere gesundheitsrelevante Marker in der Bevölkerung zu überwachen.

§   Vorteile:

o     Ermöglicht frühzeitige Hinweise auf Infektionsgeschehen.

o     Überwachung ohne individuelle Tests jeder Person.

o     Unterstützt öffentliche Gesundheitsstrategien und Risikobewertungen.

§   Einschränkungen:

o     Ergebnisse hängen stark von der Methodik ab.

o     Unterschiedliche Probenaufbereitung, Konzentration und DNA-Reinigung beeinflussen Sensitivität und Aussagekraft.

§   Bedeutung der Optimierung:

o     Optimierte Methoden zur Konzentration und Aufreinigung von DNA sorgen für zuverlässige und reproduzierbare Daten.

o     Optimierung ist grundlegend, um die Analysen aussagekräftig für die weiteren Projektziele zu machen.

§   Optimierung der Methoden zur zuverlässigen und effizienten Analyse von Abwasser und Trinkwasser.

§   Erfassung mikrobieller Gemeinschaften und Antibiotikaresistenzen.

§   Erkennung potenzieller Krankheitserreger.

§   Untersuchung des Einflusses von Photokatalyse (Teilprojekt 2) auf Antibiotikarückstände.

§   Unterstützung der Überwachung und Minimierung von Infektionsrisiken.

I. Optimierung der Abwasseranalyse: Mikrobielle Vielfalt

§   Wir sammeln regelmäßig Abwasserproben aus zwei kommunalen Kläranlagen und zwei Krankenhausstandorten.

§   Am Krankenhausstandort OZII haben wir einen „Autosampler“ installiert, um die Probenahme zu automatisieren und die Probenentnahme einfacher und konsistenter zu gestalten.

§   Wir haben verschiedene Methoden zur Verarbeitung von Abwasserproben verglichen.

§   Dabei haben wir kontrollierte Referenzproben (MOCK-Proben) genutzt, um die Ergebnisse mit den erwarteten Werten abzugleichen und die zuverlässigste Methode zu identifizieren.

II. Antibiotika, Resistenzgene und Plasmide: Chemische und molekulare Analysen

§   Analyse von Abwasserproben aus Ruhrlandklinik und Dinslaken mit qPCR und Sequenzierung, um das Vorkommen von Antibiotikaresistenzgenen (ARG) zu erfassen und die Effizienz der Methoden zu vergleichen.

§   Optimierung der Plasmid-Extraktion: Plasmide sind kleine, frei bewegliche DNA-Elemente in Bakterien, die Antibiotikaresistenzen weitergeben können. Sie spielen eine entscheidende Rolle dabei, wie Resistenzen in der Umwelt und in mikrobiellen Gemeinschaften verbreitet werden. Diese Optimierung wurde im Rahmen einer Bachelorarbeit einer Studentin durchgeführt.

§   Vergleich vor und nach Photokatalyse, um den Einfluss auf Antibiotikaresistenzgene zu untersuchen.

§   Anwendung der Methoden auf Trinkwasserproben aus verschiedenen Bereichen in Essen und dem Krankenhauscampus, um Unterschiede in mikrobiellen Gemeinschaften und Resistenzgenen zu erkennen.

§   Etablierte und verlässliche Probenahme

o     Alle vier Standorte werden regelmäßig beprobt.

o     Die automatisierte Probenahme liefert konstante Daten und reduziert den Arbeitsaufwand.

§   Verbesserte Analyseprozesse

o     Das aktuell genutzte Verfahren liefert zuverlässige und stabile Ergebnisse für den täglichen Einsatz. Nach Vergleichen verschiedener Methoden haben wir uns für Zentrifugation entschieden, da damit die mikrobiellen Gemeinschaften gleichmäßig erfasst werden, ohne dass einzelne Arten überrepräsentiert sind. Neue Erkenntnisse zu Antibiotikaresistenzen.

o     Abwässer zeigen unterschiedliche Muster von Antibiotikaresistenzen, die sich im Wochenverlauf ändern. Dabei zeigte sich ein allgemeiner Trend: Proben aus der Ruhrlandklinik wiesen nach der Behandlung eine Zunahme der ARG-Konzentration auf, während in den Proben aus Dinslaken eine leichte Abnahme zu beobachten war.

o     Diese Schwankungen deuten auf verschiedene beteiligte Mikroorganismen hin.

o     Umfassende DNA-Analysen werden zeigen, welche Arten die Resistenzgene tragen.

§   Fortschritte bei der Untersuchung mobiler Resistenzträger

o     Methoden zur Analyse genetischer Elemente, die Resistenzen übertragen, wurden deutlich verbessert.

o     Erste Ergebnisse sind vielversprechend; eine Veröffentlichung nach Abschluss der Datenanalyse ist geplant.

§   Wichtige Beobachtungen im Trinkwasser

o     Unterschiede in der mikrobiellen Zusammensetzung zwischen Stadt- und Krankenhauswasser wurden festgestellt.

o     Moderne Analysen erkennen Mikroorganismen, die mit klassischen, kultur-basierten Tests nicht sichtbar wären.

o     Ein erneuter Vergleich im Dezember 2025 soll Veränderungen über 10 Monate zeigen.

§   Stärkerer Gesamt-Workflow für Gesundheitsprävention

o     Belastbarer Ansatz zur Untersuchung von Bakterien, Viren und spezifischen Genmarkern in Abwasser entwickelt.

o     Methoden werden nun auf Trinkwasser übertragen, um Infektionsrisiken frühzeitig zu erkennen, besonders für Patient:innen mit geschwächtem Immunsystem.