Die Antimikrobialresistenz (AMR) stellt eine große globale Gesundheitsgefahr dar, da sich resistente Bakterien nicht nur im klinischen Bereich, sondern auch in der Umwelt ausbreiten. Unser Projekt untersucht, wie Abwässer aus Krankenhäusern und Gemeinden als wertvolle Ressource für die Beobachtung des Bestehens und der Verteilung von AMR-Genen dienen.

Abwasser und antimikrobielle Resistenz Bakterien

Krankenhausabwässer enthalten eine große Menge an Antibiotika, resistenten Bakterien und AMR-Genen, was es zu einer konzentrierten Quelle für klinisch relevante Resistenz-Biomarker macht. Krankenhausabwässer liefern jedoch nur teilweise Informationen. Kommunale Abwässer spiegeln die Exposition der Bevölkerung gegenüber antimikrobiellen Mitteln wider und helfen bei der Ermittlung von Resistenzmustern in der Allgemeinbevölkerung. Durch die Untersuchung beider Quellen wollen wir diese Gene in verschiedenen Abwasserquellen nachweisen, quantifizieren und verfolgen.

Probenverarbeitung und Methodenoptimierung

Abwasser ist eine komplexe und variable Matrix und erfordert einen robusten und effektiven Verarbeitungsprozess. Wir haben verschiedene Methoden der Nukleinsäurekonzentration getestet, z. B. Filtration mit Membranen unterschiedlicher Porengröße und Zentrifugation, um die Menge und Konsistenz der Proben zu erhöhen. Unser Ziel ist es, unser bestehendes Protokoll zu optimieren, um die Effizienz und Reproduzierbarkeit zu erhöhen und eine robuste Molekularanalyse im Anschluss zu gewährleisten. Zu den wichtigsten Überlegungen gehörten die Minimierung von PCR-Inhibitoren, die Erhaltung der Integrität der Nukleinsäuren und die Ermöglichung von Vergleichen zwischen verschiedenen Abwasserproben.

Nachweis mit quantitativer PCR (qPCR)

Die qPCR ist unsere erste Wahl für den Nachweis von AMR-Genen in Abwasserproben. Mit der qPCR können wir spezifische AMR-Gene mit hoher Sensitivität im Vergleich zu traditionellen kulturbasierten Methoden nachweisen. Wir haben spezielle qPCR-Primer mit Fokus auf Gene von hoher klinischer Relevanz hergestellt und validiert. Dieser zielgerichtete Ansatz ermöglicht nicht nur eine schnelle Quantifizierung, sondern hilft uns auch, eine Zeitreihendatenbank für klinisch relevante AMR-Gene in verschiedenen Abwasserproben zu erstellen.

Analyse mikrobieller Communities: 16S rRNA-Analyse und Metagenomik

Neben dem qPCR-basierten Nachweis bekannter Resistenzgene wenden wir auch 16S rRNA-Gen-Sequenzierung und Shotgun-Metagenomik an, um die breiteren mikrobiellen Communities in Abwässern zu charakterisieren. Die 16S rRNA-Sequenzierung gibt uns Einblick in die bakterielle Vielfalt und die potenziellen Wirte der Resistenzgene. Die Metagenomik bietet einen Überblick über die in einer Probe vorhandenen AMR-Gene, einschließlich derjenigen, die von unserem gezielten qPCR-Ansatz nicht erfasst werden. Zusammen ermöglichen diese Methoden ein tiefergehendes Verständnis der Verteilung von Resistenzgenen in verschiedenen mikrobiellen Populationen, die in unterschiedlichen Abwasserproben vorkommen.

Zusammenarbeit mit der Abteilung für Instrumentelle Analytische Chemie

In Zusammenarbeit mit der Abteilung für Instrumentelle Analytische Chemie korrelieren wir molekularbiologische Daten mit chemischen Analysen von Antibiotikakonzentrationen in Abwässern. Mithilfe moderner Massenspektrometrietechniken quantifizieren unsere Kooperationspartner Rückstände von Arzneimitteln in denselben Abwasserproben. Mit diesem gemeinsamen Ansatz können wir untersuchen, wie Antibiotikarückstände im Abwasser mit der Häufigkeit von Antibiotikaresistenzen korrelieren und potenzielle Hotspots identifizieren, an denen diese Rückstände mikrobiellen Stress verursachen und horizontalen Gentransfer fördern können.

Mit diesem interdisziplinären Projekt wollen wir Frühwarnsysteme für die AMR- Surveillance unterstützen, zu One-Health- Monitoringstrategien beitragen und Erkenntnisse für den Schutz der öffentlichen Gesundheit und der Umwelt liefern.