Antibiotikaresistente Keime und Gene

Hintergrund: Vorkommen und Verbreitung von ARB/ARG

Die zunehmende Häufung resistenter Krankheitserreger weltweit wird in den letzten Jahren zusehends kritisch eingestuft. Diese Zunahme an Resistenzen geht direkt mit dem Gebrauch von Antibiotika einher, welcher bei Mikroorgansimen einen entsprechenden Selektionsdruck erzeugt. Die Ausbildung und Verbreitung von Resistenzen startet meist an Stellen mit dem entsprechenden Selektionsdruck, also dort wo höhere Antibiotikakonzentrationen zu finden sind: im medizinischen Umfeld, in der Landwirtschaft und mittlerweile auch in Hot-Spots in der Umwelt. Von Seiten der WHO gibt es bereits eine prioritäre Liste für antibiotikaresistente Keime mit mittlerem bis kritischem Handlungs- beziehungsweise Forschungsbedarf (WHO 2017), und einen globalen Aktionsplan (WHO 2015).

Die Auswirkungen auf den Menschen sind insbesondere bei der Behandlung von Infektionskrankheiten zu erkennen, da sie durch den Anstieg an Erregern, die gegen Arzneimittel (Antibiotika) resistent sind, zunehmend erschwert wird [Bundesgesundheitsministerium]. Nach [ECDC, European Centre for Disease Prevention and Control] gibt es in Europa ca. 25.000 Todesfälle pro Jahr und etwa 2.5 Mio. zusätzliche Krankenhaustage durch Antibiotikaresistenzen.

Hohe Konzentrationen und eine große Artenvielfalt an Bakterien sind in Kläranlagen auf kleinstem Raum gegeben, was zu einem erhöhten Risiko der Bildung und/oder Weitergabe von Resistenzen führen kann. Die Verbreitung von ARB/ARG im Wasserkreislauf ist von zahlreichen Studien bestätigt worden, auch, dass Abläufe von Kläranlagen einen nicht vernachlässigbaren Anteil an der Verbreitung von ARB/ARG haben. Zudem ist bekannt, dass ein Rückhalt von ARB/ARG mit konventionellen Reinigungsmethoden nicht möglich ist und deshalb weitergehende Verfahrensstufen notwendig sind, um eine effiziente Entfernung von ARB/ARG sicherzustellen.

In der Abbildung ist der horizontale Gentransfer dargestellt. Hierbei wird genetisches Material von einem Organismus zum anderen übertragen. Die Gene befinden sich oft in mobiler Form (Bakteriophagen oder Plasmide).

Projektziele / Forschungsfragen

Das Forschungsvorhaben soll vertiefte Kenntnisse insbesondere über den Rückhalt von antibiotikaresistenten Bakterien (ARB) und Resistenzgenen (ARG) liefern. Das Projekt verfolgt einen integrierten Ansatz, bei dem über Ansätze zur Spurenstoffelimination hinausgegangen wird und eine Integration einer weiteren Stufe für die Reduktion von Spurenstoffen in Kombination mit ARB/ARG betrachtet. Eine Verfahrenskombination von Pulveraktivkohledosierung (PAK) zur Adsorption der Spurenstoffe mit Membrantechnik (Ultrafiltration UF) für den Rückhalt von ARB/ARG wird im Rahmen des Forschungsvorhabens zusammen mit den Partnern untersucht. Dazu wird eine Versuchsanlage entworfen, gebaut und betrieben.

In der Abbildung ist der konzeptionelle Ansatz des Forschungsvorhabens dargestellt.

Vorgehen

Planung, Bau und Betrieb einer Versuchsanlage (Betrieb als Reallabor) erfolgt durch die Projektpartner Microdyn-Nadir GmbH und Unger Ingenieure. Die Versuchsanlage wird auf dem Gelände eines Projektpartners auf dem Hauptklärwerk Wiesbaden installiert. An dieser Versuchsanlage ist die h_da verantwortlich für die verfahrenstechnischen Optimierungen, die Ermittlung der Leistungsfähigkeit, des Energiebedarfs und der Wirtschaftlichkeit. Die Anlage wird hinsichtlich Spurenstoffelimination (z.B. Kontrastmittel, Ibuprofen, Paracetamol, Gabapentin oder Acesulfam) und Rückhalt antibiotikaresistenter Bakterien und Resistenzgenen beprobt (ARB/AGR Messungen durch den Projektpartner TU Darmstadt) und die Eliminationsleistung bilanziert.

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