Abwasser unter Kontrolle
Forscher entwickeln COVID-19 Monitoring

26.05.2020 Neueste Studien in China [1] zeigen, dass an COVID-19-Erkrankten Sars-COV-2 über den Stuhl ausscheiden. Internationale weltweite Forschungen, darunter auch die TU Wien, erarbeiten ein Monitoringprozess zu Ermittlung der Anzahl der Infektionen im Einzugsgebiet einer Kläranlage.

Das Hauptgebäude der TU Wien
© Foto: TU Wien/Matthias Heisler.
Das Hauptgebäude der TU Wien
Aus den Abwasserproben können personenunabhängige Rückschlüsse auf die Verbreitung der Infektionen gezogen werden. Diesen Abwasser-epidemiologischen Ansatz verfolgt nun das Institut für Mikrobiologie sowie der Arbeitsbereich Umwelttechnik der Universität Innsbruck gemeinsam mit drei Ausgründungen der Universität - BioTreaT, Sinsoma und hydro-IT - sowie mit Arbeitsgruppen in den Niederlanden und den USA.
Basis der Analyse ist eine adaptierte PCR-Methode. Kooperationspartner aus den Niederlanden konnten auf diesem Wege bereits Virusfragmente im Abwasser nachweisen.

Den Ansatz, Viren im Zulauf von Kläranlagen zu untersuchen ist grundsätzlich nicht wirklich neu. Dieser Ansatz wird bereits seit längerer Zeit zur Überprüfung einer „Ausrottung“ von Polio herangezogen, da über den Abwasseranfall eine breite Bevölkerungsgruppe gleichzeitig erfasst wird und somit anonyme, flächendeckende Informationen generiert werden, bestätigt Norbert Kreuzinger, Institut für Wassergüte und Ressourcenmanagement an der Technische Universität Wien.

„Im konkreten Fall war es eine Kombination aus wissenschaftlicher Neugierde und einer Diskussion, über Möglichkeiten, die Dunkelziffer an Infektionen etwas besser abschätzen zu können. Heute steht primär die Dokumentation von Trends bzw. Veränderungen über die Zeit im Zentrum: Ändert sich das Messsignal als Folge von Lockerungsmaßnahmen bzw. lässt sich ein abermaliger Anstieg (Stichwort zweite Welle) über diesen Ansatz dokumentieren, beschreibt Kreuzinger die Motivation

Frühwarnsystem für die Wasserwirtschaft

Alle in die Bereiche der Siedlungswasserwirtschaft involvierte Gruppen, vom Ministerium über die Länder hin zu den Betreibern sind demnach sehr stark an diesem Ansatz interessiert und unterstützen das Vorhaben im Rahmen ihrer Möglichkeiten. Zudem hat sich in der Thematik eine enge Zusammenarbeit zwischen Wasserwirtschaft und Gesundheitsbehörden entwickelt. Dieses Monitoring könnte Gesundheitsbehörden unterstützen, die über Zeitpunkt und Schwere von Interventionen wie Kontaktvermeidung oder Quarantänemaßnahmen entscheiden müssen. Den Behörden wird damit ein Tool in die Hand gegeben, mit dem die Wirksamkeit der gesetzten Interventionen zeitnah abgeschätzt werden kann.
Wie lange sich das Virus nachweisen lässt ist noch nicht genau zu sagen, ergänzt Kreuzinger. „Der zeitliche Verlauf der Ausscheidungen von Erkrankten und Genesenen ist noch nicht geklärt, ebenso der Zusammenhang mit dem Erkrankungsgrad. Beide Parameter gehen direkt in die Nachweisdauer ein. Ähnlich, wie bei der Nachweisführung von Medikamentenrückständen oder anderen Spurenstoffen, wird das Virus durch das Erbgut mit Hilfe einer Tagesmischprobe des Abwassers nachgewiesen. Die ersten praktischen Evaluierungen sind vielversprechend. Dennoch sind noch einige Schritte bis zu einer Nutzung notwendig.

„Schnellschüsse in der Forschung wären fatal. Jetzt gilt es im ersten Schritt die Evaluierung und Adaption bestehender RNA- Extraktions- und Nachweismethoden voranzubringen und die Organisation der fachmännischen Probensammlungen und Sicherung der Proben zu realisieren“ beschreibt Kreuzinger das Vorhaben.

Zurzeit etabliere sich ein weltweites Konsortium, das sich aus mehreren internationalen Netzwerken zusammensetzt, um zentrale Fragestellungen der Methodik abzugleichen und weltweite Daten von Kläranlagen zu sammeln. „Hier sind auch Gruppen aus Deutschland beteiligt. Mittlerweile wird global an der Idee eines abwasserepidemiologischen Monitorings gearbeitet, sodass Harmonisierungen in der Methode absolut wichtig sind, um (halbwegs) vergleichbare Ergebnisse zu erhalten, beschreibt Kreuzinger die nächsten Schritte.

Das Thema ist äußerst komplex und nur auf breiter interdisziplinärer Ebene zu behandeln. Nicht nur die technischen Aspekte von Probenahme, Probenaufbereitung und Analyse müssen hier bedacht werden, sondern auch eine ganze Reihe von Fragestellungen, für die Statistiker, Mediziner und Ingenieure aus dem Bereich Siedlungswasserwirtschaft heranzuziehen sind.

Nach Genehmigung der Forschungsanträge soll im Schritt 2 die Quantitative Bestimmung von SARS-CoV-2-RNA aus Abwässern realisiert werden. Im Anschluss soll ein GIS-basierten Informationsportal die Monitoringergebnisse bündeln und somit eine Basis zur Quantifizierung des Umfangs und der Dynamik von Ausbrüchen unabhängig von Patiententests oder Krankenhausberichten ermöglichen.

Die derzeitige Situation mit den zumindest im DACH Bereich fallenden Infektionszahlen ist natürlich erfreulich für Gesellschaft und Wirtschaft, für den wissenschaftlichen Ansatz bedeutet dies aber, dass die Daten- und Probenbasis für die Forschung fortlaufenden „dünner“ wird. Deshalb liegt ein aktueller Schwerpunkt in der Beprobung und der Extraktion der Erbinformationen. Die nun begonnenen regelmäßigen Untersuchungen sollen demnach bis zumindest Ende des Jahres durchgeführt werden, die statistische Bearbeitung sowie Modellierungen sind für einen längeren Zeitraum geplant.

[1] Evidence for Gastrointestinal Infection of SARS-CoV-2

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