Abwasseruntersuchung

Die frühzeitige Erkennung von Krankheitsausbrüchen auf kommunaler Ebene spielt eine entscheidende Rolle bei der Eindämmung der Ausbreitung von Krankheiten und kann zu Maßnahmen zur Verringerung der daraus resultierenden Morbidität und Mortalität sowie zur Umsetzung von Präventions- und Kontrollmaßnahmen führen. Die öffentliche Gesundheit erfordert neuartige Überwachungs- und Managementansätze zur Prävention von Infektionskrankheiten innerhalb einer Gemeinde. Diese neuen Technologien sollten flexibel, kosteneffizient und skalierbar sein und umfassende sowie objektive Daten in Echtzeit liefern.

Die abwasserbasierte Epidemiologie (WBE), die objektive und umfassende Echtzeit-Bewertungen des Gesundheitszustands der Bevölkerung und der Umwelt liefern kann, hat während der COVID-19-Pandemie großes Interesse geweckt. WBE ist ein neues epidemiologisches Instrument zur Messung der Ausbreitung von Krankheiten, des Drogenkonsums und anderer biologischer oder chemischer Indikatoren in einer Bevölkerung. WBE hat das Potenzial, als ergänzender Ansatz zu den derzeitigen Überwachungssystemen für Infektionskrankheiten zu dienen, und kann durch die Analyse von gepoolten Abwasserproben der Bevölkerung die Maßnahmen im Bereich der öffentlichen Gesundheit unterstützen und verbessern.

Derzeit werden verschiedene Methoden und Arbeitsabläufe zur Überwachung von Biomarkern im Abwasser eingesetzt. Die einzelnen Methoden können sich geringfügig unterscheiden, doch die meisten bestehen aus vier Hauptschritten, wie im folgenden Arbeitsablauf dargestellt: Dabei wird (1) eine Probe in der Nähe der Quelle oder in einer Kläranlage entnommen und (2) zur Analyse an ein Testlabor weitergeleitet. Nach Eingang im Labor werden (3) die Proben auf das Vorhandensein der Zielbiomarker untersucht und (4) die gewonnenen Ergebnisse analysiert und mit anderen Informationen kombiniert, um die Daten zu interpretieren.

Zwei Arten von Abwasserproben eignen sich für die WBE:

1. unbehandeltes Abwasser, das Abwässer aus Haushalten oder Gebäuden umfasst und menschliche Fäkalien enthält
2. Primärschlamm, der aus den Schwebstoffen besteht, die sich während der ersten Feststoffentfernung (sogenannte „Sedimentation“) in der Kläranlage aus dem Abwasser absetzen.

Die Probenahme erfolgt in der Regel nach der Stichproben-, der Mischproben- oder der passiven Methode, abhängig von den mit der Entnahmestelle verbundenen Einschränkungen (z. B. Zugänglichkeit, Zugang zu Strom) sowie vom Ziel des Überwachungsprogramms. Einzelproben werden direkt aus einem Kanalschacht oder an einer anderen Stelle innerhalb des Einzugsgebiets entnommen, häufig durch Eintauchen eines Bechers oder einer Flasche in das Abwasser, um die Probe zu entnehmen. Diese Methode ist zwar schnell und einfach, liefert jedoch nur eine Momentaufnahme der Bedingungen zum Zeitpunkt der Entnahme und wird stark von täglichen Schwankungen des Abwasserdurchflusses und der Abwasserzusammensetzung beeinflusst. Um dieses Problem zu umgehen, werden Mischproben entnommen, indem mehrere Stichproben in festgelegten Abständen über einen bestimmten Zeitraum hinweg zusammengefasst werden. Sie spiegeln die durchschnittlichen Abwassereigenschaften während des Entnahmezeitraums wider und werden in den meisten WBE-Studien verwendet. Bei der passiven Probenahme schließlich wird ein physikalisches Gerät verwendet, das absorbierende Materialien oder Membranen enthält und in einem bestimmten Abwasserauffanggebiet platziert wird, um über einen definierten Zeitraum Viren und andere Partikel einzufangen. Passive Probenahmegeräte lassen sich leicht in kleinen Auffanggebieten einsetzen und entnehmen; sie benötigen keinen Strom für den Betrieb und können daher in jeder zugänglichen Abwasserleitung verwendet werden.

20/30 Labs spielt eine wichtige Rolle bei den Bemühungen, die WBE als wesentlichen Bestandteil einer nationalen Überwachungsmethode zu etablieren. Während der Covid-19-Pandemie arbeiteten wir an vielen verschiedenen Projekten und führten Pilotstudien durch, bei denen Pflegeheime, Flughäfen und Wohngebiete überwacht wurden. Wir führten Tausende von Tests durch und prüften alle verschiedenen Probenahmemethoden, um das Vorhandensein von SARS-CoV-2 in den Proben nachzuweisen. Zudem testeten wir auf Influenza A und B, RSV, Norovirus G1 und G2, Ammonium, Orthophosphat und den pH-Wert und konnten so die Effizienz, Schnelligkeit und Einfachheit dieses Ansatzes weiter untermauern.

QUELLENANGABEN:

• Baker, R.E., Mahmud, A.S., Miller, I.F. et al. – Infektionskrankheiten im Zeitalter des globalen Wandels. Nat Rev Microbiol 20, 193–205 (2022). https://doi.org/10.1038/s41579-021-00639-z
• Steele L, Orefuwa E, Bino S, Singer SR, Lutwama J, Dickmann P. Frühzeitige Erkennung von Ausbrüchen – Ein generisches Modell und eine neuartige Methodik zur Unterstützung einer frühzeitigen Erkennung, gestützt auf Daten aus Ländern mit niedrigem und mittlerem Einkommen. Front Public Health. 11. September (2020); 8:452. doi: 10.3389/fpubh.2020.00452.
• Adhikari, S., Halden, R.U. – Chancen und Grenzen der abwasserbasierten Epidemiologie für die Überwachung der globalen Gesundheit und die Erreichung der UN-Ziele für nachhaltige Entwicklung. Environment International, Bd. 163, (2022). https://doi.org/10.1016/j.envint.2022.107217.