Kleinräumige Abwasser-Analysen
Abwasserbasierte Epidemiologie wird zunehmend interessant für die Erfassung gesundheitsrelevanter Parameter, die ansonsten arbeitsintensiv oder schwierig zu erheben sind.
Insbesondere während der COVID-19 Pandemie hat dieser Ansatz einen enormen Aufschwung erlebt. Das Monitoring von SARS-CoV-2 im Abwasser bietet Vorteile für verschiedene Anwendungsfälle. Beispiele sind die Ableitung von Zirkulationstrends des Virus in Kläranlagen oder die frühzeitige Identifizierung neu auftretender Virusvarianten. Abwasserbasierte Epidemiologie ist allerdings nicht neu. Bereits vor der COVID-19 Pandemie wurden beispielsweise das Vorkommen von antimikrobiellen Resistenzen oder illegalen Substanzen in Abwässern erforscht. Weitere Anwendungsfelder werden aktuell verstärkt diskutiert.
Bisherige Forschungen konzentrierten sich zumeist auf Kläranlagen, die Abwasser aus großen Einzugsgebieten mit bis zu hunderttausenden Personen reinigen. Obwohl diese Methode effizient und recht einfach umzusetzen ist, hat sie einige Limitationen. So lassen die Ergebnisse von Probenahmen großer Kläranlagen, insbesondere in großen Metropolregionen, wo Einzugsgebiete in der Regel mehrere Städte umfassen, beispielsweise keine kleinräumige, innerstädtische Differenzierung zu. Dies ist besonders dann problematisch, wenn es darum geht, Hotspots zu ermitteln oder den Gesundheitszustand auf kleineren Maßstabsebenen zu untersuchen.
Daher startete das InUPH in 2021 zusammen mit dem Institut für künstliche Intelligenz in der Medizin (IKIM) und der Emschergenossenschaft/Lippeverband (EGLV) eine Kooperation, um das Potenzial gezielter Probenahmen in Teileinzugsgebieten innerhalb des Abwassersystems für die (frühzeitige) Erkennung und Beschreibung von räumlich begrenzt auftretenden oder bestehenden Virusvarianten zu bewerten. Hierfür wurden über einen Zeitraum von jeweils sechs Wochen in 2021 und 2022 Abwasser aus mehreren Teileinzugsgebieten in Essen sowie der dazugehörigen Kläranlage beprobt. In den beiden Projekten werden die SARS-CoV-2 Einzel-Nukleotid-Varianten im Abwasser bestimmt, um u.a. das Potenzial für den Nachweis neuer bekannter SARS-CoV-2-Varianten zu untersuchen.
Die Ergebnisse dieses Projekts sollen neben einem erweiterten Verständnis der Verteilung von SARS-CoV-2-RNA im Abwassersystem, Aufschluss über Möglichkeiten einer abwasserbasierten Gesundheitsberichterstattung geben, umso bestehende Public Health Instrumente zu ergänzen. Der Fokus von InUPH liegt hier vor allem auf einem kleinräumigen Analyseansatz.
In Kooperation mit:
Data Science, Institut für künstliche Intelligenz in der Medizin (IKIM), Universitätsmedizin Essen
Ansprechpartner InUPH
Dr. rer. nat.
Dennis Schmiege
Projektkoordinator InUPH
Publikationen:
• Schmiege D, Haselhoff T, Thomas A, Kraiselburd I, Meyer F, Moebus S. Small-scale wastewater-based epidemiology (WBE) for infectious diseases and antibiotic resistance: A scoping review. International Journal of Hygiene and Environmental Health. 2024;259:114379. https://doi.org/10.1016/j.ijheh.2024.114379
• Schmiege D, Kraiselburd I, Haselhoff T, Thomas A, Gosch J, Doerr A, Schoth J, Teichgräber B, Moebus S, Meyer F. Analyzing community wastewater in sub-sewersheds for the small-scale detection of SARS-CoV-2 variants in a German metropolitan area. Science of the Total Environment, 898, 165458. 2023. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.165458
• Schmiege D, Zacharias N, Sib E, Falkenberg T, Moebus S, Evers M, Kistemann T. Prevalence of multidrug-resistant and extended-spectrum beta-lactamase-producing Escherichia coli in urban community wastewater. Science of The Total Environment. 2021;785:147269. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.147269