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Fäkalien in der Donau: DNA entlarvt Verursacher

CSI und Forensik identifizieren nicht nur Serienmörder, sondern auch Verursacher von Wasserverschmutzungen

PTNorbert, pixabay.com, CC0

Symbolbild

19.01.2018: Der Mensch ist weiterhin die Hauptquelle für die mikrobielle Fäkalverunreinigung in der Donau – trotz Abwassermanagement und Kläranlagen. Das ist das herausragende Ergebnis einer umfangreichen Analyse der Fäkalbelastung der Donau. Dabei kam eine neue molekulargenetische Methode zum Einsatz, die eine eindeutige Unterscheidung zwischen mikrobiellen Fäkalienbelastungen menschlichen oder tierischen Ursprungs erlaubt. Die jetzt international publizierte Arbeit wurde unter maßgeblicher Beteiligung der Karl Landsteiner Privatuniversität Krems vom Interuniversity Cooperation Centre for Water & Health aus Österreich durchgeführt.

CSI und Forensik identifizieren nicht nur Serienmörder, sondern auch die Verursacher von Wasserverschmutzungen. Zumindest wenn es um Fäkalien geht. Das hat ein Team um Prof. Andreas Farnleitner von der Karl Landsteiner Privatuniversität Krems (KL Krems) und der Technischen Universität Wien (TU Wien) nun für die Donau zeigen können. Grundlegend dafür war eine von ihm gemeinsam mit Kollegen des Interuniversity Cooperation Centre for Water & Health (ICC Water & Health) verfeinerte molekulargenetische Methode, die anhand von Bakterien-DNA eine Unterscheidung von menschlichen und tierischen Fäkalien erlaubt. Mit den bisherigen Standardmethoden ist dies nicht möglich gewesen. Doch genau das ist wichtig, wenn es darum geht bei einer akuten Wasserverschmutzung die Verursacher zu identifizieren.

Mensch oder Tier

„Flüsse dienen häufig der Gewinnung von Trinkwasser“, erklärt Prof. Farnleitner, der den Fachbereich Wasserqualität und Gesundheit an der KL Krems leitet. „Verunreinigungen mit Fäkalien stellen daher eine potenzielle Gefährdung der Gesundheit dar. Die standardisierten Nachweismethoden basieren auf der Kultivierung von Fäkalindikatorbakterien und geben keine Auskunft über die Kontaminationsverursacher, also ob die Fäkalien menschlichen oder tierischen Ursprungs sind. Das von uns in der Donau-Studie angewendete genetische Verfahren gibt hingegen genau darüber Auskunft.“

Grundlage des Verfahrens sind dabei genetische Marker spezifischer Bakterienarten (Bacteroidetes), die Bestandteil der Ausscheidungen von Mensch und Tier sind. Anhand ihrer jeweiligen typischen DNA-Sequenzen lassen diese Marker Rückschlüsse darüber zu, ob eine Fäkalienbelastung von z.B. Menschen, Wiederkäuern oder Schweinen stammt. Da die wirts-assoziierten Fäkalmarker (host-associated Bacteroidetes genetic faecal marker) im Donauwasser jedoch in geringer Konzentration vorkommen, vervielfältigte das Team um Prof. Farnleitner diese mit der sogenannten PCR-Methode (Polymerase Chain Reaction), um sie anschließend zu identifizieren und Menschen, Wiederkäuern oder Schweinen zuzuordnen.

„Das Ergebnis war eindeutig: Über eine Länge von 2.580 Kilometern stammen die mikrobiellen Fäkalbelastungen in der Donau vor allem vom Menschen. Die Rolle von Weidevieh und intensiver Schweinehaltung entlang des Flusses war überall vergleichsweise gering“, erläutert Prof. Alexander Kirschner vom Institut für Hygiene und Angewandte Immunologie der Medizinischen Universität Wien (MedUni Wien), der gemeinsam mit Prof. Farnleitner die Studie koordinierte. „Das ist insofern bedeutend, als menschliche Verunreinigungen potenziell gefährlicher sind. Denn die darin enthaltenen Arten von Krankheitserregern besitzen für den Menschen in der Gesamtheit ein höheres Infektionspotential als dies tierische Erreger haben. Aber – auch das muss in aller Deutlichkeit gesagt werden – die Donau ist für ihre Größe, dank der zahlreichen Gewässerschutzmaßnahmen, ein ausgesprochen sauberes Gewässer.“

Internationale Studie

Tatsächlich gelang es dem Team, die praktische Nutzanwendung der neuen Methode für ein großes internationales Fluss- und Einzugsgebiet unter Beweis zu stellen. Begonnen hatte diese Arbeit bereits im Jahr 2013 und wurde von Wissenschafter vorwiegend aus dem Donauraum im Rahmen des Joint Danube Survey 2013 (JDS2013), koordiniert durch die Internationale Kommission zum Schutz der Donau (IKSD), durchgeführt. Für Österreich waren von Beginn an Experten der MedUni Wien und der TU Wien, eben dem genannten ICC Water & Health, dabei. An über 70 Stellen der Donau wurden damals sowohl im Mittellauf des Flusses, als auch in Ufernähe Proben entnommen. Zusätzlich wurde an drei ausgesuchten Entnahmestellen die mikrobiologische Wasserqualität über einen Zeitraum von einem ganzen Jahr beobachtet. Alle Proben wurden dann sowohl mit den Standardmethoden auf Basis von Indikatorbakterien, als auch mit molekularbiologischen Methoden zum Nachweis von genetischen Markern untersucht. Die weitere Analyse der über 4.000 Proben wurde dann bereits zusammen mit dem Team der KL Krems durchgeführt, das sich im Rahmen des ICC Water & Health auch bei der Auswertung und Interpretation der Daten maßgeblich engagierte.

Die großen Mengen an Daten zur räumlichen und zeitlichen Verteilung von mikrobiellen Fäkalbelastungen in der Donau, sowie die Identifizierung ihrer Verursacher machen die im Rahmen der JDS 2013 durchgeführten Untersuchungen zu den umfangreichsten ihrer Art.

Originalveröffentlichung:
Kirschner AKT, Reischer GH, Jakwerth S, Savio D, Ixenmaier S, Toth E, Sommer R, Mach RL, Linke R, Eiler A, Kolarevic S, Farnleitner AH; "Multiparametric monitoring of microbial faecal pollution reveals the dominance of human contamination along the whole Danube River"; Water Research; 2017; 124 543 – 555

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