Mikrobiologische und molekulargenetische Untersuchungen zu bakteriellen Resistenzen in Abwasserproben verschiedener Herkunft

  • Microbiological and molecular genetic studies on bacterial resistances in sewage samples of various origins

Hönings, Robert; Peltroche-Llacsahuanga, Heidrun (Thesis advisor); Blank, Lars Mathias (Thesis advisor); Dott, Wolfgang (Thesis advisor)

Aachen (2016)
Doktorarbeit

Dissertation, RWTH Aachen University, 2016

Kurzfassung

Antibiotika-resistente Bakterien (ARB) stellen ein gravierendes Problem für die Gesundheit von Mensch und Tier dar. Antibiotika-Resistenzgene (ARG) und ARB, die aus anthropogenen Quellen wie klinischen Abwässern und Kläranlagen emittiert werden, sowie der hohe Verbrauch an Antibiotika in Human- und Veterinärmedizin, werden mittlerweile als ernste Bedrohung für die (aquatische) Umwelt angesehen und stark diskutiert. Allerdings reichen aktuelle Untersuchungen bisher nicht für eine aussagekräftige Risikobewertung aus und es mangelt vor allem an einheitlichen Methoden. Über einen Zeitraum von mehr als drei Jahren wurden daher in dieser Arbeit verschiedene Abwässer mittels modifizierten mikrobiologischen und molekulargenetischen Methoden, die ursprünglich aus der klinischen Diagnostik stammen, miteinander verglichen und eine umfängliche Risikobewertung angestrebt. Die Konzentrationen ausgewählter resistenter Erregergruppen mit hoher klinischer Relevanz wurden bestimmt und die Resistenzlagen von mehr als 4000 identifizierten Isolaten phänotypisch und genotypisch analysiert. Die untersuchten Abwässer stammten aus zwei kommunalen Aachener Kläranlagen, von denen nur eine klinische Abwässer aufnimmt, sowie dem zentralen Ablauf des Uniklinikums Aachen und dem Wohngebiet Aachen-Kullen.Die Konzentrationen der Gesamtmenge an kultivierbaren Bakterien und Enterobakterien waren über den gesamten Zeitraum nahezu konstant; höchste Konzentrationen fanden sich in den Zuläufen beider Kläranlagen. Enterobacteriaceae wiesen dabei jederzeit eine 10-fache geringere Konzentration auf. Durch den Klärprozess beider Kläranlagen kam es zu einer signifikanten Reduktion der Bakterienmenge um drei bis vier Zehnerpotenzen. Auch ESBL-bildende Enterobakterien wurden mit Ausnahme der Kläranlagenabläufe jederzeit nachgewiesen und lagen in geringeren Konzentrationen als die Menge an Gesamt-Enterobacteriaceae vor. Nahezu alle Isolate wurden molekulargenetisch als CTX-M1-Produzenten detektiert. Carbapenem-resistente Bakterien (CRB) wurden nur nach vorheriger Selektivanreicherung isoliert, die Abläufe hingegen wiesen auch nach Anreicherung keinerlei CRB auf. Verschiedene Genotypen wurden in den untersuchten Isolaten nachgewiesen (blaOXA-48, blaNDM-1, blaKPC). VRE konnten ausschließlich in den Zuläufen beider Kläranlagen sowie dem Abwasser des Klinikums in vergleichbaren Konzentrationen nachgewiesen werden. Entsprechende Isolate wurden allesamt als E. faecium mit vanA-Geno- und Phänotyp identifiziert. Die Konzentrationen von S. aureus und MRSA lagen dagegen zu jedem Zeitpunkt auch nach Anreicherung unter der kulturellen Nachweisgrenze.Die in dieser Arbeit etablierte neue Methodik liefert repräsentative, reproduzierbare und detaillierte Ergebnisse sowie genauere Einblicke in die Resistenzlage und Gefährdungspotentiale verschiedener Abwässer, so dass vor allem klinische und aus Kläranlagen-stammende Abwässer tatsächlich Hotspots für ARB und ARG darstellen, während die Prävalenz der untersuchten resistenten Erregergruppen in häuslichen Abwässern deutlich geringer ist. Außerdem scheinen die Mengen und die Quellen des in Kläranlagen eingeleiteten Abwassers keinen Einfluss auf die Resistenzlage und Bewertung des Gefährdungsrisikos der Zuläufe zu haben, da beim Vergleich beider Kläranlagen keine signifikanten Unterschiede in der Resistenzsituation feststellbar sind. Durch die hohe Überein-stimmung zu bekannten Daten klinischer Isolate scheint zudem eine indirekte Ableitung der lokalen Resistenzsituation auch über Abwässer möglich zu sein. Der dreistufige Klärmechanismus verläuft darüber hinaus unspezifisch und für beide Kläranlagen hoch effektiv, so dass die Konzentrationen der untersuchten Erregergruppen jederzeit unter der mikrobiologischen Nachweisgrenze liegen und somit eine Gefährdung der angeschlossenen aquatischen Umwelt am Beispiel der beiden Aachener Kläranlagen als sehr gering bzw. unwahrscheinlich angesehen werden kann.

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