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18.01.2018 11:00 Uhr in Wissenschaft und Forschung
Unternehmensmeldung

Fäkalien in der Donau - DNA entlarvt Mensch als Verursacher

Karl Landsteiner Privatuniversität Krems, Technische Universität Wien und Medizinische Universität Wien legen Ergebnisse der größten Wasserhygiene-Studie ihrer Art vor.

Krems, 17. Jänner 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 KollegInnen 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 WissenschafterInnen 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 ExpertInnen 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.


Originalpublikation:
Kirschner AKT, Reischer GH, Jakwerth S, Savio D, Ixenmaier S, Toth E, Sommer R, Mach RL, Linke R, Eiler A, Kolarevic S, Farnleitner AH (2017) Multiparametric monitoring of microbial faecal pollution reveals the dominance of human contamination along the whole Danube River, Water Research 124 543 – 555, http://dx.doi.org/10.1016/j.watres.2017.07.052


Über die Karl Landsteiner Privatuniversität Krems

Die Karl Landsteiner Privatuniversität für Gesundheitswissenschaften (KL) versteht sich als Wegbereiterin und Katalysatorin für zukunftsorientierte, gesellschaftlich relevante Lehr- und Forschungsbereiche in der Medizin und den Gesundheitswissenschaften. Die KL fokussiert auf ein fächerübergreifendes, international ausgerichtetes Studienprogramm, das eine sinnvolle Ergänzung zum klassischen Ausbildungsangebot der öffentlichen Universitäten darstellt. Mit ihrem bologna-konformen Bachelor-Master-System wird sie ihrem Ansatz einer flexiblen Bildungseinrichtung gerecht, die auf die Bedürfnisse der Studierenden und Anforderungen des Arbeitsmarkts abgestimmt ist. In der Forschung konzentriert sich die KL gezielt auf Nischenfelder in gesundheitspolitisch relevanten Brückendisziplinen wie der Medizintechnik, der Psychodynamik und Psychologie sowie dem Thema Wasserqualität und den damit verbundenen gesundheitlichen Aspekten. Die KL wurde 2013 gegründet und von der Österreichischen Agentur für Qualitätssicherung und Akkreditierung (AQ Austria) akkreditiert.

Über das Interuniversity Cooperation Centre for Water & Health

Das Interuniversitäre Kooperationszentrum Wasser und Gesundheit (ICC Water & Health) versteht sich als wissenschaftliche Plattform und kompetenter Partner in Fragen der Wasserqualität und deren Auswirkung auf die menschliche Gesundheit. Das ICC widmet sich der Entwicklung innovativer Konzepte zur Beurteilung der Wasserqualität, neuer mikrobiologischer und molekularbiologischer Methoden, der Wirksamkeitsprüfung physikalischer und chemischer Aufbereitungsmethoden sowie numerischer Modelle zur Abschätzung des Infektions- und Krankheitsrisikos bei der Wassernutzung. Die gewonnenen Erkenntnisse werden zur Ableitung effektiver und nachhaltiger Managementmaßnahmen zum Schutz der Gesundheit verwendet. Das ICC wurde von der Technischen Universität Wien und der Medizinischen Universität Wien im Jahr 2010 gegründet und konnte dank der kompetitiven Forschungsförderung durch das Bundesministerium für Wissenschaft, Forschung und Wirtschaft (BMWFW) nachhaltig etabliert werden. Im Jahr 2017 wurde das ICC Water & Health um die Karl Landsteiner Privatuniversität für Gesundheitswissenschaften (KL) erweitert. Die KL ist nun offizieller Teil der Forschungsplattform.


Rückfragehinweis:

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Prof. Andreas Farnleitner
Fachbereich Wasserqualität und Gesundheit
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3500 Krems an der Donau
M 0664 / 605 88 22 44
E andreas.farnleitner@kl.ac.at
W http://www.kl.ac.at/

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