Vorkommen Antibiotika-resistenter Bakterien in der aquatischen Umwelt

Abstract

Ein Anstieg der Resistenzen bei gleichzeitiger Stagnation hinsichtlich der Ent-wicklung neuer Antibiotika ist vor allem für Infektionen mit Gram-negativen Bakte-rien kritisch. Die WHO spezifizierte bereits 2014 Antibiotika-resistente Bakterien als eine ernsthafte Bedrohung für die moderne Medizin. Ein Zusammenhang zwischen medizinischem Fortschritt und schwer therapierbaren Erregern ist nicht zu leugnen. Diese Arbeit zeigt, dass Antibiotika-resistente Bakterien und antibiotisch wirkende Substanzen in allen der untersuchten (Ab-)Wasser Kompartimenten nachweisbar sind. <br /> Der methodische Ansatz zur Bestimmung von Antibiotika-resistenten Bakterien in aquatischen Umweltproben, der durch Anpassung und Verbesserung standardi-sierter, ursprünglich für humanmedizinische Zwecke entwickelter Tests erfolgte, erweist sich als praxistauglich. Das Verfahren wurde optimiert, um Interferenzen durch die Hintergrundflora in Umweltproben zu reduzieren. Das optimierte Arbeitsschema wurde im Hinblick auf Nachweisgrenzen, Wiederfindung und Qualität der Testleistungen evaluiert. Die Ergebnisse zeigen, dass durch die Erhöhung der Inkubationstemperaturen eine Verbesserung des Nachweises Antibiotika-resistenten Bakterien erzielt werden konnte, ohne dass der Nachweis der Zielspezies reduziert wurde. Dies führte zu guten Wiederfindungsraten und Qualitätsleistungen in Bezug auf Sensitivität, Selektivität und korrekte Klassifizierung. Limitationen durch unterschiedliche Nachweisgrenzen in den verschiedenen Kompartimenten des Abwasserpfades sind dargestellt. Rohabwasser hat eine höhere Nachweisgrenze als geklärtes Abwasser oder Oberflächengewässer. <br /> Während die Ergebnisse in dieser Arbeit zeigen, dass Antibiotika-resistente Bakterien in Proben aller Abwasser-Probenahmestellen der beiden Untersuchungsge-biete isoliert werden konnten, variierte der Grad der Multiresistenz in den einzelnen Isolaten nach ihrer Herkunft. Es konnten signifikante Zusammenhänge zwischen dem Vorkommen von Antibiotika-resistenten Bakterien und antibiotisch wirkenden Sub-stanzen im Abwasser gezeigt werden, insbesondere zwischen klinisch eingesetzten Antibiotika wie Ciprofloxacin, Meropenem sowie Ceftazidim und mit P. aeruginosa 3GCR sowie ESBL-produzierende KEC. Die Streudiagramme dieser Beziehungen zeigten einen signifikanten Einfluss des klinischen Abwassers, der innerhalb der Ka-nalisation durch Fließstrecke und Verdünnung abnahm, bis das Abwasser den jewei-ligen Kläranlagen-Abfluss erreichte. Im Gegensatz dazu konnte für die ländlich-kom-munalen Probenahmestellen ohne klinisches Abwasser keine spezifische Clusterbil-dung beobachtet werden, sondern nur die erwartete Unterscheidung zwischen Zuflüs-sen und Abflüssen der Kläranlagen. Klinisches Abwasser enthält deutlich mehr multiresistente Bakterien als klinisch unbeeinflusstes Abwasser. Für alle untersuchten Resistenzparameter konnten innerhalb der untersuchten Kläranlagen Reduktionsraten von 3 bis 4 Log10-Stufen festgestellt werden. Es konnte gezeigt werden, dass behandeltes Kläranlagenabwasser eine Punktquelle für Antibiotika-resistente Bakterien in die Umwelt darstellt. <br /> Neben den Einleitungen des geklärten Abwassers aus Kläranlagen in Oberflä-chengewässer wurde die Belastung von Mischwasser und dessen Behandlung durch einen RBF untersucht. Mischwasser besteht sowohl aus Abwasser als auch aus Abflusswasser von versiegelten Flächen. Die Abflussereignisse sind kurz, setzen aber große Wassermengen und erhebliche Schadstofffrachten frei. Die Reduktion über die Passage des RBFs für die untersuchten Resistenzparameter lagen im Median zwischen 1,3 Log10-Stufen bis 3,1 Log10-Stufen; Sie stellen somit eine wichtige Option zur Reduktion von Gewässerbelastungen dar. <br /> Für die Matrix Oberflächengewässer konnte gezeigt werden, dass antibiotisch wirksame Substanzen sowohl im gereinigten Abwasser als auch in Abwasser-beein-flussten Abschnitten von Oberflächengewässern nachgewiesen werden konnten. <br /> Im klinisch-urbanen Untersuchungsgebiet ist die Anzahl der positiven Nachweise im Unterstrom der Einleitung der Kläranlage höher. Auch die Maximal- und Medianwerte zeigen den Einfluss der Kläranlage, auch wenn die Konzentrationen im Unterstrom der Kläranlage nur leicht erhöht waren. Die Maximalwerte waren im ländlich-kommunalen Untersuchungsgebiet höher als im untersuchten Fließgewässer des klinisch-urbanen Untersuchungsgebietes. Dies ist durch den Abwasseranteil im jeweils aufnehmenden Fließgewässer (Swist, Rhein) plausibel erklärbar. Es konnten allerdings keine statistisch signifikanten Zusammenhänge zwischen der Konzentration von Antibiotika-resistenten Bakterien und dem Anteil an Abwasser in der Swist für die dargestellten Ergebnisse berechnet werden. <br /> Eine signifikante positive Assoziation von Antibiotika-resistenten Bakterien und antibiotisch wirkenden Substanzen konnte in der Matrix Oberflächengewässer nur für das Antibiotikum Erythromycin in Verbindung mit den hygienisch-mikrobiologischen Parametern ESBL-produzierende E. coli und Acinetobacter spp. 3GCR belegt werden. Der Weg eines resistenten Bakteriums aus der Umwelt zum Menschen ist gene-rell überall dort möglich, wo direkter Kontakt zu einem belasteten Umweltkomparti-ment besteht. Für eine synoptisch quantitative Risikobewertung und Identifizierung verschiedener Übertragungswege sind Informationen über Prävalenz, Konzentration und Arten von Antibiotika-resistenten Bakterien in der Umwelt unerlässlich. Für die meisten der in dieser Arbeit untersuchten Antibiotika-resistenten Bakterien kann aufgrund fehlender Daten zu Infektionsdosen von den meisten fakultativ pathogenen Bakterien derzeit noch keine Betrachtung im Sinne eines QMRA durchgeführt werden. Die ubiquitäre Verbreitung der ESBL-produzierenden Gram-negativen Bakterien in der aquatischen Umwelt kann dennoch ein Risiko für die menschliche Gesundheit bedeuten.