Daniela Numberger

• Water is essential to life and thus, an essential resource. However, freshwater resources are limited and their maintenance is crucial. Pollution with chemicals and pathogens through urbanization and a growing population impair the quality of freshwater. Furthermore, water can serve as vector for the transmission of pathogens resulting in water-borne illness. The Interdisciplinary Research Group III – "Water" of the Leibniz alliance project INFECTIONS‘21 investigated water as a hub for pathogens focusing on Clostridioides difficile and avian influenza A viruses that may be shed into the water. Another aim of this study was to characterize the bacterial communities in a wastewater treatment plant (WWTP) of the capital Berlin, Germany to further assess potential health risks associated with wastewater management practices. Bacterial communities of WWTP inflow and effluent differed significantly. The proportion of fecal/enteric bacteria was relatively low and OTUs related to potential enteric pathogens were largely removed from inflowWater is essential to life and thus, an essential resource. However, freshwater resources are limited and their maintenance is crucial. Pollution with chemicals and pathogens through urbanization and a growing population impair the quality of freshwater. Furthermore, water can serve as vector for the transmission of pathogens resulting in water-borne illness. The Interdisciplinary Research Group III – "Water" of the Leibniz alliance project INFECTIONS‘21 investigated water as a hub for pathogens focusing on Clostridioides difficile and avian influenza A viruses that may be shed into the water. Another aim of this study was to characterize the bacterial communities in a wastewater treatment plant (WWTP) of the capital Berlin, Germany to further assess potential health risks associated with wastewater management practices. Bacterial communities of WWTP inflow and effluent differed significantly. The proportion of fecal/enteric bacteria was relatively low and OTUs related to potential enteric pathogens were largely removed from inflow to effluent. However, a health risk might exist as an increased relative abundance of potential pathogenic Legionella spp. such as L. lytica was observed. Three Clostridioides difficile isolates from wastewater inflow and an urban bathing lake in Berlin (‗Weisser See‘) were obtained and sequenced. The two isolates from the wastewater did not carry toxin genes, whereas the isolate from the lake was positive for the toxin genes. All three isolates were closely related to human strains. This indicates a potential, but rather sporadic health risk. Avian influenza A viruses were detected in 38.8% of sediment samples by PCR, but virus isolation failed. An experiment with inoculated freshwater and sediment samples showed that virus isolation from sediment requires relatively high virus concentrations and worked much better in Madin-Darby Canine Kidney (MDCK) cell cultures than in embryonated chicken eggs, but low titre of influenza contamination in freshwater samples was sufficient to recover virus. In conclusion, this work revealed potential health risks coming from bacterial groups with pathogenic potential such as Legionella spp. whose relative abundance is higher in the released effluent than in the inflow of the investigated WWTP. It further indicates that water bodies such as wastewater and lake sediments can serve as reservoir and vector, even for non-typical water-borne or water-transmitted pathogens such as C. difficile.…
• Wasser ist lebensnotwendig und somit eine essentielle Ressource. Jedoch sind unsere Süßwasser-Ressourcen begrenzt und ihre Erhaltung daher besonders wichtig. Verschmutzungen mit Chemikalien und Krankheitserregern, die mit einer wachsenden Bevölkerung und Urbanisierung einhergehen, verschlechtern die Qualität unseres Süßwassers. Außerdem kann Wasser als Übertragungsvektor für Krankheitserreger dienen und daher wasserbürtige Krankheiten verursachen. Der Leibniz-Forschungsverbund INFECTIONS‘21 untersuchte innerhalb der interdisziplinären Forschungsgruppe III - „Wasser", Gewässer als zentralen Mittelpunkt für Krankheiterreger. Dabei konzentrierte man sich auf Clostridioides difficile sowie aviäre Influenza A-Viren, von denen angenommen wird, dass sie in die Gewässer ausgeschieden werden. Ein weiteres Ziel bestand darin, die bakterielle Gemeinschaften eines Klärwerkes der deutschen Hauptstadt Berlin zu charakterisieren, um anschließend eine Bewertung des potentiellen Gesundheitsrisikos geben zu können. Bakterielle Gemeinschaften des Roh-Wasser ist lebensnotwendig und somit eine essentielle Ressource. Jedoch sind unsere Süßwasser-Ressourcen begrenzt und ihre Erhaltung daher besonders wichtig. Verschmutzungen mit Chemikalien und Krankheitserregern, die mit einer wachsenden Bevölkerung und Urbanisierung einhergehen, verschlechtern die Qualität unseres Süßwassers. Außerdem kann Wasser als Übertragungsvektor für Krankheitserreger dienen und daher wasserbürtige Krankheiten verursachen. Der Leibniz-Forschungsverbund INFECTIONS‘21 untersuchte innerhalb der interdisziplinären Forschungsgruppe III - „Wasser", Gewässer als zentralen Mittelpunkt für Krankheiterreger. Dabei konzentrierte man sich auf Clostridioides difficile sowie aviäre Influenza A-Viren, von denen angenommen wird, dass sie in die Gewässer ausgeschieden werden. Ein weiteres Ziel bestand darin, die bakterielle Gemeinschaften eines Klärwerkes der deutschen Hauptstadt Berlin zu charakterisieren, um anschließend eine Bewertung des potentiellen Gesundheitsrisikos geben zu können. Bakterielle Gemeinschaften des Roh- und Klarwassers aus dem Klärwerk unterschieden sich signifikant voneinander. Der Anteil an Darm-/Fäkalbakterien war relativ niedrig und potentielle Darmpathogene wurden größtenteils aus dem Rohwasser entfernt. Ein potentielles Gesundheitsrisiko konnte allerdings von potentiell pathogenen Legionellen wie L. lytica festgestellt werden, deren relative Abundanz im Klarwasser höher war als im Rohwasser. Es wurden außerdem drei C. difficile-Isolate aus den Klärwerk-Rohwasser und einem städtischen Badesee in Berlin (Weisser See) gewonnen und sequenziert. Die beiden Isolate aus dem Klärwerk tragen keine Toxin-Gene, wohingegen das Isolat aus dem See Toxin-Gene besitzt. Alle drei Isolate sind sehr nah mit humanen Stämmen verwandt. Dies deutet auf ein potentielles, wenn auch sporadisches Gesundheitsrisiko hin. (Aviäre) Influenza A-Viren wurden in 38.8% der untersuchten Sedimentproben mittels PCR detektiert, aber die Virusisolierung schlug fehl. Ein Experiment mit beimpften Wasser- und Sedimentproben zeigte, dass für die Isolierung aus Sedimentproben eine relativ hohe Viruskonzentration nötig ist. In Wasserproben ist jedoch ein niedriger Titer an Influenza A-Viren ausreichend, um eine Infektion auszulösen. Es konnte zudem auch festgestellt werden, dass sich „Madin-Darby Canine Kidney (MDCK)―-Zellkulturen im Gegensatz zu embryonierten Hühnereiern besser eignen, um Influenza A-Viren aus Sediment zu isolieren. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass diese Arbeit mögliche Gesundheitsrisiken aufgedeckt hat, wie etwa durch Legionellen im untersuchten Berliner Klärwerk, deren relative Abundanz in geklärtem Abwasser höher ist als im Rohwasser. Desweiteren wird indiziert, dass Abwasser und Gewässer als Reservoir und Vektor für pathogene Organismen dienen können, selbst für nicht-typische Wasser-Pathogene wie C. difficile.…