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Corona-Pandemie: Überwachung über das Abwasser

Abwassertest
Abwasserproben könnten den Infektionsgrad der Bevölkerung verraten. (Bild: Jürgen Lösel)

Die Lockerungen der pandemiebedingten Beschränkungen bergen die Gefahr, dass in den kommenden Wochen und Monaten neue Ausbrüche und Infektionsherde von Covid-19 auftreten. Deshalb beginnt nun in Deutschland ein Projekt, das solche Corona-Hotspots frühzeitig erkennen soll – an Sars-CoV-2 im Abwasser. Denn Untersuchungen belegen, dass Infizierte das Coronavirus über den Kot ausscheiden und dass diese Viren dann im Abwasser nachgewiesen werden können. Dieser Nachweis könnte daher helfen, beginnende Ausbrüche frühzeitig auszumachen. Ab Mitte Mai werden Wissenschaftler in 20 deutschen Kläranlagen mit einem Testlauf einer solchen Virenüberwachung per Abwasser beginnen.

Das Problem ist die Dunkelziffer: Inzwischen weiß man, dass viele Coronavirus-Infizierte ihre Infektion gar nicht bemerken, weil sie nur milde oder gar keine Symptome entwickeln. Das macht es schwer, die Ansteckungsgefahr und neue Ausbrüche rechtzeitig zu erkennen und einzudämmen. Gleichzeitig reichen die Kapazität der Testlabore und des Personals nicht aus, um die gesamte Bevölkerung oder auch nur bestimmte Gruppierungen regelmäßig zu testen. Doch es könnte Abhilfe geben. Aus Untersuchungen von Patienten mit Covid-19 weiß man inzwischen, dass Sars-CoV-2 nicht nur Atemwege und Lunge befällt, sondern auch weitere Organe, darunter den Darm. Letzteres führt bei rund einem Drittel der Erkrankten zu Durchfall und Übelkeit und weckte die Frage, ob der Kot von Covid-19-Patienten infektiös sein könnte. Zwar ist dies bislang nicht eindeutig bewiesen, klar belegt ist aber, dass infizierte Menschen das Coronavirus mit ihrem Kot und Urin ausscheiden – und dies wahrscheinlich auch dann, wenn sie nur milde Symptome entwickeln.

Coronavirus ist schon früh im Abwasser nachweisbar

Bereits im März 2020 haben daher verschiedene Forschergruppen vorgeschlagen, Abwassertests auf Sars-CoV-2 zur frühen Erkennung neuer Infektionsherde einzusetzen. „Ein solcher Echtzeit-Nachweis könnte ermitteln, ob es Covid-Patienten in einem Gebiet gibt und damit schnell weitere Tests, Quarantäne und andere Gegenmaßnahmen ermöglichen“, erklärte beispielsweise Zhugen Yang von der britischen Cranfield University in einer Veröffentlichung. Dass diese Abwasser-Überwachung auch praktisch funktionieren könnte, legt eine Studie niederländischer Wissenschaftler nahe. Sie hatten ab Mitte Februar 2020 regelmäßig Abwasserproben am Flughafen Schiphol und mehreren weiteren Kläranlagen genommen und auf Sars-CoV-2 untersucht. Tatsächlich konnten sie ab dem 2. März genetisches Material des Virus in den Abwasserproben nachweisen – vier Tage nachdem der erste Covid-19-Fall in den Niederlanden gemeldet worden war. Die Sensibilität der Tests war dabei so hoch, dass die Forscher selbst die Präsenz weniger Infizierter pro 100.000 Einwohnern detektieren konnten.

Ausgehend von diesen Vorerfahrungen wollen nun auch deutsche Wissenschaftler und Behörden das Abwasser als Frühwarnsystem in der Corona-Pandemie nutzen. Ein Team von mehr als 20 Abwasserfachleuten, Mikrobiologen, Virologen und Modellierern mehrere Forschungseinrichtungen und Universitäten arbeitet schon seit mehreren Wochen gemeinsam mit den Kläranlagenbetreibern der Städte Köln, Leipzig, Dresden, dem Wasserverband Eifel-Rur und weiteren 20 Städten daran, aus repräsentativen Abwasserproben den Gesamtinfektionsgrad im Einzugsgebiet von Kläranlagen direkt zu erfassen. Jetzt sind sie soweit, die praktische Anwendung in einer ersten Pilotphase zu testen: „Wir werden in der zweiten Maihälfte zusammen mit rund 20 Kläranlagen eine Testphase durchführen, die die gesamte Analysekette von der Entnahme und Aufbereitung der Proben über die PCR-Analyse bis zur Modellhochrechnung umfasst“, berichtet der Initiator des Projekts, Georg Teutsch vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ).

Tägliche Proben in 900 Kläranlagen würden reichen

Die Wissenschaftler hoffen, dass ein bundesweites Abwasser-Monitoring dazu beitragen kann, eine neue Infektionswelle zu verhindern und die Folgen der Lockerungsmaßnahmen für die Virusausbreitung zu überwachen. Ihren Berechnungen zufolge könnte es dafür schon ausreichen, in rund 900 Kläranlagen in Deutschland täglich Proben zu nehmen. Das würde 80 Prozent des gesamten Abwasserstroms und damit einen Großteil der Bevölkerung in Deutschland erfassen. „Wenn das Abwassermonitoring funktioniert und landesweit umsetzbar ist, steckt darin ein riesiges Potenzial für den Umgang mit der aktuellen Sars-CoV-2-Pandemie – und perspektivisch auch für vergleichbare zukünftige Pandemien, weil damit valide Daten zur sogenannten Durchseuchung der Bevölkerung gesammelt und aufbereitet werden können“, kommentierte Sachsens Wissenschaftsminister Sebastian Gemkow den Beginn des neuen Projekts.

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Wichtig für das Gelingen einer solchen Coronavirus-Überwachung per Abwasser ist jedoch, das die Testverfahren die Präsenz von Sars-CoV-2 zuverlässig und mit ausreichend hoher Empfindlichkeit nachweisen können. „Entscheidend wird die Fähigkeit sein, eine Detektionsempfindlichkeit für Sars-CoV-2 zu erreichen, die nicht erst bei hohen Zahlen von Infizierten verwertbare Ergebnisse liefert“, sagt der Virologe René Kallies vom UFZ. „Erste Ergebnisse stimmen uns aber vorsichtig optimistisch, unter den Grenzwert von 50 Infizierten je 100.000 Einwohner für das Interventionsmanagement zu kommen.“ Dieser Grenzwert wurde kürzlich von der Politik als Schwelle beschlossen, ab dem Lockerungen lokal wieder zurückgenommen und strengere Vorsichtsmaßnahmen eingeführt werden müssen, um den Ausbruch einzudämmen. Um diese Nachweisgenauigkeit zu erreichen, müssen die Abwasserproben vor der Analyse auf Viren-RNA konzentriert und aufbereitet werden. Im Rahmen des Projekts und der Pilotphase werden dafür drei Aufbereitungsmethoden parallel eingesetzt und auf ihre Leistungsfähigkeit getestet: die Gefriertrocknung, die Säulenfiltration und die sogenannte Polyethylenglycol-Fällung. Gleichzeitig arbeiten Forscher daran, die Modellsysteme für einen geplanten kontinuierlichen Datenfluss aufzubauen. Ob dies gelingt und welches Analyseprotokoll sich in der Testphase als die geeignete erweist, wollen die Wissenschaftler dann möglichst zeitnah ermitteln und der Öffentlichkeit mitteilen.

Quelle: Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung – UFZ
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