Antibiotikaresistente Mikroorganismen und weitergehende Abwasserbehandlung

Stipendiatin/Stipendiat: Sona Fajnorova

Der umfangreiche Einsatz von Antibiotika in Aquakulturen sowie in Human- und Veterinärmedizin in den letzten Jahrzehnten und der unvollständige Stoffwechsel von Antibiotika in Organismen führten zur Begünstigung der Entstehung mikrobieller Antibiotikaresistenz (AMR), die weltweit als eine der schwerwiegendsten Bedrohungen für die öffentliche Gesundheit im 21. Jahrhundert gilt.

Obwohl die Reinigung des Abwassers in konventionellen Kläranlagen hoch ist, wird eine Verbreitung von Antibiotikarezistenzen in aufnehmenden Gewässern in vielen Studien berichtet. Antibiotikaresistenzgene (ARGs) werden in der Regel in Plasmide, übertragbare genetische Elemente, eingebaut, die über horizontalen Gentransfer (HGT) auf andere Organismen übertragen werden können und so zur Verbreitung von ARGs führen. Deshalb untersucht diese Studie die Entfernung sowohl resistenter als auch nicht-resistenter Bakterienarten und deren Resistenzgene im Rahmen einer weitergehenden Wasserbehandlung mittels Ozon und UV-Desinfektion unter verschiedenen Betriebsbedingungen.

Dieses Projekt verfolgt die Ziele, zu untersuchen: i) ob die Entfernung der Mikroorganismen von Bakterienarten und Rezistenz abhängig ist, ii) ob die Entfernung von ARGs abhängig von der Bakterienart ist, iii) die Effizienz der ARB und ARGs-Reduktion in verschiedenen Wässern zu bestimmen, iiii) den ARB- und ARG Entfernungsmechanismus während der Desinfektion und Oxidation zu identifizieren sowie, iiiii) die Daten aus der Sequenzierung von kurzen und langen ARG-Amplikons zu vergleichen.

Experimente im Labormaßstab wurden mit Kläranlagenablauf und mit gepuffertem Reinstwasser nach Animpfung mit Umweltkulturen resistenter und nicht-resistenter Bakterienstämme durchgeführt. Die Inaktivierung von Mikroorganismen wurde durch Kulturverfahren und eine Messung der Zellmembranintegrität bewertet. Der Einfluss von Ozon und UV-Strahlung auf mikrobielle Zellen und Gene wurde auch durch quantitative Polymerase-Kettenreaktion (qPCR) bewertet, indem die Abundanzen von ARGs und dem 16S rRNA-Gen (als Proxy für die Gesamtzellzahl) quantifiziert wurden. Darüber hinaus konzentriert sich diese Studie auf die Elimination von ARGs in Bezug auf unterschiedliche Längen (Anzahl der Basenpaare, bp) der DNA-Fragmente.

Die Ergebnisse zeigen keinen Unterschied bei der Entfernung von resistenten und nicht-resistenten Bakterien, aber die Empfindlichkeit gegenüber Ozon variiert zwischen individuellen Bakterienarten. Die Entfernung von Bakterien im Reinstwasser durch Ozonierung und UV Desinfektion sehr hoch ist,aber die Effizienz der Ozonierung bei der Behandlung von Kläranlagenablauf deutlich reduziert wird.  Obwohl, die Inaktivierung von Bakterien sehr hoch ist, die Resistenzgene bei UV Desinfektion und Ozonung sehr stabil sind. Weitere Untersuchungen mit qPCR zeigen jedoch auch,  dass die Länge der verwendeten Primer bei der Bestimmung von Genen über qPCR eine Schlüsselrolle spielt, insbesondere bei der Beurteilung der Effizienz von Behandlungsprozessen.

Förderzeitraum:
06.02.2019 - 05.02.2020

Institut:
Technische Universität München
Lehrstuhl und Versuchsanstalt für
Siedlungswasserwirtschaft

Betreuer:
Prof. Dr. Jörg E. Drewes

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