Abwasser könnte ein Frühwarnsystem für Antibiotikaresistenz werden.

Die Überwachung von Abwasser könnte zur frühzeitigen Erkennung und Verfolgung der Verbreitung von antimikrobieller Resistenz eingesetzt werden, eine der größten globalen Bedrohungen für die Gesundheit, so eine wissenschaftliche Analyse, die von der Generaldirektion Umwelt der Europäischen Kommission vorgestellt wurde. Die Methode ermöglicht die Identifizierung von Genen, die Bakterien Resistenzen gegen Antibiotika verleihen, in Abwasserproben und könnte zeigen, wo lokale Ausbrüche auftreten, wie Resistenzen zwischen Gemeinschaften zirkulieren und welche sanitären, sozialen und umweltbedingten Faktoren deren Verbreitung begünstigen.

Kurz gesagt, die Überwachung von Abwasser, die bereits umfassend zur Verfolgung von COVID-19 eingesetzt wird, könnte erweitert werden, um Gene zu erkennen, die mit antimikrobieller Resistenz assoziiert sind, und um Hochrisikogebiete schnell zu identifizieren. Die Analyse zeigt Zusammenhänge zwischen der Häufigkeit und Vielfalt dieser Gene und Faktoren wie der Abwasserinfrastruktur, dem Zugang zu sauberem Wasser, der Antibiotika-Verschmutzung sowie den sozioökonomischen und gesundheitlichen Bedingungen. Das System kann von der Ebene eines einzelnen Gebäudes bis hin zu ganzen Städten angewendet werden und kann Quellen wie Krankenhäuser, Farmen, Pharmafabriken und kommunale Abwassernetze überwachen. Die großflächige Implementierung erfordert fortschrittliche genetische Sequenzierung, standardisierte Probenahme, vergleichbare Analysen zwischen Regionen und klare Regeln bezüglich Vertraulichkeit und Datenaustausch. Die Forschung empfiehlt die Integration der Abwasserüberwachung in den One Health-Ansatz, der die Gesundheit von Menschen, Tieren und Ökosystemen in einem einzigen Rahmen behandelt und bereits eine der Richtungen der EU im Kampf gegen antimikrobielle Resistenzen ist.

Antimikrobielle Resistenzen treten auf, wenn Mikroorganismen nicht mehr effektiv auf die gegen sie eingesetzten Medikamente reagieren. Im Fall von Bakterien kann dies Antibiotika weniger wirksam oder unbrauchbar machen, wodurch behandelbare Infektionen in medizinisch viel schwerer kontrollierbare Probleme verwandelt werden. Die von der Kommission vorgestellte Analyse weist darauf hin, dass antimikrobielle Resistenzen weltweit bis 2050 mit schätzungsweise 1,91 Millionen Todesfällen pro Jahr in Verbindung gebracht werden könnten.

Eine der größten Herausforderungen im Kampf gegen dieses Phänomen ist, dass das Auftreten und die Verbreitung von Resistenzen nicht ausschließlich in Krankenhäusern stattfinden. Bakterien und Resistenzen zirkulieren zwischen Menschen, Tieren und der Umwelt durch Wasser, Lebensmittel, Farmen, Abfälle, Abwasser und verschiedene wirtschaftliche Aktivitäten, was die Beobachtung des Phänomens durch medizinische Überwachungssysteme, die sich nur auf Patienten konzentrieren, erschwert.

Die Überwachung auf Basis von Abwasser bietet die Möglichkeit, einen größeren Teil dieses Kreislaufs zu beobachten. Proben, die aus Abwasser gesammelt werden, enthalten biologisches Material von einer großen Anzahl von Personen und aus verschiedenen Quellen, und die genetische Analyse kann Gene nachweisen, die es Mikroorganismen ermöglichen, gegen bestimmte Antibiotika resistent zu sein.

Die Methode wurde während der COVID-19-Pandemie der Öffentlichkeit bekannt, als die Analyse von Abwasser zur Erkennung der Zirkulation des Virus in Gemeinschaften verwendet wurde, bevor alle Fälle individuell diagnostiziert wurden. Die Forschung analysiert nun, dass dieselbe Infrastruktur und Erfahrung für die antimikrobielle Resistenz angepasst werden können, obwohl das genetische Problem komplexer ist als die Verfolgung eines einzelnen Virus.

Anstelle der Erkennung eines bestimmten Krankheitserregers erfordert die Überwachung antimikrobieller Resistenzen die Identifizierung einer sehr großen Anzahl von Genen und der Kombinationen, in denen sie auftreten. Gene, die Resistenzen gegen Antibiotika verleihen, können zwischen verschiedenen Mikroorganismen zirkulieren und in neue genetische Wirte übergehen, was die Risikobewertung und die Interpretation der Ergebnisse kompliziert.

Die von der DG Umwelt zitierte Analyse identifiziert 49 Resistenzen, die wiederholt in verschiedenen Umgebungen und geografischen Regionen nachgewiesen wurden. Ihre weit verbreitete Präsenz deutet sowohl auf die Möglichkeit einer anhaltenden lokalen Zirkulation als auch auf die Fähigkeit zur internationalen Verbreitung hin.

Die Verteilung dieser Gene ist nicht gleichmäßig. Die analysierten Studien zeigen starke Assoziationen zwischen der Menge und Vielfalt der Resistenzen und den sozioökonomischen, gesundheitlichen und umweltlichen Bedingungen der Gemeinschaften. Die Abwasserinfrastruktur, der Zugang zu sauberem Wasser, die Qualität der medizinischen Dienstleistungen und das Niveau der Antibiotika-Verschmutzung können das in Abwasser identifizierte Resistenzprofil beeinflussen.

Die Überwachung könnte somit mehr als nur ein Instrument zur Messung eines bestehenden Problems werden. Die wiederholte und standardisierte Nutzung von Proben könnte es ermöglichen, zeitliche Veränderungen zu identifizieren und das Auftreten neuer Gene oder das schnelle Wachstum bereits bekannter Resistenzen zu erkennen.

Ein solches Signal könnte für lokale Interventionen genutzt werden. In einer Region, in der eine ungewöhnlich hohe Konzentration einer bestimmten Form von Resistenzen identifiziert wird, könnten die Gesundheitsbehörden die Quelle untersuchen, und die Informationen könnten zur Entscheidungsfindung über die Verschreibung von Antibiotika oder zur Umsetzung von Maßnahmen zur Eindämmung der Verbreitung beitragen.

Die Überwachung kann auf sehr unterschiedlichen Ebenen durchgeführt werden. Eine Probe kann ein einzelnes Gebäude, ein Krankenhaus, eine Farm, eine Industrieanlage, ein Stadtviertel oder eine ganze Stadt repräsentieren, je nach dem Punkt im Abwassernetz, an dem sie gesammelt wird.

Diese Flexibilität ermöglicht auch die Differenzierung der Quellen. Abwasser aus einem Krankenhaus kann die intensive Nutzung von Antibiotika und die Zirkulation von resistenten Mikroorganismen im medizinischen Umfeld widerspiegeln, während Proben von Farmen andere genetische Profile zeigen können, die durch den Einsatz von Antimikrobiotika in der Tiermedizin beeinflusst werden.

Pharmazeutische Anlagen stellen eine weitere mögliche Quelle dar. Die Freisetzung von Antibiotika oder deren Rückständen ins Wasser kann Selektionsdruck auf Mikroorganismen in der Umwelt ausüben und die Entwicklung und Aufrechterhaltung von Resistenzen begünstigen, was die Überwachung der Verschmutzung für dasselbe Gesundheitsproblem relevant macht.

Diese Verbindung erklärt, warum antimikrobielle Resistenzen im One Health-Ansatz behandelt werden. Das Konzept basiert auf der Tatsache, dass die Gesundheit von Menschen, Tieren und Ökosystemen nicht getrennt verwaltet werden kann, wenn dieselben biologischen Agenten und dieselben Umweltbelastungen zwischen diesen Bereichen zirkulieren.

Für die EU stellt One Health den Rahmen dar, in dem die Politiken für öffentliche Gesundheit, Veterinärmedizin, Landwirtschaft und Umweltschutz koordiniert werden können. Die Überwachung von Abwasser würde es ermöglichen, diese Bereiche durch einen gemeinsamen Datensatz zu verbinden, der zeigt, wie Resistenzen zwischen Quellen und Gemeinschaften zirkulieren.

Die Analyse betrachtet die Methode als besonders relevant in Regionen mit unzureichender sanitären Infrastruktur, hohen Antibiotika-Verschmutzungsniveaus und eingeschränktem Zugang zu medizinischen Dienstleistungen. Gerade in diesen Regionen ist die Implementierung jedoch am schwierigsten, da das Fehlen zentralisierter Abwassernetze die Sammlung repräsentativer Proben erheblich kompliziert.

Diese Widersprüchlichkeit könnte die globalen Unterschiede in der Überwachung antimikrobieller Resistenzen verstärken. Gemeinschaften mit dem höchsten Risiko einer Exposition könnten gleichzeitig die sein, für die es die wenigsten Daten und die geringste technische Kapazität zur Überwachung gibt.

Das Problem hat auch eine Dimension der Umweltgerechtigkeit. Bevölkerungen ohne angemessenen Zugang zu Abwasser und sauberem Wasser sind stärker dem Kontakt mit kontaminiertem Wasser ausgesetzt, das Bakterien und Resistenzen enthalten kann, und viele dieser Gemeinschaften sind anfälliger für Überschwemmungen, extreme Temperaturen und andere Auswirkungen des Klimawandels.

Solche Ereignisse können die Zirkulation von Mikroorganismen verändern. Überschwemmungen können Abwasser mit Wasserquellen und der bewohnten Umwelt vermischen, und hohe Temperaturen können das Überleben von Mikroorganismen und genetische Austausche beeinflussen, was die Kontrolle von Resistenzen weiter erschwert.

Die Umwandlung der Abwasserüberwachung in ein operationelles System erfordert jedoch mehr als nur die regelmäßige Sammlung von Proben. Die genetische Analyse muss die Resistenzen, prioritären Krankheitserreger und die genetische Vielfalt in jeder Probe identifizieren, und die Ergebnisse müssen mit Daten aus anderen Regionen sowie mit medizinischen, landwirtschaftlichen und umweltbezogenen Informationen verglichen werden.

Ein wichtiges technisches Hindernis ist die Bestimmung des Mikroorganismus, der eine bestimmte Resistenzgene beherbergt. Der Nachweis eines Gens in Abwasser zeigt nicht automatisch, welche Bakterienart es trägt oder wie wahrscheinlich es ist, dass sie eine menschliche Infektion verursacht, was die Genauigkeit der Risikobewertung einschränkt.

Die Standardisierung ist ein weiteres Problem. Ergebnisse aus zwei Städten können nicht zuverlässig verglichen werden, wenn die Proben unterschiedlich gesammelt werden, unterschiedliche Sequenzierungstechnologien verwendet werden oder durch inkompatible Methoden analysiert werden.

Der Autor der Studie empfiehlt daher gemeinsame internationale Standards für die Probenahme, die Verarbeitung biologischen Materials, die genetische Sequenzierung und die Dateninterpretation. Ein globales System würde auch langfristige Investitionen erfordern, da die Überwachung lange genug aufrechterhalten werden muss, damit Entwicklungen und genetische Veränderungen beobachtet werden können.

Es treten auch Probleme im Bereich des Datenschutzes auf. Eine Probe aus einem großen kommunalen System repräsentiert eine ausreichend große Bevölkerung, sodass die individuelle Identifizierung schwierig sein kann, aber Proben aus sehr kleinen Gebäuden oder Gemeinschaften können Informationen enthalten, die unter bestimmten Bedingungen die Ableitung sensibler Daten ermöglichen.

Die Forschung empfiehlt die Entwicklung von Regeln zur Vertraulichkeit, Einwilligung, Datenverwaltung und zur Art und Weise, wie die Ergebnisse der Öffentlichkeit mitgeteilt werden. Diese Standards sind notwendig, um Situationen zu vermeiden, in denen die Überwachung eines Krankenhauses, einer Gemeinschaft oder einer Region Stigmatisierung erzeugt oder die indirekte Identifizierung von Personen ermöglicht.

Genetische Daten müssen auch in für Behörden nutzbare Informationen umgewandelt werden. Der Nachweis von Tausenden von Sequenzen führt nicht automatisch zu einer öffentlichen Gesundheitsentscheidung, und die Analyse unterstreicht die Notwendigkeit von Systemen, die Umweltdaten mit klinischen, landwirtschaftlichen und pharmazeutischen Informationen kombinieren.

Ein solches System könnte die Identifizierung des Zusammenhangs zwischen einem Anstieg eines bestimmten Resistenzgens in Abwasser und den Änderungen in der Verschreibung von Antibiotika, der Aktivität eines Krankenhauses, landwirtschaftlichen Praktiken oder der Verschmutzung durch eine Industrieanlage ermöglichen.

Die vorgeschlagenen Prioritäten umfassen die gezielte Finanzierung der Überwachung, Pilotprogramme in Regionen mit begrenzten Ressourcen, internationale Standards für die Methodologie und Investitionen in Technologien, die die genetische Analyse zugänglicher und einfacher anwendbar in verschiedenen Abwassersystemen machen.

Das endgültige Ziel ist, dass die Überwachung als Frühwarnsystem fungieren kann. Die Identifizierung eines neuen Gens in einer Region oder die Beobachtung seiner Übertragung auf andere Mikroorganismen könnte Interventionen ermöglichen, bevor diese spezifische Form der Resistenz in menschlichen Infektionen häufig wird.

Die Analyse behauptet nicht, dass die Überwachung von Abwasser die klinische Testung, die Überwachung von Krankenhäusern oder die Kontrolle des Antibiotikaeinsatzes ersetzen kann. Sie schlägt die Integration der Methode in ein umfassenderes System vor, in dem Umweltdaten die Informationen von Menschen und Tieren ergänzen.

Die von der DG Umwelt präsentierten Ergebnisse stammen aus einem Perspektivartikel und einer Analyse der wissenschaftlichen Literatur, die von dem Forscher José Luis Balcázar durchgeführt wurde. Das Material stellt keine neue Politik dar, die von der Europäischen Kommission angenommen wurde, und kündigt nicht die Schaffung eines obligatorischen europäischen Systems zur Überwachung von Abwasser auf antimikrobielle Resistenzen an.

Die Kommission stellt auch klar, dass das Material eine einzige Studie zusammenfasst und dass die Meinungen und Schlussfolgerungen der unabhängigen Forschung nicht notwendigerweise die institutionelle Position der Europäischen Kommission widerspiegeln. Andere Studien können zu unterschiedlichen Schlussfolgerungen kommen.

Antimikrobielle Resistenzen verringern die Wirksamkeit von Antibiotika und anderen Medikamenten, die gegen Mikroorganismen eingesetzt werden, und sind eine der europäischen Prioritäten im Bereich One Health. Der Ansatz zielt darauf ab, die menschliche und veterinärmedizinische Gesundheit mit Landwirtschaft und dem Schutz von Ökosystemen zu koordinieren, da die Nutzung und Verbreitung von Antimikrobiotika nicht auf einen einzigen Sektor beschränkt werden kann.

Die Überwachung von Abwasser wurde während der COVID-19-Pandemie stark ausgeweitet, als die Analyse von Abwasser die Identifizierung von Zirkulationstrends des Virus auf Gemeinschaftsebene ermöglichte. Die nun vorgestellte Forschung schlägt vor, dieselbe Logik für Antibiotika-Resistenzgene zu verwenden, jedoch mit komplexeren genetischen und analytischen Instrumenten.

Die Integration eines solchen Systems in langfristige Strategien würde internationale Koordination, gemeinsame Standards und nachhaltige Investitionen erfordern. Der angestrebte Vorteil wäre die frühzeitige Erkennung von aufkommenden Resistenzen, bevor neue Gene sich auf andere Mikroorganismen, Regionen und Populationen ausbreiten und zu einem klinisch schwer kontrollierbaren Problem werden.