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Die abwasserbasierte Epidemiologie (wastewater-based epidemiology, kurz: WBE) stellt einen vielversprechenden Ansatz dar, um das Auftreten und die Verbreitung von humanpathogenen Viren und antimikrobiellen Resistenzen in der Bevölkerung zu überwachen. Die abwasserbasierte Überwachung kann dazu beitragen, Krankheitsausbrüche frühzeitig zu erkennen, Infektionsursprünge zu identifizieren und Veränderungen in der Verbreitung oder im Mutationsgeschehen zu detektieren. WBE konnte während der COVID-19-Pandemie in Deutschland frühzeitige Indikatoren für ein Infektionsgeschehen liefern und damit die Individualtestung zur Erkennung von Ausbrüchen ergänzen.

Um das volle Potential der WBE in eine breite Anwendung zu bringen, müssen jedoch neue analytische, technische, epidemiologische und institutionelle Forschungsfragen geklärt werden. Das interdisziplinäre WBEready-Konsortium verfolgt das Ziel, einen Katalog von Organismen für WBE aufzubauen (WBE-Katalog), die erforderlichen Methoden zu entwickeln und validieren (WBE-Toolbox) und für die Anwendungen im Verbandsgebiet von Emschergenossenschaft und Lippeverband als Reallabor zu erproben.

Anhand des internationalen Wissenstands und des Möglichkeitsraumes der Detektion und Genotypisierung zirkulierender und neu auftretender viraler Humanpathogene sowie antimikrobieller Resistenzen wird ein WBE-Katalog erarbeitet. Als Zielparameter sind SARS-CoV-2, Polioviren, Affenpockenviren, Influenzaviren, Respiratory Syncytial Virus (RSV), Hepatitisviren, bis hin zu West-Nil-Virus, Dengue- und Zikaviren denkbar. Zur Qualitätssicherung wird in WBEready ein Laborvergleich mit inaktivierten Viren durchgeführt. Zusätzlich wird auch die Detektion und Charakterisierung von bekannten und neuartigen bakteriellen Erregern zuzüglich deren Antibiotikaresistenzen berücksichtigt.

Der Bevölkerungsbezug ist für die WBE bislang nur sehr begrenzt möglich. Um die Verteilung von Krankheitsparametern in definierten Bevölkerungsgruppen räumlich und zeitlich zuordnen zu können, bedarf es der Charakterisierung der Bevölkerung für die verschiedenen Einzugsgebiete. Die Charakterisierung des Einzugsgebiets, die Normalisierung sowie die Berücksichtigung der Modulation des Eintrags durch das Abwassersystem stellen zentrale Fragestellungen dar, um aus Abwasseruntersuchungen Informationen zu Verbreitung und Prävalenz des interessierenden Krankheitsparameters in der Bevölkerung abzuleiten.

Im Vordergrund steht die Frage, inwiefern sich Abwasser als bislang kaum beachtetes Informationsmedium für ein Gesundheits- und Umweltmonitoring eignet. Der Fokus liegt in der Etablierung und Validierung von PCR-Assays zum Nachweis von zirkulierenden und neu auftretenden humanpathogenen Modellorganismen (WBE-Toolbox). Neben SARS-CoV-2 werden Influenza-Viren (FluA/FluB) sowie RSV-A und RSV-B untersucht. Zusätzlich werden Adenoviren, Bocaviren und Rhinoviren, Enteroviren und Noroviren sowie Hepatitis verursachende Viren (z.B. HAV, HEV) auf ihre Eignung überprüft.

Am Beispiel AMR wird mit molekularbiologischen und abwasserepidemiologischen Methoden die räumlich-zeitliche Variation des Mikrobiomes und des Resistoms im urbanen Abwasser entlang einer Beprobungsstrecke vom Krankenhaus zur Kläranlage analysiert. Für das Verbandsgebiet der Emschergenossenschaft als Reallabor werden die Einzugsgebiete der fünf Kläranlagen umfangreich charakterisiert. Dazu werden raum- und bevölkerungsbezogene Variablen sowie Abwassersystemdaten für 197 kleinräumige Teileinzugsgebiete erhoben und ausgewertet.

Das derzeitige Screening von Abwasser auf SARS-CoV-2 soll um zahlreiche weitere Erreger inklusive zirkulierender und neu auftretender humanpathogener Viren als auch um antimikrobielle Resistenzen erweitert werden. Die Entwicklung und der Einsatz von Erregertyp-spezifischen PCRs kann zur kosteneffizienten und zielgerichteten, adaptiven Überwachung weiterer für das Gesundheitssystem hochrelevanter Erreger im Abwasser eingesetzt werden. Aufbauend auf den vorliegenden Erfahrungen gibt es einen dringenden Forschungsbedarf, um praxistauglich abwasserbasierte Nachweismethoden zwecks Monitoring von Ausbrüchen (neuer und bekannter) humanpathogener Viren und antimikrobieller Resistenzen in Synergie mit der SARS-CoV-2 Surveillance flächendeckend einsetzen und bewerten zu können.

Die Autoren geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht.

Die Autoren geben an, dass kein Ethikvotum erforderlich ist.