Folgen von Antibiotika und Antibiotikaresistenz bei der Wiederverwendung von behandeltem Abwasser in der Landwirtschaft verstehen
Antibiotika werden über menschliche Ausscheidungen in Abwassersysteme freigesetzt. Da die meisten von ihnen durch die konventionelle biologische Behandlung in städtischen Kläranlagen nicht abgebaut werden, besteht eine erhöhte Übertragungswahrscheinlichkeit auf die aufnehmende Umgebung und auf mit behandeltem Abwasser bewässerte Pflanzen, entweder in Form von Stammverbindungen oder Umwandlungsprodukten. Kläranlagen sind Knotenpunkte für die Verbreitung von Antibiotika-resistenten Bakterien sowie für die Übertragung von Antibiotikaresistenzgenen und anderen mobilen genetischen Elementen. Ihre potentielle Aufnahme durch behandelte, mit Abwasser bewässerte Pflanzen ist jedoch noch weitgehend unerforscht.
Bewertung der Werte von Antibiotika-resistenten Bakterien/Antibiotikaresistenzgenen in behandelten Abwasser- und Aufnahmeumgebungen
Mit Unterstützung der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen untersuchte das Projekt ANSWER(öffnet in neuem Fenster) die Risiken, die mit der Wiederverwendung von städtischem Abwasser in der Landwirtschaft verbunden sind. Dies wurde von einem multidisziplinären Konsortium aus erfahrenen akademischen/nichtakademischen Forschenden und Nachwuchsforschenden erreicht. Die Partner untersuchten den gesamten Wiederverwendungszyklus von Abwasser ausgehend von der Abwasserbehandlung, indem sie vorhandene und neue mikrobiologische Protokolle sowie Biodetektionssysteme zur Überwachung von Antibiotika-resistenten Bakterien/Antibiotikaresistenzgenen nutzten und entwickelten. Außerdem bewerteten sie die Folgen in Bezug auf Ackerböden/Kulturpflanzen und Wasserressourcen durch fortschrittliche chemische Analysen und Tests an neuen toxikologischen Endpunkten. „Unsere Arbeit führte zu verschiedenen interessanten Erkenntnissen, wie zum Beispiel, dass im Abwasser gedeihende exogene Bakterien lange Zeit im Boden verbleiben können“, betont Projektkoordinator Despo Fatta-Kassinos von der Universität Zypern. „Spezifische mobile Antibiotikaresistenzgene sind stark mit Abwässereinleitungen verbunden, die angepeilt werden können, um die Dynamik entlang der Kontinua von Abwasser, Ackerboden und Ernte zu verfolgen“, fährt sie fort. Mithilfe experimenteller und modellbasierter Ansätze sowie fortschrittlicher chemischer, mikrobiologischer und molekularer Analysewerkzeuge überwachten die Nachwuchsforschenden die Übertragung von Antibiotika, Antibiotika-resistenten Bakterien und Antibiotikaresistenzgenen unter kontrollierten und realen Umweltbedingungen in Zypern, Spanien und Portugal. Um ihre Aufnahme zu bestimmen, quantifizierten Nachwuchsforschende diese Werte in verschiedenen Kulturpflanzen.
Minimierung von Antibiotika-resistenten Bakterien und Antibiotikaresistenzgenen
Die Partner bewerteten verschiedene konventionelle und fortschrittliche Abwasserbehandlungstechnologien zur Entfernung von Antibiotika, Antibiotika-resistenten Bakterien und Antibiotikaresistenzgenen, darunter Belebtschlamm(öffnet in neuem Fenster), Ozonierung(öffnet in neuem Fenster), Membranfiltrierung und Photokatalyse(öffnet in neuem Fenster). Unter anderem stellten sie fest, dass die Wirksamkeit des Belebtschlamms von den Betriebsbedingungen, der mikrobiellen Aktivität und dem Selektionsdruck abhängt. In Bezug auf die Filtrierung waren Membranen mit einem Grenzwert für das Molekulargewicht von 5 kDa bei der Verringerung von Antibiotikaresistenzgenen wirksam.
Aufnahme durch Kulturpflanzen
In Bezug auf den Gehalt von Antibiotikaresistenzgenen in Kulturpflanzen stellten die ANSWER-Partner fest, dass der Dünger (anstelle von Bewässerungswasser) für sie verantwortlich ist. Die wissenschaftliche Leiterin des Projekts Irene Michael-Kordatou bemerkt: „Eine der bedeutenden Errungenschaften des Projekts war die Entwicklung eines menschlichen Magenmodells, mit dessen Hilfe die möglichen Risiken einer Übertragung von Antibiotika-resistenten Bakterien/Antibiotikaresistenzgenen durch den Verzehr von mit Abwasser bewässerten Kulturpflanzen bewertet werden können.“ Dies führte zu der Entdeckung, dass Antibiotika-resistenten Bakterie/Antibiotikaresistenzgene über lange Zeiträume existieren. Somit bestätigt sich die Vermutung einer möglichen Übertragung auf den Menschen, sodass weitere Untersuchungen erforderlich sind.
Bedeutung und zukünftige Ausrichtungen des Projektes ANSWER
Um das Wissen über die damit verbundenen Auswirkungen auf Umwelt und Gesundheit zu erweitern, entwickelte ANSWER eine Datenbank (bereitgestellt vom Norman Network) für den Informationsaustausch über Antibiotika, Antibiotika-resistente Bakterien und Antibiotikaresistenzgene. Die Partner empfahlen, die Entscheidungsfindung in den einschlägigen Rechtsvorschriften zur Bewässerung des behandelten Abwassers weiter zu unterstützen. Ein Kinderbuch, „The Secret Handbook of The Blue Circle“(öffnet in neuem Fenster), machte auf den Wasserkreislauf und die Wiederverwendung von Abwasser aufmerksam. Mit Blick auf die Zukunft ist Fatta-Kassinos zuversichtlich, dass „das ANSWER-Netzwerk einen wesentlichen Beitrag zur Entwicklung einer Politik zur Wiederverwendung von Abwasser leisten kann, deren Ziel der Schutz der ökologischen und menschlichen Gesundheit ist.“
