700 bis 800 Tonnen Antibiotika pro Jahr wurden 2014 laut dem Bundesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit in Deutschland allein in der Humanmedizin eingesetzt, in der Veterinärmedizin wurden 2017 rund 730 Tonnen an Tierärzte abgegeben. Durch den hohen Einsatz von Antibiotika bilden aber immer mehr Bakterien Multiresistenzen, die eine medizinische Therapie bei einer Erkrankung erschweren. Über Abwässer gelangen die resistenten Erreger in die Umwelt und letztendlich zurück zum Menschen. Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) untersuchen im Verbundprojekt HyReKA die Verbreitung der Bakterien und bewerten Maßnahmen wie die Ultrafiltration, um sie effektiv aus aufbereitetem Abwasser zu entfernen.
Austausch von Resistenzgenen
Multiresistente Bakterien haben als Überlebensstrategie gelernt, sich der Wirkung verschiedener Antibiotika zu entziehen – sie haben Abwehrmechanismen gebildet. Nicht alle sind für den Menschen gefährlich, doch können sie ihre Resistenzgene auch an krankmachende Erreger weitergeben. So gibt es immer mehr widerstandsfähige Keime in der Umwelt. Prof. Thomas Schwartz vom Institut für Funktionelle Grenzflächen (IFG) des KIT und sein Team untersuchen in Gewässern das Vorkommen und die Verbreitung klinisch relevanter Antibiotikaresistenzen und Bakterien, die vor allem für Menschen mit geschwächtem Immunsystem, Kleinkinder und alte Menschen eine Gefahr sein können. „Resistente Bakterien gelangen über das Abwasser von Kliniken und Pflegeheimen, häuslichen Bereichen, Schlachthöfen und Landwirtschaft in Kläranlagen. Hier konnten wir die Bakterien nicht nur in den Zuläufen, sondern auch in den Abläufen nachweisen“, so Schwartz.
Filter, Ozon, UV
Deshalb testen und bewerten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler verschiedene Methoden für Kläranlagen, um kritische Erreger aus dem Wasser zu entfernen: eine Ultrafiltrationsanlage, eine Ozon- sowie eine UV-Behandlung, eine Kombination aus beiden und eine Aktivkohlebehandlung. „Bei der Ultrafiltration, bei der das Wasser durch extrem feine Membranstränge fließt, gelingt es uns, die antibiotikaresistenten Bakterien so weit zu reduzieren, dass wir sie kaum mehr nachweisen können. Mit der Ozonbehandlung – auch in Kombination mit UV-Strahlen – ist eine geringere, aber auch vielversprechende Reduktion der Keime möglich. Bei der Aktivkohle konnten wir keine Reduktion feststellen.“
Belastungssituation an kommunalen Anlagen reduzieren
Innerhalb HyReKA wollen die Wissenschaftler die Ultrafiltrationsanlage serienreif machen und die Ozon- und UV-Behandlung weiter optimieren, um die Reduktionsleistung zu steigern und erstellen ein Bewertungskonzept für die einzelnen Verfahren. „So könnten wir Kliniken, Pflegeheime oder auch landwirtschaftliche Bereiche, die ebenfalls aufgrund des hohen Einsatzes von Antibiotika ein hohes Risiko für resistente Bakterien vermuten lassen, mit diesen Techniken ausstatten, um auch die Belastungssituationen an kommunalen Kläranlagen zu reduzieren“, blickt Schwartz in die Zukunft.
