Ein Forscher nimmt eine Probe in der Kläranlage. Die abgebildeten Coronaviren sind natürlich übergroß dargestellt.
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Ein Forscher nimmt eine Probe in der Kläranlage. Die abgebildeten Coronaviren sind natürlich übergroß dargestellt.

Corona-Alarm aus der Kläranlage

Durchbruch für Forschende aus Frankfurt: Frühwarnsystem für Corona im Abwasser entwickelt

  • Thomas Stillbauer
    vonThomas Stillbauer
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Coronavirus-Spuren im Abwasser taugen als Frühwarnsystem. Das haben Forschende aus Frankfurt und Aachen nachgewiesen - ein Durchbruch.

  • Forschende aus Aachen und Frankfurt untersuchen Coronavirus-Spuren im Abwasser.
  • Ihre Erkenntnis: ihre Methode kann als Frühwarnsystem für eine lokale Corona-Ausbreitung dienen.
  • Die Forschenden haben auch untersucht, ob das Wasser aus der Kläranlage noch infektiös ist.

Frankfurt – Eine kleine Überwindung für sensible Nasen, aber ein großer Schritt gegen Corona: Forscherinnen und Forscher der Frankfurter Goethe-Uni haben im Verbund mit einem überregionalen Team den Nachweis erbracht, dass gezielte Abwasserkontrollen als Frühwarnsystem für eine lokale Ausbreitung des Coronavirus dienen können.

Forschende aus Frankfurt schaffen Corona-Montitoringsystem für Abwasser

Das Konsortium aus Aachener Wasserforschern und Frankfurter Virologen, Ökotoxikologen und Evolutionsforschern begann im April, Abwasserproben aus Kläranlagen in Nordrhein-Westfalen zu untersuchen, und veröffentlicht seine Ergebnisse nun bereits vier Monate später in der Fachzeitschrift „Science of the Total Environment“. Die Forschungsgruppe schaffte es als erste, ihre Messwerte aus den Kläranlagen in ein System einzupassen, das künftig zum Monitoring für die Verbreitung des Virus taugt.

„Die Idee ist einfach“, erklären drei der Beteiligten im Gespräch mit der Frankfurter Rundschau. Seit einiger Zeit ist bekannt, dass infizierte Personen Sars-CoV2-Viren über die Fäkalien abgeben; in Italien enthielten bereits Abwasserproben aus dem Dezember entsprechende Spuren. Also fragte Frank-Andreas Weber vom gemeinnützigen FiW-Forschungsinstitut für Wasser- und Abfallwirtschaft an der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen bei Kollegen an, ob es nicht eine gute Idee sei, auch hierzulande Sars-CoV2 im Abwasser nachzuweisen. Für eine sehr gute Idee hielten das unter anderen Sandra Westhaus, Virologin am Institut für Medizinische Virologie an der Frankfurter Uniklinik, und Henner Hollert, Ökotoxikologe, der just aus Aachen an die Goethe-Uni gewechselt war und dort die Abteilung Evolutionsökologie und Umwelttoxikologie leitet.

Coronaviren in Abwasser: Konzentration nach Behandlung in Kläranlagen höher

Die Gruppe nahm, unterstützt vom Institut für Siedlungswasserwirtschaft, Proben in neun Kläranlagen der im Frühjahr stark von Corona heimgesuchten Region an Rhein und Emscher, unter anderem in Duisburg, Essen, Moers, Aachen und Mönchengladbach. Ergebnis: Im Zulauf aller Kläranlagen waren Sars-CoV2-Viren vorhanden, in Konzentrationen zwischen drei und 20 sogenannten Genkopien pro Milliliter Abwasser.

Virologin Sandra Westhaus im Labor.

Aber: „Zu unserer Überraschung hatten wir anfangs auch in einer Vergleichsprobe aus dem Jahr 2017 einen positiven Befund“, sagt Frank-Andreas Weber. Ein Hinweis darauf, dass das Messverfahren noch nicht sensibel genug eingestellt war, um ausschließlich Belege für das neue Coronavirus zu liefern. Das gelang per Feinjustierung im nächsten Schritt.

Noch eine verblüffende Erkenntnis: Teilweise enthielt das Abwasser nach der Behandlung in den Kläranlagen eine höhere Konzentration an Sars-Cov2-Viren als zuvor. „Das liegt daran, dass das Material beim Klären von den Feststoffen gelöst wird“, schildert Weber. Und führt sofort zu der bangen Frage: Heißt das, unser Abwasser ist nach der Klärung immer noch infektiös?

Corona in Frankfurt: Abwasser nach Klärung nicht mehr infektiös

Die Thematik hat Sandra Westhaus im Frankfurter Institut für Virologie untersucht. „Natürlich unter den größten Sicherheitsvorkehrungen“, sagt sie. Nicht nur wegen Corona: „Im Abwasser ist ja alles drin, das hört bei Viren nicht auf.“ Die Forscherin versuchte im Labor, Zellen mit den isolierten Genkopien aus dem geklärten Abwasser zu infizieren – das misslang. Also: Entwarnung. Was aus unseren Kläranlagen herauskommt, kann uns höchstwahrscheinlich nicht mit Corona anstecken. Kein Wunder für die Virologin: „Das Abwasser enthält viele Stoffe und Chemikalien, die das Virus inaktivieren. Es hätte mich eher überrascht, wenn ich noch infektiöse Spuren gefunden hätte.“

Die Studie des Teams weist nach, dass es möglich ist, aus dem Vorkommen von Sars-CoV2-Genkopien im Abwasser Aufschluss zu erhalten über die Infektionszahlen aller an eine Kläranlage angeschlossenen Einwohner. „Wir können quantifizieren, ob die Zahl 50 pro 100.000 Einwohner erreicht ist“, sagt Weber. Diese Quote ist hinlänglich bekannt als sogenannte Inzidenz, die sich die Politik als Marke gesetzt hat, um einzuschreiten, wenn sie überschritten wird.

Verfahren aus Frankfurt und Aachen kann als Corona-Monitoringsystem genutzt werden

„Das Besondere daran“, erklärt Henner Hollert von der Goethe-Uni: „Unser Verfahren kann als Monitoringsystem genutzt werden.“ Als Frühwarnung. „Da sehen wir großes Potenzial.“ Denn so lasse sich mit überschaubarem Aufwand regelmäßig in den Kläranlagen überprüfen, wie der Stand der Virusverbreitung gerade ist. Genaue Rückschlüsse auf die Dunkelziffer der Infizierten lasse das Verfahren aber noch nicht zu. Dazu müsste es noch präziser werden, so Weber.

Kenner werden sich fragen: Wie haben die Frankfurter und Aachener geschafft, was Forscher anderswo nicht hingekriegt haben? Die Lösung liegt in der Wahl des zu untersuchenden Virus-Erbguts. „Die Vorgänger haben andere Gene untersucht“, sagt Sandra Westhaus. „Wir haben die M- und RdRP-Gene verwendet– das macht die Resultate spezifischer.“ Hollert: „Damit und mit den Sequenzierungstechnologien des Loewe-Zentrums für Translationale Biodiversitätsgenomik in Frankfurt verfügen wir jetzt über einen Werkzeugkasten, der hohe Sensibilität und Genauigkeit garantiert.“

Schon vorher Corona-Spuren im Abwasser?

Interessant zu wissen wäre jetzt noch, ob es auch in Deutschland bereits vor den ersten bekannten Corona-Fällen Spuren im Abwasser gab. In tiefgekühlten Abwasserproben aus den Jahren 2017 bis zum September 2019 konnte von den Forschern nachgewiesen werden, dass es noch kein genetisches Material von Sars-CoV2-Viren im Abwasser gab. Aus dem Winter 2019/20 seien aber keine Proben mehr verfügbar, die zu untersuchen wären, bedauert Frank-Andreas Weber.

Auch wenn nicht mehr infektiös ist, was hinten aus dem Klärwerk rauskommt: Sind die Ergebnisse des Teams ein Hinweis darauf, dass eine vierte Reinigungsstufe für unsere Abwasseranlagen sinnvoll wäre? Eine solche zusätzliche Klärung würde feinste Partikel erfassen und wird seit Jahren diskutiert, seit Rückstände von Arzneimitteln das Wasser immer stärker belasten. Die vierte Stufe kostet nach Ansicht von Fachleuten aber viel Geld und erhöht die Abwassergebühren stark. „Fest steht: In der Anlage in unserem Testgebiet, die eine solche vierte Stufe besitzt, haben wir deutlich weniger Sars-CoV2-Spuren nachgewiesen“, sagt Weber.

Als Unterstützer beteiligt an der Studie waren außer den erwähnten Instituten auch sechs Wasserverbände in Nordrhein-Westfalen, das Frankfurter Loewe-TBG-Zentrum und die University of Saskatoon in Kanada.

Zum Weiterlesen: Der Artikel der Forschergemeinschaft ist frei verfügbar unter diesem Link.

Weiterer Durchbruch: Forscher*innen aus Frankfurt konnten die Verbreitung von Corona mit Krebsmedikamenten stoppen.

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