Artikel druckenVom kleinen Maulwurf, der wissen wollte, wer ihm auf den Kopf gemacht hat“ ist ein entzückendes Kinderbuch, in dem das Faszinosum „Gacksi“ von verschiedenen Tierarten anhand gezeichneter Beispiele erklärt wird. Auch in der Wissenschaft ist es oft wichtig zu wissen, woher und von welchen Verursachern fäkale Verunreinigungen kommen – zum Beispiel in Gewässern. Denn die Qualität und Sicherheit von Wasser beeinflusst die Gesundheit der Bevölkerung in hohem Grade, denkt man nur an verschmutztes Trinkwasser, Badegewässer oder unzureichende Qualität bei der Feldbewässerung.
„In Österreich ist die Wasserver- und Abwasserentsorgung in langer Tradition räumlich getrennt, die Gefahr direkter humaner fäkaler Einträge ist daher minimiert. Darüber hinaus gibt es bei der Wassernutzung Vorgaben hinsichtlich des Schutzes von Trinkwasserressourcen bzw. der Aufbereitung und Desinfektion“, erzählt Andreas Farnleitner vom Institut für Verfahrenstechnik der TU Wien: „92 Prozent der österreichischen Bevölkerung sind an öffentliche Kanalisationsanlagen angeschlossen. Massive seuchenhafte Ausbrüche, bei denen sich Infektionskrankheiten über den Wasserweg ausbreiten, sind in der westlichen Welt relativ selten geworden, obwohl solche Epidemien auch in industrialisierten Ländern des 21. Jahrhunderts weiterhin beobachtet werden.“
Lange Tradition. Das Risiko von wasserübertragbaren Krankheitserregern ist jedoch in vielen Entwicklungsländern – oder bei Ausnahmesituationen wie Krieg oder Hungersnöten – in dramatischer Weise ersichtlich. Denn Krankheitserreger überleben nach der Ausscheidung lang. „Die Überwachung der mikrobiologischen Wasserqualität und die Detektion von fäkaler Verunreinigung gibt es seit über einem Jahrhundert“, sagt Farnleitner. 1885 zeigte der deutsche Mediziner Robert Koch erstmals, dass man normale Darmbakterien anstelle von Krankheitserregern zur Qualitätsbestimmung einsetzen kann. Kurz darauf wurde das „System E. coli“ etabliert: Die Konzentration dieser (für die Gesundheit wichtigen) Darmbakterien zeigt, ob ein Wasser durch Exkremente verschmutzt ist und wenn ja, wie stark.
„Seit 120 Jahren entwickelt sich das System erstmals signifikant weiter“, sagt Farnleitner. Mit moderner DNA-Analyse versucht sein Team, in Wasserproben zu erkennen, von welchen Quellen der fäkale Eintrag stammt. E.-coli-Bakterien kommen nämlich in jedem Darm vor: bei Vögeln, Rindern, Schweinen, Hunden – und Menschen.
„Wir haben nun Bakterienpopulationen im Darm von Wirbeltieren im Fokus, die zwischen Tiergruppen – Mensch inkludiert – unterscheidbar sind“, erklärt Farnleitner. Anhand des genetischen „Microbial Source Tracking“-Verfahrens erkennt man, welche Fäkalbakterien woher kommen. „Die Konzentration dieser Bakterien in Gewässern gibt – wie bei E. coli – Auskunft darüber, wie stark die Verunreinigung durch Fäkalien ist. Darüber hinaus wird die Herkunft – z.B. ob von Mensch oder Tier – erkennbar.“
Die Möglichkeit der Differenzierung solcher Verschmutzung ist für das Qualitätsmanagement und für Gefährdungs- und Risikoanalysen des Wassers von Bedeutung. Dabei besitzen menschliche Fäkaleinträge naturgemäß die höchste Priorität. Doch auch Ausscheidungen von Tieren finden zunehmend Berücksichtigung, da viele tierische Krankheitserreger auch den Menschen gefährden können.
Der Einsatz der „Source Tracking“-Verfahren ist weltweit wichtig, darum sind die FWF-Projekte in die internationale Zusammenarbeit für die Detektion von Abwässern (IC-Sewage) eingebunden (Teil der „International Water Association“). „Daten, die hier gesammelt werden, werden global zugänglich gemacht“, sagt Farnleitner. Derzeit bekommt das Wiener Labor Fäkalproben aus der ganzen Welt zugesandt, um die Datenbank der DNA von Darmmikroben zu vervollständigen.
Forschungsschwerpunkt des Mitarbeiters Georg Reischer ist dabei, die genetischen Marker der Bakterien anhand neuer DNA-Sequenziermethoden bzw. mithilfe von Bioinformatik zu erfassen. „Das Forschungsinstitut für Wildtierkunde der VetMed liefert uns genau spezifizierte Proben“, so Farnleitner. „So können wir die Anpassungen von Fäkalbakterien an ihre Wirtstiere untersuchen.“ Am Ende der Forschungen soll daraus ein universell anwendbares Verfahren entstehen, das die Menge der Fäkaleinträge und deren Verursacher schnell und sicher erkennt. Anders gesagt: Ein „Gacksi-Stammbaum“, der Fäkalien in Wasserproben zuordenbar macht.
2600 Kilometer an der Donau. Fäkale Belastungen nahm das Team bereits gemeinsam mit Forschern der Abteilung für Wasserhygiene um Alexander Kirschner und Regina Sommer von der MedUni Wien entlang des befahrbaren Abschnitts der Donau von Regensburg bis zum Donaudelta am Schwarzen Meer unter die Lupe (bzw. unter die PCR-Geräte zur DNA-Analyse). Im Auftrag der Internationalen Kommission zum Schutz der Donau und des Bundesamtes für Wasserwirtschaft wurden auf einer Strecke von 2600 Kilometern Wasserproben vom Hauptstrom und von den Zubringerflüssen entnommen. Die Analysen umfassten sowohl fäkale Standardindikatoren (z.B. E. coli) als auch die neuen Verfahren zur genetischen Herkunftsbestimmung.
„Während die oberen und unteren Abschnitte der Donau geringe bis mäßige fäkale Einträge aufwiesen, war vor allem der mittlere Abschnitt zwischen Budapest und Belgrad am meisten verunreinigt“, so Farnleitner. An einigen Zubringern konnte eine besonders starke Fäkalbelastung gefunden werden, etwa an der Arges und Russenski Lom in Rumänien und der Rackeve-Soroksar und Moson-Donau in Ungarn.
„Mithilfe der neuen Methoden konnte wir feststellen, dass es sich bei diesen Belastungen überwiegend um menschliche fäkale Einträge handelt“, sagt Farnleitner: „Diese Informationen sind wichtig für Entscheidungen, wo z.B. Kläranlagen errichtet bzw. erweitert werden sollen. So dienen unsere Methoden zur Optimierung der Qualität und des Einsatzes von Ressourcen.“