Abwasserbasierte Epidemiologie und Preparedness: Forschungsbedarf für eine Roadmap zum Aufbau adaptiver Monitoringkapazitäten im Öffentlichen Gesundheitsdienst (WBEready)

Motivation

In den letzten Jahren konnte gezeigt werden, dass der Nachweis von SARS-CoV-2 in Abwässern bereits frühzeitig Hinweise auf lokale und regionale Krankheitsausbrüche liefern kann. Dies kann die Erstellung von Trends und Prognosen ermöglichen sowie der zügigen Einleitung von Maßnahmen zur Infektionsbekämpfung und deren Überwachung dienen. Mit diesem als abwasserbasierte Epidemiologie (Englisch: „wastewater based epidemiology“, WBE) bezeichneten Ansatz lassen sich aber auch weitere für den Menschen relevante Faktoren im Abwasser nachweisen, wie beispielsweise Viren, nichtvirale Erreger, antimikrobielle Resistenzen oder illegale Substanzen. Trotz der Fortschritte der vergangenen Jahre, ist der aktuelle Forschungs- und Entwicklungsstand noch nicht ausreichend, um WBE in Deutschland flächendeckend für den Nachweis und die Bewertung infektiologischer Vorgänge einzusetzen.

Ziele und Vorgehen

Das Projekt WBEready zielt darauf ab, dem Öffentlichen Gesundheitsdienst (ÖGD) praxistaugliche, forschungsbasierte Werkzeuge und Maßnahmen für eine bundesweite abwasserbasierte Epidemiologie (WBE) an die Hand zu geben (sog. Roadmap). Anhand von aktueller Literatur und im Austausch mit dem ÖGD, dem Projekt AMELAG sowie weiteren relevanten Akteuren sollen zunächst Anforderungen und Kenngrößen für die WBE identifiziert werden. Es sollen Monitoring-Strategien zum Nachweis von humanpathogenen Viren und Antibiotikaresistenzen sowie praxistaugliche Verfahren für deren Nachweis und Bestimmung in Abwasserproben etabliert und ausgewertet werden. Die Anwendung unter Realbedingungen (sog. Reallabor) erfolgt in Abwasserproben aus Zuläufen großer Kläranlagen im Ruhrgebiet sowie kleinräumig im Kanalsystem in Essen entlang einer Beprobungsstrecke vom Krankenhaus zur Kläranlage. Die Zuverlässigkeit der verschiedenen Nachweismethoden wird in einem Laborvergleich gesichert. Darüber hinaus sollen in einer Versuchsanlage unterschiedliche Eigenschaften von Abwassersystemen nachgebaut und untersucht werden, die sich direkt auf die Analyse von Abwasserproben auswirken können. Mithilfe Methoden der künstlichen Intelligenz (Maschinelles Lernen) sollen Modelle aus den Daten erstellt und getestet werden, mit deren Hilfe der ÖGD künftig die grundlegenden Kenngrößen für Abwasseranalysen so anpassen kann, dass etwaige Fehlalarme verhindert werden.

Perspektiven für die Praxis

Die COVID-19-Pandemie hat eindrücklich die gesellschaftlichen, wirtschaftlichen und gesundheitlichen Herausforderungen aufgezeigt, die sich aus der Verbreitung von (neuen) Krankheitserregern oder Resistenzen ergeben können. Unter den zahlreichen Ansätzen zur Pandemievorsorge und -bewältigung hat sich das Erregermonitoring im Abwasser als besonders vielversprechend erwiesen. Das Projekt WBEready ist auf die Bedarfe des Öffentlichen Gesundheitsdienstes zugeschnitten und entwickelt und bewertet unter Realbedingungen anwendungsbezogene Ansätze und Methoden für den Nachweis bekannter und neuer viraler Erreger sowie Antibiotikaresistenzen. Diese können wichtige Bausteine für die Entwicklung einer bundesweiten Abwasserüberwachung bilden.