Überwachung fakultativ pathogener Bakterien und der Antibiotika-Resistenzlage in Wässern aus Kläranlagen mit und ohne erweiterten Behandlungsverfahren und in abwasserbeeinflussten Umwelt-Kompartimenten

Ein Ziel dieser Arbeit war zum einen die Untersuchung und Verbesserung erweiterter Abwasserbehandlungstechnologien und/ oder deren Kombination mit biologischen Prozessen an einer lokalen Grosklaranlage zur Minimierung von Mutationsraten, horizontalem Gentransfer und Antibiotikaresistenz-Selektion. Zu den Kriterien fur die Auswahl der Technologien gehort u.a. auch die Eliminierung von fakultativ pathogenen Bakterien, ARGs und Schadstoffen. Es wurden verschiedene Abwasserbehandlungsoptionen betrachtet, die die mikrobiologische Belastung, insbesondere mit fakultativ pathogenen Bakterien im Ablauf von Klaranlagen reduzieren konnen, um eine angemessene Wasserqualitat zu erreichen. Da Ozon haufig zur Beseitigung chemischer Mikroverunreinigungen eingesetzt wird, konzentrierte sich diese Arbeit stark auf die Auswirkungen der Ozonbehandlung auf die Reduktion fakultativ pathogener Bakterien und auf die Verschiebung der mikrobiellen Abwasserpopulation. Molekularbiologische Analysen ergaben eine unterschiedliche Dynamik bei der Reduktion fakultativ pathogener Bakterien und ARGs durch die erweiterten Behandlungsmasnahmen des biologisch gereinigten Abwassers. Die Gesamtkeimbelastung und die Mehrzahl der klinisch relevanten Untersuchungsparameter wurden bei der Ozon- oder UV-Behandlung reduziert, aber nicht eliminiert. Hinsichtlich der absoluten Haufigkeit, auf der Basis des filtrierten Abwasservolumens, fuhrte die UV-Behandlung zu geringen Reduktionswerten, wahrend die Ozonbehandlung und die Kombination von Ozon und UV absolute Reduktionen von 70% bis unter die Nachweisgrenze zeigten. Daruber hinaus konnten fakultativ pathogene Bakterien und ARGs innerhalb der uberlebenden Population, auf der Grundlage der extrahierten DNA, im Abwasser noch nachgewiesen werden und einige wiesen eine erhohte relative Haufigkeit auf. Die Ergebnisse der molekularbiologischen Analysen zeigten daher verschiedene selektive Prozesse und spezifische Vermehrungsraten der Mikroorganismen auf der Grundlage ihrer Anfalligkeit fur die Ozonbehandlung. Untersuchungen zur Wiederverkeimung zeigten, dass insbesondere P. aeruginosa nach dreitagiger Inkubation von ozoniertem Abwasser in der Populationszusammensetzung dominierte. Daher ist eine Kombination verschiedener methodischer Ansatze erforderlich, um die mikrobielle Abwasserqualitat umfassend zu bewerten und angepasste Standardrichtlinien zu erstellen, die auch langfristige Effekte berucksichtigen. Immunologische Untersuchungen der innovativen Technologien zeigten, dass UV-Licht zu chemischen Veranderungen, einschlieslich Pyrimidin-Dimere, sowie Cyclobutan-Pyrimidin-Dimere (CPDs) und Pyrimidin-Pyrimidin (6-4)-Photoprodukte fuhrte. Diese mutagenen Lasionen verandern die Struktur der DNA und hemmen die Polymerasen und stoppen die Replikation. Diese DNA-Lasionen traten nur nach einer UV-Behandlung auf, nicht aber nach einer Ozon- oder Kombinationsbehandlung aus Ozon und UV. Die Belastungssituationen im regionalen Bereich zeigten, dass Antibiotikaresistenzgene und fakultativ pathogene Bakterien in Oberflachengewassern nachweisbar waren und dass die gemessenen Haufigkeiten je nach Art des Oberflachenwassers, wie z.B. Fliesgewasser oder Seen, variieren. Ebenso konnten die als besonders kritisch einzustufenden Resistenzgene, je nach Standort, in geringen Haufigkeiten nachgewiesen werden. Deutlich wurden jedoch die Auswirkungen der Klaranlagen auf die Abwasser aufnehmenden Gewasser. So konnte eine geringere Belastung oberhalb der Einleitungsstelle der Klaranlage und eine Erhohung der Belastung unterhalb der Einleitungsstelle der Klaranlage beobachtet werden. Daruber hinaus wies die untersuchte Klaranlage im urbanen Gebiet eine hohere Belastungssituation auf als die Klaranlage im landlich gepragten Gebiet. So waren im Ablauf der landlichen Klaranlage 3 von 6 Parametern der fakultativ pathogenen Bakterien und keines der 6 als kritisch einzustufenden Antibiotikaresistenzgene nachweisbar. Im Auslauf der stadtischen Klaranlage konnten alle 6 Parameter der fakultativ pathogenen Bakterien und alle 6 als kritisch einzustufenden Antibiotikaresistenzgene nachgewiesen werden. Diese unterschiedlichen Belastungen im Ablauf der Klaranlagen spiegeln sich auch im Vorfluter wider. Es besteht daher Handlungsbedarf in den jeweiligen Klaranlagen. Ein Vergleich von Fliesgewassern zeigte auch, dass die Grundbelastung im landlichen Gebiet geringer ist als im stadtischen Gebiet. Die zusatzlichen Multiresistenzstudien vervollstandigen das Bild und wiesen auf eine haufigere Verteilung von 3 MRGN und vereinzelt auch 4 MRGN in den analysierten Wassersystemen hin.