Einträge, Vorkommen, Verbreitung und gesundheitliche Bedeutung antibiotikaresistenter Bakterien in Abwasser und Gewässern

Abstract

Antibiotika gelangen über natürliche Ausscheidung von Mensch und Tier sowie unsachgemäße Entsorgung in die Umwelt. Wichtige Eintragspfade stellen Abwasser, Klärschlamm und Gülle dar. Mikroorganismen können Resistenzen gegen Antibiotika entwickeln, was zu Problemen bei der medizinischen Behandlung führt. Ziel der Arbeit war es, am Beispiel eines Kläranlagen-Einzugsgebietes ohne angeschlossenem Krankenhaus, zugehörigem Vorfluter und Abwasser-unbeeinflussten Oberläufen, die Verbreitung erworbener bakterieller Antibiotika-Resistenzen durch kommunales Abwasser aus Sicht der geographischen Gesundheitsforschung zu analysieren. Die Untersuchungen im Einzugsgebiet der Swist mit den Krankheitserregern <i>Pseudomonas aeruginosa</i> und <i>Campylobacter</i> spp. sowie nicht-pathogene Gewässerbakterien der Familie Rhodospirillaceae haben gezeigt, dass sich ganzjährig sowohl Antibiotika-resistente Krankheitserreger als auch resistente Nicht-Pathogene in Abwasser und Gewässern nachweisen lassen. Bereits in Siedlungsabwasser-unbeeinflussten Oberläufen waren Antibiotika-resistente Isolate zu finden. Der Resistenzanteil variiert sowohl zwischen den Probenahmestellen und Spezies als auch mit den einzelnen Antibiotika. Ein allgemeingültiger Einfluss des Siedlungsabwassers auf die Resistenzsituation ließ sich für Resistenzen gegen Einzelsubstanzen nicht ableiten. Jedoch war mit zunehmendem Siedlungsabwassereinfluss bei den Pathogenen eindeutig ein Anstieg der Multi-Resistenzen gegen humanmedizinisch genutzte Antibiotika festzustellen. Bezüglich der Rhodospirillaceae schien bei Betrachtung der Abwasserbeeinflussung der Resistenzlage eher ein Verdünnungseffekt für die in der Umwelt vorhandenen Multiresistenzen durch das eingeleitete Abwasser vorzuliegen: Der Anteil hochgradig multi-resistenter Isolate in den Oberläufen war höher als im Vorfluter mit Abwassereinfluss.<br /> Eine Übertragbarkeit von Resistenzen durch horizontalen Gentransfer zwischen Pathogenen und Umweltbakterien wurde durch erfolgreiche Konjugation mit Übertragung einer Piperacillin-Resistenz von <i>C. jejuni</i> auf zwei Rhodospirillaceae in Filtermating-Experimenten belegt. Unter Fließgewässer-simulierenden Bedingungen waren die Konjugationsfrequenzen geringer. Gentransfer im freien Wasser scheint demnach seltener aufzutreten als in Biofilmen an der Grenzfläche zum Gewässerbett.<br /> Eine Erhebung des Risikoverhaltens im Kläranlagen-Einzugsgebiet ergab, dass die Risikowahrnehmung und das Wissen um Antibiotika-Resistenzen bei der Bevölkerung eher gering sind. Arzneimittel werden von rund einem Drittel der Haushalte im Ausguss entsorgt. Ein Eintrag von Antibiotika in die Umwelt wird damit aktiv unterstützt. Die Therapie-Untreue ist ähnlich dem bundesweiten Durchschnitt. Analysen der „Falschentsorger“ und „Therapieuntreuen“ ermöglichten eine Charakterisierung beider Problemgruppen.<br /> Der methodischen Dreiklang der Studienabschnitte, der im Sinne sozial-ökologischer Forschung auch die Triangulation der betrachteten Subjekte Umwelt, Mikroorganismen und Mensch spiegelt, mündete in einer Risikoabschätzung. Eine Gesundheitsgefährdung und Infektionen mit resistenten Pathogenen bei den vielfältigen Nutzungen des untersuchten Fließgewässers kann demnach nicht ausgeschlossen werden. Da ein Zusammenhang zwischen Anwendungsmengen und Fehlanwendungen von Antibiotika mit der Resistenzverbreitung Konsens unter Experten ist, wird der adäquaten Risikokommunikation eine hohe Bedeutung im Kampf gegen Antibiotika-Resistenzen zugewiesen. Zudem wird eine bundesweit einheitliche Strategie zur Arzneimittelentsorgung empfohlen.

<strong>Input, occurence, spread and health impact of antibiotic resistant bacteria in sewage and surface waters – a socio-ecologic contribution to geographical health research</strong><br /> Antibiotics enter the environment through human and animal excretion and inappropriate disposal. As a result, the most important emission pathways are wastewater, sludge and liquid manure. Microorganisms can develop resistance to antibiotics. This causes problems in medical therapy and in the antibiotic treatment of illness. The aim of the thesis was to produce an analysis of the spread of bacterial antibiotic resistances though municipal wastewater from the perspective of geographical health research. It takes as examples the catchment area of a municipal sewage treatment plant that does not receive wastewater from any hospital and the corresponding receiving stream and its tributaries without any influence from wastewater. <br /> The analysis of the pathogenic species <i>Pseudomonas aeruginosa</i> and <i>Campylobacter</i> spp, as well as non-pathogenic aquatic bacteria of the Rhodospirillaceae family within the catchment area of the river Swist have shown that antibiotic-resistant pathogens, as well as non-pathogenic bacteria, are present in wastewater and surface waters throughout the year. Antibiotic resistant isolates could even be found in tributaries without any influence from wastewater. The percentage of resistant isolates varied between sampling sites and species as well as among the different antibiotics. An universal impact by wastewater on the levels of resistance against single antibiotics could not be detected, but an increase in multi-resistances of pathogens against medically used antibiotics with increasing volumes of wastewater in the river was found. The effect on multi-resistance by wastewater was different for Rhodospirillaceae: The proportion of high-level multi-resistant isolates was higher in water samples from tributaries than from the receiving stream influenced by sewage. <br /> The resistance spread by horizontal genetic transfer between pathogens and environmental bacteria was proven in filtermating-experiments by successful conjugational gene transfer of piperacillin resistance by <i>C. jejuni</i> on two different Rhodospirillaceae. The conjugation frequency was reduced with simulation of running water conditions. For that, the importance of gene transfer in bulk water seems to be less than the transfer at the boundary layer between sediment and water. <br /> A study about risk behavior of the people living within the catchment area showed, that public risk perception and knowledge about antibiotic resistance is low. Approximately one third of all households dispose pharmaceuticals down the drain. Therefore antibiotic entry into the environment is actively enhanced. Non-compliance is similar to the nationwide average. Analysis of groups showing incorrect disposal behavior or therapy non-compliance were carried out. <br /> In terms of socio-ecological research, the methodological triad of the study parts reflects the triangulation of environment, micro-organism and human as the subjects investigated. The findings result in a qualitative microbial risk assessment. Health hazards and infections with resistant pathogens through the manifold use of watercourses cannot be excluded. Due to the consensus among experts that there is a relationship between the amounts of antibiotics used and their misuse, risk communication is an important component in the fight against antibiotic resistance. In addition, a nationwide strategy for pharmaceutical disposal is advised.