700 bis 800 t Antibiotika pro Jahr wurden im Jahr 2014 laut dem Bundesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit in Deutschland allein in der Humanmedizin eingesetzt, in der Veterinärmedizin wurden im Jahr 2017 rund 730 t an Tierärzte abgegeben. Durch den hohen Einsatz von Antibiotika bilden allerdings immer mehr Bakterien Multiresistenzen, die eine medizinische Therapie bei einer Erkrankung erschweren. Über Abwässer gelangen die resistenten Erreger in die Umwelt und letztendlich zurück zum Menschen. Forscherinnen und Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) untersuchen im Verbundprojekt Hyreka die Verbreitung der Bakterien und bewerten Maßnahmen wie die Ultrafiltration, um sie effektiv aus dem aufbereiteten Abwasser zu entfernen.
Multiresistente Bakterien haben als Überlebensstrategie gelernt, sich der Wirkung verschiedener Antibiotika zu entziehen – sie haben Abwehrmechanismen gebildet. Nicht alle sind für den Menschen gefährlich, doch können sie ihre Resistenzgene auch an krankmachende Erreger weitergeben. So gibt es immer mehr widerstandsfähige Keime in der Umwelt.
Professor Thomas Schwartz vom Institut für Funktionelle Grenzflächen (IFG) des KIT und sein Team untersuchen in Gewässern das Vorkommen und die Verbreitung klinisch relevanter Antibiotikaresistenzen und Bakterien, die vor allem für Menschen mit geschwächtem Immunsystem, Kleinkinder und alte Menschen eine Gefahr darstellen können. Die derzeitige Abwasseraufbereitung filtert nur einen Teil der Bakterien heraus, der Rest wird mit dem aufbereiteten Wasser in Flüsse und Bäche geleitet.
Deshalb testen und bewerten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler verschiedene Methoden für Kläranlagen, um gerade diese kritischen Erreger aus dem Wasser zu entfernen: eine Ultrafiltrationsanlage, eine Ozon- sowie eine UV-Behandlung, eine Kombination aus beiden und eine Aktivkohlebehandlung. „Bei der Ultrafiltration, bei der das Wasser durch extrem feine Membranstränge fließt, gelingt es uns, die antibiotikaresistenten Bakterien so weit zu reduzieren, dass wir sie kaum mehr nachweisen können. Mit der Ozonbehandlung – auch in Kombination mit UV-Strahlen – ist eine geringere, aber auch vielversprechende Reduktion der Keime möglich. Bei der Aktivkohle konnten wir keine effektive Veränderung, das heißt keine Reduktion, feststellen“, zeigt Professor Schwartz die bisherigen Ergebnisse auf.
Innerhalb Hyreka wollen die Wissenschaftler die Ultrafiltrationsanlage serienreif machen und die Ozon- und UV-Behandlung weiter optimieren, um die Reduktionsleistung zu steigern. Die Forscherinnen und Forscher des KIT erstellen außerdem ein Bewertungskonzept für die einzelnen Verfahren, sodass die Untersuchungsparameter auch auf andere Maßnahmen zur Abwasserbehandlung anwendbar sind. „So könnten wir Kliniken, Pflegeheime oder auch landwirtschaftliche Bereiche, die ebenfalls aufgrund des hohen Einsatzes von Antibiotika ein hohes Risiko für resistente Bakterien vermuten lassen, mit diesen Techniken ausstatten, um auch die Belastungssituationen an kommunalen Kläranlagen zu reduzieren“, blickt Schwartz in die Zukunft.
Zu den Forschungspartnern des Verbundprojektes Hyreka zählen neben dem KIT das Universitätsklinikum Bonn, die Universität Bonn, die Technische Universität Dresden, die RWTH Aachen, das Umweltbundesamt (UBA), das Technologiezentrum Wasser in Karlsruhe (TZW) und kommunale Partner, wie der Erftverband Bergheim, der Oldenburgisch-Ostfriesische Wasserverband (OOWV), der Zweckverband Klärwerk Steinhäule und der Industriepartner Xylem Services GmbH.
