Forschungsprojekt will Corona-Infektionsrate ableiten

Virenfahndung in Bremer Kläranlage

Ein Forschungsprojekt in Leipzig versucht, aus dem Abwasser die Infektionsrate mit Corona abzuleiten. Rund 20 Kläranlagen sind daran beteiligt, auch das Bremer Klärwerk in Seehausen zählt dazu.
13.09.2020, 05:00
Lesedauer: 4 Min
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Virenfahndung in Bremer Kläranlage
Von Timo Thalmann
Virenfahndung in Bremer Kläranlage

Die Kläranlage in Seehausen. Einen Viertelliter des dort anfallenden Abwassers hat Betreiber Hansewasser im Sommer regelmäßig nach Leipzig zur Auswertung geschickt.

hansewasser

Zwischen 100 und 130 Millionen Liter Abwasser aus Bremen und Umgebung laufen jeden Tag durch die Kläranlage in Seehausen. Etwa einen Viertelliter davon hat Hansewasser im Mai und Juni täglich zum Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) nach Leipzig geschickt. Dort hat sich ein Team aus Mikrobiologen und Virologen des Schmutzwassers angenommen, um darin nach Resten von Coronaviren zu suchen. „Und wir haben sie auch gefunden“, sagt Biologe und Virenexperte René Kallies. Angesichts des Verhältnisses eins zu über 500 Millionen zwischen untersuchter Probe und insgesamt eingehender Abwassermenge sei das ein enormer Erfolg. „Der qualitative Nachweis der Infektion im Abwasser ist verlässlich möglich“, stellt der Wissenschaftler fest.

Tatsächlich ist das nur der erste Schritt, denn die eigentliche Idee des Forschungsvorhabens ist es, aus den Abwasserproben die Infektionsrate in einer Region abzuleiten. Das bedeutet, aus der Menge der gefundenen Virenrückstände im Abwasser zu schließen, wie viel Erkrankte je 100.000 Einwohner es gibt. Vergleiche mit den Ergebnissen aus den üblichen Tests der Verdachtsfälle könnten dann zeigen, ob es eine Dunkelziffer unentdeckter Infektionen gibt und wie groß diese ausfällt. Ein zweiter Vorteil: Mediziner gehen davon aus, dass Erkrankte das Virus beispielsweise über ihren Urin bereits ausscheiden, bevor sie Symptome entwickeln.

Noch Zukunftsmusik

Eine regelmäßige Überwachung der Abwässer könnte also frühzeitig Hinweise auf entstehende Infektionsherde liefern. „Doch das ist momentan noch Zukunftsmusik“, schränkt Kallies ein. Bis so etwas möglich sei, müssten die Forscher aus vielen Disziplinen noch zahlreiche Detailfragen beantworten.

Dazu zählt etwa die Frage, wie lange vor den ersten Symptomen ist das Virus schon in den Körperflüssigkeiten nachweisbar. „Momentan gehen wir von zwei Tagen aus“, sagt Kallies. Dieser relativ kurze Zeitpunkt hat Konsequenzen für die Untersuchungslogistik. „Die Ergebnisse und Modellierungen müssen dann nämlich schneller als in 48 Stunden verfügbar sein, wenn es helfen soll.“

Aktuell bekommt das UFZ neben den Bremer Proben Abwasser aus weiteren 20 Kläranlagen in ganz Deutschland. Schon das habe die Ressourcen in Leipzig arg beansprucht. „Wenn man aber ein flächendeckendes Überwachungssystem aufbauen will, sind Proben aus rund 900 Kläranlagen notwendig.“ Damit könnten dann rund 80 Prozent des gesamten Abwasserstroms und damit ein Großteil der Bevölkerung in Deutschland täglich erfasst werden. „Das ist mit einem zentralen Labor nicht möglich. Dafür braucht man eine Infrastruktur aus vielen Laboren und die zugehörige Transportlogistik.“ Wenn diese existiere, seien aber tagesaktuelle Ergebnisse denkbar.

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Aber noch andere Hürden gilt es zu nehmen. Dabei spielen Menschen wie Martin Hebeler eine Rolle, der beim Bremer Abwasser-Entsorger Hansewasser das Umwelt- und Qualitätsmanagement leitet. Für das Forschungsprojekt des UFZ hat er die Bremer Abwasserproben geliefert. „Dafür wird nicht einfach beliebig irgendwann am Tag ein Viertelliter abgeschöpft, sondern es handelt sich um eine 24-Stunden Querschnittsprobe“, erklärt der Biologe. Nur so könne man sicher sein, am Ende einen repräsentativen Querschnitt des täglichen Abwassers zu untersuchen.

Praktisch bedeutet das: Sobald rund 500 Kubikmeter (= 500.000 Liter) Abwasser in Seehausen eingelaufen sind, werden davon zehn bis 20 Milliliter entnommen. Das passiert automatisch rund 200 mal am Tag, sodass schließlich zwischen zwei und vier Liter Probenflüssigkeit vorliegen. Davon ging dann einige Wochen lang jeden Tag ein Viertelliter nach Leipzig.

Die Methode ist für Hebeler Alltagsgeschäft, denn mit solchen Proben wird sowieso regelmäßig die Zusammensetzung des Abwassers geprüft und zum Beispiel nach Colibakterien gefahndet. „Das war für uns kein zusätzlicher Aufwand.“ In Leipzig sah das schon anders aus, denn um die nicht mehr infektiösen Virenreste in diesen Proben zu finden, bewegen sich die Forscher knapp oberhalb der aktuell technisch möglichen Nachweisgrenze.

Abwasserdaten können nicht modelliert werden

„Blöd gesagt, bräuchten wir für unsere Forschungen ein höheres Infektionsgeschehen, um die Infektionsraten verlässlicher aus den Abwasserdaten zu modellieren“, sagt Kallies. Auf 30 Infizierte je 100.000 Einwohner schätzt er derzeit den Schwellenwert, ab dem der Virennachweis in den Proben gut gelingt. „Und dieses Infektionsgeschehen haben wir in Deutschland derzeit glücklicherweise nur an wenigen Orten.“ Forschungsziel sei es jetzt, durch verbesserte Messmethoden diese Grenze weiter abzusenken.

Aber auch dann gibt es noch offene Fragen, und das betrifft die Modellierungen selbst. „Angenommen, wir können die Virenkonzentration im Abwasser genau genug bestimmen, dann spielen bei der Berechnung einer Infektionsrate weitere Faktoren eine Rolle, die wir derzeit noch nicht genug kennen.“ Dazu zählen zum Beispiel Annahmen, wie viele Viren die einzelnen Infizierten ausscheiden.

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Und ganz trivial spielt auch das Wetter eine entscheidende Rolle. „Wenn es geregnet hat, ist natürlich mehr Abwasser in der Kläranlage und die Konzentration der Viren sinkt automatisch“, sagt Martin Hebeler. Andersherum gelte: Hat es wenig geregnet, ist weniger Wasser im Kanalsystem, sodass unter Umständen die Fließgeschwindigkeit soweit absinkt, dass Virenreste erst viel später im Klärwerk ankommen. „Es ist möglich, das sie zum Beispiel einfach unterwegs zufällig im Netz hängen blieben, und erst beim nächsten Regenguss mitkommen“, macht es der Biologe anschaulich.

All diese Faktoren müssen in die Modellierung des Infektionsgeschehens aus den Abwasserdaten eingehen. „Bis die Idee eines Abwassermonitorings für Corona Wirklichkeit wird, wird es darum noch etwas dauern“, sagt Kallies. Wenn ein solches System jedoch aufgebaut ist, wäre es vergleichsweise leicht, es auch für andere Krankheitserreger zu nutzen. „Das lohnt sich, denn Sars-Cov-2 wird vermutlich nicht der letzte neue Virus sein, der uns Probleme bereitet.“

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