Da humanpathogene Viren wie humane Adenoviren und humane Polyomaviren in den letzten Jahren verstärkt in geklärtem Abwasser und Oberflächenwasser nachgewiesen werden konnten, stellt sich die Frage, wie effektiv die Abwasseraufbereitung über Kläranlagen die Konzentration an humanpathogenen Viren reduzieren kann, denn aus der hohen Umweltpersistenz dieser Viren entspringt ein Gesundheitsrisiko für den Menschen. Da verschiedene mikrobiologische und chemische Parameter nur unzureichend geeignet sind, um die virale Belastung des Wassers festzustellen, bleiben die Viren selbst der einzige zuverlässige Parameter. Vor allem das „pepper mild mottle virus“ (PMMoV) findet unter diesem Aspekt seit einiger Zeit Beachtung, da es das am häufigsten nachgewiesene Virus in menschlichen Fäkalien ist. Bei diesem Virus handelt es sich um ein Pflanzenpathogen, welches hauptsächlich Pfefferpflanzen befällt, was derartige Lebensmittel als mögliche Eintragsquelle des Virus in den menschlichen Stuhl und darüber ins Abwasser relevant macht.
In dieser Arbeit wurde die Reduktion der Konzentrationen an PMMoV, HAdV und HPyV über die Reinigungsstufen einer Kläranlage untersucht. Zusätzlich wurden Stuhl- und Lebensmittelproben auf PMMoV analysiert, um die Nachweiskette der Viren vom Lebensmittel auf den Menschen und dann über den Stuhl und ins Abwasser zu schließen, wobei hier zur Bestätigung noch weitere, zukünftige Analysen wichtig sind. Methodisch wurde das VIRADEL-Verfahren zur Aufkonzentrierung der Viren mit anschließender qRT-PCR angewandt. Die Bakterien und Viren wurden mittels MPN- und Phagenplaquetest nachgewiesen.
PMMoV konnten in gemittelt 99 %, HAdV in 93 %, HPyV in 64 %, E. coli in 97 %, Enterokokken in 95 % und somatische Coliphagen in 96 % der Abwasserproben nachgewiesen werden. Während PMMoV sowie die Bakterien und Phagen über die Klärstufen eine konstante Reduktionsrate aufwiesen, war dies bei HAdV und HPyV nicht der Fall. Es konnte der Verdacht bestätigt werden, dass diese Viren mit dem Klärschlamm interagieren, denn in den zusätzlich untersuchten Schlammproben konnte eine um zwei bis drei log-Stufen erhöhte Konzentration dieser Viren gefunden werden.
Bis auf PMMoV wurden die Viren über die Kläranlage nicht signifikant reduziert, ein möglicher Grund hierfür könnte die Interaktion mit dem Schlamm sein. Mehr Lebensmittel- und Stuhlproben und vor allem Sequenzierungsanalysen könnten nachweisen, dass die PMMoV von den Lebensmitteln über den Menschen ins Abwasser gelangen.
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
1.1 Hintergrund
1.2 Viren
1.2.1 „Pepper mild mottle virus“
1.2.2 Adenovirus
1.2.3 Polyomavirus
1.3 Phagen
1.3.1 Somatische Coliphagen
1.4 Bakterien
1.4.1 E. coli.
1.4.2 Enterokokken
1.5 Abwasser und die Rolle der Kläranlagen
1.5.1 Die Kläranlage Bochum Ölbachtal
2. Ziel dieser Arbeit
3. Material und Methoden
3.1 Listen der verwendeten Laborausrüstung
3.2 Arbeitsmethoden
3.2.1 Analyse der Wasserproben
3.2.2 Analyse der Schlammproben
3.2.3 Analyse der Lebensmittelproben
3.2.4 Analyse der Stuhlproben
3.2.5 MPN-Test
3.2.6 Phagenplaquetest
3.2.7 Extraktion
3.2.8 Quantitative Real Time-PCR (qRT-PCR)
4. Ergebnisse
4.1 Abwasserproben
4.2 Lebensmittelproben
4.3 Stuhlproben
5. Diskussion
5.1 Abwasserproben
5.1.1 Humanpathogene Viren
5.1.2 somatische Coliphagen
5.1.3 E. coli und Enterokokken
5.2 Lebensmittelproben
5.3 Stuhlproben
Zielsetzung & Themen
Diese Arbeit untersucht die Effektivität der Abwasseraufbereitung in der Kläranlage Bochum-Ölbachtal hinsichtlich der Reduktion humanpathogener Viren, insbesondere des als Indikator diskutierten „pepper mild mottle virus“ (PMMoV), und analysiert dabei ergänzend bakterielle Parameter sowie die Interaktion der Viren mit Klärschlamm.
- Untersuchung der Reduktion von PMMoV, humanen Adenoviren (HAdV) und Polyomaviren (HPyV) über verschiedene Reinigungsstufen.
- Einfluss der Schlamminteraktion auf die Viruskonzentration im Abwasser.
- Nachweiskette von PMMoV über Lebensmittel und Stuhlproben.
- Vergleich der viralen Reduktionsraten mit bakteriellen Parametern (E. coli, Enterokokken) und somatischen Coliphagen.
- Analyse des Einflusses der Wassertemperatur auf die Viruskonzentration.
Auszug aus dem Buch
1.1 Hintergrund
Humanpathogene Viren, wie z.B. humane Adenoviren (HAdV) oder humane Polyomaviren (HPyV) konnten in den letzten Jahren in unterschiedlichen Arten von Oberflächengewässern, wie Flüssen, Seen (Hamza et al., 2009b) und Badegewässern (Abdelzaher et al., 2010; McQuaig et al., 2006; Silva et al., 2010) nachgewiesen werden Der Haupteintragspfad dieser Viren ist Abwasser (Pusch et al., 2005). Außerdem können humanpathogene Viren auch durch die auf den Feldern ausgebrachte Gülle und anschließende heftige Regenfälle in die Gewässer eingeschwemmt werden (Mattison et al., 2007; Rose et al., 2001). Der zuletzt erwähnte Aspekt ist nur schlecht zu erfassen bzw. zu kontrollieren. Von dem Abwasser jedoch ist bekannt, dass es hohe virale Konzentrationen von bis zu 10^4 Genomäquivalenten pro Liter enthalten kann (Bofill-Mas et al., 2000; Katayama et al., 2008).
Doch obwohl über die verschiedenen Reinigungsstufen der Kläranlagen die Konzentrationen an humanpathogenen Viren um bis zu fünf log-Stufen (Albinana-Gimenez et al., 2009a), durchschnittlich um 50 bis 90 % verringert werden können (Okoh et al., 2010) und obwohl die Methoden zur Abwasseraufbereitung über die Jahre stetig verbessert wurden, sind auch heutzutage angewandte Abwasseraufbereitungssysteme oft nicht leistungsfähig genug, um die große Anzahl an Bakterien und Viren aus dem Abwasser zu beseitigen. Dies wird von der Tatsache gestützt, dass Viren auch in Schönungsteichen (die letzte Stufe vor der Einleitung in den Fluss) nachgewiesen werden konnten (Fong et al., 2010; Locas, 2010; Petrinca et al., 2009; Victoria, 2010).
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Beschreibt die Problematik humanpathogener Viren in Gewässern und diskutiert PMMoV als potenziellen Indikatorparameter.
2. Ziel dieser Arbeit: Formuliert die Untersuchung der viralen Reduktionsraten in der Kläranlage sowie die Analyse der Nachweiskette von PMMoV als zentrales Forschungsziel.
3. Material und Methoden: Detailliert die Laborausrüstung, die VIRADEL-Aufkonzentrierung, die Analytik mittels qRT-PCR sowie die Testverfahren für Bakterien und Phagen.
4. Ergebnisse: Präsentiert die quantitativen Daten zur Virenkonzentration in verschiedenen Klärstufen, Schlammproben und Lebensmitteln sowie statistische Auswertungen.
5. Diskussion: Interpretiert die Ergebnisse hinsichtlich der Kläranlageneffizienz, der Vireninteraktion mit Klärschlamm und der Eignung von PMMoV als Indikator.
Schlüsselwörter
Abwasseraufbereitung, Kläranlage, humanpathogene Viren, Pepper mild mottle virus, PMMoV, Adenovirus, Polyomavirus, somatische Coliphagen, Escherichia coli, Enterokokken, Viralschlammausbeute, qRT-PCR, Wasserqualität, Indikatorparameter, Lebensmittelsicherheit.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in der Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit untersucht, wie effektiv eine Kläranlage Viren und Bakterien aus Abwasser entfernt, und evaluiert, ob das Pflanzenvirus PMMoV als Indikator für fäkale Verunreinigungen dienen kann.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Themen umfassen die Viren-Analytik (HAdV, HPyV, PMMoV), bakterielle Indikatoren (E. coli, Enterokokken), die Rolle von Kläranlagen bei der Viruselimination und die Untersuchung von Lebensmitteln als mögliche Infektionsquelle.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das Hauptziel ist die Untersuchung der Konzentrationsreduktion humanpathogener Viren in den Reinigungsstufen einer Kläranlage und der Nachweis der Nachweiskette von PMMoV von Lebensmitteln über den Menschen ins Abwasser.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Zur Aufkonzentrierung der Proben wird das VIRADEL-Verfahren genutzt. Die Quantifizierung erfolgt primär mittels quantitativer Real Time-PCR (qRT-PCR), ergänzt durch MPN-Tests für Bakterien und Phagenplaquetests.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die methodische Beschreibung, die Darstellung der Messergebnisse für Abwasser-, Schlamm- und Lebensmittelproben sowie deren wissenschaftliche Diskussion und statistische Auswertung.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind unter anderem PMMoV, Abwasseraufbereitung, humane Adenoviren, Klärschlamminteraktion und virale Indikatorparameter.
Welche besondere Rolle spielt der Klärschlamm in dieser Studie?
Die Studie zeigt, dass eine signifikante Menge der untersuchten Viren mit dem Klärschlamm interagiert, was erklärt, warum die Konzentrationen im gefilterten Abwasser im Vergleich zum Schlamm um mehrere log-Stufen niedriger ausfallen können.
Was wurde bei den untersuchten Lebensmitteln festgestellt?
In allen untersuchten Lebensmittelproben der Mensa konnte PMMoV nachgewiesen werden, wobei insbesondere Salatdressing und Schlangengurken hohe Viruskonzentrationen aufwiesen.
- Citar trabajo
- Frederik Santer (Autor), 2010, Nachweis des „pepper mild mottle virus“ (PMMoV) in Lebensmitteln, Stuhlproben und Abwasser sowie Oberflächenwasser, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/339803
