Wärmeres Wasser kann dazu beitragen, dass Flüsse die antimikrobielle Resistenz in Schach halten

Antimikrobielle Resistenzgene (ARGs) aus Abwasser können in natürlichen Biofilmen in Flüssen landen, bleiben dort jedoch möglicherweise nicht sehr lange erhalten. In mSphereForscher berichten, dass ARGs, nachdem sie in einen Fluss eingeführt wurden, in natürliche Biofilme eindringen und sich zunächst mit diesen verbinden.

Wenn die Temperatur des Flusses steigt, nimmt die Häufigkeit dieser invasiven ARGs deutlich ab, was darauf hindeutet, dass die bereits vorhandene Mikrobengemeinschaft die resistenten Neuankömmlinge verdrängt. Bei Flusswasser mit einer Temperatur von 30° Celsius (86° Fahrenheit) erreichte der ARG-Wert bereits nach zwei Wochen seinen Ausgangswert.

Der Befund legt nahe, dass Flüsse eine Art Schutz gegen die Ausbreitung von ARGs im Abwasser bieten könnten. Es widersprach auch den Erwartungen der Forscher. Die meisten ARGs im Abwasser stammen aus menschlichen Fäkalien und gedeihen bei der Temperatur des menschlichen Körpers, die höher ist als die der meisten Gewässer. Die Mikrobiologen gingen davon aus, dass warme Flüsse eine willkommene Umgebung sein würden.

„Wir dachten, dass sie sich recht gut an höhere Temperaturen anpassen sollten“, sagte der Mikrobiologe Uli Klümper, Ph.D., am Institut für Hydrobiologie der Technischen Universität Dresden. „Wenn also die Flusstemperaturen mit dem Klimawandel steigen, wollten wir wissen, ob es diesen Bakterien aus dem Abwasser leichter fällt, sich in die natürlichen Biofilme zu integrieren.“

Klümper leitete die Studie gemeinsam mit seinem Doktoranden. Student Kenyum Bagra, der im Rahmen eines DAAD-Austauschstipendiums vom Indian Institute of Technology Roorkee an die TU Dresden kam.

Klümper, Bagra und ihre Kollegen tauchten zunächst einen Monat lang 27 Glasobjektträger in den Lockwitzbach im Osten Deutschlands. „Es ist relativ makellos“, sagte Klümper.

Sie sammelten die Rutschen, die einen natürlichen Biofilm aus dem Fluss gebildet hatten, und tauchten sie bei einer von drei Temperaturen in künstliche Flusssysteme ein. Nach einer Woche beobachteten sie, dass die Häufigkeit natürlich vorkommender ARGs im wärmsten Wasser, bei 30° Celsius, zunahm.

Anschließend setzten sie alle Testobjektträger einen Tag lang dem Abwasser aus und überwachten über die nächsten zwei Wochen die Häufigkeit von ARGs, sowohl der natürlich vorkommenden als auch der aus dem Abwasser. Die ARGs aus dem Abwasser drangen in allen drei Fällen problemlos in den Biofilm ein, ohne dass es je nach Temperatur einen Unterschied in der Häufigkeit gab.

„Die Einführung scheint temperaturunabhängig zu sein“, sagte Klümper.

Aber hier endeten die Ähnlichkeiten. Im wärmsten Wasser nahm die Häufigkeit der invasiven ARGs innerhalb von zwei Wochen deutlich ab. Am Ende des Experiments war die Gesamtmenge an ARGs wieder auf ihre ursprüngliche, natürliche Häufigkeit zurückgekehrt und die invasiven ARGs waren so gut wie verschwunden.

In den anderen beiden Gruppen schnitten die invasiven ARGs besser ab. In einigen kühleren Proben konnten sie sich in der Biofilmgemeinschaft etablieren, selbst in Mengen, die weitaus höher waren als die der natürlich vorkommenden ARGs.

Diese Ergebnisse legen nahe, dass die Konkurrenz zwischen invasiven und einheimischen Mikroben durch die Temperatur vermittelt wird, sagte Klümper. „Wir waren wirklich überrascht.“ Forscher gehen oft davon aus, dass eine sich erwärmende Welt pathogene ARGs fördert, sagte er, aber das sei wahrscheinlich nicht so einfach. Ein Fluss sei ein komplexes System, sagte Klümper, und er reagiere auf die Erwärmung auf eine Weise, die schwer zu modellieren sei. „Es ist nicht nur ein Effekt, der im Spiel ist“, sagte er.

Darüber hinaus stellte er fest, dass in ihrem Experiment die ursprüngliche Probe aus einem unberührten Fluss und einer einmaligen Exposition gegenüber Abwasser stammte, in vielen Fällen jedoch ständig Abwasser freigesetzt wird. „In diesen Biofilmen könnte es also Mitglieder geben, die aus Abwasser stammen, sich aber gut an dieses Ökosystem angepasst haben“, sagte er.

Klümper hofft, dass die Studie nicht nur in zukünftige Arbeiten einfließen wird, um zu verstehen, wie Flüsse als Barrieren gegen die Ausbreitung antimikrobieller Resistenzen wirken können, sondern auch eine Rolle bei der Verbesserung der Umweltüberwachung aufkommender Risiken spielen wird.