Gleichzeitig liefert das Monitoring wertvolle Hinweise zur Belastung unserer Gewässer mit Medikamentenrückständen und anderen Spurenstoffen. Das Projekt AMELAG (Abwassermonitoring für die epidemiologische Lagebewertung) bildet dabei das organisatorische und technische Rückgrat – unterstützt von verschiedenen Forschungsinitiativen, die die Methoden ständig weiterentwickeln.

Wie funktioniert das eigentlich?

Die Probenahme erfolgt an bundesweit etwa 70 Kläranlagen, die rund 40 Prozent der deutschen Bevölkerung repräsentieren. Dabei liegt der Fokus auf Ballungsräumen, aber auch ländliche Regionen werden berücksichtigt, um ein möglichst umfassendes Bild der Virusverbreitung zu erhalten. Die Proben werden meist als 24-Stunden-Mischproben im Zulauf der Kläranlagen entnommen, um tageszeitliche Schwankungen auszugleichen. Bei stark schwankenden Abwassermengen, etwa durch Regenereignisse, kommen volumenproportionale Probenehmer zum Einsatz. Die Proben werden gekühlt transportiert, um den Abbau der Viruspartikel zu minimieren.

Im Labor werden die Viren zunächst durch Verfahren wie Ultrafiltration oder Polyethylenglykol-(PEG)-Präzipitation aus dem Abwasser konzentriert. Anschließend erfolgt die Extraktion der viralen RNA mit automatisierten Systemen, die eine parallele Verarbeitung vieler Proben ermöglichen. Um PCR-Hemmstoffe zu entfernen, werden spezielle Reinigungsverfahren eingesetzt. Die quantitative Bestimmung der Viren erfolgt teilweise mittels digitaler PCR oder multiplexen Echtzeit-PCR-Assays, die gleichzeitig mehrere Viren wie SARS-CoV-2, Influenza und RSV nachweisen können.

Die gewonnenen Daten werden normalisiert, unter anderem durch den Einsatz des Pepper Mild Mottle Virus (PMMoV) als Fäkalindikator, um Verdünnungseffekte zu kompensieren. Anschließend werden die Viruslasten pro 100.000 Einwohner hochgerechnet. Das Robert Koch-Institut stellt die Ergebnisse wöchentlich in Form von georeferenzierten Heatmaps und Trendanalysen bereit. Moderne KI-gestützte Modelle integrieren Wetter- und Mobilitätsdaten, um die Entwicklung von Infektionswellen besser prognostizieren zu können.

Welche Krankheitserreger werden überwacht?

Im Rahmen von AMELAG konzentriert sich die Überwachung aktuell auf folgende Erreger:

• SARS-CoV-2 (das Coronavirus)
• Influenzaviren (Grippeviren)
• Respiratorisches Synzytial-Virus (RSV) werden punktuell überwacht
• Poliovirus (Erreger der Kinderlähmung) werden punktuell überwacht

Diese Viren werden von infizierten Personen über den Stuhl ausgeschieden und gelangen so in das kommunale Abwasser. Die regelmäßige Analyse der Viruslast ermöglicht es, Infektionsdynamiken in der Bevölkerung frühzeitig zu erkennen und mit bestehenden Surveillance-Systemen abzugleichen

Was haben wir dadurch gelernt?

Das Abwassermonitoring hat sich besonders bei der Corona-Pandemie als sehr nützlich erwiesen. So konnte zum Beispiel in Berlin im Herbst 2023 eine neue Virusvariante bereits etwa zehn Tage vor den ersten klinischen Fällen im Abwasser nachgewiesen werden. Auch bei Grippe- und RSV-Wellen liefern die Daten wichtige Hinweise: Im Winter 2022/23 wurde ein ungewöhnlich früher RSV-Ausbruch erkannt, was den Gesundheitsbehörden half, Impfempfehlungen anzupassen.

Ein weiteres wichtiges Anwendungsfeld ist die Überwachung von Polioviren. An ausgewählten Kläranlagen werden regelmäßig Proben auf das Virus untersucht – vor allem, weil es in anderen Teilen der Welt immer wieder zu Ausbrüchen kommt.

Was ist für die Zukunft geplant?

Auf europäischer Ebene soll das Abwassermonitoring weiter ausgebaut werden: Mehr als 150 Kläranlagen sollen in das Netzwerk eingebunden werden. Parallel dazu wird in Deutschland der Ausbau der sogenannten vierten Reinigungsstufe vorangetrieben. Dabei kommen Verfahren wie Aktivkohle- oder Ozonbehandlung zum Einsatz, um Spurenstoffe wie Arzneimittelrückstände noch besser aus dem Abwasser zu entfernen – ein wichtiger Schritt für den Gewässerschutz.

Um die Vergleichbarkeit der Daten zu gewährleisten, arbeiten Experten an einheitlichen Standards und Normen. Gleichzeitig wird intensiv über den Datenschutz und die Nutzung der gewonnenen Daten diskutiert, da sie sensible Informationen über lokale Infektionsgeschehen enthalten können.

Abwasser – ein Spiegel unserer Gesundheit

Rund um das AMELAG-Projekt werden kontinuierlich neue Methoden entwickelt, um weitere relevante Krankheitserreger und auch Antibiotikaresistenzen im Abwasser nachweisen zu können. Ziel ist es, das Abwassermonitoring als robustes Frühwarnsystem für verschiedene Infektionsgeschehen zu etablieren und den Nutzen für den öffentlichen Gesundheitsdienst weiter auszubauen.

Neben Viren rückt auch die Überwachung von Antibiotikaresistenzen immer mehr in den Fokus. Wie häufig kommen resistente Keime im Abwasser vor? Die Forschenden liefern so einen wichtigen Beitrag im Kampf gegen multiresistente Krankheitserreger. Außerdem wird diskutiert, das Monitoring zu nutzen, um den Konsum von bestimmten Medikamenten oder Drogen in der Bevölkerung zu erfassen, was neue Möglichkeiten für Präventionsmaßnahmen eröffne.

Publikationen:

Beyer, S. et al. „Abwasser als Informationsquelle – Schutz vor künftigen Epidemien“, 2024, Wasserwirtschaft Wassertechnik, 10/2024
DOI/10.51202/1438-5716-2024-10

Loenenbach, A. et al. „Time course and extend of underestimation of notifiable COVID-19 cases using data from participatory, virological, and wastewater surveillance systems in Germany, 2020-2024”, 2024, Emerging Infectious Diseases
DOI/10.3201/eid3009.240640

Literatur

• RKI - Sentinels, Surveillance und Panel - AMELAG: Abwasser­monitoring für die epi­demio­logische Lage­bewertung, abgerufen am 24.04.2025
• Ruhrverband | AMELAG: Abwassermonitoring für epidemiologische Lagebewertung, abgerufen am 24.04.2025
• Institut Fresenius | Abwasseranalytik auf Coronaviren, abgerufen am 24.04.2025
• Vierte Reinigungsstufe | Hessisches Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie, abgerufen am 24.04.2025
• Abwassermonitoring | Umweltbundesamt, abgerufen am 24.04.2025
• Infektionsradar, abgerufen am 24.04.2025
• dpa-Meldung, abgerufen am 18.04.2025