Analyse biologischer Parameter im Abwasser

  • Ein universeller Workflow für den Nachweis von Organismen
  • Indirekte Massentests als Monitoringsystem
  • Abwasser als Datenquelle nutzbar machen: Teil der kritischen Infrastruktur

Genetische Informationen, darunter Viruspartikel und andere Keime, sind ab einer gewissen Konzentration im Abwasser nachweisbar. Als einziges europäisches Unternehmen beherrscht Analytik Jena gemeinsam mit Endress+Hauser die komplette Prozesskette – von der Probennahme bis zur Detektion.

Eine Investition fürs Leben

  • Datenerfassung für Wasserqualität und Gesundheit
  • Komplementärer Ansatz für die Epidemiologie
  • Für Krankheitserreger aller Art: Von Grippeviren bis Cholera, von multiresistenten Keimen bis hin zu Legionellen

Ein Workflow für Erbgut aller Art

  • Durchdacht und erprobt für belastbare Routinemessungen
  • Erweitert die Datenerfassung für die kritische Infrastruktur

Durchdachter und erprobter Prozess

  • Der Probennehmer CSF 48 von Endress+Hauser sammelt und generiert die Proben im Klärwerk vollautomatisch.
  • Von der Aufkonzentration bis zum fertigen PCR-Resultat: Labor in etwa drei Stunden
  • Bis zu 16 oder 96 Proben gleichzeitig: Die Pipettierplattformen InnuPure C16 touch oder (bei höherem Durchsatz) der CyBio FeliX reinigen Proben auf und isolieren Nukleinsäuren.
  • Die Real-Time Thermocycler der qTOWER3-Familie amplifizieren und detektieren im PCR-Test

Anonymisierte Massentests für die Epidemiologie

Spätestens mit der Corona-Pandemie hat sich erwiesen: Die Datenerfassung aus dem Abwasser ist keine Utopie mehr. Sie sollte als Frühwarn- und Monitoringsystem künftig Bestandteil der kritischen Infrastruktur sein, um die Bevölkerung zu schützen und Gefahren für die natürliche Umwelt abzuwenden - auch hinsichtlich der sicheren Wasserwiederverwertung. Naheliegende Anwendungsfelder sind:

  • Antibiotikaresistente Keime,
  • Magen-Darm-Viren (z.B. Noro)
  • Grippeviren (SARS-CoV-2)
  • Salmonella, Legionella, Clostridien, E.coli
  • Hepatitis
  • Polio

Die zellulären Rudimente von krankheitsauslösenden Organismen und Viren werden ausgeschieden. Ihr Nachweis im Abwasser entspricht einem anonymisierten Massentest, einer Datenerhebung zur Erfassung der Gesundheit der Bevölkerung, die ohne Eingriff in die Grundrechte auskommt und die nicht auf freiwillige Mitwirkung angewiesen ist.
Das Potenzial der Wastewater Based Epidemiology (WWBE) ist  erst in Ansätzen erkennbar. In einigen Ländern, darunter den Niederlanden und Australien, wird das Prinzip für COVID-19 bereits flächendeckend eingesetzt.. Eine einschlägige EU-Empfehlung datiert vom 17. März 2021: Danach sollen die Kläranlagen von Städten mit mehr als 150.000 Einwohnern regelmäßig auf die SARS-Cov-2-Virenlastüberwacht werden – mindestens. Zusätzlich empfiehlt die EU, kritische Infrastrukturen wie Krankhäuser, Altenheime oder Flughäfen regelmäßig zu beproben. Wesentlich ist in jedem Fall, die jeweils gewählte Messmethode im Zeitverlauf beizubehalten, um zu vergleichbaren Resultaten zu gelangen und verlässliche Aussagen zu Trends treffen zu können.

Der Prozess in Bildern From Waste to Data

Die Prozesskette

Analytik Jena macht es möglich – mit einem Workflow, der universell für alle biologischen Parameter einsetzbar ist und bis zu 16 bzw. 96 Proben pro Durchgang schafft.

1. Schritt: Probennahme im Klärwerk

Im  Klärwerk entnimmt der Probennehmer Liquistation CSF48  von Endress+Hauser vollautomatisiert die Probe; kanalaufwärts wird die mobile Variante CSP44 eingesetzt.

2. Schritt: Aufkonzentration der Zielorganismen

Um die Zielorganismen nachweisen zu können, wird die Probe aufkonzentriert. Im Anschluss an die elektronegative Filtration werden die Virenfragmente und Partikel mit der SpeedMill PLUS aus der Filtermembran herausgelöst. Das Verfahren ist um ein Vielfaches schneller als die aufwändige Ultrafiltration, die nur eine Handvoll Proben auf einmal bewältigt.

3. Schritt: Probenisolierung im Labor

Hier übernehmen Pipettierroboter von Analytik Jena – entweder

Beide bieten einsatzbereite Protokolle, die – in Kombination mit entsprechenden Extraktionskits - DNA bzw. RNA automatisiert aus den Proben aufreinigen.

4. Schritt: Detektion

Die Detektion per Fluoreszenzmessung übernimmt der qTOWER³. Im Prozess der Polymerase-Kettenreaktion (PCR) wird der gesuchte kopierte Abschnitt der DNA bzw. cDNA kopiert und fluoreszierend markiert. Je häufiger die fragliche Buchstabenfolge auftaucht, desto stärker das Signal im Real-Time-PCR-Prozess und desto eindeutiger lässt sich entziffern, wie hoch die Virenlast wirklich ist.

Unsere Geräte im Einsatz

Einblicke in biologische Parameter, zumal bei so schwierigen Proben wie Abwasser, dem man genetische Informationen abgewinnt, waren noch vor wenigen Jahren undenkbar. Analytik Jena beteiligt sich an der Entwicklung der Standards – mit eigenem Knowhow und in Partnerschaft mit den einschlägigen Instituten.

SARS-CoV-2 Nachweis in Japan

Seit 2020 sind die PCR-Geräte von Analytik Jena in Japan für den SARS-CoV-2-Nachweis im Abwasser im Einsatz. 

"Unabhängig von der Probenmatrix konnten geringe Konzentrationen von Genen nachgewiesen werden."

Dr. Akihiko Hata, Toyama Prefectural University, Japan

Erprobt vom größten Wasserwirtschaftsverband Deutschlands

Die Emschergenossenschaft/Lippeverband (EGLV), der größte Wasserwirtschaftsverband Deutschlands, hat das Gesamtverfahren an einer Kläranlage erprobt und überträgt es auf neun weitere Anlagen.

Kooperation mit der Bauhaus-Universität Weimar

In Vorbereitung ist ein Projekt mit der Bauhaus-Universität Weimar, das darauf abzielt, ein einen ganzheitlichen Abwasser-Monitoring-Ansatz zu etablieren.

Exklusives E-book: Wasser- und Abwasseranalytik

Unser exklusives E-Book bietet Ihnen einen umfassenden Überblick über Methoden und Lösungen für das Wasser- und Abwassermonitoring - von der UV/Vis-Spektroskopie über die Summenparameteranalytik bis hin zur Elementaranalyse und mikrobiologischen Untersuchung.

Jetzt herunterladen

Web-Seminar: Biosurveillance in Wastewater – Focus on the detection of pathogens such as SARS-CoV-2 (Coronavirus) in Wastewater

Der Analytik Jena Workflow für den Nachweis von SARS-CoV-2 in Abwasser ist ein leistungsstarkes Verfahren für die abwasserbasierte Epidemiologie (WBE). Es nutzt hochleistungsfähige Nukleinsäureextraktions- und -aufreinigungstechnologien und molekularbiologische Standardmethoden. In diesem Web-Seminar werden die wichtigsten Merkmale des Verfahrens vorgestellt und mögliche Anwendungen im Bereich Life Science aufgezeigt.

Zum Web-Seminar

Nachweis von SARS-CoV-2 in Abwasser

Die Überwachung des Abwassers auf biologische Parameter wie den Krankheitserreger SARS-CoV-2 - besser bekannt als Coronavirus - kann eine wertvolle Datenquelle für ein effektives COVID-19-Management sein. Der Nachweis biologischer Parameter im Abwasser ist jedoch mit einigen Herausforderungen verbunden. Inzwischen gibt es mehrere Lösungen, um diese zu überwinden.

Artikel lesen

Applikationen für biologische Parameter

Überwachung biologischer Parameter in Abwässern

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Extraktion und Nachweis von Legionella DNA aus Wasserproben aus Kühltürmen mit Hilfe des InnuPure C16 touch und qTOWER3 (DE)

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Überwachung von Abwasser auf epidemiologisch relevante Zielorganismen mittels Real-Time-PCR (DE)

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Fi Workflow Wastewater PCR Sales (DE)

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Kompletter Abwasserepidemiologie-Workflow zum RT-qPCR-basierten Nachweis von SARS-CoV-2 (DE)

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