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Sächsische Forscher suchen Coronaviren im Abwasser

Die TU Dresden und Forschungspartner bereiten ein einzigartiges Frühwarnsystem für die nächste Pandemie-Welle vor. Eine wichtige Rolle spielen dabei Kläranlagen.

Im Abwassertunnel unter der Elbe in Dresden.
Im Abwassertunnel unter der Elbe in Dresden. © René Meinig

Endlich wieder ein Stück mehr Freiheit. Wieder raus, Freunde treffen – ein paar zumindest und mit Abstand. Denn, da sollte nichts drüber hinwegtäuschen: Das Virus ist da, kommt wieder und wieder. In Wellen, die je nachdem heftiger oder flach eintreffen. Die große Unbekannte dabei bleibt die reale Infiziertenzahl. Auch nach einem halben Jahr mit dem Virus sind die Mediziner kaum weiter. Zehnmal höher als die Zahl der bekannten Infektionen soll dei Dunkelziffer sein, darauf deuten erste Studien hin. Genau das bringt auch das Problem für die kommenden Wellen mit sich. Die nächsten Infektionswellen werden erst bemerkt, wenn sie voll auf uns zurollen, weil zu viele Infizierte unentdeckt bleiben.

Die Lösung für eines der größten Probleme der jetzigen Zeit liegt im Abwasser. Coronaviren werden vom Körper ausgeschieden und gelangen so mit dem Abwasser bis zur Kläranlage. Wissenschaftler aus Dresden und Leipzig wollen dort nun Coronaviren nachweisen und anhand ihrer Häufigkeit die Anzahl der Infizierten in der Region bestimmen.

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Die nächste Welle kommen sehen

Vor allem aber könnten sie sehen, wenn sich die nächste Infektionswelle aus dem Tal erhebt und heranrollt. Mindestens eine Woche früher als bisher wäre das zu erkennen, bereits eine Woche vor den eigentlichen Infektionszahlen, sagt Peter Krebs. Als Professor der Siedlungswasserwirtschaft an der TU Dresden hat sein Bereich bereits Erfahrungen, mit dem Monitoring kleinster Mengen chemischer Stoffe im Abwasser. Da ging es in den vergangenen Jahren auch um Kokain, Crystal und Co. Die Spuren des Drogenkonsums lassen sich über den Urin letztlich im Abwasser nachweisen. Entlang der Grenze ist beispielsweise das meiste Crystal im Abwasser zu finden.

Mit den Erfahrungen aus diesem bundesweiten Drogen-Monitoring soll nun auf neue Art das Coronavirus überwacht werden. Die dafür nötige Infrastruktur, die Probenahmen, seien ja vorhanden. Nun müsse die Analytik aufs Virus getrimmt werden. Schwierig, und noch schwieriger als erwartet sei dies, sagt Krebs. Bruchstücke der Erbsubstanz müssen aufwendig vermehrt werden, damit sie in der Laborprobe überhaupt entdeckt werden können. Das passiert im Uni-Labor des Dresdner Virologen Alexander Dalpke. Das genetische Testverfahren in der Abwasserprobe ist am Ende dann dasselbe wie für den Menschen.

Geleitet wird dieses bundesweite Projekt vom Umweltforschungszentrum in Leipzig (UFZ). „Wir werden in der zweiten Maihälfte zusammen mit circa 20 Kläranlagen eine Testphase durchführen, die die gesamte Analysekette von der Entnahme und Aufbereitung der Proben über die PCR-Analyse bis zur Modellhochrechnung umfasst“, teilte UFZ-Direktor Georg Teutsch am Freitag mit. Und TU-Professor Peter Krebs hofft bereits in ganz wenigen Wochen auf den realen Start des neuen Corona-Frühwarnsystems. Das wäre dann wohl gerade noch rechtzeitig, bevor die zweite Infektionswelle hier eintrifft. Ein nach Städten, Dörfern, Regionen unterteiltes Monitoring der Pandemie wäre so möglich, etwa um die Folgen von Lockerungen im Lockdown zeitnah zu beobachten. Und der größte Vorteil zum bisherigen Wissen wäre: Diese Analyse erfasst zahlenmäßig auch die Infizierten, die keineSymptome haben.

Im Bodensatz versteckt

Mit Probenahmen an deutschlandweit 900 Kläranlagen könnten etwa 80 Prozent des gesamten Abwasserstroms und damit ein Großteil der Bevölkerung täglich erfasst werden. Das wäre zwar eine aufwendige Aufgabe, die aber kontinuierlich funktionieren würde. Das UFZ und die TU Dresden prüfen deshalb gemeinsam mit weiteren Instituten seit einigen Wochen ihr Konzept unter realen Bedingungen. Die Stadtentwässerung Dresden ist dabei einer der wichtigsten Partner.

Der wohl wichtigste Teil des Monitorings sind die Wasserproben an sich. Ein viertel Liter jede. Werden diese am Zulauf der Kläranlage genommen, bekommt man Daten für die ganze Stadt. An den einzelnen Zuläufen ließe sich das aber auch für einzelne Stadtteile auswerten. Oder noch genauer: Eine Analyse im Abwasser von großen Pflegeeinrichtungen würde schneller als alles bisher Alarm geben, wenn Viren im Wasser wären.

Diese Viren und Virenfragmente sind nicht mehr infektiös. Aber sind dafür auch extrem stark verteilt im Abwasser. Filtern, trocknen, gefriertrocknen, damit soll erst einmal das Wasser abgetrennt werden. Im Bodensatz dann müssen die Forscher die Viren finden. Nur mittels gentechnischer Methoden, der PCR, gelingt dies. Einzelne wenige Virenbausteine werden dabei unglaublich oft kopiert. So als würde man ein Stück Würfelzucker auf die Größe einer Bergwerkshalde vermehren, erklärt Alexander Dalpke. Erst dann können die Coronaviren überhaupt erkannt werden.

Die Zahl der Infizierten berechnen

Sein TU-Kollege Peter Krebs ist optimistisch, so auf eine hinreichende Genauigkeit der Analyse zu kommen. Bereits die Zunahme von 50 Infizierten pro 100.000 Einwohner soll so erkannt werden. Wenn das gelingt, und da ist sich Krebs sicher, ließe sich von der Wasserprobe auf die Zahl der Infizierten im Einzugsgebiet schließen. Natürlich über komplizierte Modellrechnungen.

Bisher finanzieren die Forschungseinrichtungen dies alles aus ihrem Budget. Für ein Dauer-Monitoring müsste freilich eine Finanzierung her. Die dürfte wohl angesichts der Brisanz der Lage schnell möglich sein. „Wenn das Abwassermonitoring funktioniert und landesweit umsetzbar ist, steckt darin ein riesiges Potenzial für den Umgang mit der aktuellen Sars-CoV-2-Pandemie“, sagt Sachsens Wissenschaftsminister Sebastian Gemkow. Und perspektivisch trifft das auch auf künftige Pandemien zu.

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