Virologische Trinkwasseranalyse mit Hilfe von molekularbiologischen Methoden
Forschungspartner:
Eidgenössische Anstalt für Wasserversorgung
(EAWAG), Dübendorf
Dr. T. Egli
http://www.eawag.ch
Hintergrund
Viren werden wegen ihres aufwendigen Nachweises überhaupt nicht standardmässig gemessen [Hygieneverordnung, 2002]. Zudem werden in kleineren Trinkwasserfassungen nur unregelmässig Proben genommen. So ist über die virologische Zusammensetzung des Trinkwassers erstaunlicherweise nur sehr wenig bekannt. Aus Gründen der Hygiene wäre eine genauere Kenntnis der Virus-Zusammensetzung des Trinkwassers aber von Interesse.
Zudem wird vermutet, dass sporadisch auftretende Durchfallserkrankungen durch pathogene Viren aus dem Trinkwasser in tiefer Konzentration verursacht werden [WHO, 1979]. Die Beweisführung gestaltet sich aber sehr schwierig, da es sich um Einzelfälle handelt und die Erfassung der Patienten sehr lückenhaft ist. Auch wird der Nachweis von Viren in klinischen Proben meistens nicht durchgeführt.
Ziel des Projektes
Es soll mit molekularbiologischen Methoden (PCR, Real time PCR, in situ Hybridisierung etc.), welche in punkto Sensitivität und Selektivität eine vertiefte Analyse erlauben, die Virus-Zusammensetzung von ausgewählten Trinkwasserfassungen der Armee näher zu charakterisieren.
Bei der Analyse der virologischen Daten soll versucht werden die Virus-Zusammensetzung des Trinkwassers zu bestimmen. Weiter soll mit der Verknüpfung von schulärztlichen Daten untersucht werden, ob ein Zusammenhang zwischen der Anzahl der Durchfallserkrankungen und der Virus-Zusammensetzung des Trinkwassers besteht.
Aus den praktischen Messerfahrungen mit den molekularbiologischen Methoden soll abgeleitet werden wie ein möglichst schneller Nachweis von Viren im Trinkwasser messtechnisch realisiert werden kann.
Fragestellungen
1. Evaluation von Nachweismethoden für die Analyse von Viren im Trinkwasser.
Die heutigen molekularbiologischen Methoden wie PCR oder in situ Hybridisierung sind zwar schneller und spezifischer doch steht die Anwendung für den Nachweis von Viren im Trinkwasser in den Anfängen und ist noch nicht standardisiert.
Auf dem Markt sind aber schon einige Nachweismethoden für spezifische Mikroorganismen erhältlich und die Zukunft wird bei diesen neuen molekularbiologischen Methoden liegen. Für diese Arbeit sollen keine Nachweismethoden neu entwickelt werden, sondern es sollen die auf dem Markt erhältlichen Methoden für den Nachweis im Trinkwasser angepasst werden.
Folgende molekularbiologischen Methoden werden auf ihre Anwendbarkeit im Trinkwasser überprüft:
- PCR
- Real Time PCR für quantitative Aussagen
Die genannten Methoden sollen auf die folgenden Punkte hin untersucht werden:
- Bestimmung der Nachweisgrenze für spezifisch zu bestimmende Viren:
- Bestimmung der Selektivität
- Bestimmung der Robustheit gegenüber Umwelteinflüssen (zB. inhibitorische Stoffe)
2. Charakterisierung der Virus-Population von ausgewählten Armeetrinkwasserfassungen:
Aus den Trinkwasserfassungen der Schweizer Armee soll eine Anzahl von Fassungen ausgewählt werden. Dabei sollen sie in verschiedene Kategorien eingeteilt werden gemäss ihren unterschiedlichen Einzugsgebieten (Alpines Gebiet, Karstgebiet, Landwirtschaftsgebiet, urbanes Gebiet etc.). Es sollen Messreihen verschiedener zeitlicher Länge (24 Stunden, 1 Monat, 1 Jahr) durchgeführt werden um die Bandbreite der Schwankungen abschätzen zu können. Zudem sollen Messungen vor und nach grösseren Niederschlägen miteinander verglichen werden.
Folgene Viren sollen einbezogen werden:
- Coliphage (Fäkalindikator)
- Rotavirus (Krankheitserreger)
- Norwalkvirus (Calicivirus) (Krankheitserreger)
- Coliphage (Fäkalindikator)
Eventuell:
- Adenoviren (Krankheitserreger)
- Poliovirus (Krankheitserreger)
- Hepatitis E
3. Analyse der Daten
Mit Hilfe der gewonnenen Daten sollen folgende offenen Fragen näher untersucht werden.
- Zusammenhang zwischen Durchfallserkrankungen und virologischer Zusammensetzung des Trinkwassers.
- Einfluss der Umgebung der Trinkwasserfassung auf die Virus- Zusammensetzung des Trinkwassers.
- Einflüsse der gelösten Nährstoffe auf die Virus-Population im Trinkwasser.
- Messungen im Trinkwassernetz.
- Einfluss von Biofilm auf die Virus-Population in Trinkwasserleitungen.
4. Messtechnische "Online-Kontrolle" von Viren im Trinkwasser
Die Online-Kontrolle von spezifischen Viren im Trinkwasser ist zurzeit technisch nicht realisierbar. Deshalb wird ein Mess-System vorgeschlagen, welches dreistufig aufgebaut ist. Beginnend mit einem einfachen, wenn möglich Online zu messenden Parameter, welcher das plötzliche Auftreten von Viren anzeigen könnte. Wenn ein gewisser Schwellenalarmwert überschritten ist, wird unspezifisch die biologische Virenmenge bestimmt. Konnte hier ein markantes Ansteigen der Viren im Trinkwasser bestätigt werden, werden die Viren spezifisch bestimmt.
Es soll abgeklärt werden, welcher Parameter sich für die Onlinemessung am besten eignen würde.
Die spezifischen Bestimmungen erfolgen durch Real time PCR.
Referenzen
Grabow W. O. K. (1996). Waterborne diseases: Update on water quality assessment
and control. Water SA 22, 193-202.
Hygieneverordnung (2002). Verordnung über die hygienischen und mikrobiologischen
Anforderungen an Lebensmittel, Gebrauchsgegenstände, Räume, Einrichtungen
und Personal. In der schweizerischen Hygieneverordnung.
Payment P., Trudel M. & Plante, R. (1985). Elimination of viruses and
indicator bacteria at each step of treatment during preparation of drinking
water at seven water treatment plants. Appl. Environm. Microbiol. 59, 2418-2424.
Walter R. (2000). Umweltvirologie - Viren in Wasser und Boden. Slovenia: Springer-Verlag.
WHO (1979). Human viruses in water, wastewater and soil. Geneva: World health organisation (WHO).