Sars-CoV-2 Studie: Neue Varianten vom Coronavirus als erstes im Abwasser

Weil infizierte Menschen Coronaviren bei ihren Toilettengängen ausscheiden, können Experten mit den richtigen Messungen im Abwasser feststellen, wie stark Sars-CoV-2 aktuell in einer Gegend verbreitet ist. Das wissen Forschende bereits seit Mitte 2020 und auch in Deutschland laufen dazu bereits Modellversuche in 20 Kläranlagen.

Jetzt zeigen US-Forschende aber in einer aktuellen Studie erneut, dass das Abwassermonitoring auch dazu genutzt werden kann, um frühzeitig neue Mutationen des Virus zu entdecken. Das Team der Universität von San Diego hatte demnach das Erbgut der Alpha-, Delta- und Omikron-Varianten jeweils über eine Woche früher festgestellt als Labore, die Speichelproben untersuchten.

Das Team um Smruthi Karthikeyan und Joshua Levy hatte zwischen November 2020 und September 2021 das Abwasser des Universitätscampus von San Diego in Kalifornien auf Coronaviren untersucht. Dazu hatten die Wissenschaftler dem Wasser magnetische Nano-Kügelchen zugesetzt, die auch bei geringen Mengen von Viren viele nahezu intakte Virenpartikel anzogen. Mit Hilfe eines Roboters konnten diese Viren isoliert werden, neben Sars-CoV-2 auch diverse andere Erreger. Durch einen PCR-Test bestimmten die Forschenden dann das Erbgut von Coronaviren.

In einer zweiten Versuchsphase zwischen September 2021 und Februar 2022 wiederholten sie das Experiment in der Point Loma Kläranlage, wo Abwässer von 2,3 Millionen Menschen ankommen, darunter auch von 17 Schulen. Am Campus bekamen die Wissenschaftler so in rund 600 Fällen vollständig sequenzierte Virus-Erbinformationen, in der größeren Kläranlage waren es 837 Fälle. Diese Informationen glichen die Forschenden dann mit Hilfe eines Computerprogramms mit Datenbanken ab, um die Virusvarianten zu bestimmen.

Ergebnis: In der Kläranlage hatten die Forschenden Erbgutproben von Alpha und die Delta-Variante bereits zwei Wochen früher entdeckt, als in den von Infizierten genommenen Nasenabstrichen. Auch die Omikron-Variante war bereits zehn Tage vor dem ersten offiziellen Nachweis in den USA detektiert worden. Im Abwasser konnten die Forschenden auch erkennen, dass Omikron BA.1 die Delta-Variante bereits Ende Dezember überholt hatte.

Natalie Exum, Forscherin an der Johns-Hopkins-Universität, die nicht an der Studie beteiligt war, sieht die Ergebnisse als klaren Beleg, dass sich die Variantenüberwachung im Abwasser lohnt. "Es ist natürlich eine Herausforderung, weil die Viren im Abwasser in kleinste Stücke gerissen wurden und man ihre Fragmente erst wieder zusammenpuzzeln muss", sagte sie im Interview mit JAMA. "Aber diese Studie zeigt, dass das möglich ist, und dass dieser Weg viel schneller ist."

Eine große Schwierigkeit liegt nach Ansicht der Forschenden darin, dass für das Verfahren Personal sehr aufwändig geschult werden muss und dass teure Investitionen in die technische Ausstattung nötig sind. Das lohne sich nur, wenn die Erkenntnisse dann auch in politische Entscheidungen münden. Werde auf Coronaregeln sowieso verzichtet, sei auch das Variantenmonitoring im Abwasser am Ende ohne Mehrwert, schreiben die Autoren.

Während in den USA das Abwasser bereits in 55 Landkreisen (Counties) regelmäßig auf Corona untersucht wird, diskutiert Deutschland noch über die flächendeckende Einführung. Im überarbeiteten Infektionsschutzgesetz wird das Abwassermonitoring zwar erwähnt, allerdings wird über den Einsatz vor allem auf Ebene der Bundesländer diskutiert. Bislang hat sich lediglich Rheinland-Pfalz für ein Monitoring mit wöchentlich zwei Proben in insgesamt 14 Kläranlagen des Landes entschieden.

Die Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V. (DWA) hat in diesem Sommer ein umfassendes Monitoring im Abwasser gefordert. Würde man nur das Abwasser der 235 größten Kläranlagen in Deutschland auf das Coronavirus untersuchen, so die DWA in einer Mitteilung im Juli, wären 50 Prozent der Gesamtbevölkerung erfasst. Die Kosten lägen bei nur rund 14 Millionen Euro pro Jahr. "Die Vorteile liegen auf der Hand: Das System ist nicht nur vergleichsweise preiswert, sondern liefert auch einen zuverlässigen Eindruck der Infektionslage", so Johannes Lohaus, Sprecher der Bundesgeschäftsführung der DWA.