Environmental dissemination and accumulation of antibiotic pharmazeuticals, pathogens, and resistance determinants as caused by wastewater irrigation

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Elisabeth Grohmann; Professor Dr. Jan Siemens
• Fachliche Zuordnung: Hydrogeologie, Hydrologie, Limnologie, Siedlungswasserwirtschaft, Wasserchemie, Integrierte Wasserressourcen-Bewirtschaftung ; Bodenwissenschaften
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 162311074

Die Nutzung von Abwasser zur Bewässerung landwirtschaftlicher Nutzflächen nimmt trotz potenzieller Risiken weltweit zu. Wir untersuchen das Verhalten von Arzneimitteln und die Ausbreitung und potenzielle Entstehung von pathogenen Bakterien, sowie die Verbreitung von Resistenzgenen im Zuge der Bewässerung von ca 800 Quadratkilometern landwirtschaftlicher Fläche im Valle Mezquital mit dem Abwasser Mexiko Cities. Die Ergebnisse aus den ersten 22 Monaten unseres Projektes zeigen eine Retention und Eliminierung von Arzneimitteln, abwasserbürtigen Bakterien und Resistenzgenen im Boden und während ihres Transportes im Aquifer. Die Antibiotika Sulfamethoxazol und Ciprofloxacin sowie das Antiepileptikum Carbamacepin reicherten sich in den bewässerten Böden über eine Bewässerungsdauer von 19-28 Jahrten an, danach stellte sich ein Plateau ihrer Konzentrationen im Boden ein. Langfristige Bewässerung mit Abwasser reduzierte die Sorptionsstärke und -hysterese für Sulfamethoxazol, während Ciprofloxacin stets stark sorbierte. Mit Abwasser bewässerte Böden weisen eine um 2-3 Größenordnungen höhere relative Abundanz von sul Resistenzgenen auf als unbewässerte Böden. Die absolute Konzentration von sul Resistenzgenen, Enterococcus ssp. Genen, und 16S rDNA nahm bis zu einer Bewässerungsdauer von 100 Jahren zu, was wahrscheinlich auf eine längere Überlebensdauer von abwasserbürtigen Bakterien zwischen einzelnen Bewässerungsergnissen in langfristig bewässerten Böden zurückzuführen ist. Wir fanden nur selten qnr Resistenzgene in den bewässerten Böden, obwohl diese Gene im Abwasser enthalten waren. Offene Fragen ergeben sich bezüglich der Historie des Eintrags von Pharmaka in die Böden sowie einer potenziellen Aufnahme von Arzneimitteln, Bakterien und Resistenzgenen durch Pflanzen und eines damit verbundenen Transfers in der Nahrungskette. Die Ziele der zweiten Projektphase sind deshalb (i) die Rekonstruktion des historischen Eintrags von Arzneimitteln in die Böden des Valle Mezquital anhand von Sedimentbohrkernen aus einem Abwasserstausee und (ii) die Prüfung der Hypothese, dass eine Sorptionskonkurrenz mit Tensiden und gelöster organischer Substanz die Sorption von Sulfamethoxazol reduziert. Zur Kennzeichnung des Risikos des Transfers von Arzneimitteln, Bakterien und Resistenzgenen in der Nahrungskette planen wir (iii) die Quantifizierung ihrer Aufnahme durch Pflanzen. Vorstudien belegen die Möglichkeit einer Aufnahme von sul Resistenzgenen und Enterococcus ssp. aus langfristig bewässerten Böden in Pflanzen. Die beantragte Verlängerung unsres Projektes würde uns damit die wichtige Aufklärung potenzieller Gesundheitsrisiken der langfristigen Bewässerung mit Abwasser erlauben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Mexiko
• Partnerorganisation: Consejo Nacional de Humanidades Ciencias y Tecnologías (CONAHCYT)
• Beteiligte Personen: Professor Dr. Wulf Amelung; Professor Dr. Johannes Huebner; Dr. Blanca Jiménez Cisneros; Dr. Yolanda López Vidal; Professorin Dr. Marisa Mazari-Hiriart; Dr. Maria del Pilar Ortega Larrocea; Dr. Blanca Prado; Professorin Dr. Christina Siebe