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Projekt
Integrierte Modellierung der Selektion resistenter Bakterien und des horizontalen Transfers von Resistenzgenen, die durch die Exposition mit Antibiotika und Desinfektionsmitteln verursacht werden
Antragstellerin
Professorin Dr. Christiane Zarfl
Fachliche Zuordnung
Bodenwissenschaften
Förderung
Förderung seit 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 431531292
Ein Verständnis der verschiedenen Faktoren und Prozesse, die das Umweltverhalten und die Auswirkungen von Schadstoffgemischen in abwasserberegneten Böden beeinflussen, fehlt noch weitgehend, auch wenn Abwasser bei wachsender Bevölkerung und Klimawandel, insbesondere in Ländern mit Wasserknappheit, für die Bewässerung in der Landwirtschaft immer wichtiger wird. Die Einführung der Abwasserbehandlung in seit langem etablierten Bewässerungssystemen mit unbehandeltem Abwasser könnte Schadstoffe mobilisieren, die sich früher in den Böden angesammelt haben, was zu Schadstoffkonzentrationen führen könnte, die antimikrobielle Resistenz (ko-)selektieren, wobei Freisetzung und Konzentrationen von Antibiotika sowie Auswahl der Antibiotikaresistenz durch den Bodentyp beeinflusst werden. Dieses Teilprojekt (TP 7) der Forschungsgruppe "Schadstoff - Antibiotikaresistenz - Pathogeninteraktionen in einem sich verändernden Abwasser-Bewässerungssystem" wird mathematische Modelle mit Daten aus Beobachtungen im Labor und im Feld kombinieren, um Prozesse zu quantifizieren und verschiedene Szenarien zu analysieren, die die Auswirkungen ausgewählter Umwelt- oder Laborbedingungen (sogenannte in silico-Experimente) auf Konzentrationen und Verbleib von Antibiotika und Quartären Alkylammoniumdesinfektionsmitteln sowie ihre Effekte auf die Selektion und Ausbreitung von Antibiotikaresistenzen simulieren. Sowohl die zeitliche Dynamik von Konzentrationen und der Verbleib von Schadstoffen in Böden als auch die Ausbreitung der antimikrobiellen Resistenz wurden durch prozessbasierte mathematische Modelle beschrieben. Existierende Ansätze für die Modellierung der mikrobiellen Populationsdynamik und der Ausbreitung resistenter Bakterien reichen von gewöhnlichen Differentialgleichungen (ODEs) über stochastische Ansätze bis hin zu individuen- oder agentenbasierten Modellen. Wir werden in Zusammenarbeit mit allen beteiligten Teilprojekten i) ein konzeptuelles und mathematisches Modell entwickeln, das das Schadstoffverhalten in abwasserberegneten Böden mit der Bakteriendynamik und der Ausbreitung von Resistenzgenen kombiniert, um ii) Schadstoffkonzentrationen, Freisetzung aus dem Boden und Verhalten mit der Selektion resistenter Bakterien und dem horizontalen Gentransfer (HGT) in Abwasser und Böden zu verknüpfen, iii) die räumliche Heterogenität und Pflanzenaufnahme bei der Gesamtbewertung der Wechselwirkungen zwischen Schadstoffen und Bakterien zu berücksichtigen; und iv) das in Experimenten unterschiedlicher Komplexität und Realitätsnähe gewonnene Prozessverständnisses über die verschiedenen Skalen hinweg zu integrieren. Auf diese Weise werden die Ergebnisse dieses Teilprojekts zur Aufklärung und Quantifizierung von Prozessen und Parametern beitragen, die das Schadstoffverhalten und die Ausbreitung von Bakterienresistenzen in landwirtschaftlich genutzten Böden vorantreiben, die einer Umstellung der Bewässerung mit unbehandeltem auf eine Bewässerung mit behandeltem Abwasser unterliegen.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
