07.01.2022

PrePat: Bakterien und Viren im Grundwasser aufgrund von Starkregen

Starkregen-Ereignisse treten durch den Klimawandel weltweit immer häufiger auf. Durch sie können vermehrt Pathogene wie Bakterien und Viren ins Erdreich eingespült werden. Wie können in so einem Fall Wasserversorger und lokale Behörden vorhersagen, wie weit und wie schnell sich diese Pathogene in einem Wassereinzugsgebiet ausbreiten? Dieser Frage geht die die TU Berlin im Projekt PrePat nach und erhält dafür von der Deutschen Forschungsgemeinschaft eine Förderung über 130 000 Euro. Das von den Forschenden der TU Berlin initiierte Projekt hat das Ziel, einen „Werkzeugkasten” von mikrobiologisch-hydrogeologischen Untersuchungsmethoden zu entwickeln. In experimentellen Transportversuchen im Grundwasser werden dabei Modellkeime eingesetzt, die nicht krank machen. Die punktuell sehr hohen Wassermengen bei Starkregen und auch die immer flächendeckender versiegelten Böden führen dazu, dass die natürliche Schutzfunktion des Bodens unwirksam wird und Abwassersysteme überfordert sind. So werden vermehrt Bakterien, Viren und lösliche Schadstoffe in das Grundwasser eingetragen. Für die Wasserversorger stellt sich dadurch die konkrete Frage, in welchen Mengen diese unerwünschten Stoffe und Keime in Grundwasserleiter gelangen, aus denen Trinkwasser entnommen wird. Sie brauchen Erkenntnisse dazu, aus welchen Entfernungen noch ein Eintrag durch große Regenmengen stattfinden kann und wie schnell dieser nach einem Starkregen-Ereignis im Quellwasser ankommt. Bisher wurden ähnliche Untersuchungen in Grundwasser-Einzugsgebieten mit in Wasser gelösten Markierungssubstanzen durchgeführt oder mit kleinsten, kugelförmigen Plastikpartikeln. Beides kann aber das reale Verhalten von Viren und Bakterien im Untergrund nur sehr schlecht simulieren. Die Forschenden wollen deshalb erstmals einen Werkzeugkasten mit harmlosen Modell-Keimen und den dazugehörigen Untersuchungsmethoden entwickeln, der als Standard von anderen Forschenden und Praktiker*innen im Bereich der Wasserversorgung genutzt werden kann. Als Modell-Bakterien kommen unter anderen drei Spezies der Gattung Aquabacterium in Betracht, die auch im Berliner Trinkwasser enthalten sind. Als Virenprototypen dienen zwei Arten von „Bakteriophagen”, also Viren, die nur Bakterien befallen können. Aufgrund ihrer Ungefährlichkeit für den Menschen werden sie in der Forschung seit längerem als Virenmodelle benutzt, zum Beispiel in Studien zur Übertragbarkeit von Krankheiten. Einbezogen werden auch DNA-Moleküle ohne Bakterienhülle. Durch solche extrazelluläre DNA können Antibiotikaresistenzen weitergegeben werden. Auch hier dienen ungefährliche Erbgutbausteine als Modelle. Eingebracht werden alle Versuchskeime in einem sehr gut untersuchten Wassereinzugsgebiet auf der Schwäbischen Alb in Baden-Württemberg. Es hat den besonderen Vorteil, dass dort alle Einträge über die Grundwasserleiter an einer Stelle zusammenlaufen: Am Ende einer drei bis zwölf Kilometer langen Reise in 50 bis 100 Metern Tiefe werden die Keime in der „Gallusquelle” landen. Die Einbringung der Keime erfolgt über mehrere Regenüberlauf-Becken auf dem Gebiet. Bei hohen Wassereinträgen rechnen die Forschenden damit, dass bereits nach etwa einem Tag Keime von ihrem Einbringungsort zur Gallusquelle gelangt sind; bei niedrigem Grundwasserspiegel kann dies dagegen auch eine Woche oder länger dauern. Untersucht wird das Quellwasser dann mit hochauflösenden PCR-Verfahren. Gleichzeitig werden aber auch einfacher zu bestimmende Parameter gemessen, etwa Leitfähigkeit, Temperatur, pH-Wert und Trübung des Wassers. Das Forschungsprojekt ist auf drei Jahre angelegt und findet in Kooperation mit der TU Bergakademie Freiberg und dem TZW: DVGW-Technologiezentrum Wasser in Karlsruhe statt. Die Gesamtfördersumme beträgt 450 000 Euro.