In den Abwasserkanälen der Städte landet auch Erbgut des neuartigen Coronavirus.
Foto: imago images/Rupert Oberhäuser

LeipzigWas derzeit jeden Tag in Millionen von Haushalten durch die Toilettenrohre rauscht, ist nicht nur eine Mischung aus Wasser und den üblichen menschlichen Hinterlassenschaften. Auch die Corona-Pandemie hinterlässt ihre Spuren im Abwasser. Denn wer sich infiziert hat, gibt mit dem Kot auch das Erbgut des Erregers ab. Zwar ist diese RNA nach bisherigen Erkenntnissen wohl nicht mehr infektiös. Trotzdem richtet sich das Interesse von Wissenschaftlern nun zunehmend auf die Kläranlagen. „Wir hoffen, dass wir dort eine Art Frühwarnsystem installieren können, das uns mehr über den Verlauf der Pandemie verrät“, erklärt Hauke Harms vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) in Leipzig.

Ersten Indizien dafür, dass das klappen könnte, kamen im Februar aus den Niederlanden. Ein Team um den Mikrobiologen Gertjan Medema vom Wasserforschungsinstitut KWR hatte die RNA des Erregers im Abwasser aus sechs Kläranlagen nachgewiesen – im Fall der Stadt Amersfoort sogar, bevor es dort die ersten bestätigten Corona-Fälle gab. Seither arbeiten die niederländischen Forscher ebenso wie Experten in etlichen anderen Ländern daran, dem Abwasser verlässliche Informationen über das Infektionsgeschehen zu entlocken.

In Deutschland haben sich dazu Fachleute des UFZ in Leipzig, der Deutschen Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall (DWA) und der Technischen Universität Dresden zusammengetan. Auch Kläranlagen aus Berlin, Köln, Leipzig, Dresden und etwa zwanzig weiteren Städten sowie der Wasserverband Eifel-Rur sind mit im Boot. Unter anderem wurden bereits in vier Berliner Kläranlagen Proben entnommen. „Aus der Menge der Virus-RNA im Abwasser wollen wir abschätzen, wie viele Menschen im Einzugsgebiet der jeweiligen Kläranlage infiziert sind“, erläutert Hauke Harms.

Eine Forscherin des UFZ teilt die Abwasserprobe aus einer Kläranlage für die weitere Untersuchung auf.
Foto: Sebastian Wiedling/UFZ

Für eine effektive Seuchenbekämpfung hätte das gleich mehrere Vorteile. So könnte man mit einer einzigen Probe die Ausbreitung der Infektionen in einer ganzen Region überwachen – ohne Tausende von Personen einzeln testen zu müssen. „Das ist nicht nur weniger aufwändig, man kommt auch schneller zu Ergebnissen“, sagt Hauke Harms. „Bevor jemand überhaupt hustet, scheidet er schon Virus-RNA aus.“ So bleibt mehr Zeit für Gegenmaßnahmen.

Zudem ließe sich so auch das Rätselraten darüber beenden, wie groß die Dunkelziffer der Infizierten ist. Ein Teil der von Corona betroffenen Menschen entwickelt selbst nur wenige oder keine Symptome, kann das Virus aber weiterverbreiten. Zu gerne würden Experten wissen, wie viele das ungefähr sind. Schon allein, um die Tödlichkeit des Virus und die weitere Entwicklung der Pandemie besser einschätzen zu können. Doch wer keine Symptome hat, wird in der Regel auch nicht getestet und ist damit in keiner Statistik erfasst. Im Abwasser aber hinterlässt auch er seine Spuren.

Diese zu finden, ist allerdings eine echte Herausforderung. Zwar gibt es schon Erfahrungen, wie man Abwasserproben zum Drogen-Screening oder auch zur Überwachung anderer Viren einsetzen kann. So haben solche Analysen bereits verraten, wie viele Kokainkonsumenten in verschiedenen Städten leben oder wie erfolgreich Polio-Impfungen in bestimmten Regionen waren. Doch das neue Coronavirus stellt die Fahnder vor besondere Hürden. So ist es zum Beispiel deutlich empfindlicher als das Poliovirus. Möglicherweise kommt also nur ein sehr geringer Teil der ausgeschiedenen Erreger-RNA auch tatsächlich an der Kläranlage an.

Dabei sind solche Erbgutmengen im Abwasser ohnehin schon extrem gering. Damit der Nachweis trotzdem funktioniert, müssen die Forscher also erst einmal herausfinden, wie man die Proben am besten gewinnt und aufbereitet. So hatten sie zunächst überlegt, für jede Probe 24 Stunden lang Wasser zu sammeln, um ein möglichst repräsentatives Ergebnis zu bekommen. „Wahrscheinlich ist es aber besser, den Peak am Morgen auszunutzen, wenn sehr viele Leute auf die Toilette gehen“, meint Hauke Harms. Dann könne man möglicherweise besonders hohe RNA-Konzentrationen abfangen, die nicht durch das später anfallende Abwasser verdünnt werden.

Wenn man die Proben in Händen hat, müssen sie für die Vervielfältigung und den anschließenden Nachweis des Viruserbguts aufbereitet werden. Erst einmal gilt es, den Viertelliter einer typischen Abwasserprobe auf wenige Tausendstel Milliliter zu reduzieren. Dazu eignet sich zum Beispiel eine Gefriertrocknung, aber auch spezielle Fällungs- und Filtermethoden kommen infrage. „Alle diese Verfahren haben Vor- und Nachteile, die wir im Moment analysieren“, erklärt Hauke Harms. Bei der anschließenden RNA-Fahndung sucht das Team dann parallel auch nach dem Erbgut harmloser Viren, die im Abwasser häufig vorkommen. So können sie die Empfindlichkeit ihrer Methode überprüfen.

Der vielleicht schwierigste Schritt aber ist es, aus den ermittelten Viruskonzentrationen auf die Zahl der Infizierten zu schließen. Auf verschiedenen Wegen versuchen die Forscher, hier zu realistischen Einschätzungen zu kommen. Zum einen eichen sie ihr Analyse-Verfahren im Labor mit bekannten Virusmengen. Zum anderen untersuchen sie echte Abwasserproben aus verschiedenen Städten und vergleichen die darin enthaltene RNA-Menge mit den dortigen Infektionszahlen. Und schließlich werten sie Schätzungen darüber aus, wie viel Viruserbgut ein Infizierter ausscheidet und wieviel demzufolge an einer Kläranlage ankommen müsste.

Derzeit ist das Team dabei, alle Schritte von der Probennahme bis zur Modellierung der Infektionszahlen zu verbessern. Denn das Potenzial des Verfahrens stimmt sie optimistisch. Mit Proben aus rund 900 Kläranlagen könnte man etwa 80 Prozent des in Deutschland anfallenden Abwassers und damit einen Großteil der Bevölkerung erfassen. Und das jeden Tag.

So sollte sich dann auch ermitteln lassen, ob eine Region den derzeit gültigen Grenzwert von wöchentlich 50 Neuinfektionen pro 100.000 Einwohnern überschreitet und die Schutzmaßnahmen deshalb wieder verschärft werden müssen. „Wenn es im Herbst eine zweite Infektionswelle gibt, sollte die Methode funktionieren“, hofft Hauke Harms. Und auch als Warnsystem für Durchfallerkrankungen und andere Infektionen könnte sie künftig neue Chancen bieten.