Projekte

Hintergrund

Flusswasserressourcen spielen eine wichtige Rolle für die menschliche Gesundheit. Flüsse stellen beispielswiese
Trinkwasser oder Bewässerungswasser zur Verfügung. Darüber hinaus bieten sie natürliche Umgebungen für viele
Freizeitaktivitäten. Flüsse sind auch wichtige Vorfluter für die kommunale Abwasserentsorgung und können dadurch
fäkalen mikrobiologischen Verunreinigungen ausgesetzt sein, die ein geeignetes Sicherheitsmanagement zur
Gewährleistung eines ausreichenden Infektionsschutzes bei entsprechender Nutzung erfordern. Im Gegensatz zur
Bedeutung ist nur wenig über die zukünftigen Herausforderungen bekannt, denen Flüsse aufgrund globaler
Veränderungsphänomene in Bezug auf gesundheitsbezogene Aspekte gegenüberstehen (klimatische,
demographische, wirtschaftliche und technische Veränderungen, neue potenzielle Bedrohungen, wie etwa durch den
wachsenden Schifffahrtstourismus). Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wird eine neue innovative Kombination
aus mikrobiologischen und molekularbiologischen Parametern für große Flüsse mit dominanter Beeinflussung durch die
kommunale Abwasserentsorgung etabliert, die in der Lage ist, mathematische Simulationsprogramme zur Abschätzung
der gesundheitsbezogenen Wasserqualität robust zu kalibrieren und zu verifizieren. Dazu werden genetische
wirtsassoziierte Fäkalmarker für bakterielle und virale Einträge als auch Standardindikatoren gemeinsam mit
allgemeinen Wasserqualitätsparametern für die Untersuchungen eingesetzt. Für die Modellierung der fäkalen
Verschmutzung und gesundheitsbezogenen Wasserqualität findet das vor kurzem entwickelte Simulationstool
QMRAcatch Verwendung. Ein multidisziplinäres Team aus Wissenschaftlern, staatlichen Wasser- und
Gesundheitsexperten, sowie erfahrenen Praktikern eines führenden Wasserversorgers, werden bisher ungelöste
Problemstellungen im Zuge zukünftiger globaler Herausforderungen („Global Change“) für dicht besiedelte
Einzugsgebiete großer Flüsse formulieren. Im ersten Schritt werden diese entwickelten Szenarien für die Donau im
niederösterreichischen Abschnitt simuliert, um gesundheitsbezogene Herausforderungen an das zukünftige Wasserqualitätsmanagement vorhersagen zu können. Im zweiten Schritt werden die gewonnenen Detailinformationen
aus der Donau genutzt, um diese auf andere repräsentative europäische Standorte größerer Flüsse zu extrapolieren.
Das Hauptziel des Projekts ist es, Grundlagenwissen über gesundheitsbezogene mikrobiologische Aspekte der
Wasserqualität für Flusswasserressourcen zu etablieren, die mit zukünftigen globalen Veränderungsphänomenen
konfrontiert sind. Darüber hinaus wird das Forschungsprojekt auch optimale Managementstrategien für
(nieder)österreichische Behörden und Kommunen sowie für Wasserversorger liefern. Die etablierte Methodik wird auch
für Einzugsgebiete außerhalb Europas von großem Interesse sein, um ein gesundheitsbezogenes nachhaltiges
Qualitätsmanagement von Flusswasserressourcen in einer sich stark verändernden Welt zu ermöglichen.

Hintergrund

Vibrio cholerae ist ein natürlicher Bewohner von Gewässern und Erreger der Cholera. Die Cholera wird durch toxigene Stämme der Serogruppen O1 und O139 ausgelöst, nicht-toxigene Stämme (NTVC) können eine Vielzahl anderer Infektionen mit möglichem letalem Ausgang auslösen. Verursacht durch den Klimawandel kam es in den letzten 20 Jahren in Europa zu einem Anstieg von NTVC Infektionen. In Niederösterreich traten erstmals 2015 zwei extrem schwere Fälle (einer davon tödlich) auf, die mit Badeaktivitäten während einer extremen sommerlichen Hitzeperiode assoziiert waren. Bis dato sind die entscheidenden Faktoren, die das NTVC Vorkommen in Binnenbadegewässern steuern, nicht ausreichend bekannt. Diese Information und das Vorhandensein verlässlicher NTVC Bestimmungsmethoden sind Voraussetzung für Vorhersagemodelle und Frühwarnsysteme für NTVC. Neben Kultivierungsverfahren wurden molekularbiologische und zellbasierte Methoden entwickelt. Bisher hat sich die Kombination aus spezifischer Fluoreszenzmarkierung und Festphasenzytometrie als beste Methode erwiesen.
Dennoch kann in diesem Verfahren V.cholerae nicht von nahe verwandten Arten unterschieden werden, es ist äußerst aufwändig und teuer. In diesem Projekt wird deshalb ein Verfahren auf Basis alternativer Erkennungsmoleküle –APTAMERE– entwickelt. Aptamere sind kurze Oligonukleotide die ihre Zielmoleküle mit hoher Selektivität und Affinität binden. Sie wurden in vielen Anwendungen als Antikörpern gleichwertig dargestellt. Sobald ein Aptamer identifiziert ist, können sie zu geringen Kosten in unlimitierter Menge produziert werden. Bis dato aber gibt es keine Aptamere für V.cholerae.
Zwei Hauptziele sollen erreicht werden. Erstens sollen die V.cholerae Abundanzen in repräsentativen Badegewässern unter Berücksichtigung ökologischer, zeitlicher und räumlicher Gradienten umfassend dokumentiert und zweitens eine neue innovative Aptamer-basierte Methode für die verbesserte Quantifizierung von V.cholerae entwickelt werden.
Vorhersagemodelle für die Verbreitung von NTVC in Badegewässern sollen als Tool für Risikoabschätzungen entwickelt werden, sowie einfache Protokolle für die kultivierungsunabhängige Quantifizierung von V.cholerae. Dadurch wird das Projekt zu einer besseren Vorbeugung und Volksgesundheit hinsichtlich NTVC in Badegewässern und toxigenen V.cholerae in Wasserressourcen beitragen. Die generierten Aptamerprodukte, Anwendungen und das geistige Eigentum sollen über das Projekt hinaus in translationalen Folgeprojekten, spin-off Firmen oder der Vergabe an lokale Drittfirmen verwertet werden. Das Projekt trägt direkt zum prioritären Forschungsschwerpunkt “Intelligente Indikationssysteme und Diagnostik” innerhalb der jüngsten FTI Strategie für Niederösterreich bei. Nachhaltige Kollaboration zwischen den Projektpartnern innerhalb des Interuniversitären Kooperationszentrums Wasser & Gesundheit wird gestärkt. Das Projekt soll somit nachhaltig dem Land Niederösterreich auf mehreren Ebenen Nutzen bringen.

Hintergrund

Der Anstieg von Antibiotikaresistenzen (AMR) ist eine globale Bedrohung für die menschliche Gesundheit. Neben Krankenhäusern, in denen multiresistente Bakterien ein akutes Problem darstellen, gewinnt die Ausbreitung von mansch-assoziierten antibiotikaresistenten Bakterien (ARB) und Resistenzgenen (ARG) aus Kläranlagen in Flüssen zunehmend an Bedeutung, da Flusswasser für eine Vielzahl von Zwecken (Trinkwassergewinnung, Erholung, Bewässerung) genutzt wird. Obwohl in den letzten Jahren viele Studien veröffentlicht wurden, die das Vorhandensein von mensch-assoziierten ARB
und ARG in Flüssen belegen, existiert kein umfassendes quantitatives Konzept, das die Verteilungsmuster und Einflussfaktoren von human-assoziierten ARB und ARG beschreibt und erklärt. Für dieses Projekt wurde ein neues quantitatives Konzept entwickelt, um die Verteilungsmuster, Ausbreitungswege und Einflussfaktoren von mensch-assoziierten ARB und ARG entlang von vier Flüssen in Niederösterreich zu untersuchen, die Gradienten in Flussgröße, Landnutzung, Fäkalienbelastung, Krankenhausabwasser und möglichen Ko-Selektionsfaktoren wie Schwermetalle aufweisen. Zwei Hypothesen sollen getestet werden: (1) Im Wasser sind mensch -assoziierte ARB- und ARG-Abundanzen an das Ausmaß der Fäkalbelastung und an den Abwassereintrag aus Krankenhäusern gekoppelt. (2) In Biofilmen können die mensch-assoziierten ARB- und ARG-Abundanzen vom Ausmaß der Fäkalbelastung und Krankenhausabwässer entkoppelt sein. Unter dem Einfluss spezifischer ökologischer Selektionsfaktoren (Schwermetalle) tritt eine Amplifikation von ARB und ARG auf. Das neue Konzept basiert auf der Quantifizierung von human-assoziierten ARB und ARG in spezifischen Bakterien, die in Wasser und Biofilmen durch einen kombinierten kultur- und DNA-basierten Ansatz bestimmt werden. Diese Informationen werden mit quantitativen Daten über das Ausmaß und die Quellen der Fäkalbelastung sowie mit einer umfassenden Erfassung der Umweltbedingungen verknüpft. Diese Studie wird neue Ideen zum Verständnis und Management der mikrobiellen Wasserqualität und AMR in Flüssen stimulieren. Auf globaler Ebene adressiert das Projekt direkt die grundlegenden Anforderungen der Forschungsagenda, die im WHO-Aktionsplan für Wasser, Abwasser und AMR festgelegt ist. Auf europäischer Ebene adressiert es direkt den konkreten Maßnahmenplan zur Schließung von Wissenslücken über AMR im Rahmen des neuen EU AMR-Aktionsplans. Auf lokaler Ebene leistet sie einen direkten Beitrag zum priorisierten Forschungsbereich "Organische Spurenstoffe" im Rahmen des Themas "Wasser" der aktuellen FTI-Strategie für Niederösterreich. Nachhaltige Kooperationen zwischen den Projektpartnern am Interuniversitären Kooperationszentrum Water & Health an der KL Krems, am IFA Tulln der Universität für Bodenkultur, Wien und an der Medizinischen Universität Graz werden gefördert. Damit leistet das Projekt einen nachhaltigen Beitrag zum Wohle Niederösterreichs und darüber hinaus.

Hintergrund

Vibrio cholerae ist ein natürlicher Bewohner von Gewässern und Erreger der Cholera. Die Cholera wird durch toxigene Stämme der Serogruppen O1 und O139 ausgelöst, nicht-toxigene Stämme (NTVC) können eine Vielzahl anderer Infektionen mit möglichem letalem Ausgang auslösen. Verursacht durch den Klimawandel kam es in den letzten 20 Jahren in Europa zu einem Anstieg von NTVC Infektionen. In Niederösterreich traten erstmals 2015 zwei extrem schwere Fälle (einer davon tödlich) auf, die mit Badeaktivitäten während einer extremen sommerlichen Hitzeperiode assoziiert waren. Bis dato sind die entscheidenden Faktoren, die das NTVC Vorkommen in Binnenbadegewässern steuern, nicht ausreichend bekannt. Diese Information und das Vorhandensein verlässlicher NTVC Bestimmungsmethoden sind Voraussetzung für Vorhersagemodelle und Frühwarnsysteme für NTVC. Neben Kultivierungsverfahren wurden molekularbiologische und zellbasierte Methoden entwickelt. Bisher hat sich die Kombination aus spezifischer Fluoreszenzmarkierung und Festphasenzytometrie als beste Methode erwiesen.
Dennoch kann in diesem Verfahren V.cholerae nicht von nahe verwandten Arten unterschieden werden, es ist äußerst aufwändig und teuer. In diesem Projekt wird deshalb ein Verfahren auf Basis alternativer Erkennungsmoleküle –APTAMERE– entwickelt. Aptamere sind kurze Oligonukleotide die ihre Zielmoleküle mit hoher Selektivität und Affinität binden. Sie wurden in vielen Anwendungen als Antikörpern gleichwertig dargestellt. Sobald ein Aptamer identifiziert ist, können sie zu geringen Kosten in unlimitierter Menge produziert werden. Bis dato aber gibt es keine Aptamere für V.cholerae.
Zwei Hauptziele sollen erreicht werden. Erstens sollen die V.cholerae Abundanzen in repräsentativen Badegewässern unter Berücksichtigung ökologischer, zeitlicher und räumlicher Gradienten umfassend dokumentiert und zweitens eine neue innovative Aptamer-basierte Methode für die verbesserte Quantifizierung von V.cholerae entwickelt werden.
Vorhersagemodelle für die Verbreitung von NTVC in Badegewässern sollen als Tool für Risikoabschätzungen entwickelt werden, sowie einfache Protokolle für die kultivierungsunabhängige Quantifizierung von V.cholerae. Dadurch wird das Projekt zu einer besseren Vorbeugung und Volksgesundheit hinsichtlich NTVC in Badegewässern und toxigenen V.cholerae in Wasserressourcen beitragen. Die generierten Aptamerprodukte, Anwendungen und das geistige Eigentum sollen über das Projekt hinaus in translationalen Folgeprojekten, spin-off Firmen oder der Vergabe an lokale Drittfirmen verwertet werden. Das Projekt trägt direkt zum prioritären Forschungsschwerpunkt “Intelligente Indikationssysteme und Diagnostik” innerhalb der jüngsten FTI Strategie für Niederösterreich bei. Nachhaltige Kollaboration zwischen den Projektpartnern innerhalb des Interuniversitären Kooperationszentrums Wasser & Gesundheit wird gestärkt. Das Projekt soll somit nachhaltig dem Land Niederösterreich auf mehreren Ebenen Nutzen bringen.

Hintergrund

Seltene Erden werden in elektronischen Geräten wie Handys, Computern oder Energiesparlampen eingesetzt. Deren Verfügbarkeit ist aber beschränkt und es gibt keine umweltfreundlichen Recyclingmethoden. Die aufwändige und teure Gewinnung, wie auch das knappe Angebot dieser Rohstoffe auf dem Weltmarkt lässt die Preise von seltenen Erden kontinuierlich wachsen. Durch den stetigen technischen Fortschritt ist es heute bereits abzusehen, dass sich die Versorgungslage von Seltenen Erden als kritisch erweisen wird und dadurch der Ausbau von Zukunftstechnologien gefährdet sein kann.

Dieser Entwicklung wollen die Projektpartner mit einer neuen Technologie begegnen. Hierfür wird eine noch nie eingesetzte Variante verwendet, das Recycling durch Mikroorganismen (Bakterien und Algen). Ziel des internationalen Konsortiums von Projektpartnern ist es gemeinsam mit der regionalen Industrie eine anwendbare Recycling-Technologie zu entwickeln, die Seltene Erden aus Elektronikschrott rückgewinnen kann und diese Technologie anschließend für die Wirtschaft nutzbar zu machen. Das Konsortium steht in ständigem Austausch mit den strategischen Partnern, wodurch garantiert werden kann, dass der Market-Need und die technologischen Möglichkeiten der Wirtschaft in der Entwicklung berücksichtigt werden.