Bestimmung der Persistenz von genetischen Fäkalmarkern und Fäkalindikatoren in Flusswasser für die Wasserqualitätsuntersuchung und -modellierung von morgen

Die Kenntnis über Persistenz bzw. den Zerfall genetischer fäkaler Marker ist eine grundlegende Voraussetzung für ihre Nutzung als Indikatoren, da ihr Verhalten in der Umwelt – im Gegensatz zu dem vieler chemischer Stoffe – von verschiedenen Prozessen beeinflusst wird. Obwohl PCR-basierte Diagnostik weltweit zunehmend zur Quantifizierung fäkaler Verunreinigungen in Wasserressourcen eingesetzt wird, ist das Wissen über die Stabilität genetischer fäkaler Marker bislang nur begrenzt verfügbar. Hier wird die – nach unserem Kenntnisstand – erste vergleichende Mikrokosmen-Studie vorgestellt, in der die Persistenz häufig verwendeter qPCR-basierter und primär human-assoziierter, genetischer fäkaler Marker (crAssphage bzw. HF183/BacR287 und BacHum) in einem großen europäischen Flusssystem untersucht wurde. Weiters wurde das Persistenzverhalten der kulturbasierten Fäkalindikator-Organismen (FIO) Escherichia coli, intestinale Enterokokken, Clostridium-perfringens-Sporen und somatische Coliphagen mit standardisierten Methoden bestimmt, um einen direkten Vergleich zwischen neuen molekularen und den auf Anzucht etablierten Verfahren zu ermöglichen. Für die Mikrokosmen wurde Flusswasser mit unbehandeltem Abwasser aus zwei kommunalen Mischwasserkanalisationen versetzt, und bei 8 °C bzw. 22 °C für bis zu 66 Tage gelagert. Zusätzlich wurden zwei Filtrationsmethoden für die Aufkonzentrierung der Mikroorganismen aus den Wasserproben getestet: ein Cellulose-Mischester-Filter (MCE), der für Viren/Phagen und Bakterien entwickelt wurde, und ein Polycarbonatfilter (PC), der ausschließlich Bakterien erfasst.

Als Maß für den Abbau eines Markers oder für die Inaktivierung eines FIO wurden T90-Werte – die Zeit bis zum Absinken der Konzentration eines Markers/FIO auf 10 % des Ausgangswerts, also eine Abbau- bzw. Inaktivierungsrate von 90 % – verwendet. Für crAssphage lagen die Werte zwischen 1,82 und 11,95 Tagen bei 8 °C bzw. 22 °C Inkubationstemperatur. Für die bakteriellen Marker wurden T90-Werte von 0,94 und bis zu 5,19 Tagen bei 8 °C bzw. 22 °C ermittelt. Die log-Reduktion nach 36 bzw. 66 Tagen betrug für crAssphage je nach Temperatur und Filtrationsbedingungen −1,65 log10 (97,8 %) und −3,35 log10 (99,95 %), während die bakteriellen Marker eine Reduktion von > −3,41 log10-Stufen (99,96 %) aufwiesen.

Der kombinierte Einsatz von crAssphage und bakteriellen genetischen Fäkalmarkern als weiterer Baustein in der Analytik der Wasserqualität stellt eine wertvolle Ergänzung zu etablierten kultivierungsbasierten Standardmethoden dar. Er ermöglicht darüber hinaus die Herkunftsbestimmung fäkaler Eintragsquellen (z. B. Mensch oder Tier) und kann auch für weiterführende Modellierungsansätze verwendet werden.

Dieser Artikel ist eine adaptierte und etwas verkürzte deutsche Version der internationalen englischen Peer-review-Publikation „Comparative evaluation of decay characteristics of commonly used genetic faecal markers crAssphage and Bacteroides in complex river water microcosms“, der 2026 in der Fachzeitschrift International Journal of Hygiene and Environmental Health erschienen ist.

Dieses Thema (DNA/RNA-Diagnostics und Microbial Source Tracking mit genetischen Fäkalmarkern) wurde im Zuge der Forschungskooperation Vienna Water Resource Systems 2020+ (VIWA 20+) beim Mid-Term Symposium 2025 behandelt.