FOR 5095:  Interaktionen von Schadstoffen, Antibiotikaresistenz und Pathogenen in einem sich ändernden Abwasserbewässerungssystem

• Fachliche Zuordnung: Agrar-, Forstwissenschaften und Tiermedizin
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 431531292

Die Nutzung von Abwasser zur Bewässerung in der Landwirtschaft ist eine entscheidende Möglichkeit, die Effizienz der Wassernutzung zu erhöhen, Wasserknappheit zu mindern und die Nahrungsmittelproduktion zu steigern. Eine Behandlung von Abwasser vor der Nutzung in der Landwirtschaft wird generell empfohlen, um Umwelt- und Gesundheitsrisiken zu reduzieren. Die Umstellung von einer Bewässerung mit unbehandeltem auf eine Bewässerung mit behandeltem Abwasser führt zu einer Reduktion des Eintrages von organischem Kohlenstoff, Nährstoffen und vielen Schadstoffen. Jedoch können durch die Umstellung auf eine Bewässerung mit behandeltem Abwasser auch Schadstoffe mobilisiert werden, die sich in der Vergangenheit im Boden während der Bewässerung mit unbehandeltem Abwasser akkumuliert haben. Wir postulieren daher, dass die Implementierung einer konventionellen Abwasserbehandlung in etablierten Bewässerungssystemen, die unbehandeltes Abwasser genutzt haben, mit bislang unvorhergesehenen Risiken verbunden ist. Diese Risiken ergeben sich i) aus der Remobilisierung der in der Vergangenheit im Boden akkumulierten Schadstoffe, die zu Schadstoffkonzentrationen in Böden und Pflanzen führt, die eine (Ko-)Selektion von Antibiotikaresistenzen bewirken und ii) durch eine in der Folge gesteigerte Selektion und Ausbreitung von resistenten Bakterien und Resistenzgenen. Zur Beurteilung des Ausmaßes und der Relevanz dieser Risiken fehlt jedoch ein grundlegendes Verständnis der (Ko)-Selektionsprozesse resistenter Bakterien und des Transfers von Resistenzgenen unter dem Einfluss subinhibitorischer Konzentrationen von Antibiotikawirkstoffen und Desinfektionsmitteln und ihrer Kombinationen in Böden und Pflanzen. Außerdem sind räumliche und sorptive Kontrollfaktoren dieser Interaktionen wenig erforscht. Kaum untersucht ist auch die Kopplung des Verhaltens und der Effekte von Antibiotika und Desinfektionsmitteln unter subtropischen Bedingungen, unter denen erhöhte Temperaturen sowohl die Selektion von resistenten Bakterien, aber auch die Dissipation von organischen Schadstoffen in einem bislang unbekannten Ausmaß steigern können. Die Implementierung einer Abwasserbehandlung im weltweit größten Abwasserbewässerungssystem Mexico City-Valle Mezquital bietet die Chance, das erforderliche Prozessverständnis für die Beurteilung der oben genannten Risiken zu gewinnen. Die vorgeschlagene Forschungsgruppe wird die kontrollierenden Mechanismen der Dynamiken von Schadstoffen und multiresistenter Bakterien während des Überganges von einer Bewässerung mit unbehandeltem Abwasser hin zu einer Bewässerung mit behandeltem Abwasser aufklären. Eine solche Forschungsgruppe wird darüber hinaus ein grundlegendes Prozessverständnis der Interaktionen zwischen dem Verhalten unterschiedlicher Schadstoffe und Bakterien sowie der Selektion und Ausbreitung von Antibiotikaresistenzen in Agrarökosystemen liefern.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Internationaler Bezug: Mexiko

Projekte

• Auswirkungen von Bewässerungswasserqualität und Bodentyp auf das boden- und pflanzenassoziierte Mikrobiom, Abundanz, Diversität und Übertragbarkeit von Antibiotikaresistenzgenen in gramnegativen Bakterien (Antragstellerin Smalla, Kornelia )
• Bedeutung von natürlichen Nanopartikeln und Kolloiden für die Mobilität und Bioverfügbarkeit von Antibiotika im Boden (Antragstellerinnen / Antragsteller Amelung, Wulf ;  Braun, Melanie )
• Einfluss der Qualität des Bewässerungswassers und des Bodentyps auf das Boden- und Pflanzen-assoziierte Mikrobiom, die Abundanz, Diversität und Übertragungsfähigkeit von Antibiotikaresistenzgenen in Gram-positiven Bakterien (Antragstellerin Grohmann, Elisabeth )
• Evolution and Selektion von resistenten Bakterien in in der Gegenwart von subinhibitorischen Konzentrationen von Mikroschadstoffen (Antragstellerin Bierbaum, Gabriele )
• Freisetzung und Dissipation von Antibiotika und Desinfektionsmitteln in verschiedenen Bodentypen in Abhängigkeit der Bewässerungswasserqualität (Antragstellerinnen / Antragsteller Mulder, Ines ;  Siemens, Jan )
• Integrierte Modellierung der Selektion resistenter Bakterien und des horizontalen Transfers von Resistenzgenen, die durch die Exposition mit Antibiotika und Desinfektionsmitteln verursacht werden (Antragstellerin Zarfl, Christiane )
• Isolation und Charakterisierung von Resistenzgentragenden Umwelt- und Fäkalbakterien (Antragstellerin Glaeser, Stefanie P. )
• Koordinationsfonds (Antragsteller Siemens, Jan )

• Sprecher: Professor Dr. Jan Siemens