Universiẗat, Diss., 2004--Bremen. / Erscheinungsjahr an der Haupttitelstelle: 2003.

Dreikantmuscheln (Dreissena polymorpha) sind aufgrund ihrer speziellen Ernährungsweise in der Lage, erhebliche Wassermengen unterschiedlichster Qualität sehr effektiv zu filtrieren und dabei zu reinigen (Biofilter). Ziel der Arbeit waren Einschätzungen zum Leistungsumfang, der Nutzung und von Grenzen des Muschelfilters. Die Exposition der Muscheln erfolgte in der Elbe am Neustädter Hafen in Dresden (Oberflächengewässer), in dem ersten und zweiten Schönungsteich der Kläranlage Reichenau (Sachsen) und in einem Waldbad in Langebrück (Badegewässer). Eine wirksame Elutionsmethode war die Grundlage um Mikroorganismen (Bakterien, Viren und Parasiten) aus dem Muschelgewebe effizient nachweisen zu können. Die bakterielle Wiederfindungsrate von 86% und eine Wiederfindung von 97% für Bakteriophagen bestätigen die Elutionseffizienz des Verfahrens. Die Befähigung von Dreissena polymorpha zu einer saisonal beeinflussten Bioakkumulation gegenüber dem Umgebungswasser konnte durch ein Monitoring mit einem Anreicherungsfaktor für Bakterien von 87 (gemittelt) und für Bakteriophagen von 261 (gemittelt) eindrucksvoll bestätigt werden. Batchversuche im Labormaßstab bestätigten die im in situ - Monitoring ermittelte Bakterienakkumulation und demonstrieren darüber hinaus eine temperaturabhängige Inaktivierung (Elimination) der Bakterien (Intestinale Enterokokken) durch die Muscheln mit Reduktionsraten von -77% bei 20°C bzw. -61% bei 6°C. Nicht alle aufgenommenen Organismen werden durch die Muscheln inaktiviert. Das ergaben die in situ Sedimentuntersuchungen unter dem Muschelfilter. Die Verdopplung der Enterokokken sowie die erhöhten Werte der somatischen Coliphagen im Sediment unter Muschelbesatz charakterisieren dieses Kompartiment als Keimreservoir. Die bakterielle Besiedlung des Verdauungstraktes von Dreissena polymorpha wird stark durch die Bakterienzönose des umgebenden Wassers beeinflusst. Sowohl im Wasser als auch im Muschelgewebe dominierten fünf Bakterienstämme (Actinobacteria, Proteobacteria, Bacteroidetes, Firmicutes,"environmental group"). Eine auffallend hohe Dominanz zeigten die Mycoplasmen (Firmicutes), was auf eine mögliche ökologische Nische für Vertreter dieser Gattung in der Muschel hindeutet. In allen Muscheleluaten des Monitorings wurden Legionellen nachgewiesen. Die Muscheln des Teiches 2 der KA Reichenau zeigten mit 86% die höchste Kontamination aller Expositionsorte. Legionellenamplifikate im Muscheleluat 2 gingen kontinuierlich mit ebenfalls positiven Befunden im Wasser einher, so dass der Einsatz von Dreissena polymorpha auch im Biomonitoring von Legionellaceae möglich ist. Erstmalig wurden in der Elbe und im Abwasser der KA Reichenau E. coli O157:H7 infizierenden Phagen und deren Anteile nachgewiesen. Die Elbe lag mit einem E. coli O157:H7 infizierenden Phagenanteil von 7,5% deutlich über dem Rohabwasser (1,0%) und dem Zulauf zum ersten Schönungsteich der Kläranlage (0,5%). Der Stx Gennachweis im Muscheleluat war dagegen nur in einer von 24 Proben erfolgreich. Enterale Viren (AdV, EV) wurden in den Dreikantmuscheln und ihrem Umgebungswasser diskontinuierlich nachgewiesen. Enteroviren wurden im Wasser (57% gemittelt) häufiger als in der parallelen Muschelproben (10%) nachgewiesen. Parasiten (Giardia lamblia und Cryptosporidium parvum) werden durch die exponierten Muscheln aufgenommen, dies bestätigten die qualitativen Testergebnisse. In den Dreikantmuscheln wurde sowohl für G. lamblia (78%), als auch für Cryptosporidien (77%) eine durchschnittlich höhere Nachweisrate im Vergleich zu den korrespondierenden Wasserproben (42% und 36%) ermittelt. Die effiziente Akkumulation und die Umweltresistenz der Dreikantmuscheln sind hervorragende Eigenschaften, die sich zu einem zuverlässigen Biomonitor mit "Hygienegedächtnis" und hoher Sensibilität vereinen lassen.

Objective: National and supranational directives (EU-bathing water directiv, WHO directives) exist to examine the bathing-water quality with concern to public health criteria. E.coli, Intestinal enterococci and Enteroviruses serve as indicators for the contamination of a water with pathogenic bacteria and viruses. As an valuable indicators for the viral contamination bacteriophages are discussed. The aim of this work is the evaluation of somatic and F+ RNA coliphages as indicators of a contamination with enteric viruses considering a lignite mining lake as example. Approach: In weekly intervals, the concentration of bacterial and viral indicators, as well as the presence or absence of enteric viruses in the mining lake "Werbeliner See" (central German lignite mining area), in the flooding water and in the sewage plant Leipzig-Rosental, which significantly influences the flooding water, was examined. The paramters E.coli, Intestinal enterococci and spores of Clostridium perfringens serve as indicators for the hygienic state. As possible indicators of a viral contamination, somatic and F+ RNA coliphages were examined. Several hygienic relevant enteric viruses (Entero-, Noro-, Astro-, Adeno-, Rota- and Hepatitis A-viruses) were detected by means of adequate molecular biological methods and enumerated. Results: 1. The sewage plant Leipzig-Rosental eliminated fecal bacteria and bacteriophages very efficiently (about two logs), however the reduction of E.coli and enterococci was significant higher then the reduction of Cl.perfringens-spores and bacteriophages. The purification capacity benefits from the application of chemical precipitants (Fe (III) cloride / sulfate). 2. The reduction of genomes of Noro-, Astro- and Enteroviruses by the sewage plant was in the range of one to two logs. 3. All examined viruses could be detected in the inflow and the outflow of the sewage plant during the time of examination. 4. The concentration of fecal bacteria in the lake Werbeliner See was very low. The requirements by the EU-bathing water directive (76/160/EWG) with 2000 . (100 ml)-1 (E.coli, imperial value) and 100 . (100 ml)-1 (enterococci, guide value), respectively, were under-run clearly, also concerning the individual sampling days. 81 % and 92 % of the samples of the lake Werbeliner See (except the inflow site) were below the detection limit of 0,1 PFU . ml-1 for somatic and F+ RNA coliphages, respectively. 5. In contrast, DNA and RNA of all examined virus could be found in the lake. Quantitative PCR reveald a virus load between 0 und 105 Gen.equiv. . l-1 for Entero-, Noro- and Astroviruses. 6. The detection of infectious Enteroviruses on BGM cell lines yielded one positve sample (=1,2%). Since the concentration of Enterovirus genomes in the quantitative PCR was three to four log-steps lower then this of the Noro- and Astroviruses, one could specualte, that the concentration of infectious Noro- and Astroviruses in the lake was quite high. 7. The low rate of positive infectious Enteroviruses in the lake reflects the low concentration of bacteriophages. But the direct comparison of the concentration of bacteriophages with the concentration of infectious Enteroviruses in the flooding water casts doubt on the indicatior value of bacteriophages regarding Enteroviruses. In conclusion, this finding suggests that an exclusive indication of bacteriophages concerning a contamination with Enteroviruses is not possible. 8. The use of bacteriophages as indicators of a wider range of enteric viruses could attenuate this discrepancy by the epidemiological more frequent appearance of enteric viruses as a sum. 9. In this context bacteriophages could, due to their comparatively high resistence, have a key function in the assesment of the hygienic quality of a water sample. / Problemstellung: Um die hygienische Qualität von Badegewässern zu beurteilen existieren nationale und übernationale Richtlinien (EU-Badegewässerrichtlinie, WHO-Richtlinien). E.coli, Intestinale Enterokokken und Enteroviren dienen dabei als Indikatoren für die Belastung des Gewässers mit humanpathogenen Keimen bzw. Viren. Als Indikatoren für die virale Belastung sind in diesem Zusammenhang unter anderem Bakteriophagen im Gespräch. Gegenstand dieser Arbeit sind die Evaluierung von Somatischen und F+ RNA Coliphagen als Indikatoren für die Kontamination mit enteralen Viren am Beispiel eines Tagebausee sowie die Dokumentation der hygienischen Wasserqualität des Tagebausees unter Berücksichtigung des Flutungswassers. Vorgehensweise: In wöchentlichen Routineuntersuchungen wurden die Konzentrationen bakterieller und viraler Indikatoren, sowie die An- oder Abwesenheit enteraler Viren im Tagebausee "Werbeliner See" untersucht. Verschiedene, hygienische relevante enterale Viren (Entero-, Noro-, Astro-, Adeno-, Rotaviren, sowie Hepatitis A-Viren) wurden mittels geeigneter molekularbiologischer und zellkultureller Methoden detektiert und quantifiziert. Ergebnisse: 1. Die Kläranlage Leipzig-Rosental eliminierte sehr effizient (ca. zwei Größenordnungen) fäkale Bakterien und Bakteriophagen, wobei die Reduktion von E.coli und Enterokokken signifikant höher war als die von Cl.perfringens-Sporen und Bakteriophagen. Die Reinigungsleistung wird durch den Einsatz von chemischen Fällmitteln (Eisen-(III)-Chlorid / -Sulfat-Salze) begünstigt. 2. Noro-, Astro- und Enteroviren, für die quantitative Untersuchungen durchgeführt worden, konnten durch die Kläranlage um ein bis zwei Größenordnungen reduziert werden. 3. Alle untersuchten Viren konnten in Zu- und Ablauf der Kläranlage molekularbiologisch nachgewiesen werden. 4. Die Konzentration fäkaler Bakterien im Werbeliner See war sehr gering. Die Vorgaben der EU-Badegewässerrichtlinie (76/160/EWG) von 2000 . (100 ml)-1 (E.coli, Grenzwert) bzw. 100 . (100 ml)-1 (Enterokokken, Leitwert) wurden dabei, auch bezogen auf die einzelnen Probenahmetage, deutlich unterschritten. 81 % bzw. 92 % der Seeproben (außer Einleitungsstelle) lagen unterhalb der Nachweisgrenze von 0,1 PFU . ml-1 für Somatische- bzw. F+ RNA Coliphagen. 5. Im Kontrast dazu konnte DNA bzw. RNA aller untersuchten Viren im See gefunden werden. Die genomische Viruslast der mittels real-time-PCR detektierten Entero-, Noro- und Astroviren lag zwischen 0 und 105 Gen.äquiv. . l-1. 6. Der Nachweis infektiöser Enteroviren auf BGM-Zellen im Werbeliner See ergab ein einzelnes positives Ergebnis im Untersuchungszeitraum (= 1,2 %). Allerdings lag die Konzentration detektierter Enteroviren-Genome im Mittel drei bis vier Größenordnungen unter der Konzentration von Noro- und Astroviren. Es kann deshalb spekuliert werden, dass für diese Viren ebenfalls ein hoher Anteil infektiöser Proben zu erwarten gewesen wäre. 7. Die niedrige Nachweisrate infektiöser Enteroviren im Werbeliner See spiegelte sich in der sehr niedrigen Konzentration an Bakteriophagen wider. Allerdings lässt der direkte Vergleich der Bakteriophagenkonzentration mit dem Nachweis infektiöser Enteroviren im Flutungswasser Zweifel am Indikatorwert von Bakteriophagen für eine Kontamination mit Enteroviren aufkommen. Eine exklusive Indikation von Bakteriophagen bezüglich einer Kontamination mit Enteroviren scheint anhand dieser Befunde nicht möglich. 8. E.coli und Enterokokken wurden in Laborversuchen unter verschiedenen Versuchsbedingungen signifikant schneller inaktiviert als Somatische Coliphagen und Noroviren. Gleiches galt im Vergleich zu Cl. perfringens-Sporen, Astroviren und F+ RNA Coliphagen. 9. Bakteriophagen könnten deshalb auf Grund ihrer vergleichsweise hohen Resistenz eine wichtige Schlüsselfunktion für die Beurteilung der hygienischen Qualität einer Wasserprobe spielen.

Objective: National and supranational directives (EU-bathing water directiv, WHO directives) exist to examine the bathing-water quality with concern to public health criteria. E.coli, Intestinal enterococci and Enteroviruses serve as indicators for the contamination of a water with pathogenic bacteria and viruses. As an valuable indicators for the viral contamination bacteriophages are discussed. The aim of this work is the evaluation of somatic and F+ RNA coliphages as indicators of a contamination with enteric viruses considering a lignite mining lake as example. Approach: In weekly intervals, the concentration of bacterial and viral indicators, as well as the presence or absence of enteric viruses in the mining lake "Werbeliner See" (central German lignite mining area), in the flooding water and in the sewage plant Leipzig-Rosental, which significantly influences the flooding water, was examined. The paramters E.coli, Intestinal enterococci and spores of Clostridium perfringens serve as indicators for the hygienic state. As possible indicators of a viral contamination, somatic and F+ RNA coliphages were examined. Several hygienic relevant enteric viruses (Entero-, Noro-, Astro-, Adeno-, Rota- and Hepatitis A-viruses) were detected by means of adequate molecular biological methods and enumerated. Results: 1. The sewage plant Leipzig-Rosental eliminated fecal bacteria and bacteriophages very efficiently (about two logs), however the reduction of E.coli and enterococci was significant higher then the reduction of Cl.perfringens-spores and bacteriophages. The purification capacity benefits from the application of chemical precipitants (Fe (III) cloride / sulfate). 2. The reduction of genomes of Noro-, Astro- and Enteroviruses by the sewage plant was in the range of one to two logs. 3. All examined viruses could be detected in the inflow and the outflow of the sewage plant during the time of examination. 4. The concentration of fecal bacteria in the lake Werbeliner See was very low. The requirements by the EU-bathing water directive (76/160/EWG) with 2000 . (100 ml)-1 (E.coli, imperial value) and 100 . (100 ml)-1 (enterococci, guide value), respectively, were under-run clearly, also concerning the individual sampling days. 81 % and 92 % of the samples of the lake Werbeliner See (except the inflow site) were below the detection limit of 0,1 PFU . ml-1 for somatic and F+ RNA coliphages, respectively. 5. In contrast, DNA and RNA of all examined virus could be found in the lake. Quantitative PCR reveald a virus load between 0 und 105 Gen.equiv. . l-1 for Entero-, Noro- and Astroviruses. 6. The detection of infectious Enteroviruses on BGM cell lines yielded one positve sample (=1,2%). Since the concentration of Enterovirus genomes in the quantitative PCR was three to four log-steps lower then this of the Noro- and Astroviruses, one could specualte, that the concentration of infectious Noro- and Astroviruses in the lake was quite high. 7. The low rate of positive infectious Enteroviruses in the lake reflects the low concentration of bacteriophages. But the direct comparison of the concentration of bacteriophages with the concentration of infectious Enteroviruses in the flooding water casts doubt on the indicatior value of bacteriophages regarding Enteroviruses. In conclusion, this finding suggests that an exclusive indication of bacteriophages concerning a contamination with Enteroviruses is not possible. 8. The use of bacteriophages as indicators of a wider range of enteric viruses could attenuate this discrepancy by the epidemiological more frequent appearance of enteric viruses as a sum. 9. In this context bacteriophages could, due to their comparatively high resistence, have a key function in the assesment of the hygienic quality of a water sample. / Problemstellung: Um die hygienische Qualität von Badegewässern zu beurteilen existieren nationale und übernationale Richtlinien (EU-Badegewässerrichtlinie, WHO-Richtlinien). E.coli, Intestinale Enterokokken und Enteroviren dienen dabei als Indikatoren für die Belastung des Gewässers mit humanpathogenen Keimen bzw. Viren. Als Indikatoren für die virale Belastung sind in diesem Zusammenhang unter anderem Bakteriophagen im Gespräch. Gegenstand dieser Arbeit sind die Evaluierung von Somatischen und F+ RNA Coliphagen als Indikatoren für die Kontamination mit enteralen Viren am Beispiel eines Tagebausee sowie die Dokumentation der hygienischen Wasserqualität des Tagebausees unter Berücksichtigung des Flutungswassers. Vorgehensweise: In wöchentlichen Routineuntersuchungen wurden die Konzentrationen bakterieller und viraler Indikatoren, sowie die An- oder Abwesenheit enteraler Viren im Tagebausee "Werbeliner See" untersucht. Verschiedene, hygienische relevante enterale Viren (Entero-, Noro-, Astro-, Adeno-, Rotaviren, sowie Hepatitis A-Viren) wurden mittels geeigneter molekularbiologischer und zellkultureller Methoden detektiert und quantifiziert. Ergebnisse: 1. Die Kläranlage Leipzig-Rosental eliminierte sehr effizient (ca. zwei Größenordnungen) fäkale Bakterien und Bakteriophagen, wobei die Reduktion von E.coli und Enterokokken signifikant höher war als die von Cl.perfringens-Sporen und Bakteriophagen. Die Reinigungsleistung wird durch den Einsatz von chemischen Fällmitteln (Eisen-(III)-Chlorid / -Sulfat-Salze) begünstigt. 2. Noro-, Astro- und Enteroviren, für die quantitative Untersuchungen durchgeführt worden, konnten durch die Kläranlage um ein bis zwei Größenordnungen reduziert werden. 3. Alle untersuchten Viren konnten in Zu- und Ablauf der Kläranlage molekularbiologisch nachgewiesen werden. 4. Die Konzentration fäkaler Bakterien im Werbeliner See war sehr gering. Die Vorgaben der EU-Badegewässerrichtlinie (76/160/EWG) von 2000 . (100 ml)-1 (E.coli, Grenzwert) bzw. 100 . (100 ml)-1 (Enterokokken, Leitwert) wurden dabei, auch bezogen auf die einzelnen Probenahmetage, deutlich unterschritten. 81 % bzw. 92 % der Seeproben (außer Einleitungsstelle) lagen unterhalb der Nachweisgrenze von 0,1 PFU . ml-1 für Somatische- bzw. F+ RNA Coliphagen. 5. Im Kontrast dazu konnte DNA bzw. RNA aller untersuchten Viren im See gefunden werden. Die genomische Viruslast der mittels real-time-PCR detektierten Entero-, Noro- und Astroviren lag zwischen 0 und 105 Gen.äquiv. . l-1. 6. Der Nachweis infektiöser Enteroviren auf BGM-Zellen im Werbeliner See ergab ein einzelnes positives Ergebnis im Untersuchungszeitraum (= 1,2 %). Allerdings lag die Konzentration detektierter Enteroviren-Genome im Mittel drei bis vier Größenordnungen unter der Konzentration von Noro- und Astroviren. Es kann deshalb spekuliert werden, dass für diese Viren ebenfalls ein hoher Anteil infektiöser Proben zu erwarten gewesen wäre. 7. Die niedrige Nachweisrate infektiöser Enteroviren im Werbeliner See spiegelte sich in der sehr niedrigen Konzentration an Bakteriophagen wider. Allerdings lässt der direkte Vergleich der Bakteriophagenkonzentration mit dem Nachweis infektiöser Enteroviren im Flutungswasser Zweifel am Indikatorwert von Bakteriophagen für eine Kontamination mit Enteroviren aufkommen. Eine exklusive Indikation von Bakteriophagen bezüglich einer Kontamination mit Enteroviren scheint anhand dieser Befunde nicht möglich. 8. E.coli und Enterokokken wurden in Laborversuchen unter verschiedenen Versuchsbedingungen signifikant schneller inaktiviert als Somatische Coliphagen und Noroviren. Gleiches galt im Vergleich zu Cl. perfringens-Sporen, Astroviren und F+ RNA Coliphagen. 9. Bakteriophagen könnten deshalb auf Grund ihrer vergleichsweise hohen Resistenz eine wichtige Schlüsselfunktion für die Beurteilung der hygienischen Qualität einer Wasserprobe spielen.

Dreikantmuscheln (Dreissena polymorpha) sind aufgrund ihrer speziellen Ernährungsweise in der Lage, erhebliche Wassermengen unterschiedlichster Qualität sehr effektiv zu filtrieren und dabei zu reinigen (Biofilter). Ziel der Arbeit waren Einschätzungen zum Leistungsumfang, der Nutzung und von Grenzen des Muschelfilters. Die Exposition der Muscheln erfolgte in der Elbe am Neustädter Hafen in Dresden (Oberflächengewässer), in dem ersten und zweiten Schönungsteich der Kläranlage Reichenau (Sachsen) und in einem Waldbad in Langebrück (Badegewässer). Eine wirksame Elutionsmethode war die Grundlage um Mikroorganismen (Bakterien, Viren und Parasiten) aus dem Muschelgewebe effizient nachweisen zu können. Die bakterielle Wiederfindungsrate von 86% und eine Wiederfindung von 97% für Bakteriophagen bestätigen die Elutionseffizienz des Verfahrens. Die Befähigung von Dreissena polymorpha zu einer saisonal beeinflussten Bioakkumulation gegenüber dem Umgebungswasser konnte durch ein Monitoring mit einem Anreicherungsfaktor für Bakterien von 87 (gemittelt) und für Bakteriophagen von 261 (gemittelt) eindrucksvoll bestätigt werden. Batchversuche im Labormaßstab bestätigten die im in situ - Monitoring ermittelte Bakterienakkumulation und demonstrieren darüber hinaus eine temperaturabhängige Inaktivierung (Elimination) der Bakterien (Intestinale Enterokokken) durch die Muscheln mit Reduktionsraten von -77% bei 20°C bzw. -61% bei 6°C. Nicht alle aufgenommenen Organismen werden durch die Muscheln inaktiviert. Das ergaben die in situ Sedimentuntersuchungen unter dem Muschelfilter. Die Verdopplung der Enterokokken sowie die erhöhten Werte der somatischen Coliphagen im Sediment unter Muschelbesatz charakterisieren dieses Kompartiment als Keimreservoir. Die bakterielle Besiedlung des Verdauungstraktes von Dreissena polymorpha wird stark durch die Bakterienzönose des umgebenden Wassers beeinflusst. Sowohl im Wasser als auch im Muschelgewebe dominierten fünf Bakterienstämme (Actinobacteria, Proteobacteria, Bacteroidetes, Firmicutes,"environmental group"). Eine auffallend hohe Dominanz zeigten die Mycoplasmen (Firmicutes), was auf eine mögliche ökologische Nische für Vertreter dieser Gattung in der Muschel hindeutet. In allen Muscheleluaten des Monitorings wurden Legionellen nachgewiesen. Die Muscheln des Teiches 2 der KA Reichenau zeigten mit 86% die höchste Kontamination aller Expositionsorte. Legionellenamplifikate im Muscheleluat 2 gingen kontinuierlich mit ebenfalls positiven Befunden im Wasser einher, so dass der Einsatz von Dreissena polymorpha auch im Biomonitoring von Legionellaceae möglich ist. Erstmalig wurden in der Elbe und im Abwasser der KA Reichenau E. coli O157:H7 infizierenden Phagen und deren Anteile nachgewiesen. Die Elbe lag mit einem E. coli O157:H7 infizierenden Phagenanteil von 7,5% deutlich über dem Rohabwasser (1,0%) und dem Zulauf zum ersten Schönungsteich der Kläranlage (0,5%). Der Stx Gennachweis im Muscheleluat war dagegen nur in einer von 24 Proben erfolgreich. Enterale Viren (AdV, EV) wurden in den Dreikantmuscheln und ihrem Umgebungswasser diskontinuierlich nachgewiesen. Enteroviren wurden im Wasser (57% gemittelt) häufiger als in der parallelen Muschelproben (10%) nachgewiesen. Parasiten (Giardia lamblia und Cryptosporidium parvum) werden durch die exponierten Muscheln aufgenommen, dies bestätigten die qualitativen Testergebnisse. In den Dreikantmuscheln wurde sowohl für G. lamblia (78%), als auch für Cryptosporidien (77%) eine durchschnittlich höhere Nachweisrate im Vergleich zu den korrespondierenden Wasserproben (42% und 36%) ermittelt. Die effiziente Akkumulation und die Umweltresistenz der Dreikantmuscheln sind hervorragende Eigenschaften, die sich zu einem zuverlässigen Biomonitor mit "Hygienegedächtnis" und hoher Sensibilität vereinen lassen.