«Es braucht eine bessere Verknüpfung von Forschung und Praxis im Trinkwasserbereich»

Welche Entwicklungen gab es in der Trinkwassermikrobiologie seit ihren Anfängen im 19. Jahrhundert?

Frederik Hammes: Die Trinkwassermikrobiologie und vor allem die Forschung auf diesem Gebiet ist weit gekommen. Gerade in den letzten beiden Dekaden wurde eine grosse Anzahl spannender neuer Nachweis- und Charakterisierungsmethoden entwickelt. Dazu gehören die Durchflusszytometrie samt verschiedenen Anfärbeverfahren, die Verwendung spezifischer Antikörper, qPCR (quantitative Echtzeit-PCR) und Aktivitätstests, wie ATP-Messungen.

Ganz neue Möglichkeiten eröffnen auch in den letzten Jahren entwickelte Sequenzierungsverfahren, die häufig als Sequenzierung der nächsten Generation (engl. next generation sequencing, NGS) bezeichnet werden. Mit diesen lassen sich in kurzer Zeit und auch zu erschwinglichen Preisen Wasserproben untersuchen. So lassen sich die Mikroorganismen in der Probe auf Gattungsniveau identifizieren, woraus eine relative Zusammensetzung der Bakterienpopulation abgeleitet werden kann. Es gibt also zahlreiche interessante Methoden, durch deren Anwendung wir in der Trinkwassermikrobiologie viel dazu gelernt haben, sodass wir mittlerweile die Zusammenhänge um einiges besser verstehen.

«Forschungsseitig hat sich viel getan. Schaut man aber an, was von der Forschung tatsächlich in die Gesetzgebung oder in die Praxis gelangt ist, so sieht das Bild nicht ganz so positiv aus.»

Stefan Kötzsch: Forschungsseitig hat sich wirklich enorm viel getan. Schaut man aber an, was von der Forschung tatsächlich in die Gesetzgebung oder in die Praxis gelangt ist, so sieht das Bild nicht ganz so positiv aus. Neue Verfahren haben es schwer, sich für Routineanwendungen durchzusetzen. Die Trinkwasser-
mikrobiologie war und ist ein sehr konservatives Feld. Gewachsene Vorsicht gekoppelt mit Traditionen und Erfahrungswerten, die sich über Jahrzehnte hinweg etabliert haben, machen es Neuheiten im Bereich der mikrobiologischen Analytik schwer. Erst nach mehreren Jahren der Erprobung werden diese in der Routine akzeptiert.

In der vor einem Jahr in Kraft getretenen Trink-, Bade- und Duschwasserverordnung (TBDV) sind im Anhang 1 die mikrobiologischen Anforderungen an Trinkwasser geregelt. Im Vergleich zur früheren Regelung in der Hygieneverordnung hat sich für Trinkwasser nichts geändert, die Nachweisverfahren basieren weiterhin auf der Plattierung. Wie beurteilen Sie die Regelungen der TBDV?

SK: Generell ist die Revision des Lebensmittelgesetzes und die damit verbundene Schaffung der TBDV ein willkommener und notwendiger Schritt gewesen. Die verantwortlichen Bundesbehörden und auch teilweise der Vollzug tun sich aber schwer mit der Akzeptanz neuer Methoden. Dies ist verständlich, weil neue Methoden meist «halbfertig» abgeliefert werden und weil eine längerfristige Zusammenarbeit zwischen Forschung und Routine oft fehlt. Dies liegt nicht zuletzt an den finanziellen Möglichkeiten, die in der Schweiz für den Bereich Trinkwasser zur Verfügung stehen. Hinzu kommt, dass es keine Plattform gibt, worüber neue Methoden gefestigt werden können, bevor sie in den komplexen Prozess einer internationalen Normung 
(z. B. EN oder ISO) eintreten. Mit dem Wegfall des Schweizerischen Lebensmittelbuches SLMB ist eine solche Plattform leider verschwunden. Die Methode der Totalzellzahlbestimmung mittels Durchflusszytometrie wurde entwickelt und damals vom BAG (heute BLV) getragen und empfohlen, indem sie in die SLMB-Sammlung aufgenommen wurde. Mit dem ersatzlosen Wegfall des SLMB hängt diese Methode wieder in der Luft. Es gibt keine Möglichkeit der Pflege und Weiterentwicklung der Methode.

Während die zentrale Wasserversorgung – auch wenn im Bereich Mikrobiologie auf veraltete Methoden wie die AMK-Bestimmung zurückgegriffen wird – relativ gut in der TBDV abgebildet ist, sieht es im Bereich der Trinkwasserinstallationen in Gebäuden schlechter aus. Es wird zwar die Forderung gestellt, dass das Trinkwasser z. B. keine gesundheitsrelevante Konzen-
tration von Krankheitserregern enthalten darf, aber weder Arten noch Konzentrationen werden angegeben.

Auch die Tatsache, dass das Wasser im Verteilnetz als Lebensmittel bzw. Trinkwasser behandelt wird, beim Austritt aus der Dusche aber zum Gebrauchsgegenstand wird, während es beim Austritt aus dem Hahn Trinkwasser bleibt, macht es nicht einfacher. Für den Gebrauchsgegenstand gelten nun z. B. Höchstwerte für Legionellen, nicht aber für das Trinkwasser. Diese Regelung ist wiederum auf öffentliche Gebäude beschränkt, wobei auch hier Unterschiede gemacht werden, sodass beispielsweise Personalduschen nicht unter die Gesetzgebung fallen. Der Verordnung mangelt es hier und da leider noch etwas an Konsistenz.

Seit über 10 Jahren erforschen Sie nun Anwendung der Durchflusszytometrie in der Trinkwassermikrobiologie. Welche Methoden haben Sie entwickelt?

FH: Wir haben durchflusszytometrische Methoden zur Bestimmung der Totalzellzahl im Trinkwasser wie auch der Anzahl intakter und toter Zellen etabliert. Diese Methode ist wiederum die Grundlage der Verfahren zur Ermittlung des assimilierbaren organischen Kohlenstoffs (AOC), der Quantifizierung von Biofilmen und der Bestimmung des Biofilmbildungspoten-
zials, die wir ebenfalls entwickelt haben. Auch auf dem Gebiet der Automatisierung der Durchflusszytometrie sind wir tätig. So haben wir Vorrichtungen für die Online- und Realtime-(Echtzeit-)Durchflusszytometrie konstruiert. Dabei ist das Online-Durchflusszytometer z. B. für die Überwachung einer Quelle über einige Monate gedacht, während mit der Realtime-Durchflusszytometrie die Kinetik schneller Reaktionen über mehrere Stunden verfolgt werden kann. Weiter beschäftigen wir uns mit dem Nachweis spezifischer Mikroorganismen mithilfe von Antikörpern und Durchflusszytometrie. Schliesslich haben wir auch die Methode der ATP-Bestimmung, insbesondere im niedrigen Konzentrationsbereich, weiterentwickelt.

«Die Forschung sollte sich vermehrt den Trinkwasser­installationen in Gebäuden widmen, weil hier noch viele Probleme lauern.»

Darüber hinaus wenden wir neue Methoden wie qPCR oder NGS an, nicht einzeln, sondern immer in Kombination mit anderen Verfahren. So konnten wir als eine der ersten Forschungsgruppen durch Kombination der Totalzellzahlbestimmung mittels Durchflusszytometrie und NGS das Vorkommen von Bakterien in Trinkwasserproben in absoluten Zahlen (und nicht nur als relative Anteile) angeben.

Aufgrund Ihrer Forschungsresultate fordern Sie ein Umdenken hinsichtlich der mikrobiologischen Beurteilung von Trinkwasser. In welche Richtung sollte neu gegangen werden? Wie könnte die TBDV diesbezüglich weiterentwickelt werden?

FH: Was es sicher braucht, sind Multitests, mit denen Trinkwasserproben auf die Anwesenheit mehrerer (opportunistischer) Krankheitserreger gleichzeitig untersucht werden können. Solch ein Screening-Test sollte unter anderem den Nachweis von Legionellen, Pseudomonas aeruginosa, Mykobakterien und Acetinobacter baumannii ermöglichen. Wahrscheinlich müssen unterschiedliche Tests für zentrale Wasserversorgungen und Trinkwasserinstallationen entwickelt werden. Bei den zentralen Versorgungen werden eher Bakterien fäkalen Ursprungs im Vordergrund stehen, während die vorher erwähnten Bakterien für Installationen in Gebäuden relevant sind. Zudem geht in meinen Augen der Trend hin zu einer Analyse und Beurteilung der Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft, des Mikrobioms, im Trinkwasser mithilfe von NGS.

Die Forschung sollte sich vermehrt den Trinkwasserinstallationen in Gebäuden widmen, weil hier noch viele Probleme lauern. Dabei sollte auch das Thema Biofilm stärker in den Fokus rücken. Darüber hinaus sollte sich der Schwerpunkt der Forschung weg vom reinen Monitoring und Beschreiben hin zu Möglichkeiten der Prävention, vor allem im Gebäudebereich, verlagern. Mit Forschung sollte beispielsweise Fragen zur aussagekräftigen Beprobung und Analyse wie auch zu den Auswirkungen präventiver Massnahmen auf den Grund gegangen werden. Wichtig ist dabei immer eine gute Zusammenarbeit zwischen Forschung und Praxis.

SK: In der TBDV sollten ausschliesslich Parameter samt Höchstwerten gelistet sein, für die spezifische Nachweismethoden vorhanden sind. Insgesamt sollte die TBDV auf pathogene oder opportunistisch pathogene Mikroorganismen fokussieren. Der Parameter AMK dagegen könnte aus der TBDV entfernt werden, da mittlerweile nachgewiesen wurde, dass er nicht hygienerelevant ist. Ein Parameter, der jedoch in den Anhang 1 der TBDV aufgenommen werden sollte, und zwar sowohl fürs Verteilnetz als auch für Trinkwasserinstallationen in Gebäuden, ist Pseudomonas aeruginosa. Die Parameter Totalzellzahl (TZZ) und intakte Zellzahl (IZZ) basierend auf der Durchflusszytometrie (mit und ohne life/dead-staining) könnten als Prozessparameter in Anhang 3 der TBDV oder in die SVGW-Leitlinie W12 für eine gute Verfahrenspraxis in Trinkwasserversorgungen aufgenommen werden. Auch sollte der Bereich der Trinkwasserverteilung im Gebäude in der TBDV mutiger geregelt werden, indem die entsprechenden Passagen weniger vage und ausweichend formuliert werden.

Um in der TBDV spezifische Krankheitserreger zu regeln, braucht es Nachweismethoden, am besten schnelle Methoden. Was tut sich auf dem Gebiet der Entwicklung solcher Methoden?

FH: Der Schwerpunkt liegt auf molekularen Methoden, insbesondere auf qPCR oder Sequenzierung (NGS). Es wird erwartet, dass diese Methoden in den nächsten Jahren schneller und einfacher werden. Entwicklungen gibt es auch auf dem Gebiet der Verfahren, in denen spezifische Antikörper für den Nachweis verwendet werden, oder auf dem Gebiet spezifischer Wachstums-Assays (z. B. Legiolert). Ich habe den Eindruck, dass es derzeit mehr Forschungsgelder für die Weiterentwicklung von qPCR-Methoden gibt. Ausserdem gibt es bereits recht viele Erfahrungswerte für qPCR-Nachweisverfahren, was ein grosser Vorteil gegenüber den antikörperbasierten Methoden ist.

«Sicherheit lässt sich nicht durch mehr Monitoring erreichen, sondern vielmehr durch geeignete technische Lösungen.»

Für den Parameter TZZ fehlen noch Erfahrungswerte, die man in die TBDV aufnehmen könnte. Wie lassen sich solche Erfahrungswerte ermitteln?

FH: Um zu Erfahrungswerten für die TZZ zu kommen, gibt es zwei Herangehensweisen. Entweder hat ein einzelner Wasserversorger die Möglichkeit, selber grosse Mengen an Daten zu sammeln, beispielsweise unter Anwendung der Online-Durchflusszytometrie, und so eigene Erfahrungswerte für sein Versorgungssystem zu erhalten. Die zweite Möglichkeit ist, die Daten von verschiedenen Wasserversorgungen zu sammeln und daraus für einzelne Elemente der Versorgung, z. B. für eine Karstquelle oder den Auslauf eines Langsamsandfilters, Bereiche abzuleiten, innerhalb derer sich die Erfahrungswerte typischerweise bewegen. Liegen die Messwerte einer einzelnen Versorgung in diesem typischen Bereich, dann ist wahrscheinlich alles Ordnung. Im anderen Fall sind weitergehende Untersuchungen angesagt.