Die Grundlagen für das Nationale Abwassermonitoring des BMASGPK wurden im Rahmen des Forschungsprojekts „Coron-A - Nachweis und Überwachung von SARS-CoV-2 Infektionen in Österreichs Bevölkerung mittels Abwasseranalysen“ (Mai 2020–Juni 2021) erarbeitet. Coron-A wurde zum Großteil durch das BMLRT und das BMBWF, sowie von acht Bundesländern und dem Österreichischen Städtebund finanziert. Die Projektpartner:innen umfassten die AGES, die Medizinische Universität Innsbruck, die Technische Universität Wien, das Umweltbundesamt sowie die Universität Innsbruck (https://www.coron-a.at).

Im Zuge dieses Forschungsprojektes wurden folgende Vorteile eines Abwassermonitorings festgehalten, die in ähnlicher Weise für alle untersuchten Virenarten gelten:

Nachweis und Überwachung von viralen Infektionen in Österreichs Bevölkerung mittels Abwasseranalysen

Die epidemiologische Überwachung (Surveillance) in Österreich beruht derzeit vor allem auf der Individualdiagnostik. Im Bereich der nicht-meldepflichtigen respiratorischen Infektionen (SARS-CoV-2, RSV, Influenza) die im Rahmen des nationalen Abwassermonitorings überwacht werden, kommen Systeme zur Anwendung, die Stichproben von Patient:innen mit akuten respiratorischen Infektionen (ARI) aus dem niedergelassenen Bereich analysieren bzw. die Krankheitslast mit schweren akuten respiratorischen Infektionen (SARI) in den Krankenanstalten beobachten .

Der abwasserepidemiologische Ansatz stellt eine zusätzliche, die anderen Systeme ergänzende Informationsquelle dar. Grundlage der Methode ist die Bestimmung der Gesamtmenge der in einer Region von der Bevölkerung ausgeschiedenen Viren durch Analyse einer am Zulauf zur Abwasserreinigungsanlage (ARA) gezogenen Probe. Das Abwassermonitoring dient primär einer kollektiv-orientierten Betrachtung. Es kann einfach, schnell, kostengünstig und zeitnah zeitliche Trends und regionale Unterschiede im Infektionsgeschehen abbilden^[1]. Die Möglichkeit einer Variantensurveillance ist ebenfalls gegeben^[2]. Insbesondere in Zeiten niedriger Inzidenz und/oder reduzierter Testungen sowie in Zeiten hoher Inzidenz und der damit einhergehenden Überlastung von Testkapazitäten ist eine Überprüfung der Lagebeurteilung mittels Abwasserepidemiologie zweckdienlich.

Aufgrund eines zeitlichen Vorsprungs kann das Abwassermonitoring auch als Früherkennungssystem eingesetzt werden: Durch den Anstieg der Virenfracht kann frühzeitig ein potentieller Handlungsbedarf seitens der Behörden erkannt werden, und entsprechende Maßnahmen können begründet, vorbereitet und eingeleitet werden.

Die Virenfracht im Abwasser beginnt in der Regel einige Tage früher als die aus der Individualdiagnostik abgeleitete Inzidenz zu sinken. Daher kann die Abwasserepidemiologie auch einen wertvollen Beitrag zur Evaluierung der Wirksamkeit von Maßnahmen leisten.

Je breiter die regionale Verteilung bei den Abwasserreinigungsanlagen gewählt wird, desto besser lassen sich auch regionale Unterschiede auflösen und daraus regionale Handlungsmöglichkeiten ableiten.

Voraussetzungen für ein funktionierendes Abwassermonitoringprogramm

• Konstruktive Zusammenarbeit zwischen Abwassersektor, Analyselaboren und Bedarfsträger:innen/Behörden
• Repräsentative Verteilung der beprobten Abwasserreinigungsanlagen
• Regelmäßige und kontinuierliche Probenahmen, Messungen und Datenreportings
• National und international vergleichbare Mess- und Analysemethoden

Grundlagen des Abwassermonitorings

• Beprobung: Es handelt sich bezüglich der Humanpopulation um eine Vollerhebung und keine Stichprobenerhebung, da alle Personen im Einzugsgebiet der ARA erfasst werden. Die Abwasserepidemiologie erlaubt — unabhängig von einer individuellen Bereitschaft, an klinischen Teststrategien teilzunehmen — das Ausmaß des Infektionsgeschehens in diesem Gebiet durchgängig zu erfassen.
• Stichprobe: Da nur ein Teil des Abwassers untersucht werden kann, handelt es sich hinsichtlich des Abwasservolumens um eine Zufalls-Stichprobe. Bei einer mengenproportionalen 24h-Mischprobe ist diese als repräsentativ anzusehen. Zugleich geht damit eine Stichprobenvariabilität einher, die allerdings durch Messungen mit höherer zeitlicher Dichte reduziert werden kann.
• Regionale Zuordnung und Eingrenzung: Das abwasserbasierte Monitoring erlaubt regionale Zuordnungen. Dies gilt grundsätzlich für das Einzugsgebiet der jeweiligen Abwasserreinigungsanlage. Darüber hinaus sind aber auch vorgelagerte Probenahmen in Kanalteilsträngen möglich. Verdachtsorientierte Ad-hoc-Untersuchungen sind umsetzbar, erfordern aber eine logistische Flexibilität.
• Zeitfaktor: Mittels Abwassermonitoring lassen sich sehr zeitnah Informationen über die örtliche Verteilung und die zeitliche Entwicklung von SARS-CoV-2-Infektionen gewinnen. Die Daten aus dem Abwassermonitoring können einen Vorsprung von bis zu 7 Tagen gegenüber diagnostischen Tests haben². Die Erfahrungen zeigen, dass die Auswertung von Abwasserproben innerhalb von 12 bis 48 Stunden erfolgen kann. Die Zeitspanne zwischen dem Ende der Probennahme und dem Vorliegen eines interpretierbaren Analysenergebnisses hängt letztlich von der Probenlogistik, der Analysendauer sowie der Datenlogistik ab.
• Nachweisempfindlichkeit: Jede:r Einwohner:in trägt zur Gesamtabwassermenge bei. Die Virenfracht stammt aber nur von einem Teil der Gesamtbevölkerung. Fremdwasser kann zu einer weiteren Verdünnung führen. Ergebnisse des CoronAProjektes1,2 weisen darauf hin, dass mit den derzeit etablierten Methoden in etwa eine virenausscheidende Person in 10.000 Personen detektiert werden kann.
• Kosten: Die Kosten für die Analyse einer Sammelprobe für ein Einzugsgebiet von z.B. 100.000 Einwohner:innen sind im Vergleich zu den Kosten für die Auswertung von 100.000 Einzeltestungen minimal.
• Bevölkerungsabdeckung: Mit einer überschaubaren Anzahl von überwachten Regionen kann eine relativ hohe Bevölkerungsabdeckung erreicht werden. Im Rahmen des Nationalen Abwassermonitoringprogramms wird mittels Probenahme an 20 ARAs rund die Hälfte der österreichischen Bevölkerung regelmäßig überwacht.

Nutzen und Stärke des Abwassermonitorings

• Abwasserbasierte Indikatoren: Das Abwassermessergebnis liefert neben dem qualitativen Nachweis des Vorhandenseins von Virenfragmenten im untersuchten Abwasser (Warnung/Entwarnung) auch quantitative Informationen, aus denen sich Indikatoren ableiten lassen, die in Relation zur Anzahl an Virenausscheidern im untersuchten Einzugsgebiet stehen. Damit können so etwas wie „Fallzahlen“ aus den Messwerten abgeleitet werden, auf Basis derer eine Lageeinschätzung inklusive der Ableitung von zeitlichen und örtlichen Trends möglich ist.
• Trendprognose: Mittels Trendprognosen lässt sich abschätzen, ob ein abwasserbasierter Indikator innerhalb der nächsten Tage gleichbleiben, steigen oder sinken wird. Die Voraussetzung für solche kurzfristigen Prognosen ist eine zeitlich enge Messdichte. Die Prognosen gelten in erster Linie für das Einzugsgebiet der spezifischen ARA. Gibt es mehrere Messpunkte in einem überregionalen Gebiet (Bezirk, Bundesland, Bundesgebiet) können die Einzeltrends auch zu Gesamttrendprognosen verdichtet werden.
• Public Health Maßnahmen: Die mittels Abwassermonitoring generierten epidemiologischen Daten ermöglichen die frühzeitige Konzeption, Kommunikation, Begründung und Umsetzung von diversen Maßnahmen im Bereich der öffentlichen Gesundheit. Bei regional flächendeckendem Monitoring lassen sich verdachtsorientiert auch regionalspezifische Maßnahmen ableiten wie z.B. gezielte Informationskampagnen oder Impfangebote. Die Monitoringdaten können in Folge auch zur Beobachtung der Auswirkungen von Interventionen und der Zielerreichung eingesetzt werden.
• Mutationen/Varianten: Die gewonnenen Proben können zur Bestimmung von Virenmutationen/-varianten, inklusive der Ableitung von zeitlichen und örtlichen Trends genutzt werden.