Häufige Fragen zur Verfolgung von SARS-CoV-2 im Abwasser

Probenahme auf der ARA Werdhölzli, Zürich (Foto: Eawag, Andri Bryner)

Probenahme auf der ARA Werdhölzli, Zürich (Foto: Eawag, Andri Bryner)

Folgende Antworten auf häufig gestellte Fragen zum Nachweis von SARS-CoV-2 im kommunalen Abwasser wurden gemeinsam zusammengestellt von den Eawag Abteilungen für Siedlungswasserwirtschaft und Umweltmikrobiologie sowie vom Labor für Umweltchemie an der EPFL.

FAQs

Auf Abwasser gestützte epidemiologische Untersuchungen – was bedeutet das im Zusammenhang mit SARS-CoV-2?

  • Genetisches Material des SARS-CoV-2- Virus kann mit dem Stuhl von infizierten Personen ausgeschieden werden. Dieses Genmaterial kann detektiert werden, ungeachtet der Frage, ob das Virus noch intakt ist oder es sich um Genfragmente handelt.
  • Wird SARS-CoV-2-Genmaterial im Abwasser festgestellt, weist dies auf Infektionen in der Bevölkerung hin.
  • Die Detektion von SARS-CoV-2 im Abwasser kann helfen, für betroffene Regionen Prioritäten zu setzen (z.B. mit Material, Testintensität, Verhaltensmassnahmen etc.).

Was kann die abwasserbasierte Epidemiologie leisten?

  • Abwasseranalysen erlauben ein Monitoring grosser Bevölkerungszahlen (siehe Abbildung 1).
  • Eine SARS-CoV-2-positive Abwasser-Probe kann als Alarm genutzt werden, um in der Region Massnahmen einzuleiten.
  • Regelmässige Proben können die Dynamik (Anstieg und Abflachen der Infektionszahlen) bestätigen, jedoch momentan nicht voraussagen. Daten aus der zweiten Welle in Zürich und Lausanne zeigen die Übereinstimmung der Abwasseranalysen und den gemeldeten Fallzahlen aus klinischen Tests (siehe regelmässig aktualisierte Grafiken auf der Projektwebseite).
  • Wenn klinische Tests nicht mehr flächendeckend und häufig durchgeführt werden (z.B. nach signifikanter Abnahme von Ansteckungen nach Einführung einer Impfung), kann die Analyse von Abwasser Hinweise geben wo das Virus allenfalls doch noch zirkuliert.

Eine SARS-CoV-2-positive Abwasser-Probe bedeutet,

  • …dass kürzlich genesene oder aktuell angesteckte Personen zur untersuchten Abwasserprobe beigetragen haben.
  • …dass ein Schwellenwert an Infizierten überschritten ist (siehe Abbildung 1).
Konzeptionelles Modell der Nachweisgrenze für SARS-CoV-2 im Abwasser, abhängig von der Grösse der angeschlossenen Bevölkerung. Lesebeispiel: Während in einem Altersheim mit 100 Personen schon ganz wenige Personen, die SARS-CoV-2 ausscheiden, detektiert werden können, liegt die Nachweisgrenze auf der ARA Lausanne mit 240'000 Menschen bei rund 100 Betroffenen, die SARS-CoV-2 ausscheiden ...
Abbildung 1. Konzeptionelles Modell der Nachweisgrenze für SARS-CoV-2 im Abwasser, abhängig von der Grösse der angeschlossenen Bevölkerung. Lesebeispiel: Während in einem Altersheim mit 100 Personen schon ganz wenige Personen, die SARS-CoV-2 ausscheiden, detektiert werden können, liegt die Nachweisgrenze auf der ARA Lausanne mit 240'000 Menschen bei rund 100 Betroffenen, die SARS-CoV-2 ausscheiden (aufgrund der wenigen bisher vorliegenden klinischen Studien würde das im Beispiel von Lausanne 10-20 neuen Fällen pro Tag entsprechen).

Wie funktioniert der Nachweis von SARS-CoV-2-Genmaterial im Abwasser?

  • Eine Rohabwasserprobe nimmt man in der Regel vom Zulauf einer Kläranlage (routinemässige, mengenproportionale 24h-Mischprobe). So wird eine grosse Anzahl Toilettenbenutzerinnen und –benutzer im Einzugsgebiet einer Kläranlage erfasst.
  • Der Nachweis und die Quantifizierung von SARS-CoV-2 im Abwasser basiert auf qPCR (für quantitative Echtzeit PCR) oder ddPCR (für droplet digital PCR). Das sind dieselben RNA Vervielfältigungs- und Analysemethoden wie sie auch für klinische Tests genutzt werden.
  • Weil die Konzentrationen der gesuchten Gensequenzen (N1 und N2) im Abwasser sehr tief sind, ist vor der Detektion eine aufwändige Probenvorbereitung über Filtration, Konzentration und RNA- Extraktion erforderlich.
  • Zur Qualitätskontrolle werden den Proben auch bekannte Viren in bekannten Konzentrationen zugegeben. Unterschiede zwischen der Menge zugegebener Viren und Menge gemessener Viren hilft uns zu kontrollieren ob und wie gut die Messungen funktioniert haben.

Wie lange dauert es, SARS-CoV-2-Genmaterial im Abwasser nachzuweisen?

  • Mit der aktuell von EPFL und Eawag angewandten Methode (siehe Projektwebsite) dauert die Probenaufbereitung, -analyse und das Reporting gut zwei Arbeitstage.

Was kann die Abwasser-Epidemiologie in Bezug auf SARS-CoV-2 nicht?

  • Abwasserproben spiegeln nicht jeden positiven Fall – aufgrund der Nachweisgrenzen (Abbildung 1) und weil es Infizierte gibt, die kein SARS-CoV-2-Genmaterial ausscheiden.
  • Die Auswertung von Abwasserproben unterscheidet nicht zwischen Neuinfektionen und Genesenen, die aber immer noch SARS-CoV-2-Genmaterial ausscheiden.
  • Abwasserproben können Abstriche zur Identifikation von Einzelfällen nicht ersetzen.
  • Aus Abwasserproben lässt sich keine Vorhersage für die weitere Entwicklung eines Ausbruchs erstellen.
  • Abwasserproben können nur Hinweise geben, aber nicht bestätigen, ob getroffene Sicherheitsmassnahmen erfolgreich sind (aufgrund der Nachweisgrenzen, dem Einfluss von Pendlern und Touristen oder Infizierten, die kein SARS-CoV-2-Genmaterial ausscheiden).
     

Weitere Informationen und Links

Projektwebsite

Anwendung der abwasserbasierten Epidemiologie zur Erkennung von SARS-CoV-2

Sendung

SF-Einstein vom 30. April 2020 «Der Lockdown: Das Virus und sein Impact» (36 min).

News

30. April 2020

Der Nachweis des neuen Coronavirus im Abwasser ist gelungen. Selbst kleine Konzentrationen in Proben, die in einer frühen Phase des Ausbruchs entnommen wurden, lassen sich nachweisen. Jetzt ist ein Team von Forschenden der EPFL und der Eawag daran, die Methode zu optimieren. Entstehen soll ein System, das einen allfälligen Wiederanstieg der Fallzahlen früher anzeigen kann als klinische Tests bei infizierten Menschen.

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3. April 2020

Von infizierten Menschen ausgeschiedene Coronaviren finden sich im Abwasser. Forschende wollen das nutzen: Gelingt es, die Viren zu erfassen, könnte so eine Welle von Infektionen vermutlich deutlich früher erkannt werden als via Tests bei Menschen mit Symptomen. Eawag-Forscher Christoph Ort dazu im Interview.

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28. August 2020

Eben hat das Magazin Nature Sustainability einen Übersichtsartikel publiziert zu möglichen Risiken, welche Covid-19-Viren im Abwasser verursachen könnten. Prof. Eberhard Morgenroth (Leiter der Eawag-Abteilung für Verfahrenstechnik) ist Mitautor der Review. Wir haben ihm fünf Fragen gestellt.

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Expertinnen und Experten Eawag / EPFL

Expertinnen und Experten an der Eawag und der EPFL sind Dr. Christoph Ort, Dr. Tim Julian und Prof. Dr. Tamar Kohn.
Fachleute richten Ihre Anfragen bitte per Email an: abwasser.covid@eawag.ch