Pathogene und toxische Bakterien in der Ostsee

Meeresumwelt-Symposium 2013
12.06.2013
Pathogene und toxische Bakterien in der Ostsee
Matthias Labrenz
Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde (IOW)
AG Umweltmikrobiologie
Pathogene und toxische Bakterien in der Ostsee
Ziel des Vortrages
• Status quo
• Eigenschaften
• Prognose
Gliederung
1. Definitionen
2. Pathogene Bakterien in der Ostsee: Vibrio vulnificus
- Eigenschaften, Verbreitung, Zukünftige Entwicklung
3. Toxische Bakterien in der Ostsee: Nodularia spumigena
- Eigenschaften, Verbreitung, Zukünftige Entwicklung
4. Weitere Quellen pathogener/toxischer Bakterien?
- Besiedlung des Küstenraumes, Starkregenereignisse
- Ballastwasser
- Anstieg des Hartsubstrats
5. Schlussfolgerungen und Visionen
Definitionen
Pathogen - toxisch
Pathogene Bakterien:
Über Infektion einen bestimmten Organismus krank machend
 Zielgerichtet
Toxische Bakterien:
Bilden Stoffe mit toxischer Wirkung auf ein Lebewesen
 ungerichtet
Vibrio-Infektionen seit 1985
Länder mit humanen Fällen
Keine einheitlichen Melderegister
Quelle (modifiziert): Robert Koch-Institut (RKI, VibrioNet)
Pathogene Bakterien in der Ostsee
Vibrio vulnificus
 Gram-negativ
 Stäbchenförmig
 Polar begeißelt  mobil
Mäßig bis ausgeprägt halophil
(salzbedürftig)
Quelle: Robert Koch-Institut (RKI, VibrioNet)
Vibrio vulnificus
Vorkommen und Eigenschaften
Weltweit in aquatischer Umgebung:
Flussmündungen, Lagunen, Bodden,
Brackwasser etc.
Vermehrung:
 Salzgehalt: 5 – 25 ‰
 Temperatur: ~ > 20oC
Weitere:
Vibrio alginolyticus
Vibrio cholerae non-O1
Vibrio parahaemolyticus
Quelle: Robert Koch-Institut (RKI, VibrioNet)
Vibrio vulnificus
Pathogene Eigenschaften bzw. Krankheitsverlauf
Infektion: Beim Baden/Waten/Kontakt Meeresfrüchte, über verletzte Haut
(Abschürfungen, Wunden)
V. cholerae non-O1
(ggf. Brechdurchfall, evtl. vulnificus-ähnlich)
Department of Health and Human Services ,USA
Centers for Disease Control and Prevention (CDC)
- Wundinfektion
- Bei schweren Verlauf Abszess-Bildung in allen Organen
- Tödliche Verläufe durch Blutvergiftung innerhalb weniger Tage
- Ältere und Immungeschwächte Menschen besonders betroffen
Ostsee (Sommer 2006)
Lebensraum von V. vulnificus
Temperatur [oC]
Salinität
Vermehrung:
Südliche Ostsee:
 Salzgehalt: 5 – 25 ‰
 Temperatur: ~ > 20oC
• Gute Umweltparameter
• Gute Wirtssituation
Baker-Austin et al., Nature Climate Change, 2013
Länder mit humanen Fällen
Vibrio-Infektionen seit 1985
Summe gesamte Ostsee: etwa 300 Fälle
Unterschiedliche Vibrio-Arten
Baker-Austin et al., Nature Climate Change, 2013
Deutsche Ostseeküste
Vibrio-Infektionen seit 2001
Summe: etwa 12 Fälle
Quelle: Robert Koch-Institut (RKI, VibrioNet)
Vibrio-Infektionen 1994-2010
Tödliche Verläufe
Summe gesamte Ostsee: 14
Meist Beteiligung von Vibrio vulnificus
Baker-Austin et al., Nature Climate Change, 2013
Deutsche Ostseeküste:
• Meist Beteiligung von V. vulnificus
• Etwa 5 letal
Vibrionen der Deutschen Ostseeküste
Häufigste Infektionen: östliches M-V
V. cholerae
Abundant:
• V. vulnificus
• V. cholerae
Böer et al., BfG 4/12
V. vulnificus
Vibrionen der Deutschen Ostseeküste
Prognose zukünftige Entwicklung
Temperatur bis 2050
Temperatur generell steigend
(Ostsee Trendanstieg 1,35oC
1982-2007)
Monatliche Temperatur
Im Jahresverlauf länger andauernde
Sommer-Saison
Baker-Austin et al., Nature Climate Change, 2013
Vibrionen der Deutschen Ostseeküste
Prognose der zukünftigen Entwicklung
Relation Vibrio-Infektion/
Temperatur
Oberflächenwasser
Vibrio-Infektion/Jahr
Baker-Austin, Nature Climate Change, 2013
Deutschen Ostseeküste
Höchstes Vibrio-Infektionsrisiko
2006
Infektionsrisiko 10
2050
Hohes Infektionsrisiko erreicht
nördliche, dicht besiedelte
Gebiete
Bedeutung und Verhältnismäßigkeit?
Toxische Bakterien in der Ostsee
Cyanobakterien (Blaualgen)-Blüte in der Ostsee (Juli 2005)
Toxische Bakterien in der Ostsee
Nodularia spumigena
Cyanobakterium (Blaualge)
Mohlin, 2010
- Größere Quantitäten notwendig
- Todesfälle: Tiere
Nodularin
SIGMAALDRICH
• Stickstoff-Fixierer
• Kann Nodularin produzieren
 Hochwirksames Lebergift,
ähnlich dem Gift des
Knollenblätterpilzes
 CyanoHAB
Bei Kontakt mit der Haut oder
orale Aufnahme z.B.:
• Erbrechen
• Durchfall
• Atemnot
• Hautreizungen
• Quaddeln
• Leberschäden
Nodularia spumigena/CyanoHAB
Vorkommen und Eigenschaften
Optimales Wachstum bei hohen Temperaturen
Hohes P, niedriges N fördern Wachstum (N-Fixierer)
Paerl & Otten, Microbial Ecology, 2013
Zentrale Ostsee (Sommer 2006)
Lebensraum von N. spumigena
Temperatur
•
hoch
Mittelbare Toxizität über:
Tiefe
Vermehrte Biomassebildung,
Nitrat Sauerstoffzehrung,
• gering:Sulfatatmung
N-Fixierer im Vorteil
 Verstärkte Sulfidbildung in Tiefenbecken
Phosphat
• ausreichend
 Blütensituation, hohe Toxizitätswahrscheinlichkeit
Monat
Vahtera et al., Ambio, 2007
N. spumigena in der Ostsee
Prognose zukünftige Entwicklung
+ Eutrophierung (Phosphat)
+ Stickstofflimitation
+ Temperaturanstieg
 Potentieller Anstieg
toxischer Blüten
 Potentielle Erweiterung
sulfidischer Zonen
Weitere Quellen pathogener/toxischer Bakterien?
Ostsee
Besiedlung des Küstenraumes
Starkregenereignisse
http://,://,://,
Rövershagen
2011
Rostock 2011
http://www.feuerwehr-roevershagen.de
http://www.t-online.de/regionales/id_42659184/wwf-warnt-vor-uebernutzung-der-ostsee.html
Ballastwasser (Invasion fremder Arten)
http://worldmaritimenews.com/wp-content/uploads/2011/11/
Anstieg des Hartsubstrats
F. Pollehne, IOW
Pathogene und toxische Bakterien in der Ostsee
Schlussfolgerungen
Physik
Ostsee
Küste
Klimaveränderung
Pathogene
Bakterien
Wassertemperatur
Toxische
Cyanobakterien
-blüten
Verdriftung
Nährstoffe
Anthropogene
Einflüsse
= Anstieg
Modifiziert nach Störmer, 2011
Bakterien im Klimawandel
Dtsch med Wochenschr 2007; 132(48): 2557
Editorial Infektiologie
© Georg Thieme Verlag KG Stuttgart · New York
Mehr Infektionskrankheiten durch globale Erwärmung: echte
Gefahr oder Rauschen im Blätterwald?
D. Hassler, Praxis für Allgemeinmedizin, Kraichtal
Statt Szenarien mit pauschalen und vereinfachenden Aussagen brauchen wir
also eine sehr differenzierte Betrachtungsweise. Nichts ist so einfach, wie es
auf den ersten Blick erscheinen mag.
Bakterien im Klimawandel
Von bestimmten Gruppen zu mikrobiellen Gemeinschaften
Erweiterung des Monitoring: Erfassung mikrobiell gesteuerter
Prozesse  Entwicklung neuer genetisch basierter Bioindikatoren
Biological lenses using gene prints (BLUEPRINT)
BONUS Viable ecosystem: Förderung ab 2014
WP7
Management and BCC
dissemination
Data processing
and development
WP6
BCC development and evaluation
(standardization, communication)
Diskussionsforum
BLUEPRINT
Competence Centre (BCC)
WP5
Improved modeling of the
Baltic Sea
WP4
Evaluation of genes and rates,
design of reference
experiments
Sample processing and
statistical analysis
(bioinformatics pipeline)
Sampling
strategy
WP1
Spatio-temporal variation of
BLUEPRINTs (in situ data)
WP2
Coupling of rates and genes
Data generation and evaluation
WP3
Identification of BLUEPRINTs
in model bacteria
AFISmon
BONUS call 2012: Innovation
Automatisierung mikrobieller Analyen (Probenahmesystem)
Vision...
Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit!