Wichtige Auslöser viraler Magen-Darm-Erkrankungen können über längere Zeit in freilebenden Amöben überdauern, die in natürlichen und technischen Wassersystemen weit verbreitet sind. Dies ist das Ergebnis einer Studie der Karl Landsteiner Privatuniversität (KL Krems) gemeinsam mit internationalen Partnern.

Die Analyse ergab, dass sich Noro- und Adenoviren in verschiedenen Entwicklungsstadien der Amöben „verstecken“ können – und danach auch weiterhin infektiös bleiben. Diese Resultate legen nahe, dass freilebende Amöben bisher unterschätzte Reservoirs und Transportvehikel für Magen-Darm-Viren sein können. Das könnte erklären, warum bestimmte Viren in manchen Wassersystemen länger nachweisbar sind als erwartet – und eine verfeinerte Risikobewertungen und Ableitung von Managementmaßnahmen bei der Nutzung von Wasserressourcen rechtfertigen.

Einzeller beherbergen Viren

Global verursachen Krankheitserreger in verunreinigtem Wasser und in Lebensmitteln nach wie vor erhebliche gesundheitliche Belastungen, obwohl Trinkwasseraufbereitung und Abwasserbehandlung deutlich verbessert wurden. Das Humane Norovirus ist die häufigste Ursache akuter viraler Gastroenteritis, wobei bereits wenige Viruspartikel ausreichen, um Infektionen auszulösen. Humane Adenoviren werden ebenfalls regelmäßig in Abwässern und in abwasserbelasteten Flüssen und Seen nachgewiesen.

Klassische Konzepte der Wassersicherheit betrachten Viren vor allem als frei im Wasser schwebende oder an Partikel gebundene Einheiten. Tatsächlich konnte aber in letzter Zeit gezeigt werden, dass auch freilebende Amöben – Einzeller, die in Wassersystemen vorkommen und bisher nur als Reservoir für Bakterien und andere Mikroorganismen bekannt waren – pathogene Viren beherbergen können.

Vor diesem Hintergrund untersuchte ein Team des Fachbereichs Wasserqualität und Gesundheit der KL Krems gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen aus Kanada, Asien und Australien, wie Noro- und Adenoviren in verschiedenen Amöbenarten überdauern und welchen Einfluss das auf das Infektionsrisiko durch Wasser haben könnte.

Schützen, transportieren, unterstützen

“In der Wasser-Mikrobiologie kennen wir Amöben seit Langem als Wirte für Bakterien wie Legionellen. Doch ihre Rolle für menschliche Magen-Darm-Viren ist bisher erstaunlich wenig beachtet worden“, sagt Dr. Mats Leifels, Wissenschaftler am Fachbereich Wasserqualität und Gesundheit der KL Krems und Erstautor der Studie. „Unsere Experimente zeigen, dass häufig vorkommende Amöben diese Viren nicht einfach verdauen und somit inaktivieren. Sie können sie schützen, transportieren und im Fall des Adenovirus möglicherweise sogar frühe Schritte viraler Reproduktion unterstützen.“

Dieses Zusammenwirken von Einzellern wie Amöben und Magen-Darm-Viren verändere den Blick darauf, wie Wasser als Übertragungsweg funktioniert und wie sicher etablierte Aufbereitungsverfahren Viren tatsächlich inaktivieren können, so Leifels.

Nachweis der Viren in den Amöben

Um diese Fragen zu untersuchen, kultivierte das Team die humanen Noro- und Adenoviren gemeinsam mit drei freilebenden Amöbenarten: Vermamoeba vermiformis, Acanthamoeba polyphaga und Willaertia magna. Alle drei Arten kommen in realen Wassersystemen häufig vor. Mithilfe quantitativer PCR (macht das Erbmaterial der Viren messbar) und Fluoreszenzmikroskopie (zeigt, wo die Viren in den Zellen sitzen) verfolgten die Forschenden das Schicksal der Viren über zwölf Tage.

Norovirus-Genome fanden sich im Zytoplasma und in Vakuolen von V. vermiformis und A. polyphaga. Adenoviren wurden hingegen im Zellkern von W. magna beobachtet. Intakte Virionen – also vollständige, infektiöse Viruspartikel – blieben während des gesamten Versuchs in verschiedenen Lebensstadien der Amöben und in von ihnen abgeschnürten Vesikeln nachweisbar. Es zeigte sich auch, dass nach der Übertragung von Adenovirus-haltigen Amöben auf Zellkulturen infektiöse Viren nachzuweisen sind – die “Passage” über die Amöben machte die Viren also nicht unschädlich. Zusätzlich wies das Team Adenovirus-mRNA (einen sehr kurzlebigen genetischen Botenstoff) für die Bildung viraler Faserproteinen nach – ein Hinweis auf eine mögliche Virusvermehrung im Amöbenwirt.

Folgen für den Gewässerschutz

Freilebende Amöben sind ausgesprochen widerstandsfähig. In ihrer Ruheform, der Zyste, überstehen sie hohe Dosen gängiger chemischer Desinfektionsmittel wie Chlor. Unter solchen Bedingungen werden viele andere Mikroorganismen hingegen inaktiviert. Wenn pathogene Viren von Amöben aufgenommen und mittransportiert werden, können sie daher möglicherweise einzelnen Barrieren in Aufbereitungs- und Sanitärsystemen entgehen. Die neue Studie legt nahe, dass solche Amöben-assoziierten Viren nicht nur für die Trinkwassergewinnung relevant sind, sondern auch für abwasserbelastete Badegewässer und für Systeme der Wasserwiederverwendung.

„Aus Sicht der mikrobiologischen Risikobewertung müssen wir freilebende Amöben als mögliche Reservoirs und Transportvehikel – quasi „virale Trojanische Pferde“ – zukünftig mitbedenken, wenn wir Aussagen über die Persistenz und ihre Effizienz der Entfernung von Wasser-übertragbaren, fäkalbürtigen Viren tätigen“, erklärt Univ.-Prof. Dr. Andreas Farnleitner, Leiter des Fachbereich Wasserqualität und Gesundheit an der KL Krems und des ICC Water & Health sowie Ko-Autor der Studie. „Nur dann bilden unsere Konzepte zur Wassersicherheit die tatsächliche Komplexität realer Wassersysteme ab.“

Mit Klimawandel, Urbanisierung und zunehmender Wasserknappheit wächst der Druck auf Oberflächen- und Grundwasserressourcen. Damit steigt auch der Bedarf, verborgene mikrobielle Wechselwirkungen besser zu verstehen. Die Autorinnen und Autoren betonen, dass die vorliegenden Ergebnisse auf Labormodellen beruhen. Weitere Studien sollen beispielsweise klären, welche Virusmengen in Amöben in realen Gewässern tatsächlich vorkommen. Schon jetzt sehen sie jedoch gute Gründe, freilebende Amöben in zukünftigen Studien zur Wassersicherheit und Wasserwiederverwendung zu berücksichtigen.

Außerdem braucht es Monitoring Ansätze, die zwischen wirklich inaktivierten und infektiösen Viren unterscheiden, die im Inneren von Protozoen vorkommen. Die Studie fügt sich nahtlos in den strategischen Fokus der KL Krems ein: In ihrer Forschung konzentriert sich die Universität auf interdisziplinäre Themenfelder mit hoher gesundheitspolitischer Relevanz – darunter der Forschungsschwerpunkt Exposom & Umweltgesundheit mit den Themengebieten Ernährungswissenschaften, Allergologie sowie Wasserqualität und Gesundheit. Mit den neuen Daten zur „Viren–Amöben-Interaktion“ wollen KL Krems und ihre Partnerinstitutionen Regulierungsbehörden dabei unterstützen, nachhaltige und wissenschaftlich fundierte („global-change-resistente“) Maßnahmen zum Schutz der öffentlichen Gesundheit weiterzuentwickeln.

Originalpublikation:
Enteric Viruses and Free-Living Amoebae: Protozoa as Potential Reservoirs and Transport Vessels for Human Norovirus and Adenovirus, M Leifels: R Dey: A R Wiedemeyer: D Cheng: C Kolm: F Wu: K Sirikanchana: A H Farnleitner: N J Ashbolt, Water & Ecology 2025, 1(3): 100018, doi:10.1016/j.wateco.2025.100018.

Quelle: Karl Landsteiner Privatuniversität