Abwassersurveillance

In Deutschland wird das Abwasser von ausgewählten Kläranlagen auf SARS-CoV-2 und Influenzaviren untersucht. Das erfolgt im Rahmen des Vorhabens „Abwassermonitoring für die epidemiologische Lagebewertung“ (AMELAG). Insgesamt werden 169 Kläranlagen auf SARS-CoV-2 beprobt. Für die Kalenderwoche 50 liegen Daten aus 135 Kläranlagen vor. Daten weiterer Kläranlagen werden nachgeliefert.

Eine Bewertung der Gesamtlage erfolgt in Zusammenschau mit anderen Indikatoren im Wochenbericht zu akuten respiratorischen Erkrankungen (ARE-Wochenbericht). Ein Vergleich der aggregierten SARS-CoV-2-Viruslast im Abwasser mit der COVID-19-Inzidenz auf Bevölkerungsebene ist im Grippeweb-Wochenbericht dargestellt.

Der Verlauf der Viruslasten wird über alle Standorte aggregiert in Abbildung 1 dargestellt, um ein Gesamtbild der mittleren Viruslast und ihrer Entwicklung für Deutschland zu erhalten. Hierzu werden wöchentliche Mittelwerte der mittels Zehnerlogarithmus transformierten Viruslasten (die in Genkopien / Liter angegeben sind) gebildet, zunächst für jede Kläranlage und dann über alle Kläranlagen für die jeweilige Woche. Die Mittelwerte sind nach der Anzahl der an den jeweiligen Kläranlagen angeschlossenen Einwohner gewichtet. Die Schätzung der Ausgleichskurve erfolgt ebenfalls gewichtet, sodass wöchentliche Mittelwerte mit höherer Unsicherheit in ihrer Schätzung ein geringeres Gewicht erhalten und umgekehrt. In den letzten Wochen ist kein klarer Trend in der aggregierten SARS-CoV-2-Viruslast zu erkennen. Die Entwicklung der letzten Wochen kann sich aufgrund von Nachmeldungen jedoch noch verändern, insbesondere, wenn Kläranlagen mit einer hohen Anzahl an angeschlossenen Einwohnern nachmelden.

Abbildung 1: Für Deutschland aggregierte SARS-CoV-2-Last im Abwasser über die Zeit (graue Punkte) samt Ausgleichskurve (schwarze Kurve, mittels LOESS-Methode geschätzt) und zugehörigen punktweisen 95%-Konfidenzintervallen (hellblauer Bereich).
Datenstand ist Dienstag, der 17.12.2024, 10 Uhr. Die neuesten Daten, die in die Berechnung einfließen, sind von der Probenahme des vorherigen Mittwochs (11.12.2024, KW 50). Gezeigt werden 7-Tage-Mittelwerte, die sich auf den Zeitraum Donnerstag bis Mittwoch beziehen; der aktuellste Wert berechnet sich aus den Daten vom 05.12.2024 (KW 49), bis zum 11.12.2024 (KW 50). Als Datum der Probenahme wurde jeweils der Tag des Beginns der 24-Stunden-Mischprobe gewählt.
Mit der Bewegung des Mauszeigers über die einzelnen Punkte werden die Kalenderwoche, das Datum des zugehörigen Mittwochs, die Viruslast, die Anzahl der Kläranlagen sowie der Anteil der Gesamtbevölkerung, der zu diesem Zeitpunkt in die Berechnung eingeflossen ist, angezeigt. Rechts befindet sich ein Button, der die Darstellung der Datenpunkte, Ausgleichskurve und Konfidenzintervalle auf der logarithmischen Skala oder zurücktransformiert auf der Originalskala erlaubt. Bei einer logarithmischen Darstellung werden Veränderungen der Viruslasten im niedrigen Wertebereich stärker betont als im hohen Wertebereich. Dies sollte bei der Interpretation der Daten berücksichtigt werden.
Daten weiterer Kläranlagen werden nachgeliefert.

Der Verlauf der Viruslast im Abwasser für die einzelnen Kläranlagen ist in Abbildung 2 dargestellt.

Standort:

Abbildung 2: SARS-CoV-2-Last im Abwasser über die Zeit (graue Punkte) samt Ausgleichskurve (schwarze Linie, mittels LOESS-Methode geschätzt) und zugehörigen punktweisen 95%-Konfidenzintervallen (hellblauer Bereich). Die einzelnen Messwerte sind Mittelwerte der gemessenen Genbereiche. Liegen mindestens die Hälfte der gemessenen Genbereiche unterhalb der Bestimmungsgrenze (BG), wird der Messwert als “< BG” betrachtet (weiße Punkte).
Datenstand ist Dienstag, der 17.12.2024, 10 Uhr. Als Datum der Probenahme wurde jeweils der Tag des Beginns der 24-Stunden-Mischprobe gewählt.
Die Kläranlage lässt sich über den Filter auswählen. Der Button rechts erlaubt die Darstellung der Datenpunkte, Ausgleichskurve und Konfidenzintervalle auf der logarithmischen Skala oder zurücktransformiert auf der Originalskala. Bei einer logarithmischen Darstellung sind Veränderungen der Viruslasten im niedrigen Wertebereich besser erkennbar. Mit der Bewegung des Mauszeigers über die einzelnen Punkte wird die Kalenderwoche, das Datum der Probenahme und die Viruslast angezeigt.
Laborwechsel bzw. Änderungen in den Labormethoden sind mit einer vertikalen, gestrichelten Linie gekennzeichnet.
Wenn weniger als 10 Datenpunkten insgesamt, vor einem mindestens 4-wöchigem Zeitfenster ohne Daten oder vor oder nach einem Laborwechsel vorliegen, sind nur die einzelnen Datenpunkte abgebildet. Die dazugehörige Ausgleichskurven und Konfidenzintervalle werden berechnet, sobald mindestens 10 Datenpunkte vorliegen.
Daten weiterer Kläranlagen werden nachgeliefert.

Aus den Ausgleichskurven in Abbildung 2 lässt sich für jede Kläranlage ein Trend für die Viruslast im Abwasser im Vergleich zur jeweiligen Vorwoche berechnen. Diese Trends werden in Abbildung 3 angezeigt. Für die Kalenderwoche 50 konnte für 98 Kläranlagen ein Trend berechnet werden. Bei 3 Kläranlagen zeigt der Trend eine steigende Viruslast an.

Abbildung 3: Veränderung der SARS-CoV-2-Last im Abwasser je Kläranlage.
Trendkategorien: „ansteigend” (definiert als Anstieg um mehr als 15 % zur Vorwoche), „unverändert” (Veränderung zwischen -15 % und 15 % zur Vorwoche) und „fallend” (Rückgang um mehr als 15 % zur Vorwoche). Die Kläranlagen sind alphabetisch nach Bundesland und innerhalb eines Bundeslandes wiederum alphabetisch sortiert.
Datenstand ist Dienstag, der 17.12.2024, 10 Uhr. Die neuesten Daten, die in die hier berechneten Trends einfließen, sind von der Probenahme des vorherigen Mittwochs (11.12.2024, KW 50). Als Datum der Probenahme wurde jeweils der Tag des Beginns der 24-Stunden-Mischprobe angegeben. Da die Trends als Veränderung der (geglätteten) Viruslast zum Vorwochenwert berechnet werden, beschreibt die KW 50 den Zeitraum von Mittwoch, den 04.12.2024 (KW 49), zu Mittwoch, den 11.12.2024 (KW 50). Dargestellt sind Kläranlagen, für die genügend Datenpunkte vorlagen, um einen Trend zu berechnen.
Laborwechsel bzw. Änderungen in den Labormethoden sind mit einer vertikalen, gestrichelten Linie gekennzeichnet.
Daten weiterer Kläranlagen werden nachgeliefert.

Die örtliche Lage der Kläranlagen, mit aktuellstem Trend der SARS-CoV-2-Viruslast im Abwasser, wird in Abbildung 4 dargestellt.

Abbildung 4: Karte der Standorte mit Angabe des Trends der Viruslast.

Folgende Kläranlagen liefern bereits Daten und werden in alle Berechnungen einfließen, sobald mindestens 10 Datenpunkte vorliegen: Berchtesgaden, Bielefeld, Erlangen, Halberstadt, Schönebeck und Stadtbergen .

Im Rahmen von AMELAG werden von der Technischen Universität Darmstadt als Kooperationspartner zusätzlich Abwasserproben von 8 Kläranlagen / Probenahmestandorten sequenziert und analysiert. Dadurch lässt sich der relative Anstieg oder Abfall (Häufigkeit in %) von bereits bekannten Varianten je KW feststellen (Abbildung 5).

Nach WHO-Klassifizierung gelten derzeit die SARS-CoV-2 Variante JN.1 als Variante von Interesse (variant of interest; VOI) und die Varianten KP.2, KP.3, KP.3.1.1, JN.1.18, LB.1 und XEC als Variante unter Beobachtung (variant under monitoring; VUM). Alle derzeitigen VUM sind von JN.1 abgeleitet. Die Varianten BA.2.86 und JN.1.7 werden von der WHO nicht mehr als VOI/VUM klassifiziert.

Die neuste als VUM klassifizierte Variante XEC wird seit der KW 36 an den beprobten Standorten nachgewiesen und ihr Anteil nimmt seitdem an den meisten Standorten zu.

Abbildung 5: Prozentuale Anteile aktueller SARS-CoV-2- VOI und VUM. Die Anteile umfassen auch alle jeweiligen Sublinien einer Variante, mit Ausnahme der hier konkret aufgelisteten Sublinien. Es werden die Ergebnisse der Beprobung von 8 Kläranlagen / Probenahmestandorten seit der Woche 36 2023 dargestellt, soweit die Daten vorliegen, was von der Verfügbarkeit der Abwasserproben abhängig ist. Die Auswahl der dargestellten Sublinien erfolgt auf Grundlage der WHO-Klassifizierung. Weitere Erläuterungen zur Einteilung sind auf der Seite der integrierten genomischen Surveillance zu finden. Die Analyse basiert auf dem Freyja-Bioinformatik-Tool und ist daher von der Freyja-Referenz abhängig, die zur Identifizierung der SARS-CoV-2-Varianten verwendet wird.

In Deutschland wird das Abwasser von ausgewählten Kläranlagen auf SARS-CoV-2 und Influenzaviren untersucht. Das erfolgt im Rahmen des Vorhabens „Abwassermonitoring für die epidemiologische Lagebewertung“ (AMELAG). Insgesamt werden 113 Kläranlagen auf Influenzaviren beprobt. Für die Kalenderwoche 50 liegen Influenzavirus-Daten aus 80 Kläranlagen vor. Weitere Daten, retrospektiv für die vergangene Saison 2023/24 sowie für aktuelle Messungen, werden zeitnah in den Bericht integriert.

Eine Bewertung der Gesamtlage erfolgt in Zusammenschau mit anderen Indikatoren im Wochenbericht zu akuten respiratorischen Erkrankungen (ARE-Wochenbericht).

Der Verlauf der Viruslasten wird, aufgeteilt nach Influenza A- und B-Virus, über alle Kläranlagen aggregiert in Abbildung 1 dargestellt, um ein Gesamtbild der mittleren Viruslast und ihrer Entwicklung zu erhalten. Hierzu werden wöchentliche Mittelwerte der mittels Zehnerlogarithmus transformierten Viruslasten (die in Genkopien / Liter angegeben sind) gebildet, zunächst für jede Kläranlage und dann über alle Kläranlagen für die jeweilige Woche. Die Schätzung der Ausgleichskurve erfolgt gewichtet, sodass wöchentliche Mittelwerte mit höherer Unsicherheit in ihrer Schätzung ein geringeres Gewicht erhalten und umgekehrt. Die Werte der Influenza A- und B-Viren liegen aktuell im niedrigen Bereich, steigen aber in den letzten Wochen kontinuierlich an.

Abbildung 1: Für Deutschland aggregierte Viruslast von Influenza A- und B-Viren im Abwasser über die Zeit samt Ausgleichskurven und zugehörigen punktweisen 95%-Konfidenzintervallen.
Datenstand ist Dienstag, der 17.12.2024, 10 Uhr. Die neuesten Daten, die in die Berechnung einfließen, sind von der Probenahme des vorherigen Mittwochs (11.12.2024, KW 50). Gezeigt werden 7-Tage-Mittelwerte, die sich auf den Zeitraum Donnerstag bis Mittwoch beziehen; der aktuellste Wert berechnet sich aus den Daten vom 05.12.2024 (KW 49), bis zum 11.12.2024 (KW 50). Als Datum der Probenahme wurde jeweils der Tag des Beginns der 24-Stunden-Mischprobe gewählt.
Mit der Bewegung des Mauszeigers über die einzelnen Punkte werden die Kalenderwoche, das Datum des zugehörigen Mittwochs, die Viruslast, die Anzahl der Kläranlagen sowie der Anteil der Gesamtbevölkerung, der zu diesem Zeitpunkt in die Berechnung eingeflossen ist, angezeigt. Rechts befindet sich ein Button, der die Darstellung der Datenpunkte, Ausgleichskurve und Konfidenzintervalle auf der logarithmischen Skala oder zurücktransformiert auf der Originalskala erlaubt. Bei einer logarithmischen Darstellung werden Veränderungen der Viruslasten im niedrigen Wertebereich stärker betont als im hohen Wertebereich. Dies sollte bei der Interpretation der Daten berücksichtigt werden.
Daten weiterer Kläranlagen werden nachgeliefert.

Der Verlauf der Viruslasten im Abwasser ist für die einzelnen Kläranlagen in Abbildung 2 dargestellt.

Standort:

Abbildung 2: Viruslast von Influenza A- und B-Viren im Abwasser über die Zeit (grüne bzw. gelbe Punkte) samt Ausgleichskurven (grüne bzw. gelbe Linien) und zugehörigen punktweisen 95%-Konfidenzintervallen (hellgrüner bzw. hellgelber Bereich). Messwerte unterhalb der Bestimmungsgrenze sind die in weiß dargestellten Punkte.
Datenstand ist Dienstag, der 17.12.2024, 10 Uhr. Als Datum der Probenahme wurde jeweils der Tag des Beginns der 24-Stunden-Mischprobe gewählt.
Die Kläranlage lässt sich über den Filter auswählen. Der Button rechts erlaubt die Darstellung der Datenpunkte, Ausgleichskurve und Konfidenzintervalle auf der logarithmischen Skala oder zurücktransformiert auf der Originalskala. Bei einer logarithmischen Darstellung sind Veränderungen der Viruslasten im niedrigen Wertebereich besser erkennbar. Mit der Bewegung des Mauszeigers über die einzelnen Punkte wird die Kalenderwoche, das Datum der Probenahme und die Viruslast angezeigt.
Laborwechsel bzw. Änderungen in den Labormethoden sind mit einer vertikalen, gestrichelten Linie gekennzeichnet.
Wenn weniger als 10 Datenpunkten insgesamt, vor einem mindestens 4-wöchigem Zeitfenster ohne Daten oder vor oder nach einem Laborwechsel vorliegen, sind nur die einzelnen Datenpunkte abgebildet. Die dazugehörige Ausgleichskurven und Konfidenzintervalle werden berechnet, sobald mindestens 10 Datenpunkte vorliegen.
Daten weiterer Kläranlagen werden nachgeliefert.

Abbildung 3 zeigt die Anteile der Messungen die für das Influenza A- bzw. Influenza B-Virus oberhalb bzw. unterhalb der Bestimmungrenze liegen. In der Regel werden wöchentlich bei jeder Kläranlagen zwei Proben entnommen. Insgesamt liegen die meisten Messwerte unterhalb der Bestimmungsgrenze.

Influenza A-Virus

Influenza B-Virus

Abbildung 3: Anteil der Influenza A- bzw. Influenza B-Virusproben mit gemessenen Virusmengen oberhalb bzw. unterhalb der Bestimmungsgrenze. Die Zahlen in den Balken geben die in der zugehörigen Kalenderwoche erhobenen Proben in den jeweiligen Kategorien an.

Die örtliche Lage der Kläranlagen, in denen Influenzaviruspartikel im Abwasser bestimmt werden, wird in Abbildung 4 dargestellt.

Abbildung 4: Karte der Kläranlagen, die Influenzaviren im Abwasser beproben.

Bei manchen Infektionskrankheiten scheiden infizierte Personen die Krankheitserreger über den Stuhl aus. Geeignete Labore können Abwasserproben aufbereiten und darin Krankheitserreger nachweisen. Dadurch ist die Infektionsdynamik der Bevölkerung, die an die jeweilige Kläranlage angeschlossen ist, überwachbar.

Im Vorhaben AMELAG werden SARS-CoV-2 und Influenzaviren im Abwasser überwacht. Bundesweit nehmen 168 Kläranlagen teil. In AMELAG arbeiten das Umweltbundesamt und das Robert Koch-Institut gemeinsam mit dem Sanitätsdienst der Bundeswehr, Gesundheits- und Umweltbehörden der Länder, Laboren, Universitäten und den Betreibern der Kläranlagen. Das Vorhaben wird vom Bundesministerium für Gesundheit finanziert.

Die im Bericht gezeigten SARS-CoV-2-Daten stammen aus den Projekten AMELAG, ESI-CorA, COVIDready, Sars-GenASeq, Abwasser Biomarker CoV-2 und aus landesgeförderten Projekten. ESI-CorA wurde von der Europäischen Kommission im Rahmen des Soforthilfeinstruments (Emergency Support Instrument – ESI) gefördert (No 060701/2021/864650/SUB/ENV.C2). COVIDready, Sars-GenASeq und Abwasser Biomarker CoV-2 wurden vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.

Die Methoden der Probenahme, Analytik, Probenlogistik und Datenübermittlung und Datenverarbeitung sind in vier Technischen Leitfäden auf http://www.rki.de/abwassersurveillance beschrieben.

Daten und Software Code von AMELAG werden auf Zenodo und GitHub bereitgestellt.

Die genauen Abläufe und mögliche Anwendungsfälle für eine Abwassersurveillance sind im Epidemiologischen Bulletin 34/2024 beschrieben.

Limitationen

Abwasserdaten erlauben keinen Rückschluss auf die Krankheitsschwere oder die Belastung des Gesundheitssystems. Aus Abwasserdaten kann nach aktuellem Stand nicht präzise auf Inzidenz/Prävalenz oder die Untererfassung (die sog. „Dunkelziffer”) geschlossen werden. Für die epidemiologische Lagebewertung sollten die Abwasserdaten immer in Zusammenschau mit anderen Indikatoren, z.B. aus der syndromischen Surveillance, betrachtet werden.

Absolute Viruslasten können insbesondere über längere Zeiträume nicht direkt im Hinblick auf die Anzahl an Infizierten verglichen werden, da sich die ausgeschiedene Virusmenge pro infizierter Person beispielsweise zwischen verschiedenen Virusvarianten unterscheiden kann. Ebenso sollten aufgrund von Unterschieden in der Probenahme, Labortechnik, Normalisierung und erregerspezifischen Unterschieden absolute Viruslasten nicht zwischen verschiedenen Standorten und Erregern verglichen werden.

Die ermittelten Werte werden durch eine Vielzahl von Faktoren (z.B. Veränderungen der Abwasserzuleitung, Starkregenereignisse oder touristische Ereignisse) beeinflusst, was durch eine Normalisierung nur teilweise ausgeglichen werden kann.

Vorgeschlagene Zitierweise
Robert Koch-Institut, Umweltbundesamt: AMELAG-Wochenbericht KW 51/2024 | DOI: 10.25646/12959

Abwassersurveillance

Abwassersurveillance

AMELAG-Wochenbericht vom 18.12.2024

Influenza A-Virus

Influenza B-Virus