Meeresumwelt-Symposium Pathogene und toxische Bakterien in der Ostsee. Matthias Labrenz

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1 Meeresumwelt-Symposium Pathogene und toxische Bakterien in der Ostsee Matthias Labrenz Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde (IOW) AG Umweltmikrobiologie

2 Pathogene und toxische Bakterien in der Ostsee Ziel des Vortrages Status quo Eigenschaften Prognose

3 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

4 Definitionen Pathogen - toxisch Pathogene Bakterien: Über Infektion einen bestimmten Organismus krank machend Zielgerichtet Toxische Bakterien: Bilden Stoffe mit toxischer Wirkung auf ein Lebewesen ungerichtet

5 Vibrio-Infektionen seit 1985 Länder mit humanen Fällen Keine einheitlichen Melderegister Quelle (modifiziert): Robert Koch-Institut (RKI, VibrioNet)

6 Pathogene Bakterien in der Ostsee Vibrio vulnificus Gram-negativ Stäbchenförmig Polar begeißelt mobil Mäßig bis ausgeprägt halophil (salzbedürftig) Quelle: Robert Koch-Institut (RKI, VibrioNet)

7 Vibrio vulnificus Vorkommen und Eigenschaften Weltweit in aquatischer Umgebung: Flussmündungen, Lagunen, Bodden, Brackwasser etc. Vermehrung: Salzgehalt: 5 25 Temperatur: ~ > 20 o C Weitere: Vibrio alginolyticus Vibrio cholerae non-o1 Vibrio parahaemolyticus Quelle: Robert Koch-Institut (RKI, VibrioNet)

8 Vibrio vulnificus Pathogene Eigenschaften bzw. Krankheitsverlauf Infektion: Beim Baden/Waten/Kontakt Meeresfrüchte, über verletzte Haut (Abschürfungen, Wunden) V. cholerae non-o1 (ggf. Department Brechdurchfall, of Health and Human Services,USA evtl. vulnificus-ähnlich) 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

9 Ostsee (Sommer 2006) Lebensraum von V. vulnificus Temperatur [ o C] Salinität Vermehrung: Südliche Ostsee: Salzgehalt: 5 25 Temperatur: ~ > 20 o C Gute Umweltparameter Gute Wirtssituation Baker-Austin et al., Nature Climate Change, 2013

10 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

11 Deutsche Ostseeküste Vibrio-Infektionen seit 2001 Summe: etwa 12 Fälle Quelle: Robert Koch-Institut (RKI, VibrioNet)

12 Vibrio-Infektionen 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

13 Vibrionen der Deutschen Ostseeküste Häufigste Infektionen: östliches M-V V. cholerae V. vulnificus Abundant: V. vulnificus V. cholerae Böer et al., BfG 4/12

14 Vibrionen der Deutschen Ostseeküste Prognose zukünftige Entwicklung Temperatur bis 2050 Monatliche Temperatur Temperatur generell steigend (Ostsee Trendanstieg 1,35 o C ) Im Jahresverlauf länger andauernde Sommer-Saison Baker-Austin et al., Nature Climate Change, 2013

15 Vibrionen der Deutschen Ostseeküste Prognose der zukünftigen Entwicklung Relation Vibrio-Infektion/ Temperatur Oberflächenwasser Vibrio-Infektion/Jahr Baker-Austin, Nature Climate Change, 2013

16 Deutschen Ostseeküste Höchstes Vibrio-Infektionsrisiko Infektionsrisiko 10 Hohes Infektionsrisiko erreicht nördliche, dicht besiedelte Gebiete Bedeutung und Verhältnismäßigkeit?

17 Toxische Bakterien in der Ostsee Cyanobakterien (Blaualgen)-Blüte in der Ostsee (Juli 2005)

18 Toxische Bakterien in der Ostsee Nodularia spumigena Cyanobakterium (Blaualge) Mohlin, 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

19 Nodularia spumigena/cyanohab Vorkommen und Eigenschaften Optimales Wachstum bei hohen Temperaturen Hohes P, niedriges N fördern Wachstum (N-Fixierer) Paerl & Otten, Microbial Ecology, 2013

20 Zentrale Ostsee (Sommer 2006) Lebensraum von N. spumigena Temperatur hoch Tiefe Mittelbare Toxizität über: 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

21 N. spumigena in der Ostsee Prognose zukünftige Entwicklung + Eutrophierung (Phosphat) + Stickstofflimitation + Temperaturanstieg Potentieller Anstieg toxischer Blüten Potentielle Erweiterung sulfidischer Zonen

22 Weitere Quellen pathogener/toxischer Bakterien? Besiedlung des Küstenraumes Ostsee Starkregenereignisse Rövershagen 2011 Rostock Ballastwasser (Invasion fremder Arten) Anstieg des Hartsubstrats F. Pollehne, IOW

23 Pathogene und toxische Bakterien in der Ostsee Schlussfolgerungen Physik Ostsee Küste Klimaveränderung Wassertemperatur Toxische Cyanobakterien -blüten Pathogene Bakterien Verdriftung = Anstieg Nährstoffe Anthropogene Einflüsse Modifiziert nach Störmer, 2011

24 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.

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29 Bakterien im Klimawandel Von bestimmten Gruppen zu mikrobiellen Gemeinschaften Erweiterung des Monitoring: Erfassung mikrobiell gesteuerter Prozesse Entwicklung neuer genetisch basierter Bioindikatoren

30 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 WP5 Evaluation of genes and rates, design of reference experiments BLUEPRINT Competence Centre (BCC) Improved modeling of the Baltic Sea WP4 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

31 AFISmon BONUS call 2012: Innovation Automatisierung mikrobieller Analyen (Probenahmesystem) Vision...

32 Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit!