Umweltveränderungen anhand von Flussmikrobiomen in Luxemburg verfolgen

Das European Molecular Biology Laboratory (EMBL) und regionale Partner, darunter das Luxembourg Centre for Systems Biomedicine (LCSB) an der Universität Luxemburg, haben in der Region Luxemburg ein Pilotprojekt gestartet. Ziel ist es zu untersuchen, wie mikrobielles Leben in Flussökosystemen auf vom Menschen verursachte Umweltbelastungen reagiert. Forschende entnahmen entlang der Mosel Proben aus Wasser, Böden und einer Kläranlage, um die mikrobielle Vielfalt, antimikrobielle Resistenzen und chemische Schadstoffe zu untersuchen. Das Projekt ist Teil der EMBL-Initiative TRaversing European Coastlines (TREC) und soll dazu beitragen, Umweltstress frühzeitig zu erkennen, ein langfristiges Monitoring von Ökosystemen aufzubauen und die grenzüberschreitende Zusammenarbeit zu stärken.

Das Rhein-Mosel-Ökosystem: Ein gutes Modell zur Untersuchung menschlicher Einflüsse

Der Rhein, einer der bedeutendsten Flüsse Europas, und die Mosel, einer seiner größten Nebenflüsse, bilden ein komplexes Ökosystem, das sich über Frankreich, Luxemburg und Deutschland erstreckt. Beide Flüsse wurden stark vom Menschen verändert und dienen als wichtige Verkehrswege. Dabei tragen sie die Spuren menschlicher Aktivitäten quer durch Europa. Sie fließen durch dicht besiedelte und industrialisierte Gebiete sowie durch Regionen mit intensiver Landwirtschaft und bilden damit ein ideales grenzüberschreitendes natürliches Labor, um unseren Einfluss auf die Umwelt und die Wasserqualität zu untersuchen.

Menschliche Aktivitäten setzen Ökosysteme zunehmend unter Druck, mit Folgen sowohl für die Umwelt als auch für die menschliche Gesundheit. Die aktuelle Studie konzentriert sich auf Fluss- und Landlebensräume, die durch Verschmutzung, und vom Menschen verursachten Veränderungen der Ökosysteme, einschließlich des Klimawandels, beeinflusst werden. Ziel ist es, besser zu verstehen, wie Mikrobiome diese Auswirkungen widerspiegeln und zugleich mitgestalten.

„Mikroorganismen reagieren sehr empfindlich auf Umweltveränderungen und können als Frühindikatoren für den Zustand von Ökosystemen dienen“, erklärt Jan Korbel, Interimsleiter des EMBL Heidelberg. „Mit TREC bauen wir einen koordinierten Rahmen auf, um solche Veränderungen europaweit zu untersuchen. Dieses Projekt prüft diesen Ansatz nun in Süßwasserökosystemen. Das EMBL ist mit seinem weitreichenden Partnernetzwerk in seinen Mitgliedstaaten, darunter Luxemburg, besonders gut aufgestellt, um solche paneuropäischen Studien zu ermöglichen und zu koordinieren.“

Mikroben und Umweltveränderungen miteinander verknüpfen

Im Rahmen dieses Projekts haben Forschende Proben aus den beiden Flüssen, den angrenzenden Böden und einer Kläranlage sowie an Standorten entlang des Zusammenflusses von Mosel und Rhein gesammelt. „In Abstimmung mit dem EMBL und dem Wasserwirtschaftsamt in Luxemburg haben wir relevante Standorte in Schengen und Grevenmacher ausgewählt“, erklärt Alissa Muller, Postdoktorandin am LCSB. „Da uns nun Proben von den verschiedenen Standorten vorliegen, werden wir zu deren Analyse beitragen, insbesondere mithilfe von PathoFact, einem von unserem Team entwickelten bioinformatischen Tool zur Identifizierung von Krankheitserregern.“

Mithilfe von Metagenomik, Umwelt-DNA sowie detaillierten chemischen und biogeochemischen Messungen werden die Teams die mikrobielle Vielfalt, antimikrobielle Resistenzen und Schadstoffe wie Arzneimittelrückstände, Schwermetalle, PFAS und Pestizide untersuchen. Eine gezielte Studie an einer wichtigen Kläranlage und flussabwärts in der Mosel wird außerdem untersuchen, wie antimikrobielle Resistenzen und chemische Belastungen aus menschlicher Infrastruktur in den Fluss gelangen.

Durch die Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen mikrobiellen Gemeinschaften und ihrer Umwelt will das Projekt Bioindikatoren identifizieren, die eine frühzeitige Erkennung von Belastungen in Ökosystemen ermöglichen und Einblicke in deren Widerstandsfähigkeit geben. „Diese Zusammenarbeit bringt lokales Umweltwissen und modernste molekulare Analyse zusammen“, sagt Paul Wilmes, Professor an der Universität Luxemburg und Leiter der Gruppe Systems Ecology am LCSB. „Sie wird praxisrelevantes Wissen hervorbringen, das für Biodiversität, Verschmutzung und menschliche Gesundheit von Bedeutung ist, und so ein evidenzbasiertes Umweltmanagement unterstützen.“

Luxemburgs TREC-Stopp als Meilenstein und Grundlage für langfristiges Monitoring

Mit einer Veranstaltung am 8. Juni in Grevenmachen fand die Probenahmekampagne in Luxemburg ihren Abschluss. Sie brachte Wissenschaftler, politische Entscheidungsträger und regionale Akteure zusammen, darunter Luxemburgs Ministerin für Forschung und Hochschulwesen, Stéphanie Obertin. Sie betonte: „Das TREC-Projekt zeigt beispielhaft, welchen Wert die europäische wissenschaftliche Zusammenarbeit hat. Indem es das EMBL, die Universität Luxemburg und regionale Partner zusammenbringt, um das Rhein-Mosel-Ökosystem zu untersuchen, macht es deutlich, dass die großen Herausforderungen unserer Zeit interdisziplinäre und grenzüberschreitende Ansätze erfordern, die auf dem Austausch von Wissen, Expertise und Daten beruhen.“ Die Teilnehmenden hatten die Gelegenheit, einen nahgelegenen Probenahmestandort zu besuchen, um eine Vorführung vor Ort der Feldaktivitäten zu erleben und die mobilen Labore des EMBL kennenzulernen. So erhielten sie einen unmittelbaren Einblick darin, wie Daten zu Umweltmikrobiomen gesammelt werden.

Diese Daten werden dazu beitragen, antimikrobielle Resistenzen und Umweltverschmutzung besser zu erkennen und ein tieferes Verständnis dafür zu gewinnen, wie menschliche Aktivitäten dieses wichtige, aber empfindliche Ökosystem beeinflussen. Langfristig werden die Ergebnisse der TREC-Studie helfen, eine Grundlage für ein systematisches Monitoring von Ökosystemen und ihrer Reaktionen auf den Klimawandel sowie auf andere Belastungen zu schaffen. Durch eine standardisierte Datenerhebung an allen Probenahmestandorten ermöglichen das EMBL und seine Partner zuverlässige Vergleiche und tragen dazu bei, die Grundlage für künftige Rahmenkonzepte zur Untersuchung der Ökosystemgesundheit in Europa zu schaffen. „Mit dieser multidisziplinären Studie von Rhein und Mosel hoffen wir, ein umfassendes Bild zu erhalten, das grenzüberschreitende Entscheidungen in den Bereichen Nachhaltigkeit und Gesundheitspolitik besser unterstützen kann“, schließt Prof. Wilmes.

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Finanzierung:

Die Bemühungen des EMBL, wegweisende expeditionbasierte Forschung zu Süßwasserökosystemen auszuweiten, werden von der Klaus Tschira Stiftung unterstützt.
Der Luxembourg National Research Fund (FNR) unterstützte die Probenahmekampagne im Rahmen des Projekts „Resilience of Neurological Health in Global Change: A One Health Approach – NEUROH-CHANGE“, das über das INITIATE-Programm des FNR finanziert wird.

Die Bilder: