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Keime im Klimawandel

Wenn das Meer wärmer wird, können sich gefährliche Keime stärker vermehren. Zum Beispiel Vibrionen, die unter anderem Austern befallen. Wie sie auf den Klimawandel reagieren, untersucht ein deutsch-französisches Forscherteam im Projekt ENVICOPAS.

Die Austernbänke vor Sylt wurden bislang von Massensterben durch Vibrionen verschont. Foto: Alfred-Wegener-Institut / Susanne Diederich

Austern wachsen im Wattenmeer auf Steinen oder Miesmuscheln. Foto: Alfred-Wegener-Institut / Susanne Diederich

Vibrionen können sowohl Menschen als auch Austern gefährlich werden. Foto: Alfred-Wegener-Institut / Tina Wagner

Die Pazifische Auster (Crassostrea gigas) wird seit 1986 vor Sylt gezüchtet. 1991 fand man die ersten Exemplare im Wattenmeer außerhalb der Kultur. Foto: Alfred-Wegener-Institut / Tina Wagner

Wärmere Wassertemperaturen begünstigen das Wachstum krankheitserregender Keime im Meer. Im Projekt ENVICOPAS untersucht ein deutsch-französisches Forscherteam, wie sich der Klimawandel auf bestimmte Bakterien auswirkt.

Austern und Menschen haben etwas gemeinsam: Beide können durch Bakterien der Gattung Vibrio krank werden. Der bekannteste Vertreter der Gruppe ist Vibrio cholerae – der Verursacher der schweren Durchfallerkrankung Cholera. Die Art Vibrio vulnificus kann offene Wunden infizieren und bei Personen mit geschwächtem Immunsystem im schlimmsten Fall eine lebensbedrohliche Blutvergiftung auslösen. Andere Arten rufen beim Verzehr befallener Meeresfrüchte teils schwere Lebensmittelvergiftungen hervor, wieder andere können leichte Magen-Darm-Verstimmungen verursachen, wenn man beim Schwimmen zu viel Wasser schluckt. Und dann sind da noch Vibrio splendidus und Vibrio aesturianus: Diese für Menschen unschädlichen Stämme befallen Austern. Vor allem an der französischen Atlantikküste haben sie in den vergangenen Jahren mehrfach zu Massensterben unter den kommerziell gezüchteten Weichtieren geführt.

Bei mehr als 13 Grad werden die Vibrionen aktiv

„Vibrionen kommen natürlicherweise im Meer vor“, berichtet Prof. Dr. Ulrike Feudel vom Institut für Chemie und Biologie des Meeres (ICBM). Die Mikroben fühlen sich vor allem im Brackwasser wohl: Einige Arten bevorzugen niedrige Salzgehalte wie in der Ostsee, der Elbe- oder Wesermündung, andere gedeihen bei höheren Salzgehalten besser, wie sie etwa im Wattenmeer herrschen. Die Keime überwintern im Meeresboden und werden erst bei einer Temperatur von 13 Grad Celsius wieder aktiv. Je wärmer das Wasser, desto stärker vermehren sie sich.

Im deutsch-französischen Projekt ENVICOPAS (Einfluss von Umweltänderungen auf Krankheitserreger-Systeme im küstennahen Ozean) untersuchen rund 20 Forscherinnen und Forscher unter Leitung von Dr. Gunnar Gerdts vom Alfred-Wegener-Institut – Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) auf Helgoland, wie die teils gefährlichen Krankheitserreger auf den Klimawandel reagieren. Ein Teil des Teams beschreibt die mikrobiellen Gemeinschaften, die in Austern leben, andere identifizieren Umweltbedingungen, die den Ausbruch von Krankheiten auch bei Menschen begünstigen. „In unserem Teilprojekt entwickeln wir Modelle, die das Vorkommen von Erregern im Meerwasser vorhersagen“, berichtet Feudel. Das von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und der französischen Forschungsorganisation Agence nationale de la recherche (ANR) geförderte Forschungsvorhaben läuft noch bis 2019.

Krankheitsfälle nehmen zu

Die Doktorandin Vanessa Schakau, die zu Feudels Arbeitsgruppe Theoretische Physik/Komplexe Systeme gehört, befasst sich mit Vibrionen in der Nordsee. Ihre Forschungsfrage lautet: Wird die Konzentration der Krankheitserreger im Meerwasser zunehmen, wenn dort in Zukunft die Wassertemperaturen steigen? Und werden die Keime in Gebieten zum Problem, die bislang nicht betroffen waren? Das wäre sowohl für Badegäste als auch für die einzige deutsche Austernfarm vor Sylt interessant. Dort sind zwar bereits krankmachende Vibrionen aufgetaucht, doch die Austern blieben bislang von Massensterben verschont.

Wundinfektionen durch Vibrionen haben hingegen in Nordeuropa in den letzten Jahren zugenommen, sind allerdings nach wie vor sehr selten. So sind in der deutschen Ostsee in den letzten Jahren insgesamt eine Handvoll Menschen erkrankt. Nach einem Todesfall im Juli 2018 warnten die Gesundheitsbehörden von Schleswig-Holstein und Mecklenburg-Vorpommern, dass Personen mit geschwächter Immunabwehr beim Baden aufpassen sollten – vor allem, wenn sie offene Wunden haben. Auch an der Nordsee sind bereits Krankheitsfälle aufgetreten – in den Niederlanden und in Großbritannien.

Für ihre Untersuchung simuliert Vanessa Schakau das Wachstum verschiedener Vibrio-Arten in der Nordsee in Abhängigkeit von Wassertemperatur, Strömungen und Salzgehalt. Einen Vergleich des schwülwarmen Sommers 2014 mit dem kühleren Sommer 2016 präsentierte sie kürzlich zusammen mit Feudel und den ICBM-Forschern Dr. Karsten Lettmann, Prof. Dr. Jörg-Olaf Wolff auf der Jahrestagung der European Geosciences Union in Wien.

Meeresströmungen führen die Keime mit sich

Dem Modell zufolge lagen die Keim-Konzentrationen 2014 insgesamt deutlich über denen von 2016. Außerdem vermehrten sich diejenigen Vibrionen-Arten stark in den Mündungen von Elbe, Weser und Ems, die an niedrige und mittlere Salzgehalte angepasst sind. Die beiden Arten, die höhere Salzgehalte bevorzugen, traten dagegen im Jadebusen, südlich von Cuxhaven und vor der schleswig-holsteinischen Nordseeküste verstärkt auf. Schakau stellte in ihrer Simulation zudem fest, dass die großen Flüsse krankmachende Vibrionen bis weit in die offene Nordsee transportieren können – in Gebiete, deren Salzgehalt eigentlich zu hoch für die Keime ist. „Die Vibrionen finden in der Elbmündung optimale Bedingungen und könnten mit der Elbfahne auch zu Badestränden auf den Nord- und Ostfriesischen Inseln oder zu den Austernbänken vor Sylt befördert werden – obwohl diese Gebiete außerhalb ihrer ökologischen Nische liegen“, berichtet sie.

Dieses Ergebnis erklärt einen merkwürdigen Fund: Exemplare der Art Vibrio vulnificus waren 2010 in Proben aufgetaucht, die an einem Strand auf Borkum genommen worden waren – wo der Salzgehalt weit über den Werten liegt, bei der sich die Art eigentlich wohlfühlt. Schakaus Simulationen bestätigen die These, dass die Keime wahrscheinlich mit dem Wasser der Ems dorthin geströmt sein könnten. Die Forscherin kann ihr Modell demnächst mit Daten überprüfen. „AWI-Forscher nehmen regelmäßig Wasserproben auf der Strecke Cuxhaven-Helgoland, die auf Vibrionen getestet werden“, berichtet sie. Anschließend will sie ihr eigentliches Ziel umsetzen – und berechnen, wie stark sich die Keime vermehren, wenn das Wasser noch wärmer wird. Klimamodellen zufolge sollen die Wassertemperaturen in der Nordsee bis zum Jahr 2100 um 1,7 bis 3,2 Grad Celsius steigen.

Der Sommer 2018 hat bereits einen Vorgeschmack auf wärmere Zeiten geliefert: Normalerweise wird die Nordsee im Juli und August nicht viel wärmer als 18 oder 20 Grad Celsius. In diesem Sommer waren es 23 Grad.

Presse & Kommunikation (Stand: 15.10.2018)