Corona Frühwarnsystem
Corona zeigt es deutlich: Je schneller und genauer Ausbrüche lokalisiert werden können, desto besser lassen sie sich eindämmen. IAV hat ein Corona-Frühwarnsystem entwickelt, das das Virus im Abwasser detektiert – und damit deutlich früher, als es Humantests können. Das verschafft einen wertvollen Zeitvorsprung.
Die Welle brechen, bevor sie sich auftürmen kann: Für das Leben mit einem Virus wie Corona eine der erfolgversprechendsten Strategien. Dabei zählt jeder Tag – ein früh erkannter Ausbruch kann schnell nachverfolgt und die Infektionskette unterbrochen werden. Doch von der Infektion bis zu ersten Symptomen mit anschließendem Humantest verstreichen sieben bis 14 Tage. An anderer Stelle zeigt sich das Virus deutlich früher: im Abwasser. Denn Coronaviren-RNA (Ribonukleinsäure) ist bereits zwei Tage nach Ansteckung in menschlichen Ausscheidungen nachweisbar. „Das macht Abwasserproben zu einem wertvollen Bestandteil einer integrierten Teststrategie“, sagt Dr. Matthias Pätsch. Er verantwortet bei IAV das Business Development Wasserwirtschaft und hat mit seinem Team ein intelligentes Corona-Frühwarnsystem entwickelt, das Daten aus Abwasserproben mit öffentlichen Test- und Infektionsdaten zusammenführt und gemeinsam auswertet. „Das ermöglicht es, eine Infektionswelle bis zu zehn Tage früher zu erkennen und sie genauer zu lokalisieren, als dies bislang möglich ist“, sagt Pätsch.
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Was wird benötigt?
SARS-CoV-2 hat die Welt fest im Griff. Dies ist kein einmaliges Ereignis: In den letzten 65 Jahren gab es neun weitere weltweite Pandemien. Um optimale und fundierte Entscheidungen im Ernstfall zu treffen bedarf es ausgezeichneter Informationstools für Regierende und Bevölkerung.
Was ist das Zielbild?
Unternehmen der Wasserwirtschaft, Städte und Gemeinden sowie die Industrie mit den erforderlichen Tools auszustatten, um die Auswertung von Abwasserproben zu einem integralen Bestandteil der Epidemiebekämpfung zu machen. Somit ermöglichen wir ein schnelleres und zielgerichtetes Handeln.
Unsere Lösung
Die Nutzung von Abwasserdaten ermöglicht eine schnelle und lokal eingegrenzte Darstellung der Lage. IAV bietet einen integrierten systemischen Ansatz aus individuellem Lokal-Modell für die optimale Probeentnahme, Probenanalyse und Auswertung für Ihren Standort.
Künstliche Intelligenz im Kampf gegen das Virus
Das System nutzt eine intelligente und cloudbasierte Internet of Things (IoT)-Plattform zur Synthese und Auswertung der Daten sowie eine von künstlicher Intelligenz (KI) gestützte Methode zur intelligenten Positionierung von Vorrichtungen im Abwassersystem, die automatisiert Proben entnehmen können. Denn genau hier liegt eine der großen Herausforderungen bei Messungen im weit verzweigten Netz der Kanalisation: herauszufinden, an welchen Stellen bevorzugt Proben entnommen werden sollten. Das System integriert dafür in seine Berechnungen sowohl Informationen über Ausbrüche in der Vergangenheit als auch sozioökonomische Daten aus Sozialatlanten, unter Berücksichtigung der strengsten Datenschutzstandards. Diese geben Auskunft über Faktoren wie Bevölkerungsdichte, Altersstruktur oder Bebauung. So entsteht ein Indexmodell, das berechnet, wo eine höhere oder geringere Wahrscheinlichkeit für Ausbrüche besteht und deshalb priorisiert gemessen werden sollte. Beispiel: In dicht besiedelten Gegenden, in denen die Bewohner vor allem in Mehrfamilienhäusern leben, dürfte die Wahrscheinlichkeit höher liegen als in Vierteln, in denen freistehende Einfamilienhäuser die Bebauung prägen.
Die Dunkelziffer drücken
Noch ist umstritten, ob die Abwasserproben auch verlässliche Rückschlüsse auf die genaue Anzahl von Infektionen in einem bestimmten Gebiet zulassen. Sicher können sie jedoch bislang aussagen, ob Infektionen vorliegen oder nicht. Einen großen Vorteil hat die Methode heute schon. Sie erfasst auch Infektionen, die Humantests in der Regel nicht abbilden: die mit einem symptomlosen Verlauf.
Know-how aus dem Automotive Engineering
Mit all diesen Vorteilen ist das System für Kommunen ebenso interessant wie für große Unternehmen, die Ausbrüche auf ihren Firmengeländen früh erkennen wollen. Sie erhalten bei IAV das Gesamtpaket von Messung, Analyse und Ergebnis und können ihre Daten in einem geschützten Dashboard einsehen. Für das System kooperiert IAV mit dem Institut für Siedlungswasserwirtschaft der Technischen Universität (TU) Berlin und der ORI Abwassertechnik GmbH. ORI liefert die Probenehmer und die Messtechnik, während IAV die Entnahme und Analyse der Proben organisiert. Dabei nutzt IAV sein Know-how aus dem Automotive Engineering. Machine Learning und statistische Verfahren, wie sie zur Erstellung des Indexmodells zum Einsatz kommen, sind seit Jahren täglich Brot des Engineering-Experten. Pätsch erklärt: „Im Automotive-Bereich ist es IAV schon lange gewöhnt, Daten unterschiedlicher Genese und Form in einem einzigen System zu verarbeiten.“ Eine Fähigkeit, die jetzt auch zum Einsatz kommt, um bei Corona vor der Welle unterwegs zu sein.
Wir bieten Ihnen alle Leistungen, die Sie benötigen, von einem zuverlässigen Partner
Positionierung von Sensoren im Messnetz
Nutzen: Sie können sicher sein, dass Infektionssignale sicher und präzise erfasst werden. IAV fusioniert Messwert-Analysen mit soziodemographischen Daten Ihrer Stadt und der Topologie Ihres Abwassernetz. So bestimmen wir die optimale Position von Messpunkten in Ihrem Abwassersystem.
Bereitstellung der Probenahmegeräte
Nutzen: Ihr Messnetz ist immer einsatzbereit und aussagefähig. IAV und unsere Partner stellen Ihnen die Sensorik und Probenahmegeräte zur Verfügung, kümmert sich um Ersatzgeräte, weist Ihre Leute in deren Bedienung ein oder stellt Vorort ein Team dafür bereit.
Analyse der Proben
Nutzen: Sie erhalten sofort Zugang zu hochwertigen Ergebnissen aus Sensorik und der Probenanalyse. IAV und unsere Partner analysieren Ihre Abwasser-Proben auf SARS-COV-2 und andere Krankheitserreger. Sie profitieren von den neuesten Entwicklungen in der Probenanalyse.
Darstellung und Auswertung der Ergebnisse
Nutzen: Sie erhalten alle notwendigen Informationen, um Ihre Entscheidung zu treffen. IAV erstellt, hostet und verknüpft Ihr städtisches Dashboard. Wir kombinieren die Ergebnisse aus dem Abwassermonitoring mittels Big-Data-Analysen, um die Risikolage einzugsgebiets-genau aus aktuellen und historischen Daten zu bewerten.
Früherkennung:
Warum sollte man sein Kanalnetz zur Früherkennung nutzen?
Zahlreiche Vorhaben haben gezeigt, dass SARS-CoV-2 zuverlässig im Abwasser detektiert werden kann und als Hinweis für eine Frühwarnung benutzt werden kann.
Ist das Konzept in der Praxis erprobt?
IAV hat bisher Beispiele in über mehr als 300 Städten und Gemeinden gefunden, wo SARS-CoV-2 über den Nachweis von Corona RNA in unterschiedlichen Abwassersystemen gefunden wurde.
Wie zuverlässig ist die Auswertung?
Die Proben werden mittels PCR-Methode analysiert. Falsch-positive Testergebnisse sind quasi-ausgeschlossen. Eine hohe Probenhäufigkeit reduziert das Risiko Infektionen zu übersehen.
Wie ist die datenschutzrechtliche Lage?
Datenschutz ist mit den Abwasserproben kein Problem: es ist unmöglich aus dem Abwasserproben Personen zu identifizieren.
Probeentnahme
Warum ist es besser mehrere Entnahmestellen zu haben?
Mehrere Entnahmestellen ermöglichen ein detailliertes Bild der Infektion und wirken gegen Verdünnungseffekte. Durch Verfolgung entgegen der Strömungsrichtung des Abwassers können besonders betroffene Gebiete (Hot-Spots) identifiziert werden.
Wie bestimmen wir den optimalen Ort der Entnahme?
Die optimalen Entnahmestellen werden mithilfe des IAV IndexModell ermittelt.
Welche Daten benötigt IAV über meinen Standort?
GIS-Informationen für das Kanalnetz und geo-referenzierte sozio-demographische Informationen, die typischerweise vorhanden sind.
Wie oft und von wem werden die Proben genommen?
In Abhängigkeit der spezifischen Situation, sollten Proben mindestens jeden 2. Tag genommen und sofort analysiert werden. Die Probeentnahme erfolgt durch IAV oder Partnern.
Probeanalyse
Welche Schritte sind notwendig um Viren im Abwasser zu detektieren?
Der Nachweis von Coronaviren erfolgt im Wesentlichen in drei Schritten, der Sammlung von Abwasser, einem Konzentrationsprozess zur Erhöhung der Dichte der Virus RNA-Fragmente und zum Schluss die Mikroben-Analytik PCR.
Wer analysiert die Proben
Alle geeigneten Labore können die Proben analysieren. Wichtig: die Probenanalysen müssen unmittelbar nach der Probennahme durchgeführt werden, um eine Frühwarnung zu ermöglichen.
Wie wird der Virus festgestellt?
Nach den Vorbereitungsschritten wird der Virus mittels PCR-Analyse festgestellt.
Welche anderen Werte können analysiert werden?
Die Technologie ist geeignet für die Früherkennung von allen Krankheitserregern und Kontaminationen, die sich im Abwasser befinden.
Was für eine Erkenntnis lässt sich aus der Analyse schließen?
Je nach der Verfügbarkeit von Zusatzinformationen (z.B. Durchfluss) können positive PCR-Befunde in RNA-Konzentrationen im Abwasser umgerechnet werden.
