Spanische Forscher entwickeln Verfahren zum Abbau von Antibiotika im Trinkwasser mithilfe von Sonnenlicht

Viele Menschen sind sich nicht bewusst, dass ihr Trinkwasser Antibiotika enthalten kann, die zu Resistenzen bei der Behandlung von Infektionen führen. Durch den oft wahllosen und unverantwortlichen Einsatz dieser Medikamente finden sie sich mittlerweile in verschiedenen Gewässern.

Studien belegen Konzentrationen von 100 bis 50 Nanogramm pro Liter. Die Antibiotika gelangen hauptsächlich über die Ausscheidungen von Mensch und Tier, die diese Medikamente eingenommen haben, oder durch unsachgemäße Entsorgung über Abwässer und industrielle Abflüsse ins Wasser.

Zu den am häufigsten nachgewiesenen Antibiotika zählen Fluorchinolone (z. B. Ciprofloxacin, Norfloxacin), Beta-Lactame (z. B. Amoxicillin, Penicilline), Makrolide (z. B. Erythromycin, Clarithromycin), Tetracycline (z. B. Doxycyclin, Oxytetracyclin) und Sulfonamide (z. B. Sulfamethoxazol, Sulfamethazin). All diese Medikamente sind in der Human- und Veterinärmedizin weit verbreitet.

Ein wachsendes Problem

Flüsse und Seen werden durch diese Antibiotikarückstände zu idealen Nährböden für die Entwicklung superresistenter Bakterien durch zufällige genetische Mutationen. Diese sogenannten Superkeime stellen eine erhebliche Gefahr für die Gesundheit von Mensch und Tier dar. Sie erschweren die Behandlung von Volkskrankheiten wie Lungenentzündung oder Harnwegsinfekten und zwingen Patienten zur Einnahme aggressiverer Medikamente mit zahlreichen Nebenwirkungen (u.a. gastrointestinale und neurologische Beschwerden, Leber- und Nierenschäden sowie hämatologische und immunologische Beeinträchtigungen).

Schätzungen zufolge verursachten arzneimittelresistente bakterielle Infektionen im Jahr 2019 rund 1,27 Millionen Todesfälle. Bis 2050 wird mit fast 5 Millionen Todesfällen pro Jahr und Billionen an wirtschaftlichen Verlusten durch Beeinträchtigung des BIP und erhöhte Kosten in der Primärversorgung gerechnet.

Antibiotika im Leitungswasser

Konventionelle Wasseraufbereitungsanlagen können diese Verunreinigungen derzeit nicht vollständig entfernen, da die notwendige Technologie fehlt. Die Entwicklung fortschrittlicher Technologien zur Eliminierung von Antibiotika im Wasser ist daher unerlässlich.

Forscher des IMDEA Energy Institute haben in Zusammenarbeit mit der Universität Granada eine neue Katalysatorfamilie (IEF-22, Akronym für IMDEA Energy Frameworks) entwickelt, die diese Antibiotika mithilfe von Sonnenlicht im Wasser abbauen kann. Diese Materialien basieren auf Koordinationspolymeren oder metallorganischen Netzwerken (MOF, Metal-Organic Frameworks), einer Art kristallinem Feststoff, der nachhaltige Metalle (Eisen, Nickel, Kalzium oder Magnesium) mit einem phosphonatähnlichen organischen Liganden kombiniert.

Besonders eisen- und nickelbasierte Materialien haben sich als äußerst effektiv erwiesen. Sie sind im Abwasser und unter extremen pH-Bedingungen (sowohl alkalisch als auch sauer) hochstabil und können Licht im sichtbaren Spektrum absorbieren. Dadurch besitzen sie photokatalytisches Potenzial zum Abbau von Wasserverunreinigungen unter sichtbarem Licht.

Vielversprechende Ergebnisse

Experimente zeigten, dass der Eisenphotokatalysator IEF-22(Fe) das in der Viehzucht weit verbreitete Antibiotikum Sulfamethazin in echtem Abwasser innerhalb von nur drei Stunden unter Bestrahlung mit sichtbarem Licht abbauen kann. Darüber hinaus behält er seine photokatalytische Leistung über 16 Wiederverwendungszyklen bei, was seine Robustheit und Stabilität belegt. Damit stellt er eine vielversprechende Lösung für die Aufbereitung von schadstoffbelastetem Wasser dar.

Diese Studie ist ein bedeutender Fortschritt bei der Suche nach nachhaltigen Lösungen für die Wasserdekontamination und bietet eine wirksame Strategie zur Eliminierung persistenter Medikamente, die für die Zunahme der bakteriellen Resistenz verantwortlich sind.