Die 12+1 Innovationen von MEDUWA
In MEDUWA-Vecht(e) wurden 12+1 Innovationen entwickelt:
Innovation 1: Flusseinzugsgebiet-Informationssystem (WIS)
Innovation 2: Grauwasserfußabdruck
innovation 3: Regionale Risikobewertung
Innovation 5: Mobile Dauermessstation für Wasser
Innovation 6: Pflanzliche Antibiotika Substitution
Innovation 7: Drahtlose Grundwasserüberwachung
Innovation 8: Überwachung von Nutztieren
Innivation 9: Plasmaaktiviertes Wasser
Innovation 10: Phytoremediation
Innovation 11: Biopharmazeutika
Innovation 12: Algen Antibiotika Substitution
Innovation 13: Produktkettenansatz
Innovation 1: Flusseinzugsgebiet-Informationssystems (WIS)
Partner: Geoplex GIS GmbH, Universität Osnabrück IUSF, Wetsus, Radboud Universität, Universität Twente.
Das Institut für Umweltsystemforschung der Universität Osnabrück, Geoplex GIS GmbH, Wetsus, die Radboud Universität und die Universität Twente bündelten ihre Bemühungen und Erfahrungen, um eine digitale Plattform zur Risikobewertung für eine breitere Öffentlichkeit aufzubauen, das Watershed Information System (WIS). Grundlage des WIS ist das GREAT-ER-Modell (Geography-referenced Regional Exposure Assessment Tool for European Rivers).
Ziel des WIS ist es, das komplexe Verhalten von Arzneimitteln und ihre möglichen negativen Auswirkungen im Wasser unter verschiedenen Wetterszenarien (Nass- und Trockenwetter) anhand von Karten zu visualisieren und zu bewerten. Wetsus analysierte Medikamente sowie E. coli und resistenten Bakterien (ESBL-E. coli), die stichprobenartig im Testgebiet gesammelt wurden. Die modellberechneten Konzentrationen von Medikamenten und Bakterien wurden mit im Wasser gemessenen Werten verglichen, um das Modell zu verbessern. Die Waterschap Zuiderzeeland (die regionale Wasserbehörde in der niederländischen Provinz Flevoland) stellte Daten zur Reinigungseffizienz von Kläranlagen zur Verfügung. Die Ergebnisse der modellierten Szenarien bildeten eine wichtige Grundlage für die von der Radboud Universität durchgeführte Risikobewertung. Im WIS können die vorhergesagte Konzentration und das ökologische Risiko von 15 Medikamenten für jeden Abschnitt des Vechte-Einzugsgebiets abgerufen werden. Der Selektionsdruck von Antibiotika für jeden gewünschten Standort kann ebenfalls angefordert werden.
Die digitale Plattform wurde auch von anderen Projektpartnern im MEDUWA-Vecht(e)-Konsortium genutzt, um die Wirksamkeit ihrer Innovationen zu visualisieren und zu bewerten. Mithilfe des WIS ist es möglich, für jede entwickelte Maßnahme den potenziellen Beitrag zur Reduzierung der Emission von Medikamenten und multiresistenten Bakterien für das gesamte Flussgebiet zu simulieren. Damit eignet sich die Plattform auch zur Kommunikation und Entscheidungsfindung über Maßnahmen.
Wetsus, das Europäische Wissenszentrum für nachhaltige Wassertechnologie in Leeuwarden, analysierte und modellierte zusammen mit der Universität Osnabrück Escherichia coli (E. coli)-Bakterien, sowie antibiotikaresistente E. coli, im gesamten Vechte-Einzugsgebiet als Indikator für fäkale Verschmutzung. Einblicke in den Verbleib von Bakterien in einem Flusseinzugsgebiet können helfen, die Exposition des Menschen gegenüber antibiotikaresistenten Bakterien vorherzusagen, z. B. bei der Erholung am Wasser oder über Trinkwasser und die Bewässerung von Nutzpflanzen.
Das Flusseinzugsgebiet der Vechte wurde an 25 Stellen wiederholt beprobt. Zusätzlich wurden im gesamten Gebiet Proben aus Abwasser und Gräben in landwirtschaftlichen Gebieten entnommen. Aus den Proben wurde mittels Kultivierung die Konzentration der E. coli bestimmt. Es wurde auch festgestellt, welcher Anteil der E. coli ESBL-Enzyme oder Carbapenemase-Enzyme produzieren kann. An sieben Standorten wurden sowohl E. coli als auch die resistente Variante aus jeder an diesem Standort entnommenen Probe isoliert. Die Konzentrationen waren im Winter am höchsten. Für die geographische Modellierung wurde das GREAT-ER Model verwendet.
Aufgrund der gefundenen und modellierten E.coli-Konzentrationen wurde festgestellt, dass das Einzugsgebiet der Vechte nicht überall Badegewässerqualität aufweist. An einer Reihe von bakteriell kontaminierten Stellen wird an Sommertagen gebadet. Was dies für die Gesundheit bedeutet, ist noch nicht untersucht worden. Um weitere Informationen über Standorte mit möglicher höherer bakterieller Belastung zu erhalten, wurden die Ergebnisse teilweise im Watershed Information System (WIS) verarbeitet
Innovation 2: Grauwasserfußabdruck
Partner: Universität Twente, Geoplex GIS GmbH, Universität Osnabrück.
Der Wasserfußabdruck ist ein bekannter Indikator für die Menge an Wasser, die bei der Produktion von Waren und Dienstleistungen verbraucht wird. Der Wasser- Fußabdruck eignet sich zur Veranschaulichung von Wassernutzungsproblemen in der Öffentlichkeit, in der Wirtschaft, bei Politikern und Entscheidungsträgern. Neben dem Wasserfußabdruck wurde nun auch ein Werkzeug namens „Grauwasserfußabdruck“ entwickelt. Dieses neue Konzept liefert ein Maß für die Wassermenge, die benötigt wird, um die Konzentration eines Schadstoffs im Wasser auf ein Niveau zu reduzieren, das gemäß den Wasserqualitätsstandards als nicht mehr giftig gilt. Diese Wassermenge hängt von der Menge und Toxizität eines Schadstoffs im Wasser ab.
Im Projekt MEDUWA-Vecht(e) berechnete die Forschungsgruppe Multidisziplinäres Wassermanagement der Universität Twente den Grauwasserfußabdruck verschiedener Humanund Tierarzneimittel für das deutschniederländische Flusseinzugsgebiet der Vechte.
Der größte Grauwasserfußabdruck, der sich aus der Verwendung von Medikamenten durch den Menschen ergibt, wurde für das synthetische Hormon Ethinyl-estradiol (Wirkstoff der „Pille“ zur Schwangerschaftsverhütung) gefunden: 16 Milliarden Kubikmeter Wasser pro Jahr. Mit anderen Worten: Es wären 16 Milliarden Kubikmeter Wasser pro Jahr nötig, um die Konzentration dieses Stoffes im Vechtetal auf ein ungiftiges Niveau zu senken. Dieses Hormon stammt ausschließlich aus Haushalten und kommt zu 95 % aus dem niederländischen Teil des Einzugsgebiets, aufgrund der höheren Einwohnerzahl und des höheren Verbrauchs.
Der größte Grauwasserfußabdruck, der von Krankenhäusern stammt, wurde für das Antibiotikum Ciprofloxacin gefunden.
Der größte Grauwasserfußabdruck aus der Viehhaltung im Einzugsgebiet wurde für das Antibiotikum Amoxicillin gefunden. Die Ergebnisse zeigen auch, dass eine beträchtliche Menge des in der Vechte-Region produzierten Düngers exportiert wird. Dies bedeutet, dass ein Teil der durch Medikamente verursachten Verschmutzung außerhalb der Region stattfindet: 35% des deutschen und 55% des niederländischen Anteils der Verschmutzung liegen außerhalb des Einzugsgebietes.
Die Ergebnisse der Grauwasserfußabdruck-Analyse werden in dem von den Projektpartnern Geoplex und Universität Osnabrück entwickelten Watershed Information System (WIS) visualisiert. Interaktive Karten zeigen den Fußabdruck von Medikamenten pro Gemeinde, Region, Krankenhaus oder Tierprodukt (Milchprodukte, Rindfleisch, Schweinefleisch, Hühner und Eier).
Innovation 3: Regionale Risikobewertung
Partner: Radboud Universität, Universität Osnabrück, Wetsus
Die Human and Ecological Risk Assessment Group der Radboud Universität verwendet große Datensätze, fortschrittliche Computertechniken und statistische Modelle, um die Umweltrisiken gefährlicher Substanzen zu bewerten.
Das Hauptziel dieser Forschungsgruppe in MEDUWA war es, die Umweltrisikobewertung von Arzneimitteln zu optimieren, damit Wassermanager und politische Entscheidungsträger besser in der Lage sind, die Umwelt und die öffentliche Gesundheit zu schützen. Die für das Vechte-einzugsgebiet durchgeführten Studien dienen als Vorbild für zukünftige internationale Risikobewertungen von Medikamenten in der Umwelt.
In Zusammenarbeit mit dem Institut für Umweltsystemforschung der Universität Osnabrück und Wetsus kartierte die Gruppe die Risiken verschiedener Medikamente in der Vechte.
Die Konzentrationen einiger Medikamente im Vechte-Wasser sind manchmal zu hoch für im Wasser lebende pflanzen und Tiere.
Nach derzeitigem Kenntnisstand ist das Gesundheitsrisiko für Menschen, die über Trinkwasser, Sportfischen, und Schwimmen mit dem Wasser der Vechte in Kontakt kommen, gering.
Es wurde auch eine Literaturstudie über den Zusammenhang zwischen der Resistenz von Bakterien gegen Antibiotika und der Antibiotika-Konzentration im Wasser durchgeführt. Der Grad der Antibiotikaresistenz bei Bakterien im Oberflächenwasser hängt unter anderem mit dem Vorhandensein von Antibiotika in behandeltem Abwasser, Oberflächenwasser und Sedimenten zusammen. Die Folgeforschung wird sich unter anderem auf die Risiken von Arzneimittelmischungen und von biologisch aktiven Transformationsprodukten von Arzneimitteln konzentrieren.
Die gewonnenen Ergebnisse wurden teilweise in das Watershed Information System (WIS) eingearbeitet.
Innovation 4: Nanofiltration
Partner: NXFiltration BV; Weil Wasseraufbereitung GmbH, Saxion AUS
NX Filtration BV und Saxion Hogeschool in Enschede sowie Weil Wasseraufbereitung GmbH in Osnabrück, drei Partner im MEDUWA-Vecht(e)-Projekt, vereinten “Köpfchen, Passion und Händchen” für eine fruchtbare grenzüberschreitende Zusammenarbeit. Gemeinsam machten sie einen großen Schritt zur Einführung eines Produkts zur Nanofiltration, das Mikroverunreinigungen aus dem Abwasser von Kläranlagen entfernt.
Die Nanofiltrationsmembran ist eine neue und spezielle Membran, entwickelt von NX Filtration. Diese Membran hat eine extrem dünne selektive Schicht. Wasser und Mineralien können diese Schicht durchdringen, die Poren sind aber zu klein für die meisten Mikroverunreinigungen. Das Ergebnis ist, dass im aktuellen Abwasser der Kläranlage noch vorhandene Verunreinigungen durch den Filter gestoppt werden, wobei sauberes und sicheres Wasser produziert wird. Neben Medikamenten entfernt das Nanofiltrationsverfahren auch andere bedenkliche Bestandteile wie Mikroplastik und Nanopartikel, z. B. Titandioxid in Farben und Sonnenschutzmitteln, die durch andere Behandlungstechnologien wie UV, Ozon und Aktivkohle nicht aufgehalten oder abgebaut werden können. Mögliche Anwendungen sind nicht nur die Aufbereitung von Abwasser zur direkten Wiederverwendung oder zur Auffüllung des Grundwassers, sondern auch die direkte Aufbereitung von Oberflächenwasser zur Gewinnung von Wasser in Trinkwasserqualität.
Im Projekt MEDUWA-Vecht(e) haben die Partner die Effizienz und Effektivität dieser Technik an mehreren Standorten in den Niederlanden und Deutschland demonstriert. Sie begannen auf der Ebene von eintägigen Laborexperimenten und wurden auf einen Prüfstand in der Kläranlage Glanerbrug (NL) hochskaliert. Dort wurden Tests durchgeführt, um einen stabilen Langzeitbetrieb von Nanofiltration nachzuweisen. Im letzten Teil des Projektes wurden Langzeittests mit mehreren Varianten der Nanofiltrationsmembran unter unterschiedlichen Prozessbedingungen an verschiedenen Kläranlagen im Vechtetal durchgeführt. Die zukünftige Forschung konzentriert sich auf die Optimierung der Verarbeitung des verbleibenden Konzentrats.
Innovation 5: Mobile Dauermessstation für Wasser
Partner: InProSens UG
Das Start-up InProSens UG entwickelt innovative Sensoren auf Basis optischer Messtechnik. Mit diesen Geräten kann ein direkter Einblick in die Zusammensetzung sowohl von flüssigen als auch von festen Substanzen gewonnen werden.
Bisher mussten Wasserproben in ein Labor geschickt werden, um den Gehalt an Medikamenten in Wasser, Boden und Lebensmitteln zu bestimmen. Dort werden diese Proben mit aufwendigen Methoden aufbereitet und anschließend mit gewöhnlichen Laborgeräten analysiert. Die Analyseergebnisse liegen daher meist erst einige Tage nach der Probenahme vor. Das macht Analysen auch teuer. Außerdem sind dies nur Stichproben. Ein direktes Eingreifen, z.B. zur Steuerung der Abwasserströme auf Basis der Analyseergebnisse, ist daher nicht möglich.
Im Projekt MEDUWA-Vecht(e) hat InProSens sich auf die Entwicklung eines Messgerätes konzentriert, mit dem flüssige Proben kontinuierlich und sekundenschnell vor Ort, zum Beispiel in der Kläranlage, analysiert werden können. Auf diese Weise kann der Konzentrationsverlauf von Schadstoffen über einen längeren Zeitraum beobachtet werden. Das entwickelte Sensorsystem basiert auf dem zerstörungs- und chemiefreien Prinzip der optischen Strahlung. Die zu messende Probe wird vom Sensor mit Licht im Nahinfrarotbereich bestrahlt. Die Probe absorbiert einen charakteristischen Teil des Lichts. Der Teil des Lichts, der nicht von der Probe absorbiert wird, wird zurück zum Sensor reflektiert der so von jeder Substanz ein individuelles Absorptionsspektrum empfängt, so charakteristisch wie der Fingerabdruck eines Menschen.
Der Sensor wird ab 2021 für den Einsatz in der chemischen Industrie bereit sein. Die Zusatzkomponente zur Messung sehr niedriger Konzentrationen von Medikamenten muss noch weiter optimiert werden. In Zusammenarbeit mit den Partnern im MEDUWA-Konsortium konnte InProSens den Sensor bereits in einer Kläranlage testen.
Innovation 6: Pflanzlicher Antibiotika-Ersatz
Partner: Europa Ayurveda Centrum (EAC) in Witharen (NL), die Institute für Hygiene und Medizinische Mikrobiologie des Universitätsklinikums Münster (UKM) und Wetsus, Leeuwarden (NL)
Diese Partner erforschten die antimikrobiellen Eigenschaften von Pflanzen. Nach der ayurvedischen Gesundheitslehre haben Pflanzenextrakte auch eine bakterienhemmende Wirkung. Das EAC kultivierte zu diesem Zweck 15 verschiedene Wasserpflanzen (die Bhima Choorna-Formel), für die die antibiotische Wirkung auf sporenbildende, Haut-, Umwelt- und Wasserbakterien eindeutig nachgewiesen werden konnte.
Der Einsatz der Extrakte als Ersatz für Antibiotika in der Veterinär- und Humanmedizin ist laut UKM daher denkbar und soll nun in weiteren Studien und Projekten getestet werden. In der nächsten Phase sollen randomisierte Doppelblindversuche durchgeführt werden.
Die Bhima Choorna-Formel soll als natürliches Antibiotikum für Tiere und Menschen weiterentwickelt werden. Das Europe Ayurveda Centre hofft, damit eine wirksame Lösung für das große Problem der Antibiotikaresistenz und der zahlreichen Nebenwirkungen der derzeitigen Antibiotika zu finden. Das Produkt soll im Jahr 2024 auf den Markt kommen.
Für die MEDUWA-Studie zur antibiotischen Wirkung ayurvedischer Pflanzen wurden am UKM sowohl klassische mikrobiologische Methoden als auch neue kulturunabhängige Techniken und Verfahren auf zellulärer und molekularer Ebene, darunter die Durchflusszytometrie und die Polymerase-Kettenreaktion (PCR), eingesetzt und weiterentwickelt.
Innovation 7: Drahtlose Grundwasserüberwachung
Partner: Novaris Orbit Technology BV
Einblicke in den Wasserhaushalt des Bodens zu gewinnen, ist nicht nur für die Landwirtschaft wichtig, um grüne Felder und gute Erträge zu rchlässigkeit und zum Grundwasserspiegel sind auch nützlich, um die Verteilung von unterirdischen Wasserströmen zu kartieren, die Schadstoffe wie Salze, Düngemittel, Medikamente und Pestizide enthalten. Diese Daten über den Boden sind nicht einfach zu erhalten. Bestehende Messsysteme sind nicht nur teuer, sondern auch schwierig zu installieren und die Daten schwer zu interpretieren.
Mit dem Ziel, einen besseren Einblick in den Wasserhaushalt im Boden zu erhalten, hat Novaris Orbit Technology BV in Saasveld im Rahmen des MEDUWA-Vecht(e)-Projekts ein neues drahtloses und energieeffizientes Messsystem für den Untergrund entwickelt. Die Sensoren sind vollständig in den Boden vergraben und die Daten werden von diesen übertragen. Die Wiese oder das Feld können also weiterhin normal genutzt werden, es befinden sich keine Geräte oder Antennen oberhalb des Bodens. Damit ist es auch möglich, genügend Messpunkte in einer Wiese zu platzieren, um eine genaue Messung für das Wasserhaushaltsmanagement einer ganzen Fläche zu erhalten. Alle Informationen von den Sensoren werden über ein drahtloses unterirdisches Netzwerk zu einem zentralen Punkt, normalerweise auf dem Bauernhof, übertragen.
Je nach Verfügbarkeit geeigneter Sensoren können sowohl Daten zur Grundwasserqualität als auch zur Wassermenge erfasst werden. Der Landwirt oder die regionale Wasserbehörde kann so nahezu kontinuierlich sehen, ob genügend Wasser im Boden vorhanden ist, ob die Durchlässigkeit des Bodens und die Qualität des Wassers gut sind und auch, wo das Grundwasser fließt. Bewässerung und Düngerausbringung können dann besser an die Situation im Boden angepasst werden. Grundwassermanager erhalten einen besseren Einblick in die Verteilung von Schadstoffen. Im MEDUWA-Projekt wurde dieses drahtlose Messsystem in mehreren Testfeldern erprobt und wird in den kommenden Jahren weiter entwickelt.
Innovation 8: Überwachung von Nutztieren
Partner: Noldus Information Technology BV, Demcon BV, Ubisense GmbH
Noldus Information Technology aus Wageningen entwickelt seit 1989 integrierte Systeme für die Tierverhaltensforschung mit dem Ziel, die Gesundheit und das Wohlbefinden von Tieren zu verbessern. Mit dem Trend zu größeren Ställe für Gruppen von Nutztieren wird es immer wichtiger, das Verhalten, die Gesundheit und das Wohlbefinden der einzelnen Tiere in diesen Gruppen überwachen zu können. Die individuelle Überwachung ermöglicht eine frühzeitige Erkennung von Krankheiten und ein schnelles, gezieltes Handeln, was zu einer Reduzierung der übermäßigen Gruppenmedikation beiträgt. Die individuelle Überwachung hilft auch dabei, Tiere zu identifizieren, die unerwünschtes Verhalten zeigen, wie z. B. Federpicken bei Geflügel und Schwanzbeißen bei Schweinen. Traditionelle Überwachungsmethoden, wie Live-Beobachtung und videobasierte manuelle Bewertung des Verhaltens, sind subjektiv und zeitaufwändig. Im MEDUWA-Projekt wurde ein robustes und genaues System für die automatische Beobachtung von Tiere weiterentwickelt, das die Integration mehrerer Arten von Tierdaten ermöglicht. Mit Hilfe der Ultrabreitband-Funktechnologie ermöglicht das TrackLab™-System die individuelle Verfolgung einer großen Anzahl von Tieren in Echtzeit über große Gebiete mit hoher räumlicher Genauigkeit und einer ausreichenden Anzahl von Messwerten. Der nächste Schritt bestand darin, die Fähigkeit des Systems zu erhöhen, bestimmte Verhaltensweisen automatisch zu erkennen. Das hat gut funktioniert: Das Essverhalten, Essen und Wiederkäuen, kann nun mit 95% Genauigkeit erkannt werden. Lokomotion, Hinlegen und Aufstehen, kann mit 87% bzw. 81% Genauigkeit erkannt werden.
Die Ultrabreitband-Sensoren wurden vom Projektpartner Ubisense GmbH in Düsseldorf entwickelt. Demcon BV, Projektpartner in Enschede, entwickelte einen Prototyp eines Körpertemperatursensors, der auf subkutaner Messung und drahtloser Datenübertragung basiert. Noldus IT konzentrierte sich auf die Entwicklung der Software: ein vielseitiges und benutzerfreundliches Werkzeug zur Datenerfassung, Speicherung, Visualisierung und Analyse. Zusammen mit den Sensoren und der Datenverarbeitungs-hardware entstand so eine integrierte Lösung für die Nutztierforschung und Präzisionslandwirtschaft.
Innovation 9: Plasmaaktiviertes Wasser
Partner: VitalFluid BV, Universitätsklinikum Münster – Institut für Molekulare Microbiologie und Institut für Hygiene, Raboud University Medical Centre
VitalFluid BV aus Eindhoven hat sich auf die Plasma-Technologie spezialisiert, ein Oxidationsverfahren, bei dem ausschließlich Luft und Strom zum Einsatz kommen. Luft wird mit Hilfe von Strom in eine Plasmaphase gebracht und dann mit dem zu behandelnden Wasser in Kontakt gebracht. Reaktiver Sauerstoff und reaktiver Stickstoff aus der Luft lösen sich im Wasser und bauen die Schadstoffe ab.
Das Projekt MEDUWA-Vecht(e) untersuchte, ob mit Hilfe der Plasmatechnologie Medikamente und Mikroorganismen an der Quelle unschädlich gemacht werden können, bevor sie in den Abfluss gelangen. Da die Konzentration von Schadstoffen hier am höchsten ist, ist dies die energieeffizienteste Art der Schadstoffbeseitigung. Durch die Entwicklung der Plasmatechnologie im kleinen Maßstab und in modularer Form kann sie flexibel an der Quelle auf viele Arten zur Wasserreinigung eingesetzt werden, zum Beispiel als mobile Einheiten, die Patienten während einer Medikamenten-behandlung zu Hause an die Toilette anschließen können.
Die desinfizierende Wirkung dieser Technik wurde von den Instituten für Hygiene und Medizinische Mikrobiologie des Universitätsklinikums Münster (UKM) untersucht. Das plasmaaktivierte Wasser zeigte in zahlreichen Testreihen eine starke bakterienreduzierende Wirkung und der Gehalt an lebenden Bakterien wurde minimiert. Wasserbakterien und physiologisch stabile Bakterien wurden ebenfalls abgetötet. Laut UKM kann die Technik daher in hygienischen Prozessen wie der Toilettenspülung oder Oberflächenreinigung eingesetzt werden. Das Molecular Epidemiology Research Lab am Radboud University Medical Centre in Nijmegen hat untersucht, ob mit dieser Technik Medikamente aus dem Wasser entfernt werden können. Im Labormaßstab scheint es möglich zu sein, mit plasmaaktiviertem Wasser Medikamente wie Cyclophosphamid, Diclofenac, Metoprolol und Paracetamol in einen Cocktail aus Hunderten von Molekülfragmenten mit reduzierter Toxizität zu zerlegen. Die verbleibende Toxizität ist Gegenstand weiterer Untersuchungen. In jedem Fall scheint der Abbau durch plasmaaktiviertes Wasser effektiver zu sein als durch herkömmliche Techniken, wie z. B. UV. Die Technik wurde bereits in kleinem Maßstab mit Urin von Patienten getestet. Daraus entstand die Idee, den Urin von Patienten in der Tagespflege zu reinigen, bevor er über die Abwasserleitung weggespült wird. Das Radboudumc wird zu diesem Zweck ein Testgerät im Krankenhaus installieren.
Innovation 10: Phytoremediation
Partner: Europa Ayurveda Centrum (EAC) in Witharen (NL), die Institute für Hygiene und Medizinische Mikrobiologie des Universitätsklinikums Münster (UKM) und Wetsus, Leeuwarden (NL)
Diese Partner erforschten die reinigenden Eigenschaften von ayurvedischen Pflanzen (Phytoremediation). In diesem Zusammenhang wurde untersucht, ob diese Pflanzen durch Medikamente verunreinigtes Wasser reinigen können.
Es wurde nachgewiesen, dass eine Gruppe von fünf Wasserpflanzen in der Lage ist, die Konzentrationen von Medikamenten wie Tetracyclin, Metformin und Erythromycin im Wasser zu verringern. Was genau mit den Wirkstoffen geschieht, muss noch weiter untersucht werden. So sollten beispielsweise andere Variablen, die den Verbleib von Arzneimitteln beeinflussen können, einschließlich der natürlichen UV-Strahlung, bei Folgeuntersuchungen ausgeschlossen werden.
Innovation 11: Biopharmazeutika
Partner: Amrif, Alloksys, TDI, Phycom, Aix Scientifics CRO
Alloksys Life Sciences BV, AMRIF BV und TDI BV aus Wageningen entwickeln Medikamente auf der Basis von alkalischer Phosphatase (AP), einem nichttoxischen, biologisch abbaubaren Enzym. AP hat das Potenzial, sowohl Komplikationen vorzubeugen als auch den Einsatz verschiedener nebenwirkungsreicher umweltschädliche und -resistente entzündungshemmender Medikamente und Antibiotika zu vermeiden.
Die Unternehmen haben in den letzten Jahren daran gearbeitet, AP bei größeren chirurgischen Eingriffen einzusetzen, um Komplikationen, wie z.B. Nierenversagen durch die Freisetzung von entzündungsfördernden Stoffen während und nach der Operation, zu verhindern. Auch hier verhindert AP die Notwendigkeit der Langzeitanwendung von großen Mengen verschiedener Medikamente.
Unterstützt durch das Projekt MEDUWA-Vecht(e) wurde eine klinische Studie mit 1250 Herzchirurgie-Patienten gestartet. Darüber hinaus wurden klinische Studien zum Einsatz von AP bei Nierentransplantationen und bei Verbrennungen begonnen, ebenfalls Situationen, in denen große Mengen an Medikamenten eingesetzt werden. Darüber hinaus wurde eine Studie mit COVID-19-Patienten initiiert, die darauf abzielt, die Notwendigkeit einer Aufnahme auf der Intensivstation und den damit verbundenen Einsatz großer Mengen an Medikamenten zu verhindern.
Aix Scientifics, ein erfahrenes klinisches Forschungsunternehmen aus Aachen, hat die niederländischen Partner bei der Durchführung dieser Studien in verschiedenen Krankenhäusern unterstützt.
Darüber hinaus wird AP gezielt eingesetzt, um chronische Entzündungen zu reduzieren, von denen man annimmt, dass sie zu Erkrankungen wie Diabetes, Fettleibigkeit und neurodegenerativen Krankheiten wie Parkinson beitragen. Bei Diabetes kann das Enzym den Einsatz des umweltschädlichen Metformins verhindern.
Die Unternehmen haben auch eine Studie durchgeführt, um den Einsatz von Antibiotika bei Ferkeln zu reduzieren. Die Störung des intestinalen Barrieresystems, begleitet von Verdauungsstörungen und Durchfall, ist eine häufige Erkrankung bei Ferkeln, gegen die Antibiotika häufig eingesetzt werden. Es wird erwartet, dass AP diesen Absetzdurchfall bei Ferkeln beheben wird.
Schließlich war die Entwicklung von oralen Anwendungen (Tabletten oder Kapseln) eine große Hürde, um die AP-Behandlung zu ermöglichen. Wenn es oral verabreicht wird, muss AP vor der Magensäure geschützt werden. Es wurden auch neue Quellen für AP gesucht. Das aktuelle AP wird aus dem Därmen von Kühen extrahiert. Die AP-Produktion aus gentechnisch veränderten Pflanzen ist eine kostengünstigere Alternative die demnächst implementiert werden.
Innovation 12: Algen Antibiotika Substitution
Partner: Microganic GmbH, mit Universitätsklinikum Münster, Inst. für Hygiene, Wetsus und verschiedene Dienstleister, wie Hochschule Osnabrück, Wageningen University, Universität Göttingen.
Der Einsatz von Medikamenten spielt in der modernen Tierhaltung eine große Rolle. Die Tiere selbst, die Qualität der tierischen Lebensmittel, und die Umwelt leiden unter dem übermäßigen Einsatz von Medikamenten, insbesondere von Antibiotika. Mikroalgen können dem unnötigen Einsatz von Medikamenten entgegenwirken. Wissenschaftliche Studien zeigen, dass Mikroalgen positive Eigenschaften haben und einen wertvollen Beitrag zu einer gesunden Ernährung für Mensch und Tier leisten können. Mikroalgen sind essbar und doch, obwohl sie in Asien schon seit Jahrhunderten auf dem Speiseplan stehen, bei Europäern als Nahrungsmittel noch wenig bekannt.
Die Firma Microganic GmbH aus Melle war Partner im MEDUWA-Vecht(e)-Projekt und Spezialist für Mikroalgen als Zutat für Tierfutter und Lebensmittel. Ihre Idee ist es, die positiven Effekte von Mikroalgen zu nutzen, um mit einem nachhaltig angebauten Rohstoff auf natürlicher und rein pflanzlicher Basis die Entstehung von Krankheiten zu verhindern oder abzumildern – ein klarer Vorteil gegenüber den derzeitigen umweltbelastenden Medikamenten. Mikroalgen können vorteilhaft im Tierfutterbereich für Nutz- oder Haustiere sowie als Nahrungsergänzungsmittel für den menschlichen Konsum eingesetzt werden. Die technische Verarbeitung von Standardfuttermitteln ist in der Regel problemlos möglich. Auf diese Weise kann die Gesundheit von Tier und Mensch auf natürliche und einfache Weise gefördert und ein übermäßiger Einsatz von Medikamenten vermieden werden.
Im Projekt MEDUWA-Vecht(e) wurde untersucht, ob und welche Mikroalgen die Gesundheit von Schweinen positiv beeinflussen können. Dazu wurden ausgewählte Mikroalgen in Schweinefutter verarbeitet und über einen bestimmten Zeitraum an die Tiere verfüttert. Deutsche und niederländische wissenschaftliche Einrichtungen und Unternehmen waren an der Forschung beteiligt, um die Auswirkungen im Labor und in der Praxis zu untersuchen. Die Ergebnisse des Fütterungsversuchs zeigten, dass die ausgewählten Algen tatsächlich positive Auswirkungen auf die Gesundheit und das Wachstum der Schweine hatten. Weitere Forschung ist notwendig, um genauer herauszufinden, wie und in welchen Situationen die Mikroalgen ihr Potenzial zur Förderung der Tiergesundheit am besten entfalten können.
Innovation 13: Produktkettenansatz
Die 13. Innovation ist der Produktkettenansatz. Es wurden Maßnahmen entlang des gesamten Lebenszyklus des Arzneimittels (der so genannten Arzneimittel-, Produkt- oder Verantwortungskette) entwickelt, wobei der Schwerpunkt auf dem Beginn dieser Kette liegt.
Ziel von MEDUWA-Vecht(e) war es zu zeigen, dass ein komplexes und dynamisches Problem mit ökologischen und gesellschaftlichen Auswirkungen von globalem Ausmaß, wie der Umweltkreislauf von Arzneimitteln, in mehreren Phasen des Lebenszyklus des Arzneimittels von mehreren Sektoren (d. h. Humanmedizin, Tiermedizin, Umweltmanagement, Regierung, Industrie, Initiativen der Zivilgesellschaft) auf kohärente Weise angegangen werden kann.
Die Lösung dieses Problems hängt nicht nur von der Innovation in Wissen und Technologie ab. Entscheidend ist auch die Art und Weise, in der (halb-)staatliche Stellen, Universitäten, Innovatoren und andere Akteure kommunizieren und zusammenarbeiten. In der Praxis erfordert dies eine umfassende transdisziplinäre, sektor- und grenzübergreifende Zusammenarbeit. Jeder Akteur verfügt über das Wissen, den Einfluss und die Fähigkeit, Lösungen zu entwickeln und Prozesse auf seiner eigenen spezifischen Ebene in der Produktkette zu verändern.
Das Konzept für das Projekt MEDUWA-Vecht(e) wurde von der Stichting Huize Aarde entworfen. Die praktische Umsetzung des MEDUWA Konzepts wurde durch die enge Zusammenarbeit mit der Universität Osnabrück, The Integrated Assessment Society (TIAS) und der EUREGIO ermöglicht.