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Reduction of antibiotic-resistance genes during advanced water treatment in the New Goreangab water reclamation plant for direct potable reuse
Camille Jeanne van den Langenberg
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Zentrum für Mikrobiologie und Umweltsystemwissenschaft
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Environmental Systems: Processes - Pollution - Solutions
Betreuer*in
Thilo Hofmann
DOI
10.25365/thesis.80255
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-14061.75697.962217-8
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Diese Studie analysiert den Verlauf und die Entfernungseffizienz von Antibiotikaresistenzgenen (ARGs) im Verlauf des Wasseraufbereitungsprozesses der New Goreangab Water Reclamation Plant (NGWRP) in Windhoek, Namibia. Der Schwerpunkt liegt auf der Erfassung von ARGs mittels quantitativer PCR (qPCR) aus verschiedenen Zulaufquellen entlang des gesamten Behandlungsprozesses sowie auf der Untersuchung des Zusammenspiels zwischen absoluter und relativer Häufigkeit (ARGs normalisiert auf das 16S-rRNA-Gen). Physikochemische Parameter und Konzentrationen von Pharmaka wurden im gesamten System gemessen, um die molekularen Daten zu ergänzen und den potenziellen Einfluss der Pharmaka auf mikrobielle Resistenzmechanismen zu bewerten. Die Ergebnisse der qPCR, ergänzt durch Hochdurchsatz-qPCR, zeigten, dass alle in das System eingehenden ARG-Klassen größtenteils aus dem Ablauf von Gammams Water Care Works stammten. Der Behandlungsprozess des NGWRP reduzierte die gesamte mikrobielle Belastung auf Hintergrundwerte, wie durch die Quantifizierung des 16S-rRNA-Gens und die Analyse der heterotrophen Plattenzählung bestätigt wurde. Alle untersuchten ARGs: sul1, tetW, ermB, blaCTX-M-1 und das Klassen-1-Integron intl1 wurden im Endprodukt auf nicht nachweisbare Werte reduziert. Die Gene sul1 und intl1 dienen beide als Indikatoren für horizontalen Gentransfer, und ihre absolute sowie relative Häufigkeit nahmen während des Behandlungsprozesses ab. Dies deutet darauf hin, dass die Gene selbst entfernt wurden und gleichzeitig ihr Anteil an der Gesamtmikrobenpopulation abnahm. Die Behandlungsschritte „Dissolved Air Flotation“ (DAF) und „Biological Activated Carbon“ (BAC) führten zu einem Anstieg der absoluten Häufigkeit aller gemessenen Gene; ihre relative Häufigkeit stieg jedoch nicht. Dies zeigt, dass während dieser Prozesse keine selektive Anreicherung von ARGs stattfand. Im Gegensatz dazu reduzierte die „Dual Media Filtration“ (DMF) die absoluten Genhäufigkeiten, erhöhte jedoch die relative Häufigkeit der nachweisbaren Gene (intl1, sul1 und tetW). Dieses Ergebnis deutet darauf hin, dass der DMF-Entfernungsmechanismus, der auf Partikelgrößenseparation basiert, nicht in der Lage ist, ARGs, die mit kleineren Partikeln assoziiert oder extrazellulär vorliegen, im gleichen Maße wie die Gesamtmikrobenpopulation (die einen größeren Anteil an inDNA enthält) zu entfernen. Zusammengefasst liefern die Ergebnisse Einblicke in das Vorkommen und die Reduktion von ARGs in der NGWRP. Sie könnten weitere Maßnahmen zur Reduzierung des Risikos antimikrobieller Resistenz bei der Wasseraufbereitung zur direkten Trinkwasserwiederverwendung unterstützen.
Abstract
(Englisch)
This study analysed the fate and removal efficiency of antibiotic-resistant genes (ARGs) throughout the water reclamation process of the New Goreangab Water Reclamation Plant (NGWRP) in Windhoek, Namibia. The focus was on quantifying ARGs via quantitative PCR (qPCR) across different influent sources and throughout the entire treatment train, as well as on examining the interplay between absolute and relative abundance (ARGs normalized to 16S rRNA gene). Physicochemical parameters and pharmaceutical concentrations were measured throughout the system to supplement molecular data and assess their potential influence on microbial resistance mechanisms. The results from qPCR, supplemented by high-throughput qPCR, showed that all ARG classes entering the system mostly originated from effluent from Gammams Water Care Works. The treatment train of the NGWRP reduced the total microbial load to background levels, as confirmed by 16S rRNA gene quantification and heterotrophic plate count analysis. All targeted ARGs: sul1, tetW, ermB, blaCTX-M-1, and class 1 integron intl1, were reduced to below amplifiable levels in the final product. The genes sul1 and intl1 both serve as proxies for horizontal gene transfer, and their absolute and relative abundances declined throughout the treatment process. This implies that the genes themselves were removed, and that their contribution to the total microbial load decreased simultaneously. The treatment steps Dissolved Air Flotation (DAF) and Biological Activated Carbon (BAC) increased the absolute abundance of all measured genes; however, their relative abundance did not increase. This indicates no selective enrichment of ARGs during these processes. Contrastingly, Dual Media Filtration (DMF) decreased absolute gene abundances but increased the relative abundance of detectable genes (intl1, sul1, and tetW). This result suggests that the DMF removal mechanism, based on particle size separation, is insufficient to remove smaller-particle-associated ARGs or extracellular ARGs at the same rate as the total microbial load (which consists of a larger proportion of inDNA). Taken together, the results offer insights into the presence, fate, and ultimate reduction of ARGs in the NGWRP system. They might support further efforts to reduce the risk of antimicrobial resistance in water reclamation for direct potable reuse.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Antibiotikaresistenz Wasseraufbereitung Quantitative PCR Direkte Trinkwasserverwendung Namibia
Schlagwörter
(Englisch)
Antibiotic Resistance Advanced Water Treatment Quantitative PCR Direct Potable Reuse Namibia
Autor*innen
Camille Jeanne van den Langenberg
Haupttitel (Englisch)
Reduction of antibiotic-resistance genes during advanced water treatment in the New Goreangab water reclamation plant for direct potable reuse
Publikationsjahr
2026
Umfangsangabe
69, XXV Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Thilo Hofmann
Klassifikation
43 Umweltforschung > 43.47 Globale Umweltprobleme
AC Nummer
AC17773198
Utheses ID
79275
Studienkennzahl
UA | 066 | 299 | |