Dr.in Sílvia Cervero-Aragó
MedUni Wien RESEARCHER OF THE MONTH, Juli 2020
Die Jury „Researcher of the Month” verleiht die Auszeichnung für diesen Monat Frau Dr.in Sílvia Cervero-Aragó aus Anlass der im Top-Journal „Water Research“ (IF 7.913) erschienenen Arbeit „Viability and infectivity of viable but nonculturable Legionella pneumophila strains induced at high temperatures“[1].Die vorliegende Studie, die Grundlagen- und angewandte Forschung verbindet, spiegelt eines der Ziele unseres Institutes wider, die Prävention wasser-assoziierter Erkrankungen. Die multidisziplinäre Studie, die Mikrobiologie, Wasserhygiene und Parasitologie verbindet, war Teil des vom FWF geförderten Projekts "Gesundheitsrelevanz lebender, nicht kultivierbarer Legionellen" unter der Leitung von Assoc. Prof. Dr. A. Kirschner (Wassermikrobiologie, Institut für Hygiene und Angewandte Immunologie) und Assoc. Prof.in Dr.in J. Walochnik (Molekulare Parasitologie, Institut für Spezifische Prophylaxe und Tropenmedizin). Die vorliegende Studie wurde zusammen mit Ao. Univ.-Prof.in Dr.in R. Sommer (Wasserhygiene, Institut für Hygiene und Angewandte Immunologie) und Dr. C. Lück (Institut für Medizinische Mikrobiologie und Hygiene, Technische Universität Dresden) durchgeführt.
Lebende aber nicht kultivierbare Legionella: Lebensfähigkeit und Infektiosität bei hohen Temperaturen
Legionellosen gehören zu den bedeutendsten wasserübertragbaren Infektionserkrankungen mit steigenden Fallzahlen in den Industrieländern, bedingt durch alternde Bevölkerung und steigende Zahlen immunsupprimierter Menschen. Die Übertragung von Legionellen erfolgt durch die Exposition mit feinsten, lungengängigen Aerosolen, wie sie z.B. beim Duschen oder bei Kühlsystemen entstehen. Legionellen sind wassereigene Bakterien, die in allen natürlichen Wässern in geringen Konzentrationen vorkommen. Faktoren wie höhere Temperaturen, Stagnation und Nährstoffe, wie sie in technischen Gebäudeinstallationen, z.B. in Warmwassersystemen auftreten, bieten ideale Bedingungen für die Proliferation von Legionellen [2]. Zur Verhinderung der Vermehrung von Legionellen in Warmwassersystemen werden als vorbeugende Maßnahme und zur Desinfektion hohe Temperaturen eingesetzt. Legionellen besiedeln wasserführende Systeme innerhalb von Biofilmen in freilebender Form oder intrazellulär in Amöben, die die Bakterien nicht nur vor äußeren Stressoren wie hohen Temperaturen schützen, sondern auch Nährstoffquellen für ihre Vermehrung bereitstellen. In der vorliegenden Studie konzentrierten wir uns auf die Untersuchung der Fähigkeit von Legionellen, unter Stressbedingungen in einen lebensfähigen, aber nicht kultivierbaren (viable but nonculturable - VBNC) Zustand zu wechseln [3]. In diesem Zustand, der noch zu wenig erforscht ist, sind Legionellen trotz zellulärer Aktivität mittels Kultivierungsverfahren nicht mehr detektierbar [4].
In unserer Studie, die eine der bisher umfangreichsten Untersuchungen zu thermisch induzierten VBNC-Legionellenzellen darstellt, zeigten wir zum ersten Mal, dass thermisch induzierte VBNC L. pneumophila-Zellen weiterhin enzymatisch aktiv und über lange Zeiträume für Amöben und THP-1-Makrophagen infektiös blieben. Dies erfolgt jedoch im Vergleich zu kultivierbaren Legionellen mit verminderter Infektiosität. Bei VBNC Zellen waren längere Inkubationszeiten und höhere Konzentrationen an Legionellen erforderlich [5]. Darüber hinaus haben wir auch die Stressreaktionsmuster und den Übergang der Bakterien in den VBNC-Zustand im zeitlichen Verlauf multiparametrisch durch eine Kombination von kultur- und zellbasierten Vitalitätsindikatoren (z.B. Membranintegrität, enzymatische Aktivität) untersucht [6].
Ob VBNC Zellen eine gesundheitsrelevante Bedeutung für den Menschen haben, muss weiter untersucht werden. In jedem Fall muss dieses Stadium beim Betrieb und der Sanierung von wasserführenden Systemen beachtet werden, da sich Legionellen über eine Infektion von Amöben nach Sanierungsmaßnahmen verstärkt vermehren können. Obwohl die kultivierungsbasierte Goldstandard-Methode zur Bestimmung von Legionellen VBNC-Legionellen nicht nachweisen kann, liefert sie wichtige Informationen über die virulentesten Bakteriensubpopulationen und trägt wesentlich zur Überwachung von wasserführenden Systemen und der Prävention von Infektionen durch Legionellen bei. Aus unserer Forschungsarbeit können wir schließen, dass bei Trinkwasser-Erwärmungsanlagen, die mit einem konstanten thermischen Regime von 60°C im Speicher und einer Temperatur von mindestens 55°C im gesamten Verteilsystem betrieben werden und über eine gute Hydraulik verfügen, nicht nur die Vermehrung von kultivierbaren L. pneumophila vermieden wird, sondern auch die Konzentrationen an VBNC L. pneumophila stark reduziert werden können.
Wissenschaftliches Umfeld
Dr.in S. Cervero-Aragó forscht seit über 12 Jahren im Fachgebiet Wasserhygiene und Wassermikrobiologie. In zahlreichen Projekten beschäftigte sie sich mit den vielfältigen Zusammenhängen zwischen Wasserqualität und menschlicher Gesundheit.
Sie spezialisierte sich auf die Erforschung von Legionellen und ihrer Ökologie und konzentrierte sich dabei auf die Interaktion zwischen den Bakterien und ihren Wirtszellen, den Protozoen. In dem vom FWF geförderten Projekt „Gesundheitsrelevanz lebender, nicht kultivierbarer Legionellen“ untersuchte Dr.in S. Cervero-Aragó das Infektionspotenzial von lebenden, nicht kultivierbaren Legionellen, indem sie Bakterien-Wirt Interaktionsmodelle entwickelte und neue zellbasierte Techniken implementierte.
Sechs von 13 ihrer Veröffentlichungen wurden in dem Consensus-Bericht „Management of Legionella in Water Systems" verwendet, der im Jahr 2020 von den amerikanischen National Academies of Sciences, Engineering and Medicine [7] veröffentlicht wurde.
In den letzten Jahren konnte sie sich in den wissenschaftlichen Fachgebieten, gesundheitsbezogene Wassermikrobiologie, im Speziellen Bakteriologie und Parasitologie, sowie Hydrologie etablieren. Diese Interdisziplinarität und die Zusammenarbeit innerhalb des Interuniversitären Kooperationszentrums Wasser und Gesundheit (ICC Water & Health; www.waterandhealth.at) führten dazu, dass sie im Jahr 2018 erfolgreich ihr erstes Projekt als Projektleiterin über die Auswirkungen des Parasiten Giardia als Referenz-Krankheitserreger in kommunalen Wassersystemen einwerben konnte (Environmental System Research, WWTF) und im Jahr 2020 ein zweites Projekt als Projektleiterin über der Einfluss von Hochwässern und Starkregenereignissen auf kurzzeitige Änderungen der Wasserqualität in Urbanen Oberflächengewässern (Jubiläumsfonds der Stadt Wien, ÖAW).
Drei ihrer Veröffentlichungen in Top Journals wurden ausgezeichnet, 2015 mit dem Österreichischen Hygienepreis, 2018 mit dem Österreichischen Mikrobiologiepreis und 2019 als Best Scientific Study durch den Verein Forum Wasserhygiene Österreich.
Zur Person
Dr.in S. Cervero-Aragó studierte von 2002 bis 2007 Biologie mit der Spezialisierung Gesundheitsbiologie an der University of Barcelona. Während dieser Zeit absolvierte sie ein Praktikum an der Universität von Aarhus (Dänemark) im Rahmen des Erasmus-Mundus-Programms.
Im Jahr 2008 schloss sie ihren Master in Advanced Microbiology an der University of Barcelona ab. Von 2008 bis 2013 promovierte sie unter der Leitung von Prof.in R. Araujo (University of Barcelona) mit Auslandsstudienaufenthalten an der Medizinischen Universität Wien unter der Leitung von Ao. Univ.-Prof.in Dr.in R. Sommer (Wasserhygiene, Institut für Hygiene und Angewandte Immunologie).
Nach Abschluss ihres PhD Studiums im Jahr 2013, erhielt Sie das Angebot, eine Stelle als Postdoc Wissenschaftlerin an der Medizinischen Universität Wien, Institut für Hygiene und Angewandte Immunologie, Abteilungen Wasserhygiene und Wassermikrobiologie, anzutreten.
Ausgewählte Literatur
- Cervero-Aragó S, Schrammel B, Dietersdorfer E, Sommer R, Lück C, Walochnik J, Kirschner A. Viability and infectivity of viable but nonculturable Legionella pneumophila strains induced at high temperatures. Water Res. 2019;158: 268-279. doi:10.1016/j.watres.2019.04.009
- Hilbi H, Jarraud S, Hartland E, Buchrieser C. Update on Legionnaires’ disease: Pathogenesis, epidemiology, detection and control. Molecular Microbiology. 2010;76:1-11. doi:10.1111/j.1365-2958.2010.07086.x
- Oliver JD. Recent findings on the viable but nonculturable state in pathogenic bacteria. FEMS Microbiol Rev. 2010;34: 415–425. doi:10.1111/j.1574-6976.2009.00200.x
- Kirschner AKT. Determination of viable legionellae in engineered water systems: Do we find what we are looking for? Water Res. 2016;93: 276–88. doi:10.1016/j.watres.2016.02.016
- Dietersdorfer E, Kirschner A, Schrammel B, Ohradanova-Repic A, Stockinger H, Sommer R, Walochnik J, Cervero-Aragó S. Starved viable but non-culturable (VBNC) Legionella strains can infect and replicate in amoebae and human macrophages. Water Res. 2018;141:428-438. doi:10.1016/j.watres.2018.01.058
- Schrammel B, Cervero-Aragó S, Dietersdorfer E, Walochnik J, Lück C, Sommer R, Kirschner A. Differential development of Legionella sub-populations during short- and long-term starvation. Water Res. 2018;141:417-427 doi:10.1016/j.watres.2018.04.027
- National Academy of Sciences Engineering, and Medicine. Management of Legionella in Water Systems. Washington, DC: The National Academies Press; 2020. doi:10.17226/25474