Coliforme Bakterien, E. coli und Enterokokken im Wasser: was jeder Indikator verrät

Drei Indikatoren, drei verschiedene Fragen

Wenn ein Wasserlaborbericht coliforme Bakterien, E. coli und Enterokokken ausweist, wiederholt er nicht dreimal dieselbe Messung. Jeder Indikator beantwortet eine andere Frage: ob Aufbereitung und Leitungsnetz funktionieren, ob es eine frische fäkale Verunreinigung gab und ob diese Verunreinigung Krankheitserreger mitführen könnte, die widerstandsfähiger sind als E. coli. Im Artikel über Mikrobiologie des Wassers haben wir gesehen, warum mit Indikatoren gearbeitet wird, statt jeden möglichen Krankheitserreger zu suchen; hier geht es darum, jedes Ergebnis einzeln zu lesen und zu wissen, was zu tun ist, wenn eines positiv ausfällt.

Coliforme Bakterien: die breite Gruppe

Nach den WHO-Leitlinien für die Trinkwasserqualität sind coliforme Bakterien gramnegative, aerobe oder fakultativ anaerobe, nicht sporenbildende Stäbchen, die in Gegenwart von Gallensalzen wachsen und Lactose innerhalb von 24 Stunden bei 35-37 °C unter Säure- oder Aldehydbildung vergären. Bei der Lactosevergärung bilden sie das Enzym β-Galactosidase, das die Grundlage vieler chromogener und enzymatischer Methoden ist.

Citrobacter, Klebsiella und Enterobacter

Traditionell wurde angenommen, dass die Gruppe die Gattungen Escherichia, Citrobacter, Klebsiella und Enterobacter umfasst, die WHO stellt jedoch klar, dass sie heterogener ist und weitere wie Serratia und Hafnia einschließt. Viele dieser Bakterien sind umweltbürtig: Sie leben in Boden und Wasser und können in Verteilungssystemen überleben und sich vermehren, insbesondere dort, wo Biofilme vorhanden sind. Deshalb betrachtet die WHO sie nicht als geeigneten Indikator für fäkale Krankheitserreger.

Ihr Wert liegt woanders: Unmittelbar nach der Desinfektion müssen sie fehlen, sodass ihr Vorhandensein auf eine unzureichende Aufbereitung hinweist. Treten sie im Netz oder in einem Speicherbehälter auf, deuten sie auf Wiederverkeimung, Biofilmbildung oder den Eintrag von Fremdmaterial wie Erde oder Pflanzenresten hin. Die Logik ähnelt der von Enterobakterien als Hygieneindikator auf Oberflächen: Sie zeigen ein Versagen des Systems an, keinen konkreten Krankheitserreger.

Thermotolerante („fäkale“) Coliforme und E. coli

Innerhalb der coliformen Bakterien werden diejenigen, die Lactose bei 44-45 °C vergären, als thermotolerant bezeichnet; in der Praxis nennen viele Labore sie noch „fäkalcoliforme Keime“. In den meisten Gewässern ist Escherichia die vorherrschende Gattung, aber auch einige Typen von Citrobacter, Klebsiella und Enterobacter sind thermotolerant, sodass die Gruppe umweltbürtige Organismen enthalten kann.

E. coli unterscheidet sich von den übrigen thermotoleranten Coliformen durch die Bildung von Indol aus Tryptophan oder durch das Enzym β-Glucuronidase. Es kommt in sehr hohen Zahlen in menschlichen und tierischen Fäkalien vor, tritt selten ohne fäkale Verunreinigung auf, und die Bedingungen eines Verteilungsnetzes lassen sein Wachstum kaum zu. Deshalb betrachtet die WHO es als den geeignetsten Indikator für fäkale Verunreinigung und akzeptiert thermotolerante Coliforme nur als weniger zuverlässige Alternative. Wenn Sie sich eingehender mit der Art und ihren pathogenen Stämmen befassen möchten, lesen Sie den Artikel über E. coli und STEC.

Intestinale Enterokokken: der widerstandsfähigere Indikator

Intestinale Enterokokken sind grampositive, salz- und alkalitolerante Bakterien, die die WHO in vier Arten zusammenfasst: Enterococcus faecalis, E. faecium, E. durans und E. hirae. In menschlichen Fäkalien liegen sie meist etwa eine Größenordnung unter E. coli, und die meisten Arten vermehren sich im Wasser nicht.

Ihr Hauptvorteil ist ihre Persistenz: Sie überleben in der aquatischen Umwelt länger als E. coli, widerstehen Austrocknung besser und sind resistenter gegen Chlorung. Deshalb werden sie in Rohwasser als Indikator für langlebigere fäkale Krankheitserreger eingesetzt, in Trinkwasser als Ergänzung zur Analyse auf E. coli und zur Überprüfung der Wasserqualität nach Reparaturen am Netz oder der Verlegung neuer Leitungen.

Was ein positiver Befund bedeutet und welche Maßnahme folgt

• Coliforme Bakterien positiv, E. coli negativ: Das beweist keine fäkale Verunreinigung, wohl aber ein Versagen der Aufbereitung oder der Integrität. Die Probenahme wird wiederholt, die Desinfektion überprüft, und im Netz wird nach Eintragsstellen oder Biofilmen gesucht.
• E. coli oder thermotolerante Coliforme positiv: Nachweis einer frischen fäkalen Verunreinigung. Die WHO fordert eine sofortige Untersuchung: erneute Probenahme und Ursachensuche, etwa eine unzureichende Aufbereitung oder ein Rohrbruch.
• Intestinale Enterokokken positiv: Auch sie zeigen eine frische fäkale Verunreinigung an und erfordern dieselbe Untersuchung. Treten sie ohne E. coli auf, sollte eine ältere Verunreinigung oder ein gechlortes Wasser in Betracht gezogen werden, in dem E. coli bereits inaktiviert wurde.

Was die Vorschriften verlangen

Die WHO legt fest, dass E. coli (oder ersatzweise thermotolerante Coliforme) in keiner 100-ml-Probe von unmittelbar zum Verzehr bestimmtem Wasser nachweisbar sein darf. Die Richtlinie (EU) 2020/2184 legt 0 pro 100 ml für E. coli und intestinale Enterokokken als verbindliche mikrobiologische Parameter fest (0 pro 250 ml bei abgefülltem Wasser) und führt coliforme Bakterien als Indikatorparameter, ebenfalls mit 0 pro 100 ml, der überprüfen soll, ob die Kontrollmaßnahmen wirken. Als Referenzmethoden nennt sie EN ISO 9308-1 oder 9308-2 für E. coli und coliforme Bakterien sowie EN ISO 7899-2 für Enterokokken.

In den USA legt die Revised Total Coliform Rule der EPA, verbindlich seit dem 1. April 2016, einen Höchstwert (MCL) für E. coli fest und nutzt coliforme Bakterien als Auslöser eines „Find and Fix“-Ansatzes. Nach einem positiven Befund auf coliforme Bakterien werden innerhalb von 24 Stunden drei Wiederholungsproben genommen; die Häufung positiver Befunde löst eine Bewertung der Stufe 1 aus, und eine Überschreitung des MCL für E. coli löst eine Bewertung der Stufe 2 und eine sofortige öffentliche Bekanntmachung aus.

Wasser im Lebensmittelbetrieb: Zutat und Prozesshilfsmittel

Für die Lebensmittelindustrie sind diese Grenzwerte nicht fremd. Die Richtlinie (EU) 2020/2184 schließt ausdrücklich Wasser in ihre Begriffsbestimmung ein, das in einem Lebensmittelunternehmen für die Herstellung, Verarbeitung, Konservierung oder das Inverkehrbringen von für den menschlichen Gebrauch bestimmten Erzeugnissen verwendet wird. Zugleich verlangt die Verordnung (EG) Nr. 852/2004 eine ausreichende Versorgung mit Trinkwasser, das stets zu verwenden ist, wenn dies zur Vermeidung einer Kontamination der Lebensmittel erforderlich ist; Eis, das mit Lebensmitteln in Berührung kommt, muss aus Trinkwasser hergestellt werden (bzw. aus sauberem Wasser bei ganzen Fischen), und aufbereitetes Wasser muss dieselben Anforderungen wie Trinkwasser erfüllen, sofern die Behörde nichts anderes zulässt.

In der Praxis empfiehlt es sich, zwei Verwendungen zu unterscheiden:

• Wasser als Zutat: Getränke, Salzlaken, Teige oder Eis. Jeder positive fäkale Indikator betrifft direkt das Produkt und die Rückverfolgbarkeit der Charge.
• Prozesswasser: Waschen von Rohstoffen, Kühlung, Reinigung von Anlagen und Oberflächen. Hier sind coliforme Bakterien ein Frühwarnsignal für Biofilme in Tanks, Schläuchen oder Umlaufkreisläufen.

Repräsentative Probenahmestellen festzulegen (Betriebseingang, Tankausgang, Entnahmestellen) und die Trends über die Zeit zu verfolgen, ist ebenso wichtig wie der Grenzwert. Denken Sie auch daran, dass diese Ergebnisse als Anwesenheit/Abwesenheit oder als Keimzahl pro Wasservolumen angegeben werden, nicht als die bei Lebensmitteln üblichen KBE pro Gramm.

Wie sie mit molekularen Methoden nachgewiesen werden

Die Referenzmethoden für diese Indikatoren sind nach wie vor Kulturverfahren mit Inkubationszeiten von 24 bis 48 Stunden zuzüglich Bestätigung. Die Real-Time-PCR ermöglicht es, die beteiligten Gattungen anhand ihres Erbmaterials zu identifizieren und frühzeitig eine Einschätzung zu erhalten, die die Untersuchung lenkt. TAAG bietet für Wasser die Kits Ampliora 3.11 WaterScan (Escherichia coli, Citrobacter spp. und Klebsiella spp.), Ampliora 3.12 WaterScan (Enterococcus spp., Enterobacter spp. und Escherichia spp.) und Ampliora 6.1 WaterScan Plus, das alle sechs Zielorganismen in einem Kit vereint. Da die PCR Gattungen nachweist und nicht die kulturelle Definition von „coliform“ oder „intestinalem Enterokokkus“ nachbildet, ergänzen ihre Ergebnisse die von den geltenden Vorschriften geforderten Methoden, ersetzen sie aber nicht.