Die Gewährleistung der hygienischen Unbedenklichkeit von Trinkwasser ist eine zentrale Herausforderung für die Sanitärbranche. Legionellen, insbesondere Legionella pneumophila, sind gefährliche bakterielle Erreger. Sie können sich in Wassersystemen vermehren, wenn dies nicht durch eine sorgfältige Temperaturkontrolle und Stagnationsvermeidung verhindert wird. Normen fordern daher die Einhaltung bestimmter Temperaturen für Warm- und Kaltwasser.
Bereits seit den späten 1990er-Jahren ist jedoch bekannt, dass hohe Temperaturen Legionellen in einen Zustand versetzen können, in dem sie zwar noch lebendig, aber nicht mehr vermehrungsfähig sind. Dieser Zustand wird als VBNC‑Zustand (VBNC = viable but nonculturable/lebend, aber nicht kultivierbar) bezeichnet und wurde beispielsweise von Steinert et al. in einer Studie [1] beschrieben. In diesem Zustand sind die Bakterien mit den in der Sanitärbranche und Trinkwasserhygiene üblichen Kultivierungsmethoden nicht mehr nachweisbar. Sie betreiben aber weiterhin Stoffwechsel und besitzen eine funktionierende Zellhülle.
Legionellen im VBNC-Zustand haben immer wieder Besorgnis ausgelöst und geben Anlass zu Spekulationen. Eine Sorge ist, dass Legionellen in diesem Zustand weiterhin Krankheiten verursachen könnten. Zudem besteht die Befürchtung, dass die Bakterien unter günstigen Bedingungen wieder in einen vermehrungsfähigen Zustand zurückkehren. Dann könnten sie sich in Trinkwasser-Installationen erneut ausbreiten. Ein weiteres Problem ist, dass Legionellen im VBNC-Zustand mit den üblichen Kultivierungsmethoden nicht nachweisbar sind. Das erschwert die Einschätzung des Kontaminationsrisikos.
Studienergebnisse
Die Forschungsarbeiten von Schmid und Hilbi [5] haben nun systematisch untersucht, wie sich Legionellen unter Wärmeeinwirkung verhalten. Dabei wurde zunächst bestätigt, dass ausreichend hohe Temperaturen Legionellen in einen VBNC-Zustand versetzen. Die Legionellen sind nicht mehr vermehrungsfähig, zeigen jedoch weiterhin Lebenszeichen wie eine funktionierende Zellhülle und Stoffwechsel.
Ein erstes interessantes Ergebnis der Studie ist die Zeit, die bis zum Erreichen des VBNC-Zustandes vergeht. Dies dauerte etwa 30 Stunden bei 50 °C, fünf Stunden bei 55 °C und immerhin noch 30 Minuten bei 60 °C. Proben mit einer extrem hohen Konzentration von Legionellen zeigten nach diesen Zeiten keine Vermehrung mehr, auch wenn die Temperatur wieder auf 30 °C gesenkt wurde.
Die in Trinkwasser-Installationen vorkommenden Konzentrationen sind viel geringer und es wird meist weniger lange dauern, bis keine Vermehrung der Legionellen mehr zu beobachten ist. Bemerkenswert ist aber, dass es bei 50 °C 60-mal länger dauert, den VBNC-Zustand zu erreichen, als bei 60 °C. Diese Ergebnisse stehen in Einklang mit den Ergebnissen früherer Studien [3].
Die aktuellen Beobachtungen stellen auch keinen Widerspruch zu Ergebnissen aus einer früheren Studie von Hochstrasser und Hilbi [4] dar. Darin wurde bei Legionellen ab einer Temperatur von 50 °C keine Vermehrung mehr festgestellt. Das heißt nicht, dass die Bakterien dann sofort im VBNC-Zustand oder tot sind.
Das möglicherweise wichtigste Ergebnis der Studie ist, dass sich Legionellen aus dem VBNC-Zustand unter den getesteten Bedingungen nicht wieder in einen vermehrungsfähigen Zustand zurückentwickeln konnten. Diese Erkenntnis steht im Widerspruch zu bisherigen Annahmen, wonach sich Legionellen nach der Rückkehr in günstigere Bedingungen wieder vermehren. Frühere Studien [1 und 2] waren zum Schluss gekommen oder hielten es zumindest für möglich [3], dass Legionellen aus dem VBNC-Zustand unter bestimmten Bedingungen „reaktiviert“ werden können, insbesondere auch durch Kontakt mit Amöben oder anderen Wirtszellen.
Schmid und Hilbi verwendeten nun besonders empfindliche Analysemethoden und führten Langzeituntersuchungen durch. Diese zeigen, dass eine Rückkehr in einen vermehrungsfähigen Zustand unter realistischen Bedingungen sehr unwahrscheinlich ist. Die Forschungsarbeiten von Schmid und Hilbi zeigen zudem detailliert, dass Legionellen im VBNC-Zustand mit großer Wahrscheinlichkeit nicht mehr krank machen.
In der Umwelt vermehren sich Legionellen meist in Amöben, einer Gruppe von Einzellern. Amöben nehmen normalerweise Bakterien auf, töten und verdauen sie. Aber Legionellen besitzen einen Mechanismus, mit dem sie in Amöben überleben und sich in ihnen sogar vermehren können. Gelangen Legionellen durch das Einatmen von kontaminiertem Wasser in die Lunge, werden sie von Immunzellen aufgenommen, den sogenannten Makrophagen. Normalerweise nehmen Makrophagen Bakterien auf und zerstören sie, genau wie Amöben. Durch den gleichen Mechanismus wie bei Amöben können Legionellen aber auch in den Makrophagen überleben und sich in ihnen vermehren. Das kann zu einer schweren Lungenentzündung führen, der Legionärskrankheit.
Im VBNC-Zustand werden Legionellen nicht mehr effizient von Amöben oder Makrophagen aufgenommen. Sie sind auch nicht mehr in der Lage, sich in diesen zu vermehren. Dieser Mechanismus wäre aber zur Infektion von Zellen in der menschlichen Lunge erforderlich. Entscheidend hierfür ist die durch die erhöhten Temperaturen verursachte Ausschaltung des bakteriellen Mechanismus, der für die Infektion nötig ist. Damit stellen Legionellen im VBNC-Zustand unter natürlichen Bedingungen wohl keine unmittelbare Infektionsgefahr mehr dar, selbst wenn sie weiterhin Lebenszeichen wie Stoffwechsel zeigen.
Labor versus Praxis
Studien zur Trinkwasserhygiene lassen sich grob in zwei Kategorien unterteilen: in Laboruntersuchungen und in Untersuchungen in realen Gebäuden. Letztere sind praxisnah, die Kontrolle der relevanten Parameter und die Sammlung statistisch aussagekräftiger Messergebnisse sind aber immer herausfordernd. Bei weitreichenden Folgerungen ist deshalb Vorsicht geboten. Die vorliegende Studie beruht auf vielfach wiederholten Messungen unter kontrollierten Bedingungen im Labor. Die Übertragung der Ergebnisse auf die Praxis muss ebenso mit Bedacht erfolgen.
Bedeutung für die Sanitärbranche
Die Ergebnisse von Schmid und Hilbi haben dennoch direkte Auswirkungen auf die Praxis der Trinkwasserhygiene. Die wichtigsten Erkenntnisse für Sanitärinstallateure und -planer lauten:
- Bestätigung der geltenden Temperaturrichtlinien: Die in den Normen geforderten Temperaturen von mindestens 55 bzw. 60 °C für Warmwasser erscheinen auch im Licht der neuen Studie ausreichend, um die Gefahr durch Legionellen wesentlich zu reduzieren.
- Von Legionellen im VBNC-Zustand geht wohl keine Gefahr aus: Unter den getesteten realitätsnahen Bedingungen konnten Legionellen aus dem VBNC-Zustand nicht wieder in einen vermehrungsfähigen Zustand zurückkehren. Auch fehlt ihnen ein wesentlicher Mechanismus zur Infektion des Menschen.
- Bestätigung herkömmlicher Nachweismethoden: Zwar lassen sich Legionellen im VBNC-Zustand nicht durch herkömmliche Kultivierung nachweisen. Die Studie zeigt jedoch, dass von Legionellen im VBNC-Zustand wohl auch keine wesentliche Gefahr mehr ausgeht.
Zusammenfassung und Ausblick
Die Forschung von Schmid und Hilbi zeigt, dass hohe Temperaturen von 55 bis 60 °C Legionellen zwar nicht unbedingt sofort abtöten, aber doch relativ rasch in einen unkritischen Zustand versetzen. Auch wenn die Temperatur danach wieder sinkt, entfalten die Legionellen wahrscheinlich keine gesundheitlich relevante Wirkung mehr und sind wahrscheinlich nicht mehr vermehrungsfähig.
Die Bestätigung der geltenden Temperaturanforderungen bietet somit Sicherheit für Planer und Betreiber von Trinkwasser-Installationen. Auf dem Gebiet der Trinkwasserhygiene sind noch längst nicht alle Fragen geklärt. Es ist daher absehbar, dass die Forschung auch zukünftig interessante und praxisrelevante Erkenntnisse liefern wird.
Quellen
[1] Steinert, M., Emödy, L., Amann, R., Hacker, J. (1997): Resuscitation of viable but nonculturable Legionella pneumophila Philadelphia JR32 by Acanthamoeba castellanii. Applied and Environmental Microbiology, 63(5), 2047–2053.
[2] Alleron, L., Merlet, N., Lacombe, C., Frère, J. (2008): Long-term survival of Legionella pneumophila in the viable but nonculturable state after monochloramine treatment. Current Microbiology, 57(5), 497–502.
https://doi.org/10.1007/s00284-008-9233-x
[3] Cervero-Aragó, S., Schrammel, B., Dietersdorfer, E., Sommer, R., Lück, C., Walochnik, J. (2019): Viability and infectivity of viable but nonculturable Legionella pneumophila strains induced at high temperatures. Water Research, 158, 268–279.
https://doi.org/10.1016/j.watres.2019.04.024
[4]* Hochstrasser, R., Hilbi, H. (2022): The Legionella Lqs‑LvbR regulatory network controls temperature-dependent growth onset and bacterial cell density. Applied and Environmental Microbiology, 88(5), e0237021.
https://doi.org/10.1128/aem.02370-21
[5]* Schmid, C., Hilbi, H. (2024): Rapid Icm/Dot T4SS inactivation prevents resuscitation of heat-induced VBNC Legionella pneumophila by amoebae. Environmental Microbiology, 27(1), e70035.
https://doi.org/10.1111/1462-2920.70035
- Legionellen können sich in Wassersystemen vermehren, wenn dies nicht durch eine sorgfältige Temperaturkontrolle und Stagnationsvermeidung verhindert wird.
- Ausreichend hohe Temperaturen versetzen Legionellen in einen VBNC-Zustand, in dem sie zwar noch lebendig, aber nicht mehr vermehrungsfähig sind.
- Bei 50 °C dauert es 60-mal länger, den VBNC-Zustand zu erreichen, als bei 60 °C. Bei 60 °C erfolgt dies nach 30 Minuten, bei 55 °C nach fünf Stunden und bei 50 °C nach rund 30 Stunden.
- Die Legionellen konnten sich unter den getesteten Bedingungen aus dem VBNC-Zustand nicht wieder in einen vermehrungsfähigen Zustand zurückentwickeln. Eine Reaktivierung ist damit unter realistischen Bedingungen sehr unwahrscheinlich.
- Im VBNC-Zustand fehlt Legionellen der Mechanismus, der für eine Infektion des Menschen erforderlich wäre. Somit stellen Legionellen im VBNC-Zustand unter natürlichen Bedingungen wohl keine unmittelbare Infektionsgefahr dar.
- Die Studie bestätigt, dass die geltenden Temperaturanforderungen von mindestens 55 bzw. 60 °C für Warmwasser ausreichen, um die Gefahr durch Legionellen wesentlich zu reduzieren.
Bild: Geberit
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