Eine aktuelle wissenschaftliche Untersuchung unter Beteiligung der Goethe Universität zeigt: Krankenhausabwässer enthalten ein breites Spektrum hormonaktiver Substanzen – und nur wenige davon treiben die gemessene Wirkung tatsächlich an. Ein Hochdurchsatz-Verfahren ermöglicht es, aus Tausenden chemischen Signalen die entscheidenden androgen wirksamen Stoffe schnell und zuverlässig herauszufiltern. Die Ergebnisse unterstreichen, wie wichtig ein besseres Verständnis komplexer Stoffgemische für eine zukunftssichere Wasserwirtschaft ist.

Innovative Analytik für komplexe Gemische

Die Studie teste das Verfahren an einem Krankenhausabwasser, das im europäischen Vergleich eine besonders hohe androgen artige Aktivität zeigte. Um die Wirkungstreiber in diesem komplexen Gemisch zu identifizieren, nutzte das Forschungsteam ein erweitertes High-Throughput Effect-Directed Analysis (HT-EDA)-Verfahren. Dieses verbindet:

• hochsensitive AR-CALUX-Bioassays zur Bestimmung hormoneller Aktivität,
• Nontarget-Analytik mittels Hochauflösender Massenspektrometrie
• sowie ein maschinelles Lernverfahren, das mögliche hormonaktive Stoffe direkt aus MS/MS-Daten vorpriorisiert.

Auf diese Weise ließen sich mehr als 5000 chemische Merkmale (“Features”) auf wenige Dutzend potenziell relevante Substanzen reduzieren – ein Durchbruch für die praktische Anwendbarkeit solcher Verfahren.

Zentrale Ergebnisse der Untersuchung

• Natürliche und synthetische Hormone als Hauptakteure: Die androgen artige Wirkung ließ sich vor allem durch Testosteron, Androsteron und das synthetische Hormon Norgestrel erklären.
• Große Stoffvielfalt, aber wenige wirksame Treiber: Trotz Tausender detektierter chemischer Signale war die Wirkung überwiegend irrelevanten.
• Beitrag nicht-targetierter Stoffe schätzen: Durch ein neues semiquantitatives Verfahren ließ sich für eine Einzelsubstanz (1,4-Androstadien-3,17-Dion) erstmals ein quantitativer Wirkungsanteil ohne Referenzstandard berechnen.
• Krankenhausabwässer als Schwerpunktquelle: Die Konzentrationen der relevanten Hormone lagen um ein Vielfaches höher als in kommunalen Kläranlagenzuläufen.
• Neue Methode spart Zeit und Ressourcen: Durch die KI-gestützte Priorisierung konnten über 95 % irrelevanter Signale von vornherein ausgeschlossen werden.

Relevanz für Hessens Wasserzukunft

Krankenhäuser und andere medizinische Einrichtungen gelten zunehmend als Hotspots für schwer abbaubare oder hormonwirksame Stoffe. Die Studie zeigt eindrucksvoll, dass moderne Methoden unverzichtbar sind, um solche Stoffgemische systematisch zu verstehen und wirkungsorientiert zu bewerten. Mit Hilfe solcher Verfahren lassen sich weitere Schritte anstoßen:

• Gezieltere Überwachung: Die vorgestellte Methode kann dazu beitragen, frühzeitig auf relevante Stoffgruppen hinzuweisen.
• Bessere Grundlage für Maßnahmenplanung: Wenn klar ist, welche Stoffe tatsächlich zur Wirkung beitragen, können Maßnahmen – z. B. präzise Vorreinigungskonzepte für Klinikabwässer – effizienter entwickelt werden.
• Transparenz in komplexen Gemischen: Wasserwirtschaft und Regulierung gewinnen dringend benötigte Einblicke in Stoffflüsse, die mit herkömmlicher Einzelstoffanalytik kaum erfassbar sind.

Prof. Dr. Henner Hollert, von der Goethe-Universität Frankfurt am Main und Leiter der KWH-Arbeitsgruppe Ökotoxikologie, sagt: „Eine moderne und zukunftsfähige Wasserwirtschaft braucht weit mehr als klassische Grenzwerte – wir müssen verstehen, welche Wirkungen Stoffe in unseren Gewässern tatsächlich entfalten, um die relevanten Schadstoffe identifizieren und unsere Gewässer nachhaltig schützen zu können.“

Weiterführende Informationen

Die vollständige Studie „High-throughput effect-directed analysis of androgenic compounds in hospital wastewater: Identifying effect drivers through non-target screening supported by toxicity prediction“ steht online zur Verfügung

Beteiligte Institutionen

• UFZ Helmholtz Zentrum für Umweltforschung – Department Exposure Science
• Goethe-Universität Frankfurt am Main – Abteilung Evolutionsökologie und Umwelttoxikologie
• LOEWE-Zentrum für Translationale Biodiversitätsgenomik (LOEWE-TBG)
• Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie IME
• Eawag – das Wasserforschungsinstitut des ETH-Bereichs – Abteilung Umweltchemie
• Kompetenzzentrum Wasser Hessen