Das Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde (IOW) hat einen bedeutenden Fortschritt in der Frühwarnung für das potenziell gefährliche Bakterium Vibrio vulnificus erzielt. Dank des Einsatzes von Künstlicher Intelligenz (KI) ist es nun möglich, das Auftreten dieses Bakteriums in der Ostsee bis zu fünf Wochen im Voraus vorherzusagen. In einer umfassenden Studie, die in der Fachzeitschrift „Water Research“ veröffentlicht wurde, kombinierte das Forschungsteam hochauflösende Umwelt-, Satelliten- und Mikrobiomdaten und wertete diese mit KI-Methoden aus. Dies ermöglicht eine deutlich präzisere Identifikation von Risikoperioden im Vergleich zu bisherigen Ansätzen.
Vibrionen sind Bakterien, die natürlicherweise in marinen Ökosystemen vorkommen, insbesondere in warmen Küsten- und Brackwasserumgebungen. Von den über 150 bekannten Arten sind etwa 10 % pathogen und können Infektionen bei Menschen, Fischen und Muscheln auslösen. Vibrio vulnificus ist besonders besorgniserregend, da es durch kleinste Hautverletzungen beim Baden in den Körper eindringen kann und schwere Wundinfektionen oder sogar Sepsis verursachen kann. Ältere Menschen und Personen mit geschwächtem Immunsystem sind besonders gefährdet. Da steigende Meerestemperaturen die Vermehrung dieser Bakterien fördern, gilt die Ostsee als eine Hochrisikoregion für Vibrio-Infektionen.
Die Studie des IOW-Forschungsteams, die sich über den Zeitraum von April 2022 bis Mai 2023 erstreckte, umfasste die Analyse von Wasserproben von 15 Messstationen entlang der Ostseeküste und der Warnow-Mündung. Die Forscher entnahmen zwei Mal pro Woche Wasserproben und analysierten diese mithilfe molekularbiologischer und mikrobiologischer Methoden. Ergänzende Daten zu Umweltbedingungen wie Wassertemperatur, Salzgehalt, Nährstoffen und Strömungsverhältnissen wurden ebenfalls berücksichtigt. Insgesamt wurden mehr als 1.500 Wasserproben ausgewertet.
Die Ergebnisse zeigten ein klares saisonales Muster: Die Nachweise von Vibrio vulnificus konzentrierten sich vor allem auf die Sommermonate von Ende Juni bis Anfang September, wobei das Bakterium besonders häufig bei Wassertemperaturen über 18 °C und Salzgehalten zwischen 12 und 18 ‰ auftrat. Die hohe zeitliche und räumliche Auflösung der Daten ermöglichte es den Forschern, die Veränderungen der mikrobiellen Gemeinschaften und Umweltbedingungen vor dem vermehrten Auftreten des Bakteriums detailliert zu analysieren.
Durch die Identifizierung charakteristischer ökologischer Veränderungen, die dem Auftreten von Vibrio vulnificus vorausgehen, konnten die Forscher KI-Modelle entwickeln, die vorhersagen, wann und wo das Bakterium auftreten könnte. Die besten Modelle lieferten zuverlässige Prognosen bis zu fünf Wochen im Voraus und zeigten, dass die Berücksichtigung mikrobieller Gemeinschaftsveränderungen die Vorhersagegenauigkeit erheblich verbesserte.
Auf dieser Grundlage arbeitet das IOW an einem KI-gestützten Drohnenmessprogramm, das eine lokale Einschätzung der Vibrionen-Risiken an den Küsten Mecklenburg-Vorpommerns ermöglicht. Die Drohnen erfassen hochaufgelöste Umweltparameter wie Wassertemperatur, Salzgehalt und Strömungsverhältnisse und übermitteln diese Daten automatisiert an einen Server zur KI-Auswertung. Ziel ist die Entwicklung eines lokalen Vibrionen-Umweltindex mit einem Ampelsystem, das innerhalb weniger Minuten nach einem Drohnenflug eine Risikoeinschätzung liefert.
Das Projekt mit dem Namen KIVib-Küste (kurz für „Digitalisierte und KI-gesteuerte Vibrio-Bewertung von Küstengewässern“) zielt darauf ab, die bisherigen allgemeinen Warnungen durch präzise, lokal angepasste Risikoabschätzungen zu ersetzen. Angesichts des Klimawandels und der damit einhergehenden steigenden Temperaturen, die die Vibrionen-Saison verlängern, wird die Notwendigkeit solcher Systeme immer dringlicher. Die Forscher betonen, wie wichtig es ist, klare Unterscheidungen zwischen gefährlichen und unbedenklichen Badebedingungen zu treffen, insbesondere in einem touristisch stark frequentierten Gebiet wie der deutschen Ostsee.
Insgesamt zeigt die Forschung des IOW, dass durch den Einsatz moderner Technologien wie KI und Drohnen ein effektives Frühwarnsystem für Vibrio vulnificus in der Ostsee realisiert werden kann
