Die Ostsee zählt inzwischen zu den europäischen Regionen mit dem höchsten Risiko für Infektionen durch das Meeresbakterium Vibrio vulnificus. Forschern des Leibniz-Instituts für Ostseeforschung Warnemünde (IOW) ist es nun gelungen, mithilfe Künstlicher Intelligenz das Auftreten der Bakterien bis zu fünf Wochen im Voraus vorherzusagen. Langfristig soll daraus ein Frühwarnsystem entstehen, das Badegäste und Behörden rechtzeitig informiert.
KI analysiert Umwelt- und Satellitendaten
Gefährliche Vibrionen treten in der Ostsee vor allem in warmen Sommermonaten auf und können über kleine Hautverletzungen schwere Infektionen verursachen. Ein Forschungsteam des IOW hat nun ein KI-gestütztes Vorhersagemodell entwickelt, das das Auftreten der Bakterien bis zu vier bis fünf Wochen im Voraus prognostizieren kann. Künftig soll ein Ampelsystem Badegäste und Behörden vor erhöhten Risiken warnen.
Vibrionen gehören natürlicherweise zu den Bakteriengemeinschaften im Meer und kommen besonders häufig in warmen Küsten- und Brackgewässern vor. Einige Arten können jedoch Krankheiten verursachen – darunter auch Vibrio vulnificus. Das Bakterium kann bereits über kleine Hautverletzungen beim Baden in den Körper gelangen und schwere Infektionen bis hin zu einer Blutvergiftung auslösen. Besonders gefährdet sind ältere Menschen sowie Personen mit geschwächtem Immunsystem.
Da steigende Meerestemperaturen die Vermehrung der Bakterien begünstigen, gilt die Ostsee inzwischen als europäische Hochrisikoregion für Vibrio-Infektionen.
Für ihre Studie untersuchten die Wissenschaftler 15 Messstationen entlang der Ostseeküste sowie in der Warnow-Mündung bei Rostock. Zweimal pro Woche entnahmen sie Wasserproben und kombinierten deren Ergebnisse mit Wetter-, Umwelt-, Satelliten- und Mikrobiomdaten. Insgesamt flossen mehr als 1.500 Wasserproben in die Auswertung ein.
Biologische Vorläufersignale verbessern die Vorhersage
Die Analysen zeigten, dass Vibrio vulnificus vor allem zwischen Ende Juni und Anfang September auftritt. Besonders günstige Bedingungen herrschen bei Wassertemperaturen über 18 Grad Celsius und bestimmten Salzgehalten.
Entscheidend für den Erfolg der Studie war die hohe zeitliche und räumliche Auflösung der Daten. Dadurch konnten die Forscher ökologische Veränderungen erkennen, die dem Auftreten der Bakterien vorausgehen. Diese sogenannten biologischen Vorläufersignale nutzte die KI, um ihre Vorhersagemodelle zu trainieren.
Die zuverlässigsten Modelle sagten das Auftreten von Vibrio vulnificus bis zu vier bis fünf Wochen im Voraus voraus. Besonders präzise arbeiteten Modelle, die neben physikalischen Umweltfaktoren auch Veränderungen innerhalb der mikrobiellen Lebensgemeinschaften berücksichtigten. Zudem erwiesen sich frei verfügbare Satellitendaten als vielversprechende Grundlage für zukünftige Frühwarnsysteme.
Ampelsystem soll Badegäste warnen
Auf Basis der Forschungsergebnisse entwickelt das IOW derzeit ein praxisnahes Warnsystem für Küstenregionen. Im Projekt »KIVib-Küste« testen die Wissenschaftler ein KI-gestütztes Drohnen-Messprogramm an den Küsten Mecklenburg-Vorpommerns.
Die Drohnen erfassen direkt im Badebereich Umweltparameter wie Wassertemperatur, Salzgehalt, Strömungen oder Blaualgenblüten. Anschließend werden die Daten automatisch ausgewertet, sodass innerhalb weniger Minuten eine lokale Risikoeinschätzung möglich sein soll.
Geplant ist ein Ampelsystem, das Badegäste und Behörden frühzeitig über ein erhöhtes Infektionsrisiko informiert.
Klimawandel verlängert die Vibrionen-Saison
Nach Einschätzung der Forscher gewinnt ein solches Frühwarnsystem mit dem fortschreitenden Klimawandel zunehmend an Bedeutung. Wärmere Sommer verlängern die Saison, in der sich Vibrionen vermehren können. Gleichzeitig wächst die Zahl der Menschen, die aufgrund ihres Alters oder gesundheitlicher Einschränkungen besonders gefährdet sind.
Vor allem für touristisch stark genutzte Küstenregionen der Ostsee könnten präzise und kurzfristige Warnungen künftig einen wichtigen Beitrag zum Gesundheitsschutz leisten.
Dieser Beitrag stammt von dem freien Autoren Dr. Florian Huber, der regelmäßig Neuigkeiten aus der Wissenschaft auf tauchen.de und in unserem Printmagazin verfasst. Der Text wurde für die Veröffentlichung im Web redaktionell angepasst.
Externe Quellen
Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde (IOW)
Häufige Fragen zum Thema Vibrionen
Was sind Vibrionen?
Vibrionen sind natürlich vorkommende Bakterien, die vor allem in warmen Küsten- und Brackgewässern leben. Die meisten Arten sind harmlos, einige können jedoch beim Menschen Infektionen verursachen.
Wie gefährlich ist Vibrio vulnificus?
Vibrio vulnificus kann über kleine Hautverletzungen oder offene Wunden in den Körper gelangen und schwere Wundinfektionen bis hin zu einer Blutvergiftung auslösen. Besonders gefährdet sind ältere Menschen sowie Personen mit geschwächtem Immunsystem.
Wann treten Vibrionen in der Ostsee besonders häufig auf?
Nach den Ergebnissen der aktuellen Studie werden Vibrionen vor allem zwischen Ende Juni und Anfang September nachgewiesen. Das Risiko steigt insbesondere bei Wassertemperaturen über 18 Grad Celsius.
Wie funktioniert das neue Frühwarnsystem?
Das System kombiniert Messdaten aus Wasserproben mit Wetter-, Satelliten- und Umweltdaten. Eine Künstliche Intelligenz erkennt Muster, die dem Auftreten von Vibrio vulnificus vorausgehen, und kann das Risiko bis zu fünf Wochen im Voraus prognostizieren.
Gibt es bereits Warnungen für Badegäste?
Noch nicht flächendeckend. Das Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde entwickelt derzeit im Projekt »KIVib-Küste« ein KI-gestütztes Ampelsystem, das künftig lokale Warnungen für Badegäste und Behörden ermöglichen soll.