Verbesserte Frühwarnung für Vibrionen in der Ostsee durch Künstliche Intelligenz und Drohnentechnologie
Ein Forschungsteam des Leibniz-Instituts für Ostseeforschung Warnemünde (IOW) hat erstmals die Vorhersage des Auftretens des potenziell gefährlichen Meeresbakteriums Vibrio vulnificus in der Ostsee bis zu fünf Wochen im Voraus ermöglicht. Grundlage hierfür ist die Kombination hochaufgelöster Umwelt-, Satelliten- und Mikrobiomdaten, die mittels Künstlicher Intelligenz (KI) ausgewertet wurden. Die Ergebnisse, veröffentlicht in der Fachzeitschrift Water Research, erlauben eine präzisere Eingrenzung von Risikoperioden. Aufbauend darauf testet das IOW derzeit ein KI-gestütztes Drohnen-Messsystem zur lokalen Vibrionen-Warnung an den Küsten Mecklenburg-Vorpommerns.
Vibrionen: Natürliche Bakterien mit Gesundheitsrisiken
Vibrionen sind marine Bakterien, die vor allem in warmen Küsten- und Brackgewässern vorkommen. Von etwa 150 bekannten Arten sind rund 10 % pathogen und können Infektionen bei Menschen, Fischen oder Muscheln verursachen. Vibrio vulnificus zählt zu den gefährlichsten Vertretern, da es über kleinste Hautverletzungen beim Baden in den Körper eindringen und schwere Wundinfektionen oder eine lebensbedrohliche Sepsis auslösen kann. Besonders gefährdet sind ältere Menschen sowie Personen mit geschwächtem Immunsystem. Aufgrund steigender Meerestemperaturen gilt die Ostsee als eine der europäischen Hochrisikoregionen für Vibrio-Infektionen.
Hochaufgelöste Umweltdaten als Grundlage für präzise Vorhersagen
Im Zeitraum von April 2022 bis Mai 2023 wurden an 15 Messstationen entlang der Ostseeküste und in der Warnow-Mündung bei Rostock regelmäßig Wasserproben entnommen und mit molekularbiologischen sowie mikrobiologischen Methoden analysiert. Ergänzend flossen Umwelt-, Wetter- und Satellitendaten zu Parametern wie Wassertemperatur, Salzgehalt, Nährstoffkonzentrationen, Chlorophyllgehalt und Strömungsverhältnissen ein.
Insgesamt wurden über 1.500 Proben ausgewertet. Die Analyse ergab ein deutliches saisonales Auftreten von Vibrio vulnificus vor allem in den Sommermonaten von Ende Juni bis Anfang September. Das Bakterium wurde vor allem bei Wassertemperaturen über 18 °C und Salzgehalten zwischen 12 und 18 ‰ nachgewiesen – Bedingungen, die im Sommer in der südlichen Ostsee häufig sind.
Erfassung mikrobieller Vorläufersignale und KI-Modellierung
Die hohe zeitliche und räumliche Auflösung der Daten ermöglichte es, ökologische Veränderungen vor einem vermehrten Auftreten von Vibrionen detailliert zu verfolgen. Das Forschungsteam identifizierte charakteristische biologische Vorläufersignale, die als Grundlage für die KI-Modelle dienten. Diese Modelle wurden darauf trainiert, das zukünftige Auftreten von Vibrionen an bestimmten Standorten vorherzusagen.
Die leistungsfähigsten KI-Modelle berücksichtigten neben physikalischen Umweltfaktoren auch Veränderungen in mikrobiellen Gemeinschaften und konnten zuverlässige Prognosen bis zu fünf Wochen im Voraus liefern. Zudem zeigten frei verfügbare Satellitendaten ein hohes Potenzial für den Einsatz in operativen Frühwarnsystemen.
Ein zentraler Faktor sind mikrobiologische Sukzessionsprozesse nach massiven Algenblüten, da der Zerfall von Phytoplankton organische Substanzen freisetzt, die das Wachstum von Vibrionen fördern.
Entwicklung eines Drohnen-basierten Frühwarnsystems
Aufbauend auf diesen Erkenntnissen arbeitet das IOW an einem anwendungsorientierten Frühwarnsystem. Seit April 2026 erproben Forschende unter Leitung von Dr. Daniel Herlemann ein KI-gestütztes Drohnenprogramm zur lokalen Erfassung von Vibrionen-Risiken an der mecklenburg-vorpommerschen Küste. Die Drohnen messen hochauflösend Umweltparameter wie Wassertemperatur, Strömungsverhältnisse, Salzgehalt und das Vorkommen von Blaualgen im Bereich des Badewasserstreifens vor dem Warnemünder Strand.
Die erfassten Daten werden automatisiert an einen Server übertragen und mittels KI ausgewertet. Ziel ist die Entwicklung eines lokalen Vibrionen-Umweltindexes mit Ampelsystem, der innerhalb weniger Minuten nach einem Drohnenflug eine standortspezifische Risikoeinschätzung ermöglicht.
Perspektiven und Bedeutung
Das Projekt „KIVib-Küste“ (Digitalisierte und KI-gesteuerte Vibrio-Bewertung von Küstengewässern) baut auf den aktuellen Forschungsergebnissen und früheren Studien des IOW auf. Langfristig soll die bisher eher allgemeine Warnpraxis durch präzise, lokal und zeitnah aktualisierte Risikoabschätzungen ersetzt werden.
Angesichts des Klimawandels, der zu längeren Vibrionen-Saisons führt, und demografischer Veränderungen, die die Zahl besonders gefährdeter Personen erhöhen, gewinnt diese Forschung an Bedeutung. Insbesondere im stark touristisch genutzten deutschen Ostseeraum mit Millionen von Besuchern jährlich ist eine klare Abgrenzung von Risikoperioden für die Gesundheitsvorsorge und wirtschaftliche Planung essenziell.
Weiterführende Informationen und Kontakt
- Projekt KIVib-Küste
- Kontakt Presse: Dr. Kristin Beck, Tel.: 0381 – 5197 135, E-Mail: presse@iow.de
- Wissenschaftliche Ansprechpartner:
- Prof. Dr. Matthias Labrenz, Tel.: +49 (0)381 5197 – 378, E-Mail: matthias.labrenz@iow.de
- Dr. Daniel Herlemann, Tel.: +49 (0)381 5197 – 356, E-Mail: daniel.herlemann@iow.de
- Originalpublikation: Glackin et al. (2026): AI-driven forecasting of Vibrio vulnificus in the Southern Baltic Sea using high-resolution data, Water Research 297, 125647. https://doi.org/10.1016/j.watres.2026.125647
Über das Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde (IOW)
Das IOW untersucht den natürlichen und anthropogenen Wandel von Küsten- und Randmeeren mit einem interdisziplinären Ansatz, der von der Grundlagenforschung bis zur Anwendung reicht. Die Ostsee dient dabei als regionales Modellgebiet. Ein Schwerpunkt liegt auf dem Dialog mit Politik, Praxis und Gesellschaft zur Förderung einer nachhaltigen Entwicklung der Küstenmeere.
