TY  - THES
T1  - Untersuchungen zum Potential biotechnologischer Methoden zur Inaktivierung von tier- und humanmedizinischen Krankheitserregern der Schutzstufe 3
A1  - Hartmann,Nadja
Y1  - 2017/12/07
N2  - Mit der steigenden Verwertung von Gülle und anderer Biomasse in Biogasanlagen stellt sich immer wieder die Frage nach der Gefährdung von Mensch und Tier durch die Verbreitung von Krankheitserregern, die über kontaminierte Substrate in die Biogasanlagen gelangen. Ziel dieser Arbeit war es, geeignete Inaktivierungsparameter für verschiedene hochkontagiöse Tierseuchenerreger und hochpathogene Bakterien zu verifizieren. Dafür wurde der Fermentationsprozess selbst sowie potentielle vor- und nachgelagerte Verfahren analysiert, die zu einer Inaktivierung möglicher im Input-Material vorhandenen Pathogene beitragen können. Zunächst wurde der Fermentationsprozess im Labor hinsichtlich einer Erhöhung der Temperatur und Verweilzeit angepasst, um zu sehen wie sich die Parameter auf die Inaktivierung von Pathogenen auswirken. Zudem wurden die Pasteurisierung und der mögliche Substrateinfluss auf das Inaktivierungsverhalten verschiedener Pathogene untersucht. Auch die an den Biogasprozess anschließende Lagerung kontaminierter Substrate wurde dabei betrachtet. Es wurden aufgrund der ausgeprägten Tenazität, die Erreger der Rindertuberkulose M. bovis und M. caprae sowie der Paratuberkulose M. avium ssp. paratuberculosis (MAP) verwendet. Als weiterer, ebenfalls wichtiger Zoonoseerreger wurde das obligat intrazelluläre Bakterium C. burnetii welches bei Coxielliose-positiven Tierbeständen in hohen Konzentration in Gülle nachgewiesen werden kann, untersucht. Neben bakteriellen Infektions- und Zoonoseerregern spielen auch virale Erreger eine große Rolle. Hierzu zählen die hochkontagiösen Viren der Maul- und Klauenseuche (MKS) und der Klassischen Schweinepest (KSP). Anstelle des MKS-Virus wurde das Equine Rhinitis A Virus (ERAV) und als Surrogat für das KSP-Virus wurde das Bovine Virusdiarrhoe Virus (BVDV) verwendet. Aufgrund ihrer jeweils engen phylogenetischen Verwandtschaft und vergleichbarer biologischer Eigenschaften sind die gewonnenen Ergebnisse der Surrogatviren auf das MKS- bzw. KSP-Virus übertragbar. Die Inaktivierungsversuche von M. bovis durch eine 21-tägige Lagerung ergaben substrat-, temperatur- sowie intraspezifische Unterschiede, die bei der Auswahl der Methode zur Inaktivierung berücksichtigt werden müssen. Bei Temperaturen von 4 und 20 °C konnten über die Dauer der Versuchslaufzeit Mykobakterien nachgewiesen werden. Nach bereits sieben Tagen konnten bei 37 °C keine Erreger mehr nachgewiesen werden. Die in PBS suspendierten Mykobakterien waren hingegen über die gesamte Versuchslaufzeit nachweisbar. Lagerungsversuche wurden mit ERAV und BVDV mit den verschiedenen Substraten bei über 15 Tage durchgeführt. Bei Temperaturen von 4 bzw. 20 °C fand eine signifikante Virusreduktion statt. Bei höheren Temperaturen (40 – 42 °C) zeigte sich bereits nach drei Tagen eine signifikante Virusreduktion (ERAV) bzw. lag der Titer unter der Nachweisgrenze (BVDV). Zudem wurde nachgewiesen, dass das Substrat keinen Einfluss auf die Reduktion von ERAV hat. Versuche mit auf Keimträgern adsorbiertem ERAV ergaben eine substratabhängige Inaktivierung bei 40 °C. Aufgrund dessen wurde mit diesen Keimträgern in Anlehnung an den Hohenheimer-Biogasertragstest der Biogasprozess im Labormaßstab für 24 Stunden simuliert. Es zeigte sich, dass erst ab mindestens 120 min ein Abfall des Virustiters stattfand. Im Verlauf zwischen 120 min und 24 Stunden fand eine signifikante Reduktion des ERAV-Titers statt. Im Rahmen der Pasteurisierungsuntersuchungen konnte bei den verschiedenen untersuchten Mycobacterium-Isolaten kein signifikanter Einfluss des Substrates auf den Pasteurisierungserfolg gefunden werden. Bei Versuchen mit M. bovis und M. caprae konnten bei 60 °C nach 30 min keine Erreger mehr nachgewiesen werden. Bei MAP konnten bei 70 °C erst nach 360 min keine kultivierbaren Erreger mehr nachgewiesen werden. Pasteurisierungsversuche mit C. burnetii lieferten keine belastbaren Daten. Bei der Pasteurisierung von ERAV in Abhängigkeit drei verschiedener Substrate zeigte sich, dass eine Reduktion allein durch die Temperatur hervorgerufen wurde, weshalb bei BVDV nur das Substrat mit der heterogensten Zusammensetzung verwendet wurde. Für ERAV konnte nach 15 min bei 55 °C ein signifikanter Titerverlust nachgewiesen werden. Bei BVDV konnte bei 40 °C keine signifikante Virusreduktion aber eine Substratabhängigkeit nachgewiesen werden. Bei den in Substrat suspendierten Viren konnte bei 45 °C nach 60 min sowie bei 50 °C nach 30 min eine signifikante Reduktion des Virustiters erzielt werden. Die in Zellkulturmedium suspendierten Viren zeigten diese Reduktion bei 50 °C nach 60 - 120 Minuten. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen die Wichtigkeit, dass bei der Auswahl eines geeigneten biotechnologischen Prozesses die Eigenschaften der einzelnen Pathogene eine wichtige Rolle hinsichtlich der Inaktivierungsdauer spielen. Das Verfahren sollte sich daher stets am Worstcase, den Erregern mit der höchsten Tenazität, orientieren, um das infektiologische Risiko zu minimieren.
KW  - Mykobakterien
KW  - Coxiella burneti
KW  - Biogasanlage
KW  - Virusdiarrhoe-Mucosal-Disease-Virus
KW  - Inaktivierung
CY  - Hohenheim
PB  - Kommunikations-, Informations- und Medienzentrum der Universität Hohenheim
AD  - Garbenstr. 15, 70593 Stuttgart
UR  - http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2017/1421
ER  -