Biocontained Carcass Kompostierung für Control of Infectious Disease Outbreak in Livestock

Das Video zeigt ein Beispiel für eine Studie, die am Lethbridge Research Center durchgeführt wurde und von dem CRTI-Programm der Bundesregierung sowie von Alberta Agriculture gefördert wurde. Ziel des Projekts ist es, das Vergraben von Kadavern in Baumwolle als Methode zur Entsorgung von Tierkörpern während eines Ausbruchs einer Infektionskrankheit in einer Rinderherde zu untersuchen. Diese Technik wurde zuvor von Dr. Lloyd Spencer vom CFIA verwendet, um den Ausbruch der Vogelgrippe im Fraser Valley vor einigen Jahren einzudämmen.

Das Ziel des Projekts besteht im Wesentlichen darin, den infektiösen Erreger wirksam zu kontrollieren und zu verhindern, dass er sich auf andere umliegende Rinderbestände ausbreitet. Um dies zu erreichen, ist eine sehr schnelle Reaktion erforderlich, insbesondere bei der Entwicklung einer Entsorgungsmethode, die hoffentlich innerhalb von 24 Stunden bereitsteht und betriebsbereit ist. Aus diesem Grund verwenden wir bei der Planung dieses speziellen Experiments lokal verfügbare Materialien für den gesamten Kompostierungsprozess, die problemlos bei örtlichen Landhandelslieferanten nachgekauft werden können, sodass wir die Anlagen innerhalb von 24 Stunden errichten können.

Der Außenrahmen der Konstruktion basierte auf der Verwendung von einfacher Gerstenstrohhäcksel als Struktur. Wir brachten kleine Strohschichten am Boden der Konstruktion an, für den Fall, dass Flüssigkeit aus dem gesamten Kompostierungsprozess austreten sollte, wobei diese kleinen Ballen dazu dienen sollten, jegliche Flüssigkeit aufzusaugen. Anschließend verwendeten wir große rechteckige Ballen als Außenwände der Konstruktion.

Unser Ziel bestand daher darin, zu untersuchen, ob wir ein ähnliches Modell verwenden könnten, das jedoch in einem viel größeren Maßstab angelegt wäre, um der großen Körpergröße von voll ausgewachsenen Mästvieh gerecht zu werden. Die Stufe der Eindämmung, die wir in dieser Studie verwendeten, war deutlich höher als bei einem typischen Kompostierungsprozess. Wir verwendeten große Strohballen, um den gesamten Komposthaufen innerhalb eines strukturierten Rahmens zu begrenzen.

Wir sammelten Gülle aus dem Mästbetrieb des Forschungszentrums Lepar und bereiteten sie vor, indem wir sie durch einen Gülleverteiler leiteten, um sie zu belüften, sodass sie neue Mengen erwärmen konnte. Dies ist im Grunde das erste Mal, dass ein solcher Versuch in einem derart großen Maßstab und ohne ein derart hohes Maß an Abschirmung durchgeführt wurde. Eine unserer Bedenken bezog sich darauf, ob beim ersten Versuch eine nennenswerte Menge Flüssigkeit aus dem Kompostierungsprozess austreten würde.

Daher haben wir bewusst ein Drainagesystem, den Komposthaufen, eingerichtet, um versuchsweise jegliche Flüssigkeit, die während des Kompostierungsprozesses entstehen könnte, aufzufangen. Wir verwenden handelsübliches Silierkunststofffolie. Dies ist die gleiche Folie, die in Mästbetrieben zum Abdecken der Silagegruben verwendet wird.

Die Idee des Kunststoffs besteht darin, ihn einzubeziehen, um ein sehr hohes Sicherheitsniveau zu erreichen. Im Grunde bleibt somit alles im Komposthaufen innerhalb der Kunststoffbarriere enthalten. Wir bringen eine Schicht Gerstenstroh auf dem Boden der Kompostieranlage als saugfähiges Material ein und nutzen sie zudem, um den Kompostierungsprozess zu unterstützen.

Außerdem haben wir Temperatursender direkt in die Kompostmasse eingebracht. Diese Sender erfassen nun kontinuierlich die Temperatur während des gesamten Kompostierungsprozesses, und am Ende des Kompostierungsprozesses entnehmen wir die Sender wieder und laden die Temperaturdaten über die gesamte Dauer der Kompostierung herunter. Ein Nachteil der Verwendung von Kunststoff besteht darin, dass er den Sauerstofffluss in den Komposthaufen mit hoher Wahrscheinlichkeit stark einschränkt.

Hier verwendeten wir einfache Entwässerungsrohre oder Drainagerohre, wie sie typischerweise beim Hausbau eingesetzt werden, und brachten diese Rohre in Abständen von etwa 4,9 Metern durchgehend in der gesamten Kompostieranlage an. Die Idee dahinter bestand darin, sicherzustellen, dass Luft in den Komposthaufen nach unten strömt, damit der Kompostierungsprozess aerob abläuft und nicht anaerob, bei dem Sauerstoff ausgeschlossen wird und im Grunde derselbe Prozess wie bei der Silageherstellung entsteht. Dies wollten wir vermeiden.

Wir wollten, dass Sauerstoff in die Struktur eindringt, um den Abbau der Kadaver zu maximieren. Diese Rinder stammten aus örtlichen Mastbetrieben, in denen die Tiere hauptsächlich an einer durch natürliche Ursachen verursachten Lungenentzündung starben. Wir haben diese Tiere weder geschlachtet noch im Rahmen der Studie getötet.

Die Röhren, die wir gerade platziert haben, basierten lediglich auf passiver Belüftung, bei der einfach die normale Luftbewegung aus der umgebenden Atmosphäre durch das Rohr erfolgt. Wir haben keine Ventilatoren oder ähnliche Geräte verwendet, da man im Falle eines infektiösen Krankheitsausbruchs den Erreger nicht aus der Kompostierungsanlage in die Umgebung blasen möchte. Im Fall eines normalen Ausbruchs würde man nicht den hier gezeigten Grad an Detailgenauigkeit anwenden, aber da es sich hier um ein Experiment handelt, nutzen wir sogenannte Baker-Retrieval-Pyramiden, um Proben in den Kompost einzubringen und zu späteren Zeitpunkten wieder herauszuholen.

Für weitere Untersuchungen verwendeten wir Modellmikroben, sowohl Bakterien als auch Viren, die wir in diese kleinen weißen Beutel gaben, sie dann im Dreieck anordneten und anschließend in die Kompostierungsanlage einbrachten. Der Gedanke dahinter ist, sicherzustellen, dass der Kompostierungsprozess Mikroben abtötet, sodass infektiöse Erreger während der Kompostierung zerstört werden. Außerdem fügten wir zusätzliche Substratenden wie Gewebe, Hirngewebe und Keratin hinzu, welches das Protein ist, aus dem Hufe und Hörner bestehen.

Keratin ist sehr widerstandsfähig gegenüber Verdauung, und wir wollten untersuchen, ob es möglich ist, diesen äußerst widerstandsfähigen Protein während des Kompostierungsprozesses abzubauen. Falls wir einen signifikanten Abbau beobachten würden, hätten wir einen guten Hinweis darauf, dass auch die Kadaver vollständig abgebaut würden. Wir füllen die Pyramiden mit Mist, um sicherzustellen, dass die Umgebung innerhalb der Pyramide selbst derjenigen des umgebenden Mists sehr ähnlich ist. Während des Kompostierungsprozesses werden nur drei Säcke zurückgebracht.

Das gesamte Material wurde vor dem Einbringen in die Pyramide in die Beutel eingewogen, bzw. die Anzahl der Mikroben wurde gezählt, bevor sie in die Pyramide gebracht wurden. In diesem Fall geben wir nun zusätzlich an jeder der Pyramiden Temperaturmessungen an, sodass wir tatsächlich die Temperatur am Standort jeder einzelnen Pyramide messen. Innerhalb des Komposthaufens brachten wir über 20 dieser Pyramiden in zwei Tiefen in den Komposthaufen ein: eine Tiefe lag etwa einen halben Meter tief im Haufen selbst, die andere einen Meter tief in dem Bereich, in dem die Kadaver platziert wurden.

Unter normalen Bedingungen würden die meisten dieser Modellbakterien bei Menschen keine schweren Erkrankungen verursachen, doch bei einem infektiösen Ausbruch sieht man, dass die Mitarbeiter Handschuhe und Schutzanzüge tragen. Bei einem Ausbruch einer Infektionskrankheit hätten sie außerdem Masken und spezielle Schutzstiefel an. Die Schutzausrüstung wäre deutlich umfangreicher, wenn es sich um einen echten Krankheitsausbruch handeln würde. Nachdem wir die Kadaver eingeführt hatten, brachten wir jeweils etwa 16 Tiere in diesen Kompostieranlagen unter.

Dann nehmen wir den Mist und bedecken sie damit, wobei der Mist bereits erhitzt ist, und Sie können die Menge an Dampf erkennen, die entweicht, was darauf hinweist, dass der Mist bereits warm ist. Vor dem Einbringen in den Komposthaufen haben wir den Mist platziert und die Konstruktion vollständig befüllt, sodass die Kadaver nun etwa eineinhalb Meter unter der Oberfläche des Mists liegen. Das sehen Sie hier.

Danach brachten wir zusätzliche Belüftungsöffnungen in der Oberseite des Haufens an, um erneut sicherzustellen, dass ein aerobes Kompostierungsverfahren stattfindet. Sollen wir zum nächsten Bereich in Fred springen? Denn dort nutzen wir diese Öffnungen auch, um die Arten der emittierten Treibhausgase zu messen.

Während des Kompostierungsprozesses wurde alles dicht verschlossen, um sicherzustellen, dass im Falle eines tatsächlich infektiösen Agens im Haufen dessen Entweichen äußerst unwahrscheinlich ist. Wie Sie sehen, haben wir Reifen auf der Oberseite platziert, die den Zugang von Vögeln oder mitfressenden Tieren zum gesamten Haufen weitgehend verhindern und somit sicherstellen, dass das infektiöse Agens nicht auf andere mögliche Überträger übertragen wird. Die Drähte, die Sie sehen, dienen dazu, die Temperatur am Standort der Pyramide von der Pyramide zu einem Computer außerhalb der Kompostieranlage zu übertragen. Wir überwachen die Temperatur an über 48 verschiedenen Stellen innerhalb jedes Komposthaufens, um ein Bild der räumlichen Variation der Effizienz des Kompostierungsprozesses zu erhalten. Die Schläuche wurden verwendet, um den Sauerstoffgehalt in verschiedenen Tiefen des Komposthaufens zu messen.

Wie bereits erwähnt, ist es äußerst wichtig, dass Sauerstoff in den Haufen eindringt. Aufgrund des hier verwendeten Detaillierungsgrads hinsichtlich der Platzierung dieser Pyramiden hat es viel länger gedauert, diese Strukturen zu errichten, als dies unter normalen Bedingungen der Fall wäre. Sie würden die Pyramiden nicht so platzieren oder den Grad an Vorsicht walten lassen, den wir hier anwenden, um sicherzustellen, dass keines unserer experimentellen Instrumente beschädigt wird, die wir zu verschiedenen Zeitpunkten im Haufen platziert haben.

Dann gingen wir während des Kompostierungsprozesses in die Struktur hinein und zogen die Dreiecke aus der Struktur aus Tiefen von einem bis zu einem halben Meter unterhalb der Oberfläche des Mistes heraus. Anschließend prüften wir, ob die Mikroben den Kompostierungsprozess überlebt hatten, sowie die Menge an Gewebe, die während der Kompostierung abgebaut worden war. Die Ketten und die Stabilität des Dreiecks ermöglichten es uns, die Proben einfach direkt durch den Kompost nach oben zu ziehen und so unsere Proben zu entnehmen. Zu diesem Zeitpunkt, unter normalen Bedingungen, wenn man es mit einem wirklich infektiösen Ausbruch zu tun hätte, lägen die Temperaturen innerhalb des Komposthaufens – da wir sie von außen überwachen können – bereits bei über etwa 55 °C, wobei Temperaturen von 70 °C erreicht werden. Die meisten infektiösen Erreger werden bei diesen Temperaturen abgetötet. Bei unseren Messungen an den Mikroben und Viren, also den Modellorganismen, die wir in den Haufen eingebracht hatten, wurden die Viren innerhalb einer Woche abgetötet und die Mikroben innerhalb von zwei Wochen.

Jetzt öffnen wir den Haufen nach Abschluss des Kompostierungsprozesses. Dieser Vorgang dauerte etwa 150 Tage. Die Temperatur lag in Bereichen des Haufens über 70 Grad für Zeiträume von mehr als 70 Tagen.

Die Temperatur war tendenziell an der Oberseite des Haufens höher als an der Unterseite, aber alle Bereiche des Haufens lagen über 55 Grad Celsius. Da wir nun den Komposthaufen entleeren, wäre bei einem echten infektiösen Krankheitsausbruch der Erreger im Wesentlichen durch den Kompostierungsprozess abgetötet worden. Während dieses Vorgangs nehmen wir, während wir das Material entfernen, auch die Sender heraus – die Temperatursensoren, die die gesamte Zeit über im Haufen waren – und werden diese anschließend an einen Computer anschließen, um die Temperatur über den gesamten Kompostierungsprozess hinweg am Ort des Tieres zu ermitteln.

Wir stellten fest, dass noch einige Überreste von Knochen und Gewebe vorhanden waren, jedoch waren die Tiere mit Sicherheit nicht mehr erkennbar. Nach dem Kompostierungsprozess waren die Gewebestücke relativ klein, alle deutlich unter einem Kilogramm oder 500 Gramm. Nach dem Abbau der Kompostieranlage drehten wir das Material und brachten es in Außenreihen unter, wobei jegliche verbliebenen Gewebeteile während des sekundären Kompostierungsprozesses abgebaut würden.

Der entscheidende Faktor ist, dass der infektiöse Erreger zum Zeitpunkt dieser endgültigen Öffnung bereits durch die hohen Temperaturen, die während des längeren Kompostierungsprozesses erreicht wurden, abgetötet worden wäre, sowie durch das Gehirngewebe. Etwa 98 % davon wurden innerhalb der ersten zwei Monate des Kompostierungsprozesses abgebaut.