פגר קומפוסט Biocontained לבקרת להתפרצות מחלות מדבקות של בעלי חיים
6 במאי 2010
שימוש בחומרים זמינים, זו מערכת קומפוסט biocontained מאפשר יעיל באתר סילוק פגרי בעלי חיים גדולים הנובעים במקרה של התפרצות מחלות זיהומיות. הליך זה הורג גורמים מדבקים ביותר פגרים וזבל מזוהמים. פעם סוכן זיהומיות הוא אישר שאינו בר קיימא, קומפוסט בוגר ניתן להפיץ כדשן.
הסרטון מציג דוגמה למחקר שנערך במרכז המחקר Lethbridge במימון תוכנית ה-CRTI של הממשלה הפדרלית, וכן על ידי Alberta Agriculture. מטרת הפרויקט היא לבחון את שיטת ה-cotton posting כדרך לפינוי פגריים במהלך התפרצות מחלה זיהומית באוכלוסיית בקר בשרי. טכניקה זו שימשה בעבר את ד"ר Lloyd Spencer מה-CFIA, כדי לשלוט בהתפרצות שפעת העופות שהתרחשה ב-Fraser Valley לפני מספר שנים.
מטרת הפרויקט היא בעיקר לשלוט ביעילות בגורם המדבק ולמנוע את התפשטותו לאוכלוסיות בקר סביבות. כדי להשיג זאת, יש להגיב במהירות רבה במונחים של פיתוח שיטה לפינוי ולהכין אותה כך שתהיה מוכנה ומבצעית, רצוי בתוך פרק זמן של 24 שעות. מסיבה זו, בתכנון של ניסוי ספציפי זה, אנו משתמשים בחומרים הזמינים מקומית לכל תהליך הקומפוסט, אותם ניתן לרכוש בקלות מספקי חקלאות מקומיים, מה שמאפשר לנו להקים את המבנים בתוך 24 שעות.
המסגרת החיצונית של המבנה התבססה על שימוש בקש שעורה כחומר מבני. הנחנו באלות קש קטנות בתחתית המבנה למקרה שתתרחש נזילה כלשהי מתהליך הקומפוסט הכולל, כדי שבאלות קטנות אלו יספגו כל נוזל כזה. לאחר מכן השתמשנו בבאלות ריבועיות גדולות כקירות החיצוניים של המבנה.
לפיכך, מטרתנו הייתה לבחון האם נוכל להשתמש במודל דומה, אך להגדיל את קנה מידה שלו באופן משמעותי כדי להתאימו לגודל גופן רב של בקר המגודל במאכליות. רמת ההכלה שיישמנו במחקר זה הייתה גבוהה בהרבה מזו המקובלת בתהליך קומפוסטציה טיפוסי. השתמשנו בבלות קש גדולות כדי להכיל את ערמת הקומפוסט כולה בתוך מסגרת מבנית.
אספנו דשן מתוך הדיר במרכז המחקר Lepar, והכנו אותו מראש על ידי העברתו דרך מפחית דשן כדי לאוורר אותו, כך שהוא יחמם את החומרים החדשים. כעת, זוהי למעשה הפעם הראשונה שניסו לבצע זאת בקנה מידה כה גדול ובלי רמת הכלה גבוהה כל כך. אחת הדאגות שהיו לנו כאשר ניסינו זאת לראשונה הייתה האם נקבל כמות משמעותית של נוזלים שייגשמו מתהליך הקומפוסטציה.
לכן התקנו באופן מכוון מערכת ניקוז, ערימת הקומפוסט, כאמצעי לניסיון לאסוף כל נוזל שעלול להיווצר במהלך תהליך הקומפוסטציה. אנו משתמשים בפלסטיק סטנדרטי לסילאז'. זהו אותו פלסטיק הזמין עבור מאכליות לכיסוי בורות הסילאז' שלהן.
הרעיון מאחורי השימוש בפלסטיק הוא להוסיפו כדי להשיג רמה גבוהה מאוד של אבטחה. באופן בסיסי, כל תוצרי ערימת הקומפוסט נשמרים בתוך מחסום הפלסטיק. הנחנו שכבה של קש שעורה בתחתית מבנה הקומפוסט כחומר סופג, וכן כדי לסייע בקידום תהליך הקומפוסטציה.
בנוסף, הצבנו משדרי טמפרטורה בתוך הקומפוסט עצמו. משדרים אלו מתעדים באופן רציף את הטמפרטורה לאורך כל תהליך הקומפוסטציה, ובסיום התהליך אנו אוספים אותם ומורידים את נתוני הטמפרטורה מכל משך זמן הקומפוסטציה. אחד החסרונות בשימוש בפלסטיק הוא הסבירות הגבוהה שהוא יגביל את זרימת החמצן אל ערימת הקומפוסט.
כאן השתמשנו בלבנה ניקוז פשוטה או בצינור ניקוז מהסוג שמשתמשים בו בדרך כלל בבניית בתים, והנחנו את הצינורים הללו בכל כ-16 רגל לאורך כל מבנה הקומפוסט. הרעיון היה להבטיח שזרימת האוויר תרד אל תוך ערמת הקומפוסט כדי שתהליך הקומפוסט יהיה תהליך אירובי ולא תהליך אנאירובי, שבו חמצן אינו זמין ובסופו של דבר נוצר תהליך דומה לזה של ייצור סליג' (סילג'). לא רצינו שזה יקרה.
רצינו שחמצן יחדור למבנה כדי למקסם את פירוק הפגרים. בקר זה הגיע ממישגרי האכלה מקומיים שבהם הבקר מת בעיקר מדלקת ריאות, שהיא סיבה טבעית. לא שחטנו את בעלי החיים הללו ולא הרגנו אותם לצורך המחקר עצמו.
כעת, מבחנות אלו שהנחנו הסתמכו על אוורור פסיבי, שהוא פשוט האוויר שנע בדרך כלל בתוך הצינור מהאטמוספירה שמסביב. לא השתמשנו במאווררים או בדברים דומים, כיוון שוב, במקרה של התפרצות מחלה זיהומית, לא תרצו לנשוף את הגורם המזהם אל מחוץ למבנה הקומפוסט ולסביבה שמסביב. במקרה של התפרצות רגילה, לא תייסמו את רמת הפירוט שיש לנו כאן, אך מכיוון שמדובר בניסוי, השתמשנו במה שאנו מכנים פירמידות שלבייקר לשליפה כשיטה להשתבת דגימות בתוך הקומפוסט ולאחר מכן לחלצן בתאריכים מאוחרים יותר.
לצורך מחקר נוסף, השתמשנו במיקרובים מודל, הן חיידקים והן וירוסים, אותם הנחנו בשקיקים לבנים קטנים, לאחר מכן הנחנו אותם בתוך המשולש ואז הכנסנו אותם למבנה הקומפוסט. הרעיון הוא לוודא שתהליך הקומפוסטה הורג מיקרובים, כך שהגורם המדבק יושמד במהלך תהליך הקומפוסטציה. כמו כן, הוספנו מצעים נוספים כגון רקמות, רקמת מוח וקרטין, שהוא החלבון המרכיב פרסות וקרניים.
קראטין עמיד מאוד לעיכול, ורצינו לבחון האם נוכל להשיג פירוק של חלבון עמיד זה במהלך תהליך הקומפוסט; אם נראה פירוק משמעותי, תהיה לנו אינדיקציה טובה לכך שגם הפגריים יתפרקו לחלוטין. אנו ממלאים את הפירמידות בדשן מכיוון שחשוב להבטיח שהסביבה בתוך הפירמידה עצמה תהיה דומה מאוד לזו של שאר הדשן שמסביב. במהלך תהליך הקומפוסט, ישנם רק שלושה שקיות להחזרה.
כל החומרים נשקלו לתוך השקיקים לפני שהוצבו בפירמידה, או שמספרי המיקרובים נספרו לפני שהוצבו בפירמידה. כעת, במקרה זה, הוספנו בכל אחת מהפירמידות גם מדידות טמפרטורה, כדי שנוכל למדוד בפועל את הטמפרטורה באתר של כל פירמידה בנפרד. בתוך ערמת הקומפוסט, הצבנו למעלה מ-20 פירמידות כאלה בשני עומקים: אחד שהיה בעומק של כחצי מטר בתוך הערמה עצמה, ואחד בעומק של מטר באזור שבו הוצבו הפגריים.
כעת, בתנאים רגילים, מרבית חיידקי המודל הללו לא יגרמו למחלה חמורה בבני אדם, אך בתנאים רגילים, כאשר עוסקים בהתפרצות זיהומית, תבחינו שהעובדים לובשים כפפות וחליפות מגן, אך במקרה של התפרצות מחלה זיהומית, הם ילבשו גם מסכות ומגפיים מיוחדים. רמת לבוש המגן תהיה גבוהה בהרבה אילו הייתם מתמודדים עם התפרצות מחלה אמיתית. לאחר שהכנסנו את הפגריים, הנחנו כ-16 בעלי חיים בכל אחת ממבני הקומפוסט הללו.
לאחר מכן ניקח את הדשן ונכסה אותם באמצעות הדשן המחומם, וניתן לראות את כמות הקיטור העולה ממנו, המעידה על כך שהדשן כבר מתחמם. לפני הכנסתו לערימת הקומפוסט, הנחנו את הדשן ומילאנו את המבנה לחלוטין, כך שכעת הפגריים עצמם נמצאים בעומק של כמיטרה וחצי מתחת לפני השטח של הדשן. אתם רואים כאן.
לאחר מכן הוספנו פתחי אוורור נוספים בחלק העליון של הערימה, שוב, במטרה להבטיח תהליך קומפוסטציה אירובי. האם כדאי שנדלג למרווח הבא ב-Fred? מכיוון שגם אנו משתמשים בפתחים אלה כדי למדוד את סוגי גזי החממה שנפלטו.
במהלך תהליך הקומפוסטציה, הכל נסגר באופן הרמטי כדי להבטיח שבמקרה שבו קיים סוכן זיהומי בערימה, תהיה לו סבירות נמוכה מאוד להימלט. ניתן לראות שהנחנו צמיגים בחלק העליון, אשר למעשה מגבילים את הגישה של ציפורים או בעלי חיים הניזונים מפסנתיים לערימה כולה, ובכך מבטיחים שהסוכן הזיהומי לא יעבור לנשאי פוטנציאליים אחרים. החוטים שאתם רואים הם אלו המשמשים אותנו להעברת נתוני הטמפרטורה מאתר הפירמידה אל מחשב שנמצא מחוץ למבנה הקומפוסטציה; אנו מנטרים את הטמפרטורה ביותר מ-48 נקודות שונות בתוך כל ערימת קומפוסט כדי לקבל מושג על השונות המרחבית ביעילות תהליך הקומפוסטציה, והצינורות שימשו למדידת חמצן בעומקים שונים בתוך ערימת הקומפוסט.
כפי שהוזכר קודם לכן, זה קריטי מאוד שהחמצן יחדור אל תוך הערימה. כעת, בשל רמת הפירוט שבה אנו משתמשים כאן במונחים של מיקום הפירמידות, הזמן שנדרש לנו כדי לבנות את המבנים הללו היה ארוך בהרבה ממה שהיה נדרש בתנאים רגילים. לא הייתם מציבים את הפירמידות או נוקטים במידה של הזהירות שאנו נוקטים כאן, במטרה לוודא שאיננו פוגעים באף אחד ממכשירי המדידה הניסיוניים שהצבנו בערימה במועדים שונים.
לאחר מכן, במהלך תהליך הקומפוסט, נכנסנו למבנה ושלפנו את המשולשים מהמבנה מעומקים של בין חצי מטר למטר מתחת לפני השטח של הזבל, ואז מדדנו האם המיקרובים שרדו את תהליך הקומפוסט ואת כמות הרקמה שהתפרקה במהלך הקומפוסט; השרשראות והחוזק של המשולש אפשרו לנו פשוט למשוך אותו ישירות דרך הקומפוסט עצמו ולהוציא את הדגימות שלנו. כעת, בשלב זה, בנסיבות רגילות, אם הייתם מתמודדים עם התפרצות זיהומית אמיתית, הטמפרטורות בתוך ערמת הקומפוסט, מכיוון שאנו יכולים לנטר אותן מבחוץ, ידוע לנו שכבר הגיעו לטמפרטורות של 70 °C; בטמפרטורות של מעל כ-55 °C, רוב הגורמים הזיהומיים נהרגים, וכשביצענו את המדידות של המיקרובים והנגיפים ששתלנו, אורגניזמי המודל שהנחנו בערמה, הנגיפים נהרגו תוך שבוע והמיקרובים נהרגו תוך שבועיים.
כעת, אנו פותחים את הערימה לאחר השלמת תהליך הקומפוסטציה. תהליך זה נמשך כ-150 ימים. הטמפרטורה הייתה מעל 70 מעלות באזורים מסוימים של הערימה למשך תקופות ארוכות מ-70 ימים.
הטמפרטורה נטתה להיות גבוהה יותר בחלקו העליון של הערימה מאשר בחלקה התחתון, אך בכל אזורי הערימה הטמפרטורה עלתה על 55 °C. כעת, כאשר אנו מרוקנים את ערימת הקומפוסט, אם אכן מדובר היה בהתפרצות של מחלה זיהומית, הגורם המזהם היה למעשה נהרג כתוצאה מתהליך הקומפוסטציה. במהלך הליך זה, בעודנו מסירים את החומר, אנו מחלצים גם את המשדרים, משדרי הטמפרטורה שהיו בערימה לאורך כל הזמן, ואנו נוציא אותם ונזין את הנתונים למחשב כדי למדוד מה הייתה הטמפרטורה לאורך כל תהליך הקומפוסטציה גם במיקומו של בעל החיים.
מצאנו כי היו ראיות לקיומם של עצמות ורקמות שנותרו, אך בעלי החיים בוודאי לא היו ניתנים לזיהוי יותר. לאחר תהליך הקומפוסט, גדלי הרקמות היו קטנים יחסית, כולם הרבה פחות מ-kilo או 500 grams. לאחר פירוק מבנה הקומפוסט, הפכנו את החומר והעברנו אותו לערימות רוח חיצוניות (windrows), ובשלב זה כל רקמה שנותרה תתפרק במהלך תהליך הקומפוסט המשני.
הגורם המכריע הוא שבנקודת הפתיחה הסופית, הגורם הזיהומי כבר היה נהרג כתוצאה מהטמפרטורות הגבוהות שהושגו במהלך תהליך הקומפוסט הממושך ורקמת המוח. כ-98% ממנה התפרקה במהלך שני החודשים הראשונים של תהליך הקומפוסט.
סקירה כללית
מחקר זה מציג מערכת קומפוסטציה עם בידוד ביולוגי שתוכננה לסילוק באתר של פגרי בעלי חיים גדולים במהלך התפרצויות של מחלות זיהומיות. השיטה מחרימה ביעילות את מרבית הגורמים הזיהומיים, ומאפשרת שימוש בטוח בקומפוסט בשל כדשן לאחר שאישרו כי הפתוגנים אינם חיוניים.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום המדע
- ניהול בריאות בעלי חיים
- טכניקות קומפוסטציה
- בקרת מחלות זיהומיות
רקע
- פינוי פגריים הוא קריטי במהלך התפרצויות של מחלות בבעלי חיים חקלאיים.
- שיטות מסורתיות עשויות שלא להיות יעילות או בטוחות.
- מחקר זה מתבסס על טכניקות קודמות ששימשו לבקרת שפעת העופות.
- תגובה מהירה חיונית לניהול יעיל של המחלה.
מטרת המחקר
- להערכת שיטת קומפוסטציה עבור פגרי בעלי חיים גדולים.
- להבטחת בלימה של גורמים זיהומיים במהלך התהליך.
- להערכת יעילות הקומפוסטציה בהפחתת פתוגנים.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- בנייה של מבנה קומפוסטציה באמצעות חומרים הזמינים באופן מקומי.
- שילוב של משגרי טמפרטורה לניטור תנאי הקומפוסטציה.
- שימוש במערכות ניקוז לניהול הנוזלים הנוצרים במהלך הקומפוסטציה.
- יישום של אמצעי הכלה למניעת התפשטות פתוגנים.
תוצאות עיקריות
- תהליך הקומפוסט הכיל ופיקה ביעילות את הפגרים.
- ניטור הטמפרטורה העיד על תנאים אירוביים מוצלחים.
- הושגה הפחתה בפתוגנים, מה שתומך בשימוש בטוח בקומפוסט.
- נצפה פירוק של קרטין, המעיד על דגרדציה יעילה.
מסקנות
- שיטה זו מספקת פתרון יעיל לפינוי פגרים במהלך התפרצויות מחלה.
- שימוש בחומרים מקומיים מאפשר יישום מהיר בתוך 24 שעות.
- מחקרים עתידיים יוכלו לדייק את הטכניקות לצורך יישומים נרחבים יותר.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית לדרג ניהולי
קומפוסטציה מהירה של פגרים תחת בידוד ביולוגי מעניקה מענה לאתגר קריטי של ביו-אבטחה במהלך התפרצויות מחלות בבעלי חיים, ומאפשרת הכלה והשבתה של גורמים זיהומיים באתר. גישה זו תומכת בהפחתת סיכונים ברמת הארגון על ידי מזעור הפצת פתוגנים והקלה על סילוק בטוח ובזמן של פסולת ביולוגית רחבה. המוכנות התפעולית והיכולת להרחבה של שיטה זו רלוונטיות באופן ישיר לתיקי ביו-פארמה חקלאיות המתמקדות בתגובה להתפרצויות ובבטיחות סביבתית.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביופארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- מאפשר הערכה מבוקרת של קינטיקה של השבתה של פתוגנים בתוך מטריצות ביולוגיות מורכבות.
- תומך בהפחתת סיכונים מכניסטית על ידי כימות דה-אקטיבציה מיקרוביאלית ווירוסית תחת תנאים תרמיים ואווירוביים מוגדרים.
- מספק פלטפורמה לתיקוף של אסטרטגיות הכלה בסביבות חקלאיות בסיכון גבוה.
סריקה ופיתוח בדיקה
- מסייע בפיתוח של בדיקות כמותיות לבדיקת חיוניות פתוגנים ופירוק רקמות במהלך קומפוסטציה.
- ממסד את מדידת הטמפרטורה, החמצן ומדדי קצה מיקרוביאליים לצורך תיקוף הדימיות של התהליך.
- מאפשר סריקת פרמטרים של קומפוסטציה כדי למקסם את שיעורי השמדת הפתוגנים ואת פירוק החומרים.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- מתכתב עם יעדים תרגומיים על ידי גישור בין השבתת פתוגנים בקנה מידה מעבדתי ליישום בקנה מידה שדה.
- תומך ברצף מהבדיקה הניסויית ועד לפריסה מבצעית בתרחישי התפרצות.
- מספק נתונים לקידום פרוטוקולי הכלה ביולוגית במערכות חקלאיות, מותאם לסיכונים.
שילוב זרימת עבודה וצינור עיבוד
שיטה זו לקומפוסטציה עם בידוד ביולוגי משתלבת ברצף התגובה להתפרצויות, החל מהכלה מהירה ודה-קונטמינציה ועד למיחזור בטוח של פסולת. היא תומכת בתהליכי עבודה הכוללים גילוי של ספי סביבליות לאינאקטיבציה, תיקוף של הבידוד ופריסה בהיקף שטח.
- ביולוגיה של גילוי: מכמת את נטרול הפתוגנים ואת התדרדרות הרקמות תחת תנאי קומפוסט מבוקרים.
- סריקה: מאפשרת מדידה הדירה של נקודות סיום של טמפרטורה ומיקרואורגניזמים לצורך אופטימיזציה של התהליך.
- אנליטיקה: מספקת נתונים רציפים של טמפרטורה וחמצן להשוואת יעילות ההכלה וביצועי הקומפוסט.
- מחקר תרגומי: מדגים היתכנות תפעולית ובטיחות למעבר משלב פרה-קליני למסמך רחב של שטח.
- שימוש חוזר ארגוני: מציע פרוטוקול בר-הרחבה המבוסס על מקורות מקומיים וניתן להתאמה לתרחישי התפרצות מגוונים.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החזוי בניטרול פתוגנים ובבטיחות סביבתית.
- ערך תפעולי: מספק בידוד ביולוגי מהיר, סטנדרטי וניתן להרחבה עבור פינוי פגריים בהיקף נרחב.
- ערך אסטרטגי: מקצר את זמן התגובה להפחדה ומפחית את הסיכון להפצה משנית של פתוגנים.
- השפעה על תיק הפעילויות: תומך בתיעדוף מותאם סיכונים של אסטרטגיות בלימה של הפחדות וניהול פס häufigים.
שיקולי יישום
- נדרשת מומחיות במדעי הקומפוסטציה, בביו-אבטחה ובניטור סביבתי.
- נדרשת גישה למשגרי טמפרטורה, חיישני חמצן וחומרי הכלה.
- נדרש סטנדרטיזציה בין-צוותית לאיסוף נתונים ולפרוטוקולי בטיחות.
- ניתן להתאימו למינים שונים של בעלי חיים למשק ולקנה מידה משתנה של התפרצויות באמצעות רכש מקומי של חומרים.
- המגבלות כוללות תלות בתנאים הסביבתיים וצורך בניטור מתמשך כדי להבטיח נטרול של פתוגנים.
