Carcassa di compostaggio Biocontained per il controllo di focolai di malattie infettive del bestiame

Il video mostra un esempio di uno studio condotto presso il Lethbridge Research Center, sponsorizzato dal programma CRTI del governo federale e da Alberta Agriculture. L'obiettivo del progetto è valutare l'incapsulamento in cotone come metodo di smaltimento delle carcasse durante un focolaio di malattia infettiva in una popolazione di bovini da carne. Questa tecnica è stata precedentemente utilizzata dal Dottor Lloyd Spencer della CFIA per controllare l'epidemia di influenza aviaria verificatasi nella Fraser Valley alcuni anni fa.

L'obiettivo del progetto è fondamentalmente quello di controllare in modo efficace l'agente infettivo e impedirne la diffusione a qualsiasi altra popolazione circostante di bovini. Per raggiungere questo scopo, è necessario intervenire molto rapidamente, sviluppando un metodo di smaltimento e rendendolo disponibile e operativo entro un periodo di 24 ore. Per questo motivo, nella progettazione di questo particolare esperimento, utilizziamo materiali facilmente reperibili a livello locale per l'intero processo di compostaggio, che potrebbero essere prontamente riacquistati presso fornitori agricoli locali, consentendoci di costruire le strutture entro un periodo di 24 ore.

La struttura esterna è stata realizzata utilizzando semplicemente paglia d'orzo come sostegno. Abbiamo posizionato piccoli strati di paglia alla base della struttura, nel caso in cui si verificasse una fuoriuscita di liquidi derivanti dal processo complessivo di compostaggio, in modo che queste piccole balle assorbissero tale liquido. Successivamente, abbiamo utilizzato balle quadrate di grandi dimensioni come pareti esterne della struttura.

Pertanto, il nostro obiettivo era verificare se potevamo utilizzare un modello simile, aumentandone semplicemente le dimensioni per gestire le notevoli dimensioni corporee dei bovini adulti allevati in feedlot. Il livello di contenimento impiegato in questo studio era molto più elevato rispetto a quello presente in un tipico processo di compostaggio. Abbiamo utilizzato grandi balle di paglia per contenere l'intero cumulo di compostaggio all'interno di una struttura definita.

Abbiamo raccolto il letame dal lotto di allevamento del centro di ricerca Lepar e lo abbiamo pre-trattato passandolo attraverso uno spandiletame allo scopo di aerarlo, in modo che riscaldasse i nuovi cumuli. Questa è fondamentalmente la prima volta che un tentativo del genere viene effettuato su una scala così ampia e senza un livello elevato di contenimento. Uno dei nostri timori, quando abbiamo provato per la prima volta questo metodo, era se avremmo ottenuto una quantità significativa di liquido in uscita dal processo di compostaggio.

Abbiamo quindi posizionato intenzionalmente un sistema di drenaggio, la pila di compostaggio, al fine di tentare di raccogliere qualsiasi liquido che possa essere prodotto durante il processo di compostaggio. Utilizziamo una plastica standard per silos. Questa è la stessa plastica disponibile che i feedlot usano per coprire le loro fosse per il silaggio.

L'idea della plastica è quella di includerla per ottenere un livello molto elevato di sicurezza. Fondamentalmente, tutto ciò che si trova nella massa di compostaggio viene trattenuto all'interno della barriera di plastica. Collochiamo uno strato di paglia d'orzo sul fondo della struttura di compostaggio come materiale assorbente e anche per favorire il processo di compostaggio.

Inoltre, abbiamo posizionato trasmettitori di temperatura all'interno del compost stesso. Attualmente, questi trasmettitori registrano continuamente la temperatura durante l'intero processo di compostaggio, dopodiché recuperiamo i trasmettitori al termine del processo e scarichiamo i dati di temperatura relativi all'intera durata del compostaggio. Un inconveniente dell'uso della plastica è che esiste un'elevata probabilità che ostacoli il flusso di ossigeno all'interno dell'ammasso di compost.

Qui abbiamo utilizzato semplici tubi di drenaggio o tubi per il drenaggio del tipo comunemente impiegato nelle costruzioni domestiche, posizionando questi tubi ogni circa 5 metri lungo l'intera struttura di compostaggio. L'obiettivo era garantire che l'aria penetrasse all'interno dell'ammasso di compost, in modo da mantenere un processo di compostaggio aerobico e non anaerobico, nel quale l'ossigeno è escluso e si finisce per ottenere essenzialmente lo stesso processo della silagem. E questo era ciò che volevamo evitare.

Volevamo che l'ossigeno penetrasse nella struttura per massimizzare la degradazione delle carcasse. Questi bovini sono stati ottenuti da allevamenti locali in cui gli animali sono morti principalmente di polmonite, una causa di origine naturale. Non abbiamo macellato questi animali né li abbiamo uccisi per lo studio.

Ora, questi tubi che abbiamo posizionato si basavano esclusivamente sull'aerazione passiva, ovvero sull'aria che normalmente circola attraverso il tubo proveniente dall'atmosfera circostante. Non abbiamo utilizzato ventilatori né altri dispositivi simili perché, in caso di un focolaio di malattia infettiva, non si vorrebbe disperdere l'agente infettivo dall'unità di compostaggio verso l'ambiente circostante. Tuttavia, in una situazione normale di focolaio, non si adotterebbe il livello di dettaglio che abbiamo implementato qui; poiché si tratta di un esperimento, utilizziamo quelle che chiamiamo piramidi di recupero per il fornaio come metodo per inserire campioni nel compost ed estrarli in date successive.

Per ulteriori studi, abbiamo utilizzato microrganismi modello, sia batteri che virus, che abbiamo inserito in queste piccole borse bianche, quindi posizionato nel triangolo ed infine all'interno della struttura di compostaggio. L'obiettivo è assicurarsi che il processo di compostaggio elimini i microrganismi, in modo che l'agente infettivo venga distrutto durante tale processo. Abbiamo inoltre inserito ulteriori estremità di substrato, come tessuto, tessuto cerebrale e cheratina, che è la proteina che costituisce zoccoli e corna.

La cheratina è molto resistente alla digestione e volevamo verificare se fosse possibile ottenere la degradazione di questa proteina particolarmente resistente durante il processo di compostaggio; se avessimo osservato una degradazione significativa, avremmo avuto un buon indicatore del fatto che anche le carcasse verrebbero completamente degradate. Riempiamo le piramidi con letame perché è necessario assicurarsi che l'ambiente all'interno della piramide sia molto simile a quello del letame circostante. Durante il processo di compostaggio, solo tre sacchetti vengono riportati indietro.

Tutto il materiale è stato pesato e inserito nei sacchetti prima di essere collocato nella piramide, oppure il numero di microrganismi è stato contato prima del posizionamento nella piramide. In questo caso, forniremo loro, inoltre, in corrispondenza di ciascuna piramide, anche delle misurazioni della temperatura, in modo da rilevare effettivamente la temperatura nel sito di ogni singola piramide. All'interno dell'ammasso di compostaggio, abbiamo posizionato oltre 20 di queste piramidi a due diverse profondità: una a circa mezzo metro di profondità all'interno dell'ammasso stesso, e l'altra a un metro di profondità, nella zona in cui sono stati collocati i cadaveri.

Ora, in condizioni normali, la maggior parte di questi batteri modello non causerebbe malattie gravi nelle persone, ma in condizioni normali, quando si ha a che fare con un focolaio infettivo, si noterà che i dipendenti indossano guanti e tute protettive, mentre durante un focolaio di malattia infettiva indosserebbero anche maschere e scarpe speciali. Il livello di protezione sarebbe molto più elevato se si stesse affrontando un vero focolaio di malattia. Dopo aver introdotto le carcasse, abbiamo posizionato circa 16 animali in ciascuna di queste strutture per il compostaggio.

Prendiamo quindi il letame e li copriamo utilizzando questo letame riscaldato, e potete vedere la quantità di vapore che ne fuoriesce, indicando che il letame si sta già riscaldando. Prima del suo inserimento nella pila di compostaggio, abbiamo posizionato il letame, riempiendo completamente la struttura, quindi ora le carcasse stesse si trovano a circa un metro e mezzo sotto la superficie del letame. Come potete vedere qui.

Abbiamo quindi inserito ulteriori aperture di aerazione nella parte superiore della pila, con l'obiettivo di garantire un processo di compostaggio aerobico. Dovremmo passare allo spazio successivo in Fred? Poiché utilizziamo anche queste aperture per misurare i tipi di gas serra emessi.

Durante il processo di compostaggio, tutto è stato sigillato accuratamente per garantire che, nel caso in cui fosse presente un agente infettivo nel cumulo, ci sarebbe stata una probabilità molto bassa di fuoriuscita. Come si può vedere, abbiamo posizionato pneumatici sulla sommità, che fondamentalmente impediscono l'accesso da parte di uccelli o altri animali che potrebbero disperdere il materiale, assicurando così che l'agente infettivo non venga trasferito ad altri possibili vettori. I fili che vedete sono quelli che utilizziamo per trasmettere la temperatura dal sito della piramide a un computer situato all'esterno della struttura di compostaggio; monitoriamo la temperatura in oltre 48 siti diversi all'interno di ciascun cumulo di compostaggio per avere un'idea della variazione spaziale dell'efficienza del processo di compostaggio, mentre i tubi sono stati utilizzati per misurare l'ossigeno a diverse profondità all'interno del cumulo.

Come menzionato in precedenza, è molto importante che l'ossigeno penetri nel cumulo. Ora, a causa del livello di dettaglio che stiamo utilizzando in termini di posizionamento di quelle piramidi, il tempo impiegato per costruire queste strutture è stato molto più lungo rispetto a quello che sarebbe stato in condizioni normali. Non posizionereste le piramidi né adottereste il livello di cautela che stiamo adottando qui per assicurarci di non danneggiare alcuno dei nostri strumenti sperimentali posizionati nel cumulo in diversi momenti.

Successivamente, durante il processo di compostaggio, siamo entrati nella struttura e abbiamo estratto i triangoli dalla stessa a profondità comprese tra un metro e mezzo metro al di sotto della superficie del letame, per poi misurare se i microrganismi fossero sopravvissuti al processo di compostaggio, la quantità di tessuto degradato durante tale processo e la resistenza delle catene. La forma e la robustezza del triangolo ci hanno permesso di estrarre facilmente i campioni direttamente attraverso il materiale in compostaggio. A questo punto, in condizioni normali, se si stesse affrontando un'epidemia effettivamente contagiosa, le temperature all'interno dell'ammasso di compost, che possiamo monitorare dall'esterno, raggiungono valori di 70 gradi Celsius e superano costantemente i 55 gradi Celsius. A tali temperature, la maggior parte degli agenti infettivi viene eliminata. Quando abbiamo effettuato le analisi sui microrganismi e sui virus, ovvero sugli organismi modello che avevamo inserito nell'ammasso, abbiamo osservato che i virus venivano eliminati entro una settimana e i microrganismi entro due settimane.

Ora stiamo aprendo l'ammasso al termine del processo di compostaggio. Questo processo è durato circa 150 giorni. La temperatura è rimasta superiore a 70 gradi in alcune zone dell'ammasso per periodi superiori a 70 giorni.

La temperatura tendeva ad essere più alta nella parte superiore della pila rispetto al fondo, ma tutte le zone della pila hanno superato i 55 gradi Celsius. Ora che stiamo svuotando la pila di compostaggio, se si fosse trattato effettivamente di un focolaio infettivo, l'agente infettivo sarebbe essenzialmente stato eliminato a seguito del processo di compostaggio. Durante questa procedura, mentre rimuoviamo il materiale, recuperiamo anche i trasmettitori, i trasmettitori di temperatura che sono rimasti all'interno della pila per l'intero periodo, e li preleveremo per caricarli su un computer al fine di misurare quale fosse la temperatura durante l'intero processo di compostaggio anche nel punto corrispondente alla posizione dell'animale.

Abbiamo riscontrato che vi era qualche evidenza di resti ossei e tessutali ancora presenti, ma gli animali certamente non erano più riconoscibili. Dopo il processo di compostaggio, le dimensioni dei tessuti erano relativamente piccole, tutte molto inferiori a un chilo o a 500 grammi. Dopo lo smontaggio della struttura di compostaggio, abbiamo rivoltato il materiale e lo abbiamo trasferito in cumuli esterni, dove eventuali tessuti residui sarebbero stati degradati durante il processo secondario di compostaggio.

Il fattore determinante è che al momento di quell'apertura finale, l'agente infettivo sarebbe già stato eliminato a causa delle alte temperature raggiunte durante il prolungato processo di compostaggio e del tessuto cerebrale. Circa il 98% di esso è stato degradato entro i primi due mesi del processo di compostaggio.