家畜の感染症アウトブレイクの制御のためのBiocontained枝肉コンポスト

このビデオでは、連邦政府のCRTIプログラムおよびアルバータ州農業省の助成を受け、レスブリッジ研究センターで実施された研究の一例を紹介します。本プロジェクトの目的は、肉用牛集団における感染症発生時の死骸処理方法として、コットンポスティング（綿花による被覆）を検討することです。この手法は、数年前にフレーザーバレーで発生した鳥インフルエンザのアウトブレイクを制御するために、CFIAのLloyd Spencer博士によって以前に使用されました。

本プロジェクトの目的は、基本的に、感染剤を効果的に制御し、周囲の他の牛群への拡大を防止することです。これを達成するためには、処理方法を策定し、願わくば24時間以内にそれを準備して運用できるという、非常に迅速な対応が求められます。そのため、今回の実験計画では、堆肥化プロセス全体にわたって地元で入手可能な資材を使用しています。これらの資材は地域の農資材販売店から容易に再購入できるため、24時間以内に構造物を構築することが可能になります。

構造の外枠は、単純に大麦わらを構造材として使用して構築しました。堆肥化プロセス全体を通じて浸出液が発生した場合に備え、構造の底に小さなわらのベールを配置し、これらの小さなベールに液体を吸収させるようにしました。その後、大きな正方形のベールを構造の外壁として使用しました。

したがって、私たちの目的は、同様のモデルを使用し、それを大規模なサイズに拡大することで、フルサイズの肥育牛の大きな体格に対応できるかどうかを検討することでした。本研究で採用した封じ込めレベルは、一般的なコンポスト化プロセスよりもはるかに高いものでした。構造的なフレームワーク内でコンポスト堆積物全体を封じ込めるために、大型のストローブールを使用しました。

Lepar研究センターの肥育場で家畜糞尿を採取し、通気性を高めて温度を上昇させるために、堆肥散布機に通して事前準備を行いました。このような大規模かつ、高度な封じ込め措置を講じない状態での試みは、実質的に今回が初めてです。最初にこれを試みた際に懸念した点の一つは、コンポスト工程からかなりの量の液体が流出するかどうかということでした。

そこで、コンポスト化の過程で発生する可能性のある液体を回収することを目的として、排水システムとしてコンポスト堆積場を意図的に配置しました。ここでは標準的なサイレージ用プラスチックを使用しています。これは、フィードロット（給餌場）がサイレージピットの被覆に使用しているものと同じプラスチックです。

プラスチックを使用する目的は、非常に高い安全性を確保することにあります。基本的に、堆肥化パイル内のすべての物質がプラスチックの障壁によって保持されるようになります。吸水剤として、また堆肥化プロセスを促進させるため、堆肥化構造の底に大麦わらの層を敷き詰めます。

さらに、コンポスト内部に温度送信機を設置しました。これらの送信機はコンポスティング工程全体を通じて連続的に温度を記録し、工程終了後に送信機を回収して、全期間の温度データをダウンロードします。なお、プラスチックを使用することのデメリットの一つとして、コンポスト堆積物への酸素の流れが制限される可能性が高いことが挙げられます。

ここでは、住宅建設で一般的に使用される単純な排水タイルまたは排水管を使用し、コンポスト構造全体に約16フィートごとにこれらのチューブを配置しました。これによる意図は、コンポスト化を嫌気性プロセスではなく好気性プロセスにするため、つまり酸素が排除されて基本的にサイレージと同じプロセスになってしまうことを避けるために、空気がコンポスト堆積物の中へ移動するようにすることでした。私たちはそのような事態を避けたいと考えていました。

死骸の分解を最大化させるため、構造物内に酸素が入り込むようにしました。これらの牛は地元の肥育場から提供されたもので、主に自然死である肺炎により死亡した個体です。本研究のためにこれらの動物を屠殺したり、殺処分したりしたわけではありません。

今回設置したこれらのチューブは、周囲の大気からパイプ内へ自然に移動する空気によるパッシブエアレーション（受動的通気）のみに依存しています。ファンなどは使用していません。なぜなら、感染症の発生時に感染剤を堆肥化構造物から外へ吹き出し、周囲のエリアに拡散させることは避けなければならないためです。通常の発生事例であれば、ここまでの詳細な手法は実施しませんが、今回は実験であるため、サンプルを堆肥に植え込み、後日抽出する方法として、いわゆるベイカー回収ピラミッド（baker retrieval pyramids）を使用しています。

さらなる研究のため、細菌とウイルスの両方のモデル微生物を小さな白い袋に入れ、それを三角形の容器に入れてから堆肥化構造物の中に配置しました。ここでの目的は、堆肥化プロセスによって微生物が死滅し、堆肥化の過程で感染剤が破壊されることを確認することです。また、組織や脳組織、および蹄や角を構成するタンパク質であるケラチンなどの追加の基質も投入しました。

ケラチンは消化に対して非常に強い耐性を持ちますが、コンポスティング（堆肥化）の過程でこの非常に分解されにくいタンパク質を分解できるかどうかを確認したいと考えました。もし顕著な分解が確認できれば、死骸も同様に完全に分解されるという良い指標になります。ピラミッドの中には堆肥を詰めます。これは、ピラミッド内部の環境を周囲の堆肥の環境と非常に近い状態にするためです。コンポスティングの過程で、回収するバッグは3つだけです。

すべての材料はピラミッドに配置する前にバッグ内で計量されたか、あるいは微生物の数がカウントされました。次に、各ピラミッドに温度計を設置し、個々のピラミッドが配置された地点での温度を実際に測定しました。堆肥化パイルの中には、2つの深さにわたって20個以上のこれらのピラミッドを設置しました。一つは約0.5 mの深さで、もう一つは死体が配置されたエリアの1 mの深さです。

通常の状態では、これらのモデル細菌のほとんどは人間に深刻な疾患を引き起こしません。しかし、感染症のアウトブレイクに対処する通常の状態では、従業員が手袋と防護服を着用していることに気づくでしょう。さらに、感染症のアウトブレイク時には、マスクや専用のブーツも着用します。実際の疾患のアウトブレイクに対処する場合、防護服のレベルははるかに高くなります。死骸を投入した後、これらのコンポスト構造物のそれぞれに約16頭の動物を入れました。

次に、加熱した堆肥を用いてそれらを覆います。堆肥から蒸気が上がっているのが分かり、これにより堆肥がすでに加熱されていることが示されています。堆肥をコンポストパイルに投入する前に、構造物を堆肥で完全に満たしたため、死骸自体は堆肥の表面から約1.5m下に位置しています。こちらでご確認いただけます。

次に、好気的な堆肥化プロセスを確実に維持するため、堆積物の上部にさらに通気口を設置しました。フレッドの次のスペースに進むべきでしょうか？なぜなら、これらの通気口は、放出される温室効果ガスの種類を測定するためにも使用しているからです。

堆肥化プロセスにおいて、万が一堆肥の中に実際に感染剤が存在していた場合に、それが外部に漏出する可能性を極めて低くするため、すべてを厳重に密封しました。また、上部にタイヤを配置しているのがわかると思いますが、これにより鳥やその他の媒介動物が堆肥全体に接触することを制限し、感染剤が他の潜在的な媒介者に転移しないようにしています。見えている配線は、ピラミッド型の堆肥箇所で測定した温度を、堆肥化施設外にあるコンピュータに送信するために使用したものです。堆肥化プロセスの効率における空間的な変動を把握するため、各堆肥山の中の48箇所以上の異なる地点で温度をモニタリングしました。また、チューブを用いて、堆肥山内のさまざまな深さにおける酸素量を測定しました。

前述の通り、酸素が堆積物の内部まで浸透することが非常に重要です。今回は、ピラミッドの配置に関して非常に詳細な設定を行っているため、これらの構造物を構築するのに、通常の状態よりもはるかに長い時間を要しました。通常の状況であれば、このようにピラミッドを配置したり、堆積物の中に随時設置した実験器具を損傷させないよう、今回のような細心の注意を払ったりすることはないでしょう。

その後、堆肥化プロセスの間に構造物の中に入り、堆肥の表面から1〜0.5 mの深さから三角形のサンプルを構造物から引き出しました。そして、堆肥化プロセス中に微生物が生存していたかどうか、および堆肥化中に分解された組織量を測定しました。三角形の形状と強度により、堆肥の中からそのまま引き上げてサンプルを回収することができました。さて、通常の状況において、もし本当に感染性の発生に対処している場合、堆肥山の内部温度は外部から監視できるため、すでに70 °Cに達していることが分かっています。約55 °C以上の温度では、ほとんどの感染剤が死滅します。私たちが堆肥山に配置したモデル生物である微生物やウイルスの測定を行ったところ、ウイルスは1週間以内に、微生物は2週間以内に死滅していました。

ここでは、堆肥化プロセス完了後に堆積物を開けているところです。この工程は約150日間にわたって行われました。堆積物の一部では、70日以上の期間、温度が70°Cを超えていました。

堆積物の温度は底部よりも上部で高くなる傾向がありましたが、堆積物のすべての領域で 55 °C を超えていました。現在、堆積物を排出していますが、もしこれが本当に感染症のアウトブレイクであった場合、コンポスト処理の結果、感染源は実質的に死滅していたと考えられます。この手順で資材を取り出す際、全期間にわたって堆積物内に設置していた温度送信機も回収します。これらの送信機を取り出し、コンピューターに読み込ませることで、動物がいた場所におけるコンポスト処理全工程の温度変化を測定します。

骨や組織が依然として残っている証拠は見られましたが、動物の形態を識別することは確実に不可能となっていました。コンポスティング処理後、組織のサイズは比較的小さく、すべて 1 kg または 500 g を大幅に下回っていました。コンポスティング構造物を解体した後、資材を反転させて屋外のウィンドロウ（長条堆積）に配置したため、この二次コンポスティング工程において、残存していた組織はさらに分解されました。

重要な点は、最終的に開封する時点で、長期間の堆肥化プロセス中に到達した高温によって、感染剤がすでに死滅しているということです。また、脳組織の約98%は、堆肥化プロセスの最初の2ヶ月以内に分解されていました。