Kompostowanie padliny w systemie zamkniętym w celu opanowania ogniska choroby zakaźnej u zwierząt hodowlanych

Film przedstawia przykład badania przeprowadzonego w Lethbridge Research Center, sfinansowanego przez program CRTI rządu federalnego oraz przez Alberta Agriculture. Celem projektu jest ocena utylizacji przez zakopywanie w bawełnie jako metody usuwania trucheł podczas wybuchu choroby zakaźnej w populacji bydła mięsnego. Technika ta była wcześniej stosowana przez dr. Lloyda Spencera z CFIA w celu opanowania ogniska ptasiej grypy, które wystąpiło w Fraser Valley kilka lat temu.

Celem projektu jest zasadniczo skuteczna kontrola czynnika zakaźnego i zapobieganie jego rozprzestrzenianiu się na inne okoliczne populacje bydła. Aby to osiągnąć, konieczna jest bardzo szybka reakcja pod kątem opracowania metody utylizacji i zapewnienia jej gotowości do pracy, najlepiej w ciągu 24 godzin. Właśnie dlatego w projekcie tego konkretnego eksperymentu wykorzystujemy materiały dostępne lokalnie do całego procesu kompostowania, które można łatwo nabyć od lokalnych dostawców rolniczych, co pozwala nam na wzniesienie konstrukcji w ciągu 24 godzin.

Zewnętrzna rama konstrukcji została wykonana z wykorzystaniem słomy jęczmiennej. Na dnie konstrukcji umieściliśmy małe bele słomy na wypadek jakiegokolwiek przesiąku powstałego w wyniku całego procesu kompostowania, aby małe bele mogły absorbować tę ciecz. Następnie użyliśmy dużych bel kwadratowych jako ścian zewnętrznych konstrukcji.

Naszym celem było sprawdzenie, czy możemy zastosować podobny model, odpowiednio zwiększając jego skalę, aby dostosować go do znacznej masy ciała dorosłych bydła tucznika. Poziom szczelności zastosowany w tej badaniu był znacznie wyższy niż ten spotykany w typowym procesie kompostowania. Wykorzystaliśmy duże bele słomy, aby utrzymać cały pryzm kompostowy w obrębie uporządkowanej struktury.

Zebraliśmy obornik z wybiegu w centrum badawczym Lepar, a następnie poddaliśmy go wstępnemu przygotowaniu poprzez przełożenie go rozrzutnikiem do obornika w celu napowietrzenia, aby zainicjować proces nagrzewania. Jest to w zasadzie pierwsza próba przeprowadzenia takich działań na tak dużą skalę i bez tak wysokiego poziomu zabezpieczeń. Jedną z naszych obaw podczas pierwszej próby było to, czy w procesie kompostowania nie powstanie znaczna ilość odcieków.

Dlatego celowo zastosowaliśmy system drenażowy w pryzmie kompostowej, aby spróbować zebrać wszelkie ciecze, które mogą powstać podczas procesu kompostowania. Używamy standardowej folii do kiszonek. Jest to ta sama folia, z której korzystają fermy zasobowe do przykrywania silosów.

Zastosowanie folii ma na celu zapewnienie bardzo wysokiego poziomu bezpieczeństwa. Dzięki temu wszystko, co znajduje się w pryzmie kompostowej, zostaje zatrzymane wewnątrz plastikowej bariery. Na dnie struktury kompostującej kładziemy warstwę słomy jęczmiennej, która pełni rolę absorbenta i wspomaga proces kompostowania.

Dodatkowo w samym kompoście umieściliśmy przekaźniki temperatury. Przekaźniki te w sposób ciągły rejestrują temperaturę przez cały proces kompostowania, a po jego zakończeniu są one odzyskiwane w celu pobrania danych o temperaturze z całego okresu kompostowania. Jedną z wad stosowania tworzywa sztucznego jest duże prawdopodobieństwo, że ograniczy ono dopływ tlenu do pryzmy kompostowej.

W tym przypadku zastosowaliśmy zwykłe rury drenażowe, typowo używane w budownictwie mieszkalnym, rozmieszczając te rury mniej więcej co 16 stóp w całej strukturze kompostownika. Celem takiego rozwiązania było zapewnienie dopływu powietrza do pryzmy kompostowej, aby proces kompostowania przebiegał tlenowo, a nie beztlenowo, gdzie brak tlenu prowadzi w zasadzie do procesu analogicznego do produkcji kiszonki. Chcieliśmy uniknąć takiego efektu.

Zależało nam na dostaniu się tlenu do struktury, aby zmaksymalizować rozkład padłych zwierząt. Bydło to pozyskano z lokalnych punktów utuczania, w których zwierzęta padły głównie z powodu zapalenia płuc, co wynikało z przyczyn naturalnych. Nie ubojono tych zwierząt ani nie zabito ich na potrzeby samego badania.

W tym przypadku rurki, które umieściliśmy, opierały się wyłącznie na napowietrzaniu pasywnym, czyli zwykłym przepływie powietrza z otaczającej atmosfery przez rurkę. Nie używaliśmy wentylatorów ani podobnych urządzeń, ponieważ ponownie, w przypadku wybuchu choroby zakaźnej, nie chcielibyśmy wydmuchiwać czynnika zakaźnego z konstrukcji kompostującej do obszaru wokół niej. W przypadku typowego wybuchu choroby nie wdrażano by tak szczegółowych procedur, jak tutaj, ale ponieważ jest to eksperyment, stosujemy tak zwane piramidy odzyskiwania Bakera jako metodę wprowadzania próbek do kompostu, a następnie ich wyodrębniania w późniejszych terminach.

W celu przeprowadzenia dalszych badań wykorzystano modelowe mikroorganizmy, zarówno bakterie, jak i wirusy, które umieszczono w małych białych woreczkach, a następnie w trójkącie i wprowadzono do struktury kompostującej. Celem było upewnienie się, że proces kompostowania zabija mikroorganizmy, dzięki czemu czynnik zakaźny zostaje zniszczony podczas kompostowania. Dodano również dodatkowe substraty, takie jak tkanka, tkanka mózgowa oraz keratyna, czyli białko budujące kopyta i rogi.

Keratyna jest bardzo odporna na trawienie, dlatego chcieliśmy sprawdzić, czy uda nam się doprowadzić do rozkładu tego niezwykle odpornego białka w procesie kompostowania; jeśli zaobserwowalibyśmy znaczący rozkład, byłby to dobry wskaźnik, że padlina również ulegnie całkowitej degradacji. Wypełniamy piramidy obornikiem, aby upewnić się, że środowisko wewnątrz samej piramidy jest bardzo zbliżone do środowiska w pozostałej części otaczającego obornika. W trakcie procesu kompostowania odzyskuje się tylko trzy worki.

Wszystkie materiały odważono do woreczków przed umieszczeniem ich w piramidach, lub policzono liczbę drobnoustrojów przed ich wprowadzeniem do piramid. W tym przypadku w każdej z piramid umieściliśmy również pomiary temperatury, aby faktycznie zmierzyć temperaturę w miejscu każdej poszczególnej piramidy. Wewnątrz pryzmy kompostowej umieściliśmy ponad 20 takich piramid na dwóch głębokościach: jednej na głębokości około pół metra wewnątrz samej pryzmy oraz drugiej na głębokości jednego metra w obszarze, w którym znajdowały się padliny.

W normalnych warunkach większość tych bakterii modelowych nie wywołałaby poważnej choroby u ludzi. Jednak w przypadku rzeczywistego wybuchu epidemii zauważyliby Państwo, że pracownicy noszą rękawice i kombinezony ochronne, a podczas walki z chorobą zakaźną mieliby oni również maski oraz specjalne obuwie. Poziom odzieży ochronnej byłby znacznie wyższy w sytuacji rzeczywistego ogniska choroby. Po wprowadzeniu trucheł umieściliśmy około 16 zwierząt w każdej z tych struktur kompostowych.

Następnie bierzemy obornik i przykrywamy nim całość; widać wydobywającą się parę, co wskazuje, że obornik jest już rozgrzany. Przed wprowadzeniem go do pryzmy kompostowej, umieściliśmy obornik tak, aby całkowicie wypełnić strukturę, zatem teraz same padliny znajdują się około półtora metra pod powierzchnią obornika. Widzą Państwo tutaj.

Następnie w górnej części pryzmy zamontowaliśmy dodatkowe otwory napowietrzające, aby ponownie zapewnić przebieg procesu kompostowania w warunkach tlenowych. Czy powinniśmy przejść do następnej sekcji w Fred? Ponieważ wykorzystujemy również te otwory do pomiaru rodzajów emitowanych gazów cieplarnianych.

Podczas procesu kompostowania wszystko zostało szczelnie zamknięte, aby zagwarantować, że w przypadku obecności czynnika zakaźnego w pryzmie, prawdopodobieństwo jego wydostania się byłoby bardzo niskie. Widać, że na górze ułożyliśmy opony, co w zasadzie ogranicza dostęp ptaków lub innych zwierząt przenoszących patogeny do całej pryzmy, zapewniając, że czynnik zakaźny nie zostanie przeniesiony na inne potencjalne wektory. Przewody, które Państwo widzą, służą do przesyłania odczytów temperatury z wnętrza pryzmy do komputera znajdującego się poza strukturą kompostownika; monitorujemy temperaturę w ponad 48 różnych punktach w obrębie każdej pryzmy kompostowej, aby uzyskać obraz zmienności przestrzennej efektywności procesu kompostowania, natomiast rurki służyły do pomiaru zawartości tlenu na różnych głębokościach w pryzmie kompostowej.

Jak wspomniano wcześniej, kluczowe jest, aby tlen przenikał do pryzy. Ze względu na stopień szczegółowości, który zastosowaliśmy w rozmieszczeniu tych piramid, czas budowy tych struktur był znacznie dłuższy, niż miałby to miejsce w normalnych warunkach. W typowej sytuacji nie rozmieszczano by piramid ani nie zachowywano takiej ostrożności, jakiej przestrzegamy tutaj, aby upewnić się, że nie uszkodzimy żadnego z instrumentów badawczych umieszczonych w pryzie w różnych odstępach czasu.

Następnie, w trakcie procesu kompostowania, wchodziliśmy do struktury i wyciągaliśmy trójkąty z głębokości od jednego do pół metra poniżej powierzchni obornika, a następnie sprawdzaliśmy, czy mikroby przetrwały proces kompostowania oraz jaką ilość tkanki uległa degradacji podczas kompostowania; konstrukcja i wytrzymałość trójkątów umożliwiły nam wyciągnięcie ich bezpośrednio przez kompost w celu odzyskania próbek. W normalnych warunkach, gdybyśmy mieli do czynienia z rzeczywistą epidemią, temperatury w pryzmie kompostowej – które możemy monitorować z zewnątrz – osiągnęłyby już wartości 70 °C. W temperaturach powyżej około 55 °C większość czynników zakaźnych zostaje zniszczona, a kiedy przeprowadziliśmy pomiary mikrobowe i wirusowe w odniesieniu do organizmów modelowych, które umieściliśmy w pryzmie, wirusy zginęły w ciągu tygodnia, a mikroby w ciągu dwóch tygodni.

W tej chwili otwieramy pryzmę po zakończeniu procesu kompostowania. Proces ten trwał około 150 dni. Temperatura w niektórych obszarach pryzmy przekraczała 70 stopni przez okres dłuższy niż 70 dni.

Temperatura miała tendencję do bycia wyższą na górze pryzmy niż na jej dole, jednak we wszystkich obszarach pryzmy przekroczyła 55°C. Teraz, gdy opróżniamy pryzmę kompostową, jeśli rzeczywiście mieliśmy do czynienia z wybuchem choroby zakaźnej, czynnik zakaźny zostałby w zasadzie zneutralizowany w wyniku procesu kompostowania. Podczas tej procedury, usuwając materiał, odzyskujemy również transmitery, czyli transmitery temperatury, które znajdowały się w pryzmie przez cały czas; wyjmiemy je i podłączymy do komputera, aby zmierzyć, jaka była temperatura w trakcie całego procesu kompostowania również w miejscu znalezienia zwierzęcia.

Stwierdziliśmy występowanie pewnych dowodów na obecność pozostałych kości i tkanek, jednak zwierzęta nie były już oczywiście rozpoznawalne. Po procesie kompostowania rozmiary tkanek były stosunkowo niewielkie, wszystkie znacznie mniejsze niż 1 kg lub 500 g. Po demontażu struktury kompostownika przemieszaliśmy materiał i ułożyliśmy go w zewnętrznych pryzmach, w których wszelkie pozostałe tkanki uległy rozkładowi podczas wtórnego procesu kompostowania.

Kluczowym czynnikiem jest to, że w momencie tego końcowego otwarcia czynnik zakaźny zostałby już zabity w wyniku wysokich temperatur osiągniętych podczas przedłużonego procesu kompostowania, a tkanka mózgowa w około 98% uległa rozkładowi w ciągu pierwszych dwóch miesięcy procesu kompostowania.