Salmonella Typhimurium DT104 aus einer mesophilen Biogasanlage Überlebenszeiten und experimentelle Inaktivierung durch ausgewählte organische Säuren

• Main Author: Staffa, Wilma
• Other Authors: Universität Leipzig, Veterinärmedizinische Fakultät
• Format: Doctoral Thesis
• Language: deu
• Published: Universitätsbibliothek Leipzig 2004
• Subjects: Tiermedizin; Salmonella Typhimurium DT104; Biogas; Gülle; Fermentation; Organische Säuren; Antibiotikaresistenz; ddc:610
• Online Access: http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-37631; http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-37631; http://www.qucosa.de/fileadmin/data/qucosa/documents/3763/44.1.pdf

Aus Materialien einer mesophilen Biogasanlage wurden Untersuchungen zur natürlichen Inaktivierung von Salmonellen durchgeführt. In dieser Biogasanlage werden zur alternativen Energiegewinnung im zweistufigen Prozess Rinderflüssigmist, Hühnerkot und Fettabscheiderinhalte fermentiert. Insgesamt konnten in den Jahren 1997-2000 zwölf verschiedene Salmonella-Serovare (z. B. S. Enteritidis, S. Agona, S. Hadar) in den Ausgangsmaterialien, im Fermentationsmaterial und im fertigen Fermentationsprodukt isoliert werden. Salmonella-positiv waren die Proben zu 95,5% (n = 22) aus der Rindergülle, zu 69,2% (n =13) aus dem Fermenter I, zu 50% (n = 20) aus dem Fermenter II, zu 77,3% (n = 22) aus der Lagune und zu 40% (n = 10) aus dem Fettabscheider. Als Quellen der Salmonellen werden die Gülle der Milchviehanlage (besonders für den Impfstamm) sowie Fettabscheiderinhalte diskutiert. Nach einer Infektion von Rindern mit S. Typhimurium in der gülleliefernden Milchviehanlage war nach der Vakzinierung der Kälber der Zoosaloral®-Impfstamm (LT: DT009) in der Gülle häufig nachweisbar. Bei 13 Untersuchun-gen wurde der Impfstamm zwölfmal in der Gülle der Milchviehanlage, einmal im Fermentationsprodukt der Biogasanlage und in fünf Proben aus der Lagune isoliert. Im Laboratorium wurde das Absterben von S. Typhimurium DT104 in fermen-tierender Rindergülle bei Lagerungstemperaturen von 7°C, 22°C und 37°C un-tersucht. Nach durchschnittlich 10 Tagen waren bei 37°C – dies entspricht etwa der Betriebstemperatur einer mesophilen Biogasanlage – keine Salmonellen nachweisbar. Bei einer Temperatur von 22°C überlebten die Salmonellen neun Wochen, bei 7°C überlebten sie mehr als 52 Wochen. Der mikrobiologische Abbau von Biomasse führt zur Aufspaltung der Makro-moleküle und danach zur Bildung von Karbonsäuren. Nach der Analyse orga-nischer Säuren aus Rindergülle und Cosubstraten wurden Konzentrationen dieser Säuren gegen S. Typhimurium DT104 experimentell geprüft. Es wurde der Einfluss von Ameisen-, Essig-, Propion-, Butter-, Isobutter-, Valerian-, Iso-valeriansäure auf die Inaktivierung von S. Typhimurium DT104 untersucht. In Versuchen mit den Einzelsäuren und Dosen der Salmonellen, die über den Gehalten nativer Gülle lagen, konnte eine Inaktivierung erst bei Konzentratio-nen von 10 bis 40 g/l erzielt werden. Da diese Konzentrationen laut der zu Grunde gelegten Gülleanalyse in den jeweiligen Einzelfällen nicht erreicht wurden, erfolgte die Prüfung der Säuren gegenüber den Salmonellen im Kom-plex. Dazu wurde ein Säuregemisch hergestellt, das den ermittelten Konzentra-tionen der Säuren in der Rindergülle plus Cosubstraten entspricht und auf ei-nen pH-Wert von 7,3 eingestellt. In dieser Säurelösung wurden Salmonellen täglich um durchschnittlich 0,5 Zehnerpotenzen reduziert und in drei Ver-suchsansätzen innerhalb von durchschnittlich 17 Tagen inaktiviert. Mit diesen Daten wird der Einfluß von in der Gülle vorkommenden Konzentrationen or-ganischer Säuren auf S. Typhimurium DT104 erstmals quantifiziert. Aus den Untersuchungen wird der Schluß gezogen, dass für das Absterben von S. Typhimurium DT104 während der 24 bis 33 Tage andauernden natürlichen Fermentation der Gülle in der Biogasanlage der Anstieg und der Einfluß der Karbonsäuren sehr wesentlich ist. Die nach der Vakzinierung der Kälber mit dem Lebendimpfstoff Zoosaloral® ausgeschiedenen Salmonellenimpfstämme waren auch nach Passage der Bio-gasanlage durch ihr auxotrophes Verhalten sicher von Wildstämmen zu unter-scheiden. Bei der Untersuchung von Gülle aus mit Salmonella-Lebendvakzinen geimpften Rinderbeständen ist das Mitführen des Bovisal-Diagnostikums® zu empfehlen. Bei den natürlich vorkommenden Salmonellen-Serovaren wurden zahlreiche Resistenzen gegenüber unterschiedlichen Antibiotika festgestellt. Die Zoosalo-ral®-Impfstämme wiesen nach der Passage der Biogasanlage keine veränderten Resistenzen auf. Die Zoosaloral®-Impfstämme sind resistent gegen Spectinomy-cin, Erythromycin und Penicillin. === We investigated the natural inactivation of Salmonella in the stuff of a meso-philic biogas plant where cattle slurry, poultry waste and fat separator contents are fermented in a two-step process for the use of alternative energy recovery. From 1997 to 2000 we isolated 12 different Salmonella serovars (e. g. S. Enteriti-dis, S. Agona, S. Hadar) in the native sludge, in the fermenter material and in the fermentation product. The following parts of the samples were Salmonella-positive: cattle slurry 95,5% (n = 22), fermenter I 69,2% (n =13), fermenter II 50% (n = 20), storage tank 77,3% (n = 22), and fat separator 40% (n = 10). As source of the Salmonella we assume the slurry of the dairy cattle farm (esp. in the case of vaccine strains) and the fat separator contents. After an infection of cattle with S. Typhimurium in the sludge-producing farm and vaccination of calves with Zoosaloral® the vaccine strain (LT: DT009) was frequently found in the slurry. In the course of 13 tests we isolated the vaccine strain in 12 samples of the biogas plant slurry, in one sample of the fermenta-tion product and in 5 samples of the storage tank. In laboratory investigations we studied the inactivation of S. Typhimurium DT104 in fermented cattle slurry at storage temperatures of 7°C, 22°C, and 37°C. After a mean storage time of 10 days at 37°C (i.e. the working tempera-ture of the biogas plant) all Salmonella were inactivated. At 22°C they survived nine weeks, at 7°C more than 52 weeks. The microbiologic degradation causes the splitting of macromolecules and the formation of free volatile acides (VFA). After analysis of the VFA in cattle slurry and cosubstrates we tested different concentrations of formic, acetic, propionic, butyric, isobutyric, valerianic, and isovalerianic acid. In tests with the single acids and Salmonella concentrations higher than in native slurry an inactivation was achieved at acid concentrations between 10-40 mg/l. Because acid concen-trations in native sludge are lower, we examined an acid mixture with acid con-centrations equivalent to cattle slurry/cosubstrate at pH 7,3. In the mixture Salmonalla were daily reduced about 0,5 orders and inactivated in an average of 17 days. These data quantify the influence of VFA concentrations in slurry for the first time. We concluded that the increase and the influence of VFA are very important for the inactivation of S. Typhimurium DT104 during the 24-33 days of slurry fer-mentation in the biogas plant. After vaccination of calves with the live vaccine Zoosaloral® the excreted Salmonella vaccine strains could be distinguished after the passage of the biogas plant by their auxotrophy from wild strains. We rec-ommend the use of Bovisaloral-Diagnostikum® for investigations of slurry from cattle vaccinated with Salmonella live vaccine. The natural Salmonella serovars were resistant against numerous antibiotics. The Zoosaloral® vaccine strains showed no deviating resistances after passag-ing the biogas plant. The Zoosaloral® vaccine strains were spectinomycine-, erythromycine- and penicilline-resistent.