Schnelle und zuverlässige Vor-Ort-Diagnose von Infektionen bei Nutztieren
In der Fleischproduktion (insbesondere bei Hühnern) werden heutzutage Intensivtierhaltungsmethoden eingesetzt, die häufig zu viralen und bakteriellen Erkrankungen führen. Um den frühzeitigen Tod der Tiere zu verhindern und ihr Wachstum zu fördern, werden in der Hühnerzucht Antibiotika eingesetzt. Aufgrund des Auftretens von Antibiotikaresistenzen und der Aufnahme von Antibiotikarückständen durch den Menschen verbietet die Europäische Verordnung über Tierarzneimittel den routinemäßigen Einsatz antimikrobieller Arzneimittel als Ausgleich für schlechte Hygiene oder unzureichende Tierhaltung. Landwirtschaftsbetriebe müssen den Einsatz von Antibiotika daher verringern. Aus diesem Grund ist eine verbesserte und schnelle Diagnose erforderlich, da die herkömmlichen mikrobiologischen Methoden aufwendig sind und Ergebnisse erst nach einigen Tagen vorliegen.
Massenspektroskopie ermöglicht schnelle Identifizierung von Bakterien
Ziel des EU-finanzierten Projekts RAID war es, Lösungen für die Erkennung von bakteriellen Infektionen bei Hühnern zu finden. Bestehende Methoden sind entweder unzuverlässig, teuer oder langsam. „Wir entwickelten ein veterinärmedizinisches Entscheidungshilfesystem als Alternative zu bestehenden Methoden, um bakterielle Infektionen bei Geflügel innerhalb von zwei Stunden zu einem erschwinglichen Preis zu erkennen“, so Márton Muhari, Projektkoordinator und Geschäftsführer von EL-CO Tech. Die RAID-Methode erkennt mithilfe von Massenspektroskopie (MS) spezifische Phospholipide, die in hohen Konzentrationen auf der äußeren Oberfläche von Bakterienzellen vorhanden sind. Sie erzeugt „molekulare Fingerabdrücke“, die für jede Bakterienart einzigartig sind und anschließend mit Hilfe von MS-Signalverarbeitungsmethoden analysiert werden können. Die Korrelation dieser Fingerabdrücke mit Bakterienstämmen gestattet eine Diagnose und unterstützt die tierärztliche Entscheidung über den Einsatz von Antibiotika.
Technologische Fortschritte bei der Bakterienerkennung
Die Forschenden erzielten bedeutende technische und methodische Fortschritte bei der Probenahme und Probenverarbeitung. Darüber hinaus automatisierten sie das Verfahren zur Auswertung der Massenspektren und erweiterten den Algorithmus für die Erkennung mehrerer relevanter Bakterienarten. Die Sensitivität und Genauigkeit der RAID-Methode wurde anhand einer großen Anzahl von Stichproben bei Hühnern im Vergleich zu Standardkultivierungen und anderen MS-basierten Lösungen validiert. Die RAID-Methode erreichte eine Sensitivität von 99 % bei einer Spezifität von beinahe 100 %. „Wir haben ein mobiles RAID-Labor in einem Fahrzeug aufgebaut, das vor Ort eingesetzt werden kann und sofort Daten über bakterielle Infektionen liefert. So konnten wir Proben aus verschiedenen europäischen Ländern sammeln und analysieren“, erklärt László Lengyel, Leiter des RAID-Labors.
Die RAID-Methode ist anderen Verfahren weit überlegen
Außer einer kurzen Durchlaufzeit bietet die RAID-Lösung weitere Vorteile wie die zuverlässige Messung anaerober Bakterienarten. Das hochpräzise Multiplex-Verfahren kann mehrere Bakterienarten gleichzeitig nachweisen. Seine Messung und Datenverarbeitung sind automatisiert und bedienungsfreundlich. Ebenfalls wichtig ist, dass die Kosten deutlich niedriger sind als bei anderen präzisen Methoden wie der Polymerase-Kettenreaktion und dass die Methode in eine mobile Einheit für den Einsatz in Geflügelfarmen integriert werden kann. Die RAID-Methode birgt das Potenzial, den unnötigen Einsatz von Antibiotika in der Geflügelhaltung zu reduzieren. Langfristig hofft die Forschungsgruppe, die Methode auf andere veterinärmedizinische Anwendungen ausweiten zu können, z. B. auf die Rinderzucht, in der aufgrund des häufigen Auftretens von Mastitis ebenfalls regelmäßig Antibiotika eingesetzt werden.
Schlüsselbegriffe
RAID, Antibiotika, Geflügel, Huhn, bakterielle Infektion, MS, Massenspektroskopie, Vor-Ort-Diagnose
