Mikrobielle Kreisläufe Boden, Pflanze, Tier/Mensch
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Mikrobielle Kreisläufe Boden, Pflanze, Tier/Mensch M. Krüger Institut für Bakteriologie und Mykologie ZIM Mikrobielle Vorkommen • • • • • ZIM Boden (größte Diversität) Unbelebte Oberflächen (z. B. Steine) Wasser Pflanzen (oberflächlich, auch im Säftestrom) Menschen/Tiere (oberflächlich und bes. in Hohlorganen, z. B. Darm) Mikrobielle Diversitäten Dickdarm (Mensch, Maus, Fisch) Ozean, Boden Mensch Maus Fisch Ozean Stromatolith Boden Ley et al. (2006), Cell 124, 837–848 ZIM Ursprung der Magen‐Darm‐Bakterien • Die Identität der Mikroorganismen des Bodens und des Magen‐Darmtraktes (MDT) ist sehr hoch • Viele Bakterienarten des MDT haben ihre Entsprechung in den Bodenbakterien • Die Verhältnisse in beiden Biotopen sind relativ gleich ZIM Ähnlichkeiten im Aufbau von Wurzeloberflächen und Darmoberflächen ZIM Wurzeloberfläche Wurzelhaare Epidermis Wurzelhaare Rost, 1997 ZIM Darmoberfläche Zotten Mikrozotten Mausdünndarm, Mikrozotten mit Resten vom Mukus, darin Bakterien Wikipedia ZIM Magen‐Darmtrakt (stilisiert) Mukos Mikrozotten Zelle ZIM Wurzelbesiedlung Bakterien Wikipedia ZIM Pilze Mycorrhiza‐Symbiose seit 500 Mio Jahren Wikipedia Keine Pathogene für Mensch und Tier, extrahieren Nährstoffe und ziehen Wasser ZIM Rhizobakterien • • • • Serratia odorifera, S. plymuthica Pseudomonas fluorescens, P. trivialis Stenotrophomonas maltophilia, S. rhizophila Bacillus subtilis • Diese Bakterien können auch Erkrankungen bei Menschen und Tieren verursachen ZIM Stickstoffsammler z. B. Rhizobium Bradyrhizobium Frankia Anabaena Wikipedia Apathogene Bakterien ZIM Zotten Hüftdarm Alle blauen Teilchen sind Zellkerne von Darmzottenzellen und von Bakterien ZIM Verschiedene Darmteile tragen verschiedene Mengen und verschiedene MO‐Populationen (Maus) Bakterien Bakterien Bakterien Dünndarm, wenig Bakterien Blinddarm, hohe Bakteriendichte Nachweisgrenze 105/ml Methode: FISH‐Technik ZIM Fotos: Dr. A. Swidsinski Kolon , hohe Bakteriendichte Gesunder Darm grenzt Bakterien vom Darmepithel mit Mukusschicht ab Mukusschicht ZIM Dickdarm Darmbesiedlung Gesunder Dickdarm Bakterienmasse Bakterien Mukus Swidsinski, 2005 Bacteroides spp. im Caecum eines 14 d Ferkels ZIM Doppelpfeil = Mukos, blaue Pfeile Leukozyten Dickdarm, Botulismus‐Rind Grimmdarm Blinddarm Swidsinski, 2010 Bakterien Keine Abgrenzung zwischen Bakterien und Darmzellen, Mukus fehlt ZIM Blinddarm, Botulismusrind Bakteriennachweis mit Clostridiensonde Swidsinski, 2010 ZIM Versporte Bakterien Darmgeschwür, Mensch Swidsinski, 2009 ZIM Fazit • Wurzeloberflächen und MDT‐Oberflächen haben einen ähnlichen Aufbau • In Rhizosphäre leben und interagieren ver‐ schiedene Organismen wie Pilze, Nematoden, Ziliaten, Amöben, Viren und (Rhizo‐)Bakterien • Im MDT leben verschiedene Organismen wie Bakterien, Protozoen (Amöben), Pilze, Viren, manchmal auch Würmer ZIM Lebensraum Boden Mikroflora (Bakterien, Pilze) 90% Abbauarbeit n x 106 Bakterien + 100 m Pilzmyzel/g Mikrofauna (ca. 400 Prozozoenarten, bis106/g) Pioniere in Rohböden, fressen Bakterien, Pilze, Pflanzenparasiten ZIM Mikroorganismengemeinschaften • Autochthon (Standortflora) • Allochthon (passagere, temporäre Flora, z. B. Güllekeime) • Restflora (pathogene Flora) ZIM Potentiell oder obligat pathogene Bakterien im Bodenhabitat Naturherdinfektionen Leptospirose Borreliose Bakterien, die mit Ausscheidungen in Boden und Grundwasser gelangen E. coli Salmonellen Clostridien ZIM Mensch/Tier Kontaminationen von pflanzlichen Lebens‐ /Futtermitteln mit Pathogenen • Epiphytisch • Endophytisch • Bodenbeimengungen im Produkt • Wasser ZIM Kreisläufe pathogener Mikroorganismen Pflanze Futtermittel Boden Nahrungsmittel Tier Mensch ZIM Kreislauf von C. botulinum ZIM Clostridium botulinum • Anaerobier • Sporenbildner • Neurotoxinbildner • Bodenseuchenerreger ZIM Anti-BotNt-A bis D ZIM Epidemiologie • • • • • • • ZIM Weltweit verbreitet durch Globalisierung keine Regionalität ubiquitär vorkommend Darmbewohner Eintrag in Boden durch Fäkalien Toxinbildung abhängig von Erregerzahl 7 Toxintypen, Mischformen C. botulinum‐haltige Substrate Kot Pflanzen Abfälle Kompost Staub Schlämme ZIM Boden Futter/ Lebensmittel Erkrankte Kühe ZIM ZIM ZIM Einfluss der Erregerzahl und des Milieus auf die Erkrankung Die Sporenmenge entscheidet darüber, ob Toxine gebildet werden (≥1000 Sporen/g) Die Gesundheit der MDT-Flora entscheidet, ob C. botulinum sich überhaupt vermehrt ZIM Gesunde Kuh ZIM C. botulinum‐Kreislauf in einem sächsischen Milchviehbetrieb SA (Botulismus‐unverdächtig) Kot Mist Boden Futtermittel Auch in gesunden Beständen kommt C. botulinum vor ZIM Beziehung zwischen Nachweis von C. botulinum‐ assoziierten Erkrankungen und Rinderdichte Böhnel, 2011 Rinderdichte in der BRD ZIM Beziehung zwischen Nachweis von C. botulinum‐ assoziierten Erkrankungen und BGA‐Dichte ZIM Böhnel, 2011 Nachweis von C. botulinum in Gülle und Mist, Bestand Sachsen ZIM Probe Clostridien/g Gülle Rind Anreicherung BoNt A B C D 103 - - - - Gülle Schwein 104 - - - - Mist Krankenstall 100 - - - - Mist Trockensteher 103 - - - - Mist Frischabkalber 103 - - - - Mist Jungrinder 103 - - - - Mist Kälberstall 100 - - - - Mistlager Feld (1) 104 - + - + Mistlager Feld (2) 104 - - - - Mistlager Feld (3) 104 - - - - Clostridiengehalt/g Boden ausgewählter Felder über 6 Monate verteilt (DRCM), Betrieb SA 26.04.2005 31.05.2005 11.07.2005 16.08.2005 27.10.2005 1 105 106 104 104 104 2 104 104 104 105 105 3 104 104 103 105 105 4 104 105 105 104 104 5 103 105 104 104 104 In mit Wirtschaftsdüngern gedüngten Feldern kommen Clostridien vor. ZIM C. botulinum‐Nachweis im Boden ausgewählter Felder über 6 Monate verteilt (DRCM), Betrieb SA 26.04.05 31.05.05 11.07.05 16.08.05 27.10.05 Pos. C.b. A B C D A B C D A B C D A B C D A B C D in % 1 - - - - - - - - + - - - + - - - + - - + 20 2 - + - - - - - - - - - - - - - - 5 3 - - - + - - - - + - - - + - + - + - - - 25 4 - - - + - - - + - - - - - - - - - - - - 10 5 - - - + - - - - - - - - - - - - - - - - 5 % 20 ZIM 5 10 - - - 15 - 15 In mit Wirtschaftsdüngern gedüngten Feldern kommt C. botulinum vor Clostridiengehalt in verwendeten Futtermitteln, Betrieb SA Anreicherung BotNT A B C D Clostridien /g DRCM GPS Gras 10.07.05 - - - - 102 < 103 < 103 Maissilage Frisch - - - - 102 < 103 < 103 Luzernesilage Frisch - - - - 102 1,1x105 < 103 Silage aus gehäckseltem Mais - - - 100 4x104 1x103 Sojaschrot - - - - 100 < 103 < 103 Rapsschrot - - - - 100 < 103 < 103 Biertreber siliert - - - - 102 7x105 1,3x104 Biertreber frisch - - - - 100 5x105 1,8x104 Rübenpressschnitzel - - - - 102 5x106 1,3x104 Futtermittel Lactobacillus spp. Hefen Keimdynamik in TMR im 18 h‐Verlauf TMR laktierende Tiere Temp. (°C) Entnahme Anreicherung BotNT A B C D Clostridien/g DRCM Lactobacillus spp. Hefen TMR 5 Uhr 30 xx - - - - 104 7x106 <103 TMR 9 Uhr xx - - - - 103 1,4x107 2,7x105 TMR Haufen 11 Uhr 18 (+) - - - 105 6x106 5x105 TMR Futtert. 11 Uhr xx - - - - 104 2x104 4x103 TMR Haufen 13 Uhr 23 - - - - 105 1,5x107 1x105 TMR Futtert. 13 Uhr xx - - - - 104 8x105 1,8x104 TMR Haufen 15 Uhr 23 - - - - 105 4,7x106 4x104 TMR Futtert. 15 Uhr xx - - - - 104 2,4x106 6x103 TMR Haufen 18 Uhr 25 - - - - 104 8x106 Schimmel pilz - 104 Überschwärmt (Clostridium sp.) 5x103 TMR Futtert. 18 Uhr ZIM xx - - - Nachweis von C. botulinum in Umweltproben (Sachsen) Probenart n C. bot. A C.bot. B C.bot. C C.bot. D C.bot. E Grassilage 5 1/5 0/5 0/5 0/5 0/5 Heu 2 0/2 0/2 0/2 0/2 0/2 Raps 1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 Getreide 1 0/1 0/1 1/1 1/1 1/1 Tränkwass er 9 0/9 0/9 5/9 4/9 0/9 Gülle 5 0/5 1/5 0/5 1/5 1/5 Boden 7 0/7 0/7 0/7 0/7 0/7 ZIM Fazit • Clostridien auch C. botulinum sind ubiquitär (überall) verbreitet • In Futtermitteln schlechter Qualität kommen höhere Clostridiengehalte vor • Die Menge und die Bedingungen entschei‐ den, ob eine Erkrankung ausgelöst wird ZIM Nachweis von C. botulinum bei gesunden Tieren ZIM C. botulinum‐Nachweis im Kot unverdächtiger Kühe und Färsen (Sachsen) n 1 32 ZIM Nachweis von C. botulinum‐IgG‐Antikörpern im Blut unverdächtiger Kühe und Färsen % ZIM n=60 n=60 C. bot.‐Nachweis in Tonsillen* von Schlachtrinder % 25 20 BoNT BoNT BoNT BoNT BoNT 15 10 5 0 n = 96 ZIM * mit Ultra Turrax zerkleinert A B C D E Erregernachweis bei erkrankten Tieren (Schleswig‐Hollstein) ZIM ZIM ZIM ZIM Nachweis von C. botulinum in Pansensaft und Blinddarminhalt bei 15 erkrankten euthanasierten Kühen aus einem Bestand in SH n 3 2 ZIM Nachweis von C. botulinum in verschiedenen Substraten von Milchviehbetrieben in SH n 196 77 40 21 ZIM 14 7 Clostridium botulinum‐Gehalt in Futtermitteln (Problembestände) % 16 14 12 A B C D E 10 8 6 4 2 0 Kraftf. Kraftfutter: n=126 Grassilage: n=34 ZIM Grassilage Nachweis von C. botulinum in Gärresten, Gebiet 1 (n=30) n 40% 12 10 8 6 Nachweis 4 6,7% 2 0 ZIM TypA TypB TypC TypD Nachweis von C. botulinum in Gärresten, Gebiet 2 (n=26) n 6 23,1% 5 4 3 11,5% Nachweis 7,7% 2 1 0 ZIM TypA TypB TypC TypD Schlußfolgerungen • C. botulinum kommt auch in klinisch unauffälligen Rinderbeständen vor. • Über Gülle und Mist wird C. botulinum in den Boden eingebracht und kann von hier über Futtermittel wieder in die Bestände gelangen. • Im Kot und im Boden wurde C. botulinum mit der größten Häufigkeit nachgewiesen. ZIM Danke für die Aufmerksamkeit ZIM
