Emission von Bioaerosolen aus Tierhaltungsanlagen - Methoden und Ergebnisse verfügbarer Bioaerosoluntersuchungen in und um landwirtschaftliche Nutztierhaltung

Clauss, Marcus GND

Der vorliegende Bericht sichtet die weltweit verfügbare Literatur zu Methoden und Ergebnissen von Bioaerosoluntersuchungen in und um Landwirtschaftliche Nutztierhaltung und fasst die wichtigsten Punkte zusammen. Der weltweite Trend der Industrialisierung der Tierproduktion mit regionaler Konzentrierung von Betrieben sowie steigenden Tierzahlen und Besatzdichten führt zu einem Anstieg der Bioaerosolemissionen. Wesentliche Quellen der Bioaerosole sind vor allem die Mikroorganismen auf den Tieren, in ihren Fäkalien, in der Einstreu und im Futter. Werden sie aufgewirbelt emittieren sie mit der Abluft aus den Ställen heraus auch in die Umwelt. Daher wächst die Besorgnis über eine gesundheitliche Beeinträchtigung der Bevölkerung im Umfeld von großen Tierhaltungsanlagen. In der landwirtschaftlichen Nutztierhaltung sind weltweit hunderte verschiedener Viren-, Bakterien- und Schimmelpilzarten nachgewiesen worden, wobei Vertreter der Bakteriengruppe Staphylococcaceae besonders häufig in großer Zahl gefunden wurden. Diese Gruppe scheint somit als spezifischer Leitparameter für Bioaerosole aus der Tierhaltung geeignet. Bioaerosole können Online mit Partikelspektrometern und Offline mit klassischen Methoden gemessen werden, d. h. Probenahme vor Ort mit anschließender Auswertung über kulturbasierte oder molekularbiologische Methoden im Labor. Aufgrund des komplexen Aufbaus von Bioaerosolpartikeln in der landwirtschaftlichen Nutztierhaltung sind Partikelspektrometer nur bedingt zu deren Klassifizierung einsetzbar. Die klassischen Nachweisverfahren sind vor allem zur Detektion von Mikroorganismen besser geeignet. Dabei sollte die Probenahme aufgrund einer Vielzahl unterschiedlicher Sammelverfahren möglichst mit standardisierten Systemen durchgeführt werden, um eine Vergleichbarkeit der Daten zu gewährleisten. Die Systeme sollten zudem eine möglichst hohe physikalische und biologische Sammeleffizienz haben. Die Auswahl eines geeigneten Sammelsystems sollte primär abhängig von der Fragestellung erfolgen. Nach der Sammlung der Bioaerosole erfolgt die Auswertung der Proben meist über Kultivierung von Mikroorganismen und/oder verschiedene biochemische und molekularbiologische Tests. Besonders letztere erlauben, vor allem in Kombination mit kulturbasierten Verfahren, einen detaillierten Einblick in die Zusammensetzung von Bioaerosolen. Hier ist jedoch noch eine weitere Standardisierung der für Bioaerosole geeigneten Methoden notwendig. Endotoxine als Bestandteile von Bioaerosolen werden überwiegend mit dem LAL-Test nachgewiesen, der jedoch relativ störanfällig ist. Die meisten Daten zu Bioaerosolmessungen in der landwirtschaftlichen Nutztierhaltung stehen aus den USA und Deutschland zur Verfügung. Hier wurden in den Ställen von Schweinen, Rindern und Hühnern vor allem die Konzentrationen von Bakterien, Schimmelpilzen und Endotoxinen gemessen. Bei relativ großen Schwankungsbreiten der Ergebnisse bei allen Tierarten wurden die höchsten Konzentrationen luftgetragener Bakterien in Haltungssystemen für Hühner gefunden, gefolgt von Puten, Enten, Schafen, Ziegen, Schweine, Rinder, Pferde und Kaninchen, wobei die verschiedenen Haltungsverfahren und Produktionsstadien einen deutlichen Einfluss auf die Höhe der Konzentrationen haben. Auch publizierte Emissionsfaktoren für luftgetragene Mikroorganismen unterscheiden sich für dieselbe Tierart und Haltungsform teilweise erheblich, hervorgerufen auch durch unterschiedliche Probenahmebedingungen, Sammelmethoden und verschiedene Verfahren zur Bestimmung der Konzentrationen...

The global trend towards intensification and industrialization of animal production with regional concentration of livestock plants and increasing numbers of animals and stockpiles leads to a raise in bioaerosol emissions to the environment in certain areas and to an increasing concern about health impairment of the population in the vicinity. The essential sources of the bioaerosols are the animals and their faeces, the litter and the feed. The particles from there get into the airborne state and emit from the stables also into the environment. Hundreds of different viruses, bacteria and mold fungi have been detected worldwide in agricultural livestock farming. The bacterium group of the Staphylococcaceae appears to be most suitable for animal husbandry as a specific indicator or guiding parameter. Bioaerosols can be measured online with particle spectrometers and offline using classical methods, i. e. sampling on site with subsequent evaluation by means of culture-based or molecular biological methods in the laboratory. The classical detection methods are best suited to the complexity of bioaerosols in agricultural livestock farming. The sampling of bioaerosols should be carried out as far as possible using standardized systems which have high physical and biological collection efficiency in order to ensure comparability of the data. The selection of the collection system should always depend on the question primarily. After the bioaerosols have been collected in a sample, the evaluation is usually carried out via cultivation and / or various biochemical and molecular biological methods. Especially the latter allow, in combination with the classical culture-based methods, for a detailed insight into the composition of bioaerosols. But here a further standardization of the methods for bioaerosols is necessary. Endotoxins, on the other hand, are predominantly detected by the LAL test, which, however, is still very susceptible to disturbances. Most data on bioaerosol measurements in agricultural livestock farming available for this review are from the USA and Germany. Here, the concentrations of bacteria, molds and endotoxins were measured in the stables of pigs, cattle and chickens. The highest concentrations of airborne bacteria were found in stables for chickens, followed by turkeys, ducks, sheep, goats, pigs, cattle, horses and rabbits, with the different husbandry and production stages having a significant influence. In the emission of the stables, the published emission factors for airborne microorganisms differ considerably for the animal species and part of the keeping system, also by the different sampling conditions, collection methods and different methods for the determination of the concentrations...

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Clauss, Marcus: Emission von Bioaerosolen aus Tierhaltungsanlagen - Methoden und Ergebnisse verfügbarer Bioaerosoluntersuchungen in und um landwirtschaftliche Nutztierhaltung. Braunschweig 2020. Johann Heinrich von Thünen-Institut.

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