Forschungs- und Innovationsprojekt
Bedeutung und Verbleib von Clostridium difficile und anderen neuartigen Erregern in landwirtschaftlichen Biogasanlagen

Mehrere Flaschen mit Nährmedium und verdünnten Fermenterproben

Verdünnungsreihe einer Fermenterprobe angeimpft in TPGY Medium

Clostridium difficile ist ein in der Umwelt weit verbreitetes Bakterium, das unter anderem auch den Intestinaltrakt von Tieren und Menschen besiedelt.

C. difficile kann Toxine und Krankheiten auslösen und ist häufig auch Träger von Antibiotikaresistenzen. Dies macht es besonders im klinischen Bereich zu einem problematischen Krankheitserreger. Weiterhin kann C. difficile überdauerungsfähige Sporen ausbilden, weshalb dieser Keim den Biogasprozess nahezu unbeschadet überstehen und so auch in Gärresten auftreten könnte. Im Verbundvorhaben „Verhalten von EHEC und krankheitserregenden Clostridien in Biogasanlagen“ des StMELF (N/11/30) und des StMUV wurde C. difficile in 50 Prozent der untersuchten Proben (n= 74) nachgewiesen, was auf eine hohe Widerstandsfähigkeit dieses Erregers im Biogasprozess hinweist.
Bis dato liegen nur wenige Ergebnisse zum Vorkommen von C. difficile und anderen neuartigen Krankheitserregern wie z.B. Methicillin-resistenten Staphylococcus aureus (MRSA) und multiresistenten ESBL (extended spectrum beta-lactamase-) bildenden Enterobakterien in Biogasanlagen vor. Daher sollen im Rahmen dieses Forschungsvorhabens mehr Daten in Bezug auf das Vorkommen und die Überdauerungsfähigkeit dieser Krankheitserreger in Biogasanlagen und ihr Verhalten in unterschiedlichen Biogasprozessen gewonnen werden.

Zielsetzung

  • Entwicklung schneller und spezifischer molekularbiologischer Nachweismethoden für C. difficile, MRSA und ESBL-Enterobakterien
  • Untersuchung verschiedener landwirtschaftlicher Biogasanlagen auf das Vorkommen von C. difficile, MRSA und ESBL-Enterobakterien sowie von Antibiotikaresistenzen
  • Untersuchung des Verhaltens von C. difficile in mesophilen und thermophilen Biogasprozessen mithilfe von Keimträgerexperimenten

Methoden

  • Untersuchung der Substrate, Gärgemische und Gärreste von bayerischen Biogasanlagen mithilfe selektiver Kultivierung und molekularbiologischer Methoden
  • Exposition nicht-pathogener Stämme von C. difficile in Keimträgern mit Gärgemisch in Labor-Fermentern (30 L), um die Überdauerungsfähigkeit von C. difficile in thermo- (55°C) und mesophilen Biogasprozessen zu ermitteln
  • Entwicklung/Anpassung sowie Evaluierung und Etablierung geeigneter qPCR-Nachweissysteme für C. difficile, ESBL und MRSA
  • Qualitativer und quantitativer molekularbiologischer Nachweis der Krankheitserreger mithilfe der Real-Time Polymerase-Kettenreaktion (qPCR)
  • Metagenomstudien zur Identifizierung von Antibiotikaresistenzen durch den Partner Universität Bielefeld

Ergebnisse

  • Mikrobiologische Untersuchungsmethoden mit spezifischer Kultivierung für C. difficile, ESBL und MRSA wurden etabliert und werden bereits eingesetzt
  • Molekularbiologische qPCR-Nachweissysteme für C. difficile, ESBL und MRSA wurden teilweise bereits evaluiert bzw. werden entwickelt und getestet
  • Einige Biogasanlagen (gesamte Prozesskette) wurden bereits auf das Vorkommen von C. difficile untersucht
  • Derzeit werden Keimträgerversuche mit nicht-toxigenen C. difficile Stämmen bei 55°C Prozesstemperatur durchgeführt
Projektinformation
Verbundvorhaben zwischen der LfL (AQU1c, 1, Mikro- und Molekularbiologie; ILT2a, 2, Fermenterbetrieb; ILT2c, 3, Beprobung von Praxisanlagen), dem Bayerischen Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit (LGL, 4) und der Universität Bielefeld (CeBiTec, 5)
Projektleitung: Dr. Michael Lebuhn (1), Dr. Fabian Lichti (2), Dr. Mathias Effenberger (3), Prof. Christiane Höller (4), Dr. Alexander Sczyrba (5)
Projektbearbeitung: Bettina Huber (1), Isabella Kinker (1), Bernadette Lerch (1), Johanna Barth (2), Gabriel Streicher (3) Dr. Ute Messelhäußer (4), Dr. Stephanie Huber (4), Peter Belmann (5)
Laufzeit: 01.05.2015 – 30.04.2018
Fördernummer: N/15/04
Finanzierung: Bayerisches Staatministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten (1, 2, 3, 5), Bayerisches Staatsministerium für Umwelt und Verbraucherschutz (4)