Wie Rauchmelder: Neuer Viren-Sensor erkennt PRRS direkt in der Luft im Schweinestall

Krankheitserreger erkennen, bevor die Krankheit so richtig im Schweinebestand ausbricht: Wie das möglich sein könnte, erforschen Wissenschaftler in den USA. Ihr Ansatz erinnert an einen Rauchmelder. Statt Rauch erfasst das Gerät jedoch Viren in der Stallluft und untersucht diese automatisch.

Im Mittelpunkt steht das Virus des Porzinen Reproduktiven und Respiratorischen Syndroms (PRRSV). Die ersten Untersuchungen zeigen, dass die entwickelten Sensoren den Erreger zuverlässig nachweisen können. Ihre Empfindlichkeit war dabei mit der Untersuchung von Speichelproben vergleichbar.

Für Schweinehalter könnte die Technik künftig eine Möglichkeit bieten, Infektionen kontinuierlich zu überwachen, ohne dafür regelmäßig Proben von den Tieren nehmen zu müssen.

Entwickelt wurde das System von einem Forschungsteam unter Leitung von Igor Paprotny von der University of Illinois Chicago. Beteiligt waren außerdem Michael Caffrey von derselben Universität sowie Ying Fang und Joseph Connor von der University of Illinois Urbana-Champaign. Finanziert wurde das Forschungsprojekt vom amerikanischen Swine Health Information Center (SHIC).

Die Wissenschaftler griffen auf eine bereits entwickelte Technologie namens bioAerium zurück. Diese Plattform wurde für den Nachweis luftgetragener Krankheitserreger konzipiert und nun für den Einsatz in Schweineställen angepasst. Dazu entwickelten die Forschenden mehrere Prototypen, die auch unter den Bedingungen in landwirtschaftlichen Betrieben funktionieren sollen.

Das Ziel: Schweinehalter sollen Informationen über mögliche Virusinfektionen möglichst früh und ohne aufwendige manuelle Probenahmen erhalten.

Die Technik kombiniert das automatische Sammeln von Aerosolen aus der Stallluft mit einem molekularbiologischen Nachweisverfahren. Dabei wird genetisches Material des gesuchten Krankheitserregers vervielfältigt, damit es nachgewiesen werden kann.

Das Verfahren erreicht laut den Forschenden eine Empfindlichkeit, die mit der Polymerase-Kettenreaktion (PCR) vergleichbar ist. Anders als bei der PCR sind jedoch keine wiederholten Temperaturwechsel erforderlich. Dadurch lässt sich die Technik einfacher in einem kompakten Messgerät einsetzen. Der Sensor soll die Luft im Schweinestall kontinuierlich überwachen und auf diese Weise Hinweise auf vorhandene Viren liefern.

Die Wissenschaftler prüften ihre Prototypen unter Praxisbedingungen direkt in Schweineställen. Dabei konzentrierten sie sich auf den Nachweis des PRRS-Virus. Die Ergebnisse fielen positiv aus: Die Geräte konnten PRRSV wiederholt nachweisen. Die Nachweisempfindlichkeit war mit der Untersuchung von oralen Flüssigkeitsproben vergleichbar.

Die Versuche lieferten auch Erkenntnisse darüber, welche technischen Anpassungen für einen zuverlässigen Betrieb im Schweinestall erforderlich sind. Ziel ist es, die Sensoren künftig ganzjährig einsetzen zu können. Allerdings besteht weiterer Entwicklungsbedarf. So soll eine nächste Gerätegeneration zwischen PRRS-Impfstämmen und wildtypischen Virusvarianten unterscheiden können.

Ursprünglich wollten die Wissenschaftler drei wichtige Viruserreger in Schweinebeständen untersuchen: PRRSV, Schweine-Influenzaviren (IAV-S) und das Porcine Epidemische Diarrhoevirus (PEDV). Aufgrund von Rückmeldungen aus der Schweinehaltung konzentrierte sich das Forschungsteam zunächst auf PRRSV.

Die zugrunde liegende Technik lässt sich jedoch grundsätzlich auf weitere Erreger anpassen. Dafür müssen die jeweils verwendeten Nachweisreagenzien ausgetauscht werden. Langfristig könnten die Sensoren sogar mehrere Viren gleichzeitig überwachen. Denkbar ist außerdem ein Netzwerk aus mehreren Geräten, die an unterschiedlichen Stellen eines Schweinebetriebs installiert werden. Damit ließe sich die Belastung der Stallluft mit den untersuchten Viren fortlaufend erfassen.

Für Schweinehalter und betreuende Tierärzte könnte die Entwicklung vor allem bei der Früherkennung von Infektionen interessant werden. Eine automatische Überwachung der Stallluft würde den Aufwand für wiederholte manuelle Probenahmen möglicherweise verringern. Gleichzeitig könnten Hinweise auf eine Virusinfektion früher verfügbar sein. Nach Einschätzung der Wissenschaftler bietet die Technologie deshalb Potenzial als zusätzliches Instrument für die Biosicherheit und Gesundheitsüberwachung in Schweinebetrieben.

Bis zum regulären Praxiseinsatz sind allerdings weitere Entwicklungsschritte notwendig. Die bisherigen Ergebnisse stammen aus Untersuchungen mit Prototypen. Eine kommerziell verfügbare Lösung wird in der Projektveröffentlichung noch nicht vorgestellt. Die Forschenden erwarten, dass entsprechende Geräte nach einer erfolgreichen Weiterentwicklung vergleichsweise kostengünstig eingesetzt werden könnten.