Reduktion des Antibiotikaeinsatzes in der Geflügelhaltung durch innovative antipathogene thermische Beschichtungen

Herausforderung

Antiinfektive Oberflächen reduzieren aufgrund spezifischer Materialeigenschaften das Wachstum von Pathogenen wie Bakterien, Viren oder Pilzen und können damit in relevanten Bereichen das Infektionsrisiko minimieren, was seinerseits eine Reduktion des Antibiotikaeinsatzes ermöglicht. Infektionsrisiken sind dabei vor allem durch Futter- und Tränkeanlagen gegeben, so dass es bereits durch ein einzelnes infiziertes Tier zu einer horizontalen Transmission der Erreger kommen kann. Zudem ist eine regelmäßige Reinigung aufgrund mehrerer ineinander verbauter Einzelkomponenten schwierig und führt beim Einsatz von Reinigungs- und Desinfektionsmitteln zu Akzeptanzproblemen für Futter und Wasser. Materialien aus Silber, Kupfer und Kupferlegierungen sind bereits seit langem für antipathogene Wirkungen bekannt und unterbinden Anheften, Persistenz und Wachstum einer Vielzahl von Bakterien, Viren und Pilzen. Dieses Wissen wird in der humanen Medizintechnik genutzt, die Beständigkeit und Wirksamkeit im Veterinärbereich ist bei tierspezifischen Krankheitserregern nach heutigem Stand der Technik nicht untersucht. Eine Umsetzung im Bereich der Nutztierhaltung ist gänzlich unerprobt. Zudem stellt die Herstellung z.B. aus Kupferlegierungen als Vollmaterial oder mit anderen Beschichtungsverfahren aus Kostengründen und anderen Anforderungsprofilen keine Alternative dar.

Die Technologie der thermischen Spritzverfahren ermöglicht die Beschichtung praktisch jeder Oberfläche. Antipathogene Eigenschaften, welche eine Vermehrung und Verbreitung von Krankheitserregerkolonien unterbinden, konnten bereits in ersten Versuchen nachgewiesen werden *1. Eine Nachbehandlung der Oberflächen kann weiterhin die Wirksamkeit erhöhen. Thermisch gespritzte Schichten bieten außerdem hohe Flexibilität und können gezielt hinsichtlich Abriebfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit optimiert werden, welche in der Masttierhaltung ebenso relevant sind. Die Haltbarkeit auch sehr dünner und damit kostengünstiger Oberflächen ist ausreichend, um der erwarteten Belastung durch Abrieb (z.B. an einer Futtereinrichtung oder Tränke) über einen ausreichend langen Zeitraum standhalten zu können, um ökonomisch von hohem Interesse zu sein.

Zielstellung und Lösungsweg

Das Forschungsvorhaben adressiert mit mehreren ineinandergreifenden und interdisziplinären Ansätzen zur Reduktion der Erregerbelastung sowie zum Erregermonitoring und zur Eliminierung (3E) das übergeordnete Ziel einer langfristigen Antibiotikareduktion in der Geflügelhaltung. Die zu untersuchenden bzw. zu entwickelnden Fertigungs- und Monitoringtechnologien sind gezielt aufgrund ihrer Wirtschaftlichkeit ausgewählt worden und in anderen Bereichen der Industrie (thermische Oberflächenbeschichtung, Spektralkameras) bzw. Biologie ([mikro-])biologische Erregernachweise) als kostengünstige Verfahren etabliert. Die einzelnen Ansätze für neuartige antiinfektive Oberflächen, spektral-optisches Biofilmmonitoring, biologisches Erregermonitoring sowie daraus abgeleitete ganzheitliche Hygieneprotokolle fokussieren dabei insbesondere die Teilziele bzw. Bereiche:

• Reduktion möglicher Eintrags- und Austragsquellen für Infektionserreger auf verschiedenen Stufen der Geflügelhaltung (z.B. in Futtertröge)
• Optimierung der Hygiene in der Geflügelhaltung (z.B. Verringerung von Biofilmen im Tränksystem sowie Reinigung und Desinfektion)
• Verfahren für die Sicherung und Kontrolle der Hygiene von Futtermitteln und Einrichtungen für die Fütterung (z.B. Biofilmmonitoring, Troggestaltung)
• Innovative Präventionsmaßnahmen zur Vermeidung des Antibiotikaeinsatzes (Tools zur Früherkennung)
• Verbesserung für das betriebliche Gesundheits- und Hygienemanagement
• Verbesserung der Tiergesundheit, insbesondere im Hinblick auf eine Reduktion des Auftretens behandlungsbedürftiger Infektionserkrankungen des Respirationstraktes und des Magen-Darm-Traktes
• Etablierung eines Antibiotic Stewardship einschließlich Optimierung der praxisnahen Diagnostik (z. B. mit Schnelltests oder sonstigen etablierten/innovativen Testverfahren) 

Nutzen

Das Projekt soll wesentliche Erkenntnisse dazu liefern, inwieweit u.a. positive Effekte antipathogener Schichten im Tierhaltungsbereich zielförderlich umsetzbar sind. Die Projekterkenntnisse können die Ausstattung von Geflügelstallanlagen in Bezug auf Pathogenbesiedlung nachhaltig positiv beeinflussen und damit zu einer Verbesserung von Tiergesundheit/Tierwohl, Tierhygiene und in der Konsequenz zu einer Reduktion des Antibiotikaeinsatzes führen. Zudem wird für die Betriebe direkter wirtschaftlicher Schaden vermieden, da jede Krankheitsbelastung in der Tierkohorte zu zusätzlichen personellen und materiellen Aufwendungen bei gleichzeitigem Ertragsverlust führt. Bereits durch die Reduktion der Sterberate der Nutztiere (aktuell ca. 5%) werden Erträge erwirtschaftet, die das Gesamtkonzept wirtschaftlich rentabel gestalten lassen. Das 3E-Konzept hat das Potential, Standards bzw. Grundprinzipien zu erstellen, die sowohl in Stallneubauten wie auch in Nachrüstungen Anwendung finden können. Von besonderer Bedeutung ist dabei auch, dass die im Projekt zu entwickelnden Methoden und Technologien der Oberflächenbehandlung, der frühzeitigen Erkennung sowie Eliminierung von Infektionskeimen Zukunftspotential für Anwendungen haben, welche weit über die im vorliegenden Projekt adressierte Applikation hinausgeht.