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Sep 03, 2023

Ein alternativer Ansatz zur Bekämpfung bakterieller Krankheitserreger in flüssigen und festen Geflügelabfällen mit dem Desinfektionsmittel Calciumhypochlorit Ca(OCl)2

Scientific Reports Band 12, Artikelnummer: 19733 (2022) Diesen Artikel zitieren 969 Zugriffe auf Metrikdetails Unsachgemäßer Umgang mit Geflügelabfällen vom Anfang bis zum Ende des Produktionszyklus

Wissenschaftliche Berichte Band 12, Artikelnummer: 19733 (2022) Diesen Artikel zitieren

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Eine unsachgemäße Handhabung von Geflügelabfällen vom Anfang bis zum Ende des Produktionszyklus könnte zu Gesundheits- und Umweltrisiken führen. Der Zweck dieser Studie bestand darin, den aktuellen Stand der Geflügelabfallbewirtschaftungspraktiken zu bewerten und die Wirksamkeit von Desinfektionsmitteln (VIRKON S, quartäre Ammoniumverbindung (QAC), Calciumhypochlorit [Ca(OCl)2] und Nanomaterialien (Nano) zu bewerten -Silberpartikel (Ag-NPs) und Ca(OCl)2-Ag-NPs-Komposit) auf pathogene Bakterien zur Verwendung bei der Desinfektion von Abfallsammelbereichen in Geflügelbetrieben. Zweihundertzehn Proben wurden von verschiedenen Abfalltypen zur Isolierung und gesammelt Identifizierung pathogener Bakterien. Anschließend wurde die Wirksamkeit einiger Desinfektionsmittel gegen fünfzig isolierte Bakterienstämme mithilfe eines Bouillon-Mikroverdünnungstests bewertet. Die Ergebnisse zeigten, dass die häufigsten Bakterienisolate aus Abfällen E. coli (33,69 %) und Salmonella spp. ( 26,09 %, gefolgt von K. pneumonae (15,22 %) und L. monocytogenes (14,13 %). Ca(OCl)2-Ag-NPs hatten eine mikrobiell tödliche Wirkung gegen alle pathogenen Bakterien (100 %), die aus Flüssigkeiten und Feststoffen isoliert wurden Abfälle. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Geflügelmistabfälle gesammelt und ohne Behandlung auf den landwirtschaftlichen Flächen rund um diese Hühnerfarmen entsorgt werden. Das Ca(OCl)2-Ag-NPs-Komposit war bei einer Konzentration von 1,0 mg/L für alle aus Abfällen und ihren Sammelflächen isolierten pathogenen Mikroben tödlich.

Die Geflügelindustrie ist heute eine der am schnellsten wachsenden Agrarindustrien der Welt und wächst weltweit um 5 % pro Jahr, wobei ihr Anteil an der weltweiten Fleischproduktion von 15 % vor drei Jahrzehnten auf 30 % gestiegen ist1,2. Das Problem bei Geflügelbetrieben sind die anfallenden Abfälle wie Geflügelmist, die entsorgt werden müssen, da eine unsachgemäße Behandlung oder Entsorgung eine Gesundheitsgefährdung für die Umwelt und den Menschen darstellen kann3.

Abfälle aus den Systemen zur Geflügelproduktion, darunter Abwasser und feste Abfälle, fallen in enormen Mengen an. Zu den festen Abfällen zählen Einstreu, Mist, Futter, Federn, Brutabfälle, Schlamm und Sterblichkeit. Darüber hinaus entsteht Abwasser aus dem Wasch- und Desinfektionsprozess von Hühnerställen4. Wenn Geflügelmist nicht ordnungsgemäß entsorgt wird, gelangen Nitrat und Phosphat in Bäche, Teiche und das Grundwasser. Auch Ammoniak und Schwefelwasserstoff gelangen in die Atmosphäre. Geflügelmist kann schädliche Bakterien enthalten, insbesondere E. coli und Salmonellen. Treffen Sie daher beim Umgang mit Geflügelstreu unbedingt Vorsichtsmaßnahmen, um potenzielle Gesundheitsrisiken für die Gesundheit von Mensch und Vogel zu minimieren5,6.

Sowohl Verbraucher von im Abwasser angebauten Lebensmitteln als auch Landwirte, die Abwasser zur Bewässerung nutzen, laufen Gefahr, sich durch die im Abwasser vorkommenden fäkalen Kolibakterien mit Infektionskrankheiten zu infizieren. Solche Krankheiten können Lebensmittelvergiftung, Durchfall, Cholera, Typhus, Ruhr, Gastroenteritis, Askariasis, Hepatitis und Lebensmittelvergiftung sein7. Zahlreiche verbesserte Methoden zur Handhabung von Geflügelabfällen wurden vorgeschlagen, um die Bedrohungen, die diese Abfälle für die Umwelt darstellen, zu verringern. Dies liegt daran, dass Hühnerabfälle bekanntermaßen umweltschädlich sind8.

Verschiedene Ansätze zur Entsorgung von Geflügelabfällen umfassen die Vergrabung, Kompositierung, Verwertung, Verbrennung, Düngung und Viehfutter. Auf landwirtschaftlichen Flächen werden Abfälle und/oder Vogelkot ordnungsgemäß entsorgt, um den Boden mit Nährstoffen anzureichern9. Aus Geflügelabfällen können mehrere Mehrwertprodukte erfolgreich hergestellt werden, darunter Düngemittel, Strom, Biodiesel, Tierfutter und recycelbarer Kunststoff, wenn sie richtig gehandhabt werden, um schädliche Auswirkungen zu reduzieren3.

Calciumhypochlorit (Ca(OCl)2) ist ein chemisches Desinfektionsmittel, das als Oxidationsmittel wirkt und die mikrobiellen Zellwände schädigt. Aufgrund seiner geringen Kosten, der einfachen Anwendung10, der Reaktion mit mikrobiellen Zellmembranen und der Induktion von Zellwandlyse und Bakterien Tod11, Chlor ist ein beliebtes Desinfektionsmittel. Quartäre Ammoniumverbindungen (QACs) sind nichtoxidierende Desinfektionsmittel mit der höchsten Verwendung im pharmazeutischen Sektor. Durch den Kontakt mit Phospholipiden führt ihre Wirkungsweise auf die Zellmembran zu Zytoplasmaleckage und Koagulation12. Zusätzlich VIRKON S enthält als Breitband-Desinfektionsmittel Persauerstoffmoleküle (Peroxymonosulfat). Es wird für den Einsatz in der Human- und Veterinärmedizin als bakterizides, viruzides, fungizides und sporizides Mittel empfohlen13. Nanosilberpartikel haben eine starke antimikrobielle Aktivität und ihre Wirkung ist positiv Es haftet fest an der Wand mikrobieller Zellen und stört die Durchlässigkeit der Zellmembran. 14, 15 Eine andere Studie ergab, dass Filterpapier, das mit Ca(OCl)2-beladenen Partikeln auf Nanosilberbasis imprägniert ist, eine starke biozide Wirkung gegen vorhandene pathogene Bakterien, insgesamt lebensfähige Bakterien, aufweist und fäkale Kolibakterien in verschiedenen Wasserquellen16. Ziel der aktuellen Arbeit war es, den aktuellen Stand der Abfallbewirtschaftungspraktiken zu bewerten, effiziente Methoden zur hygienischen Abfallentsorgung zu identifizieren und die Wirksamkeit einiger Desinfektionsmittel (VIRKON S, QAC, Ca(OCl)2), Ag-NPs und Ca(OCl) zu bewerten. 2-Ag-NPs-Nanoverbindungen gegen pathogene Bakterien, die aus flüssigen und festen Abfällen von Geflügelfarmen isoliert werden, zur Desinfektion von Mist- und Sterblichkeitssammelbereichen in Geflügelställen und zur Entwicklung eines akzeptablen Managementplans zur Minimierung der Verschmutzungsgefahren in Geflügelproduktionssektoren .

Die Studie wurde in verschiedenen Masthähnchen- (n = 40) und Legehennengeflügelfarmen (n = 10) in den Provinzen Beni-Suef und El-Faiyoum sowie in mehreren Städten wie Al-Wasta, Nasser und Beni durchgeführt -Suef zwischen Juni 2021 und Januar 2022. Die Hühner in Broilergeflügelfarmen wurden in einem Tiefstreusystem mit einer Besatzdichte von 1,5 Quadratfuß/Tier aufgezogen. In der Zwischenzeit wurden einige Legehennen in einem Batteriekäfigsystem mit einer Besatzdichte von 1,7 Quadratfuß pro Vogel gehalten.

Das Protokoll des Studiendesigns wurde vom IACUC (dem Institutional Animal Care and Use Committee) der Beni-Suef-Universität, Ägypten, akzeptiert, nachdem bestätigt wurde, dass das Wohlergehen der Tiere während der gesamten Studie erreicht wurde. Darüber hinaus wurden alle Proben aus der Geflügelfarm gemäß den IACUC-Richtlinien verarbeitet. Das Protokoll umfasst Studiendesign, Probensammlung und -größe, statistische Methoden und Ergebnisinterpretation. Es folgte eine Checkliste mit Empfehlungen in den ARRIVE-Leitlinien. Unterdessen waren menschliche Teilnehmer an der Datenerhebung beteiligt, die vom IRB (Institutional Review Board) der Beni-Suef-Universität (Ref.-Nr.: IORG 0009255) genehmigt wurde, nachdem nachgewiesen wurde, dass die Rechte menschlicher Probanden während ihrer Teilnahme geschützt wurden. Die Teilnehmer erklärten sich bereit, als freiwillige Teilnehmer an der Erhebung der Fragebogendaten teilzunehmen, und gaben uns vor Beginn der Studie ihre Einverständniserklärung. Die Einwilligung wurde durch Ausfüllen des Fragebogens eingeholt, wohingegen die Einwilligung im Rahmen der ethischen Überlegungen des IRB hinzugefügt wurde. Darüber hinaus bestätigte der Autor, dass alle im Text aufgeführten Methoden in Übereinstimmung mit den relevanten Richtlinien und Vorschriften durchgeführt wurden. Alle Daten und Ergebnisse wurden erfasst und statistisch ausgewertet.

An jeden antwortenden Betrieb wurde ein standardisierter Fragebogen verteilt, um alle Daten und Informationen zu sammeln, die zur Bewertung der vielen Aspekte der untersuchten Geflügelfarmen erforderlich sind. Die Studie konzentrierte sich auf die Biosicherheitsmaßnahmen und Betriebsmerkmale, einschließlich der Arten der gezüchteten Vögel, der Länge des Zyklus, des Managementsystems, der Größe des Betriebs, der Art der verwendeten Einstreu, der Häufigkeit des Wechsels während des Zyklus und der Aufzeichnungen -Haltung, Arten von Geflügelabfällen und Entsorgungstechniken.

Insgesamt wurden 210 Proben aus verschiedenen festen und flüssigen Abfällen gesammelt [Abwasser (n = 30), Kükenkot (n = 30), Kükenstreu (n = 30), Federn (n = 30), Futtermittelabfälle (n = 30). ), Güllesammelfläche (n = 30) und Sammelfläche für Todesfälle (n = 30)] innerhalb der untersuchten Betriebe zur Isolierung und Identifizierung verschiedener gesundheitsgefährdender pathogener Mikroorganismen bei Vögeln und Umgebung. Alle Proben wurden aseptisch entnommen und in einer Kühlbox ins Labor überführt, um mithilfe selektiver Medien nach Roberts und Greenwood17 das Vorhandensein verschiedener pathogener Mikroorganismen zu untersuchen.

Die getesteten Parameter waren die Gesamtkeimzahl (TVC), die Zahl der fäkalen Kolibakterien (FCC) und die Gesamtzahl der Kolibakterien (TCC) unter Verwendung der Plattenzählmethode und der Membranfiltrationstechnik gemäß APHA18. Während die gesammelten Abfallproben in 100 ml destilliertem Wasser verdünnt und durch eine Membran filtriert wurden, wurde die Membran unter Verwendung von M-FC-Agar (EM Science, Gibbstown, NJ) bzw. m-Endo-LES-Agar (Difco, Sparks, MD). Die Darmbakterien (Klebsiella spp. und E. coli) wurden auf MacConkey-Agar- (CM 0115; Oxoid) und Eosin-Methylenblau-Agar- (CM 69; Oxoid) Platten isoliert. Alle Proben wurden mit Pufferpeptonwasser vorangereichert und dann 24 Stunden lang bei 37 °C inkubiert, um Salmonella spp. zu isolieren. und Shigella spp. Anschließend wurden 0,1 ml der inkubierten Brühe zu 10 ml Rappaport Vassilidis gegeben und 24 Stunden lang bei 42 °C inkubiert. Anschließend wurden die Proben auf Salmonella-Shigella-Agar (Oxoid®, CM 0099) ausgestrichen und 24 Stunden lang bei 37 °C inkubiert. Darüber hinaus wurde für Listeria monocytogene jede 150-ml-Flüssigkeitsprobe 30 Minuten lang zentrifugiert. bei 5098,581065 g, um das Sediment abzutrennen, das dann in eine 100-ml-Listeria-Anreicherungsanlage (LEB) gegeben wurde. Jede Futtermittel- und Stuhlprobe (25 g) wurde mit 225 ml LEB angereichert und 48 Stunden lang bei 30 °C inkubiert, bevor sie mit 0,1 ml der Listerienbrühe auf Listerien-selektives Agarmedium (Palcam-Agar; Biokar Diagnostics, Frankreich) beimpft wurde. Die beimpften Platten wurden 48 Stunden lang bei 37 °C inkubiert. Zur Koloniereinigung wurden alle isolierten Bakterien auf Nähragar18 subkultiviert. Enterische Bakterien wurden anhand ihrer Koloniemorphologie, Gram-Färbung und unter Verwendung von API 20E (bioMérieux, Craponne, Frankreich) identifiziert. Neben biochemischen Tests19 kamen auch Katalase-, Oxidase-, TSI-, Methylrot- und Bluthämolysetests zum Einsatz.

Laut Amiri et al.20 ist die Wirksamkeit von Desinfektionsmitteln (VIRKON S (Kaliumperoxymonosulfat, Antec International TD, UK), quartären Ammoniumsalzen (QAC, Fluka Analytical, St. Louis, USA) und BLEACHING POWDER Ca(OCl)2 (ein weißes Pulver, das als starkes Oxidationsmittel gilt und 65 % verfügbares Chlor enthält) an fünfzig Stämmen verschiedener pathogener Bakterien, die aus verschiedenen Abfallproben isoliert wurden, wurde unter Verwendung der Scheibendiffusionsmethode bei verschiedenen Testkonzentrationen bewertet. Das destillierte Wasser wurde verwendet, um die erforderlichen Konzentrationen zu erhalten Verschiedene Desinfektionsmittel. Mit sterilisiertem Whatman-Filterpapier wurden fünfzig Scheiben (Scheibengröße 10 mm) hergestellt, die in Flaschen mit Schraubverschluss aufbewahrt wurden. Über Nacht wurden die sterilisierten Scheiben mit den Testkonzentrationen an Desinfektionsmitteln gesättigt. Dann wurden 100 µL Bakterienisolate ( 1 × 106 KBE/ml) wurden in Mueller-Hinton-Brühe gemäß McFarland 0,5 verdünnt. Anschließend wurden verdünnte Proben (100 μl) auf Platten mit Mueller-Hinton-Agar inokuliert und die Scheiben mit einer sterilen Pinzette auf dem Agar positioniert und bei inkubiert 37 °C für 24 Stunden. Die Hemmzone aller getesteten Bakterien wurde durch zweifache Reihenverdünnung gemäß CLSI21 ermittelt.

Nanosilber wurde durch eine chemische Reduktionsmethode nach Šileikaite et al.22 synthetisiert. Ag-NPs wurden durch Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FT-IR) und hochauflösende Transmissionselektronenmikroskopie (HR-TEM) unter Verwendung eines Transmissionselektronenmikroskops JEM100CX II (JEOL Ltd.) charakterisiert, um die Mikrostrukturen und Festkörpermorphologien zu untersuchen und zu beschreiben Nanomaterialien bzw.

Ca(OCl)2-Ag-NPs wurden entwickelt, um die Desinfektionsaktivität gegen die getesteten Bakterienisolate zu verbessern. Im Verhältnis 1:1 wurden Ag-NPs in einer Konzentration von 15 mg/L mit Ca(OCl)2-Desinfektionsmittel in beiden Konzentrationen von 0,5 und 1,0 mg/L gemischt. Anschließend wurde das Nanokomposit 4 Stunden lang kontinuierlich mit einem Magnetrührer gut geschüttelt, um eine Agglomeration und/oder Ansammlung von Nanopartikeln zu vermeiden. Die Ca(OCl)2-Ag-NPs wurden dann 15 Minuten lang bei 5098,581065 g zentrifugiert und gemäß Ahmed et al.23 zweimal mit destilliertem Wasser gewaschen.

Fünfzig Bakterienstämme wurden nach 24 Stunden gegen Ag-NPs in Konzentrationen von 5, 10 und 15 mg/L sowie gegen Ca(OCl)2-Ag-NPs in einer Konzentration von 0,5 und 1,0 mg/L untersucht. Expositionszeiten mit der Bouillon-Makroverdünnungsmethode24. Zu 1 ml Müller-Hinton-Brühe (MHB) wurden 100 ml verschiedener frisch zubereiteter Bakteriensuspensionen (1 × 106 KBE/ml) in normaler Kochsalzlösung hinzugefügt, gefolgt von 1 ml Ca(OCl)2-Ag-NPs in unterschiedlichen Konzentrationen (0,5 und 1,0 mg/L). Zusätzlich wurden zwei sterilisierte Kontrollreagenzgläser verwendet, von denen eines ein bakterielles Inokulum und MHB enthielt und das andere Ca(OCl)2-Ag-NPs und Muller-Hinton-Brühe, aber kein bakterielles Inokulum enthielt. Dann wurden 100 ml (1 × 106 KBE/ml) der getesteten Mischung auf dem selektiven Agarmedium verteilt, 24 Stunden lang bei 37 °C inkubiert und auf das Vorhandensein von mikrobiellem Wachstum untersucht, um anfällige und resistente Bakterien gegenüber dem Nanokomposit zu unterscheiden . Gemäß den CLSI21-Richtlinien zeigten anfällige Stämme kein Wachstum, während resistente Stämme mikrobielles Wachstum auf Agarmedium zeigten.

Alle Daten wurden für statistische Analysen mit SPSS (dem Statistical Package for the Social Sciences-Software) gesammelt. Die aus dem Strukturfragebogen gewonnenen Daten und die Verteilungsrate pathogener Bakterienisolate aus verschiedenen Abfallarten wurden mit dem Chi-Quadrat-Test als nichtparametrischem Test analysiert. Darüber hinaus wurde die antimikrobielle Aktivität verschiedener Desinfektionsmittel und silberbasierter Nanoverbindungen gegen alle Bakterienisolate untersucht. In der Zwischenzeit wurde der Einweg-ANOVA-Test verwendet, um Daten zur Gesamtzahl lebensfähiger Bakterien, zur Gesamtzahl und zur Anzahl fäkaler Kolibakterien in flüssigen und festen Abfällen zu analysieren die sich aus den untersuchten Betrieben ergeben.

Geflügelabfälle sind einer der größten Schadstoffe, wenn sie nicht ordnungsgemäß entsorgt werden. Um den Nährwert von Geflügelfederabfällen, die als Tierfutter verwendet werden können, zu erhöhen, ist eine chemische oder biologische Behandlung von Hühnerfedern möglich. Bei richtiger Handhabung zur Minimierung negativer Folgen können Geflügelabfälle effektiv zur Herstellung einer Vielzahl von Mehrwertprodukten wie Düngemitteln, Biokraftstoffen und Tierfutter verwendet werden3.

Die Hauptgeflügelbetriebe sind in den untersuchten Gebieten weit verteilt (Tiefstreu- und Käfigbatteriesystem). Die Anzahl der in einem Tiefstreusystem aufgezogenen Vögel wurde um 20.000 Vögel/Zyklus überschritten, verglichen mit 4.000 Vögeln/Zyklus in einem Batteriekäfigsystem. 28 Tiefstreubetriebe (70,0 %) gaben an, ihre Ställe verschlossen zu haben, um ihre Räumlichkeiten zur Seuchenbekämpfung abzutrennen und/oder zu isolieren, wohingegen fünf Batteriekäfigsysteme (50,0 %) nur über ein verschlossenes Tor rund um das Gebäude verfügen, wie in Tabelle 1 dargestellt . Maduka et al.25 zeigten, dass die Hauptbestandteile der Biosicherheitspraktiken Zäune um Gebäude, Tore und insgesamt etwa 80–90 % des Managements ausmachten. Darüber hinaus stellte Mustafa26 fest, dass die wichtigsten Schutzmaßnahmen gegen die Übertragung von Krankheiten ein geschlossenes Tor und ein Zaun darum herum seien. Darüber hinaus waren für die meisten landwirtschaftlichen Betriebe weder in halbmodernen noch in konventionellen Systemen Zäune verfügbar.

Darüber hinaus wird am Eingangstor des Gebäudes die Anwendung von Fußbädern in 70 % des Batteriekäfigsystems festgestellt, verglichen mit 23 von 40 (57,5 %) in den Geflügelfarmen mit Tiefstreusystem in dieser Studie. Haftom et al.27 fanden heraus, dass 80 % der Masthähnchenfarmen am Tor Fußbäder nutzten, während 88 % der Betriebe das Waschen und Desinfizieren ihrer Gebäude und Geräte übten. Ali et al.28 gaben an, dass im geschlossenen System ein höheres Maß an Biosicherheit angewendet wurde als im offenen System, während 84,6 % im Fußbad am Eingang des Stalls verwendet wurden. Im Gegenteil, die Isolationsrate erkrankter Vögel in getrennten Gebieten war in beiden untersuchten Systemen mit 77,5 bzw. 80 % ähnlich hoch, um die Verbreitung hochpathogener Krankheiten zu verhindern. Sudarnika et al.29 fanden heraus, dass 24 Geflügelzüchter zu 96 % kranke Vögel von gesunden Vögeln trennten und sie durch Verbrennen oder Vergraben entsorgten. Mittlerweile wurden in nur zwei Geflügelfarmen 4,4 % toter Vögel weggeworfen. Darüber hinaus stellten Mohammed und Helal30 fest, dass die meisten Befragten angaben, dass sie die erkrankten Küken in einem ausgewählten Bereich isolierten, indem sie dasselbe Gebäude wie der Rest der Herde nutzten. Darüber hinaus waren in einigen Geflügelbetrieben kaum Hygienestationen vorhanden, und das Fehlen von Biosicherheitsplänen auf dem Bauernhof war besorgniserregend.

In einem Tiefstreusystem wurden Sägemehl und Holzspäne zu 37,5 bzw. 62,5 % eingesetzt. Um die Einstreu während des Zyklus zu entsorgen, entfernen einige Masthähnchenbetriebe die gesamte Einstreu (15,0 %), während 85,0 % dieser Betriebe 10 cm von der obersten Schicht entfernen und eine weitere hinzufügen. In einem Batteriekäfig hingegen wird der Mist während des Zyklus zu 100 % in einer von den Vögeln entfernten Wanne entsorgt und dann in den Mistbereichen gesammelt. Die Häufigkeit des Streuwechsels in der Tiefstreu lag bei 67,5 % einmal pro Woche, während sie bei anderen Betrieben jeden Monat bei 32,5 % lag. Die Methoden zur Beseitigung von Geflügelsterblichkeiten waren Verbrennung, gefolgt von der Entsorgung auf Mülldeponien und der Beerdigung, insbesondere in tiefer Einstreu (40,0, 25,0 und 20,0 %), während in Batteriekäfigen Verbrennung und Beerdigung die am häufigsten angewandten Methoden zur Beseitigung von Todesfällen waren (50,0 und 30,0 %). %, jeweils). Mohammed und Helal30 gaben an, dass die Teilnehmer an jedem Geflügelbetriebssystem den Mangel an Kapital und ausreichend Platz für die Anwendung hygienischer Maßnahmen zur Entsorgung toter Vögel, die das Verbrennen oder Begraben beinhalten, klarstellten. Außerdem nutzten Geflügelzüchter die Kompostierung nicht als sichere Methode zur Entsorgung toter Vögel. Darüber hinaus erhöht sich das Risiko einer Umweltschädigung und der Übertragung von Krankheiten, wenn Geflügelkadaver in Gewässern oder auf einer Straße abgeladen werden, wo Hunde sie finden und fressen könnten. Darüber hinaus berichteten Muduli et al.3, dass eine strenge Überwachung der Bestattung toter Vögel und/oder Todesfälle auf dem Bauernhof erforderlich ist, um eine Kontamination von Grundwasserquellen zu vermeiden; Darüber hinaus könnte die Kompostierung zur Reduzierung bakterieller Krankheitserreger genutzt und anschließend als Bodendünger recycelt werden. Im aktuellen Text betrug die in Wasserstraßen entsorgte Sterblichkeit in Batteriekäfigen 20 % im Vergleich zu 15,0 % in Tiefstreusystemen. Eine Desinfektion zwischen den Zyklen war in beiden Systemen möglich, wohingegen 77,5 % im Tiefstreusystem und 70 % im Batteriekäfig angewendet wurden. Schließlich berichteten die Geflügelproduzenten, dass die Sterblichkeitsrate/der Sterblichkeitszyklus in der Tiefstreu (12,0 %) deutlich höher war als in Batteriekäfigen (10 %), bei P 0,005, wie in (Tabelle 1) dargestellt. Turkson und Okike31 erwähnten, dass die Anwendung von Biosicherheitsmaßnahmen ein entscheidender Punkt sei, um hochpathogene Krankheiten wie HPAI H5N1 zu verhindern und zu kontrollieren. Darüber hinaus setzen die meisten kleinen Masthähnchenfarmen nur minimale oder gar keine Biosicherheitskontrollen ein, was die Wahrscheinlichkeit einer Krankheitsübertragung zwischen Geflügelfarmen, die Sterblichkeitsrate und die Gefahr, Menschen potenziellen Gesundheitsrisiken auszusetzen, erhöhen kann32.

Die häufige Verteilung pathogener Mikroben aus den untersuchten Betrieben in Tabelle 2 verdeutlichte, dass 87,62 % (184/210) der insgesamt untersuchten Proben positiv hochpathogene Bakterien enthielten. Die häufigsten Bakterienisolate aus Abfällen waren E. coli (33,69 %, 62/184), Salmonella spp. (26,09 %, 48/184), gefolgt von K. pneumonae (15,22 %, 28/184) und L. monocytogenes (14,13 %, 26/184). Unterdessen wurde Shigella flexneri im geringsten Prozentsatz nachgewiesen (10,87 %, 20/184). Der höchste Prozentsatz an E. coli wurde aus dem Kot der Küken (46,43 %, 13/28), der Mistsammelfläche (40 %, 12/30) und dem Abwasser (37,04 %, 10/27) isoliert, gefolgt von der gesammelten Sterblichkeitsfläche (32,14). %, 9/28) und Kükenstreu (30 %, 9/30). Im Gegensatz dazu sind Salmonella spp. Der höchste Prozentsatz wurde im Abwasser (37,04, 10/27) und im Kot von Küken (28,57 %, 8/28) verzeichnet, gefolgt von der gesammelten Mortalität (25 %, 7/28), während K. pneumonae mit einer höheren Rate isoliert wurde Gesammelte Sterblichkeitsfläche (21,43 %, 6/28), gefolgt von der Kotsammelfläche für Küken (16,67 %, jeweils 5/30). Darüber hinaus wurde L. monocytogenes in hohem Maße aus Futterabfällen (27,78 %, 5/18) und Federn (17,39 %, 4/23) isoliert. Darüber hinaus wurde Shigella flexneri auch in Federn (21,74 %, 5/23) und Kükenstreu (13,33 %, 4/30) nachgewiesen. Diese Ergebnisse stützen die Ergebnisse von Sahoo et al.33, die zeigten, dass der Umgang mit Geflügelkot einen erheblichen Einfluss auf die Gesundheit von Vögeln hatte. Ein weiterer wesentlicher Aspekt bei der Bewirtschaftung von Hühnerfarmen ist es, die Einstreu der Küken trocken zu halten. Bei erhöhtem pH-Wert und Feuchtigkeitsgehalt der Einstreu erklärten Soliman et al.34, dass die Einstreu von Küken ein günstiges Medium für das Wachstum und die Übertragung von Bakterien wie S. Typhimurium sei. Darüber hinaus stellten Tiweri et al.35 fest, dass L. monocytogenes häufig in der Nähe von Tieren gefunden wurde und über einen längeren Zeitraum in tierischen Abfällen, im Boden, im Wasser und im Futter verblieb. Laut Abdel-Latef und Mohammed36 ist die Kontamination der Geflügelumgebung durch hochpathogene Bakterien der Hauptgrund für höhere Sterblichkeitsraten und große wirtschaftliche Verluste in diesen Betrieben. Umweltverschmutzung kann durch Vogelkot verursacht werden, was auf weniger strenge Hygienepraktiken in Geflügelfarmen zurückzuführen ist.

Die Gesamtzahl lebensfähiger Bakterien und die Indikatorbakterien, die aus flüssigen und festen Abfällen identifiziert wurden, die das Tiefstreusystem produzierte, sind in Tabelle 3 aufgeführt. Es wurde festgestellt, dass die TVCs sowohl in den Sterblichkeits- als auch in den Mistsammelgebieten deutlich höher waren (8,21 × 107 ± 1,2 ×). 105 und 7,32 × 107 ± 2,3 × 10 KBE/100 g), gefolgt von Kükenstreu (6,71 × 107 ± 3,5 × 10 KBE/g) und Abwasser (3,56 × 107 ± 1,1 × 105 KBE/ml), verglichen mit der Anzahl in Federn und Abfallfutter (2,34 × 104 ± 1,1 × 10 bzw. 2,34 × 105 ± 1,1 × 105 KBE/g). Darüber hinaus wurden TCCs mit den höchsten Raten in den Einstreu- und Mistsammelbereichen der Küken isoliert (900 ± 1,1 und 900,0 ± 4,8 KBE/100 g), während sie im Abfallfutter 110,0 ± 6,2 KBE/100 g betrugen. Darüber hinaus waren die FCCs sowohl in der Einstreu der Küken als auch in den Bereichen, in denen Mist gesammelt wurde, signifikant hoch (350,0 ± 4,1 bzw. 350,0 ± 3,0 KBE/100 g), gefolgt vom Kot der Küken (220,0 ± 1,2 KBE/100 g) und dem Abwasser (220,0 ± 2,2 KBE). /100 ml). Unterdessen lagen die FCC-Werte in Federn und Futterabfällen nicht über 60,0 ± 3,6 bzw. 90,0 ± 1,1 KBE/100 g. Abd El-Salam et al.37 fanden heraus, dass das Abwasser 1600 Kolonien von Gesamtcoliformen enthält. Hartel et al.38 wiesen darauf hin, dass die mögliche Quelle für fäkale Kolibakterien frischer Geflügelstreu ist und dass der Kompostierungsprozess des Mülls diese Bakterien grundsätzlich ausrotten kann. Nevers et al.39 stellten klar, dass fäkale Kontaminationen, darunter Vieh, Geflügel und andere fäkale Abfälle, potenzielle Quellen für bakterielle Krankheitserreger sind, die in Freizeitgewässern ein Risiko für die menschliche Gesundheit darstellen. Zhuang et al.40 stellten fest, dass Hühnerfarmen eine entscheidende Quelle der Fäkalienverschmutzung in der Umwelt darstellen, da Geflügelkot Bakterien enthält, die schädlich für die Umwelt und den Menschen sind.

TEM von Ag-NPs zeigten die morphologische Form (kugelförmig und elliptisch) und die Größe der Nanosilberpartikel lag zwischen 19,07 und 34,47 nm (Abb. 1a, b). Die TEM-Fotografie von Ca(OCl)2-AgNPs zeigte die kugelförmige und längliche morphologische Form der Nanopartikel (NPs) des Verbundwerkstoffs. Außerdem lag der Durchmesser der NPs zwischen 4,94 und 33,62 nm (Abb. 2a, b). Ag-NPs (Abb. 3a) zeigten spezifische Peaks bei 3272,18, 1638,07, 919,01 und 604,61 cm−1. Darüber hinaus zeigte FT-IR von Ca(OCl)2-AgNPs (Abb. 3b) charakteristische Peaks bei 3273,57, 2132,25, 1638,21 und 602,51 cm−1, was die erfolgreiche Beladung der Ag-NPs mit Ca(OCl)2 bestätigt. Roy et al.41 wiesen darauf hin, dass die FT-IR-Spektren von Nanosilberpartikeln den charakteristischen Peak von Ag-NPs zeigten, der bei 1638 cm−1 liegt. Darüber hinaus zeigte Mohammed16 FT-IR von Ca(OCl)2, das auf Ag-NPs geladen war, wobei ein spezifischer Peak bei 2480 cm−1 erschien, was die Beladung auf sukzessive Weise bestätigte.

TEM-Fotografie von Nanosilberpartikeln (Ag-NPs). Die morphologische Form (a) zeigte die feinen kugelförmigen und elliptischen Nanosilberpartikel, außerdem lag der Durchmesser der NPs (b) im Bereich von 19,07–34,47 nm.

TEM-Fotografie von Ca(OCl)2, geladen auf Ag-NPs (ab). Die morphologische Form zeigte die kugelförmigen und länglichen Nanopartikel (NPs) des Verbundwerkstoffs (a). Außerdem lag der Durchmesser der NPs (b) zwischen 4,94 und 33,62 nm.

FT-IR-Spektrum von Ag-NPs (a) und Ca(OCl)2-AgNPs (b).

Pathogene Bakterien wurden aus mehreren Abfallarten isoliert und ihre Anfälligkeit gegenüber den Desinfektionsprodukten Ag-NPs und Ca(OCl)2-Ag-NPs (Tabelle 4) ergab, dass die Anfälligkeit aller isolierten Bakterien gegenüber VIRKON S zu diesem Zeitpunkt nicht mehr als 70 % betrug höchste Konzentration von 2 % nach 24-stündiger Exposition im Vergleich zur niedrigsten Konzentration, während ihre Anfälligkeit zwischen 30 und 60 % lag. Auch die Empfindlichkeit der Isolate gegenüber quartären Ammoniumverbindungen wurde nicht um 80 % überschritten, mit der Ausnahme, dass L. monocytogene bei einer Konzentration von 1,5 mg/L mit 100 % hochempfindlich war. Møretrø et al.42 stellten klar, dass L. monocytogenes aufgrund des Vorhandenseins von Resistenzgenen gegenüber subletalen QAC-Konzentrationen tolerant war.

Ortiz et al.43 stellten klar, dass ein positiver Zusammenhang zwischen der häufigen Verwendung eines QAC-Desinfektionsmittels und dem Vorhandensein einer L. monocytogene-Resistenz dagegen besteht, was auf das Vorhandensein von Resistenzgenen gegenüber QAC-Desinfektionsmitteln zurückzuführen sein könnte44. In diesem Zusammenhang war L. monocytogene deutlich empfindlicher gegenüber Ca(OCl)2 (100 %), gefolgt von K. pneumonae, Salmonella spp. und Shigella flexneri, die bei 1,5 mg/L zu 90 % empfindlich waren (P ≤ 0,05). ). Yim et al.45 entdeckten, dass Ca(OCl)2 und QAC bei der vollständigen Eliminierung vegetativer Zellen und Sporen wirksamer waren als Natriumhypochlorit. Im Gegensatz dazu zeigten in dieser Studie alle Bakterien Resistenzprofile gegenüber Ag-NPs, die bei Konzentrationen von 5,0 mg/L nach 24-stündiger Expositionsdauer 30 % überstiegen, verglichen mit der höchsten Konzentration von 15 mg/L, bei der die Anfälligkeit der Isolate 80 % überstieg. für L. monocytogene und k. Lungenentzündung. Darüber hinaus war Shigella flexneri zu 100 % empfindlich. Belluco et al.46 kamen zu dem Schluss, dass die überfällige Wirkung von Ag-NPs auf die pathogenen Bakterien möglicherweise durch die langsame Freisetzung von Silberionen aus den Ag-NPs verursacht wurde. Die Wirksamkeit von Ca(OCl)2-Ag-NPs gegen pathogene Bakterienisolate wurde in der aktuellen Studie untersucht, wobei festgestellt wurde, dass Bakterienisolate (E. coli, K. Pneumonae, Shigella Flexneri und L. monocytogene) aus verschiedenen Abfallarten hoch waren empfindlich (100 %) gegenüber Ca(OCl)2-AgNPs bei einer Konzentration von 1,0 mg/L nach 24-stündiger Exposition. Salmonellen spp. waren zu 90 % empfindlich gegenüber Ca(OCl)2-AgNPs bei der niedrigsten Konzentration von 0,5 mg/L.

Die Fähigkeit von Silberionen, sich an Ca(OCl)2 zu binden, bakterielle Zellmembranen zu durchdringen und die Membranpermeabilität zu verbessern, könnte für diese Wirkung verantwortlich sein, was bestätigt, dass die von Ca(OCl)2-Ag-NPs gezeigte biozide Aktivität synergistisch ist. Diese Ergebnisse stimmen mit denen von Morones et al.47 und Sondi und Salopek-Sondi48 überein, die herausfanden, dass der Einsatz von Ag-NPs zur Behandlung von Wasser die Zellmembranpermeabilität und das Austreten des Zytoplasmas von E. coli erhöhte. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass Ag-NPs eine antimikrobielle Wirkung haben, was auf die Freisetzung von Ag-Ionen von der Ag-NP-Oberfläche und die Bindung an Thiolgruppen in Membranproteinen zurückzuführen ist, was dazu führt, dass bakterielle Enzymsysteme gehemmt werden und die DNA-Aggregation49,50. Mohammed16 stellte fest, dass die mikrobielle Wirkung von Ag-NPs gegen E. coli und S. aureus um 80 % übertroffen wurde, während es bei der höchsten Konzentration (5,0 mg/L) nach der Expositionszeit eine tödliche Wirkung gegen K. pneumoniae (100 %) hat (180 Min.). Dies könnte auf die Fähigkeit von Ag-Ionen zurückzuführen sein, sich an die mikrobielle Zellmembran zu binden und diese zu infiltrieren. Darüber hinaus zeigten Dilarri et al.51, dass der Wirkmechanismus von Ca(OCl)2 auf die Zytoplasmamembran des Mikroorganismus abzielt, die möglicherweise für den Zelltod verantwortlich ist.

Die Überwachung mikrobieller Verunreinigungen in verschiedenen Abfallarten (flüssig und fest), die aus Geflügelhaltungssystemen entstehen, könnte bei der hygienischen Entsorgung dieser Abfälle hilfreich sein und deren Gefährlichkeit für die Umwelt verringern. Alle aus flüssigen und festen Abfällen der getesteten Geflügelfarmen isolierten pathogenen Bakterien wurden durch Ca(OCl)2-Ag-NPs abgetötet (100 %), wenn sie in einer Konzentration von 1,0 mg/L verwendet wurden, was die Verbesserung des Ca(OCl)2-Desinfektionsmittels bestätigte Leistung während der gesamten Beladung mit Partikeln auf Nanosilberbasis. Es wird angenommen, dass die Fähigkeit von Ca(OCl)2-Ag-NPs, mikrobielle Zellmembranen zu durchdringen und anschließend das Wachstum zu behindern, die Ursache für ihre bakterizide Wirkung ist. Darüber hinaus könnte die Verwendung von Ca(OCl)2- und/oder Ca(OCl)2-Ag-NP-Nanokompositen zur Desinfektion von Gülle- und Sterblichkeitssammelgebieten alle pathogenen Bakterien zerstören und die Umweltgefahren einer mikrobiellen Kontamination verringern.

Alle Daten sind im Hauptmanuskript enthalten und frei zugänglich.

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Asmaa N. Mohammed

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ANM trug zu dieser Arbeit bei, indem es das Design der Studie organisierte, Proben sammelte und vorbereitete, mikrobiologische Untersuchungen durchführte, Empfindlichkeitstests durchführte, Nanomaterialien vorbereitete, statistische Analysen durchführte und das Manuskript verfasste.

Korrespondenz mit Asma N. Mohammed.

Der Autor erklärt keine konkurrierenden Interessen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Mohammed, AN Ein alternativer Ansatz zur Bekämpfung bakterieller Krankheitserreger in flüssigen und festen Geflügelabfällen unter Verwendung von Silbernanopartikeln auf der Basis von Calciumhypochlorit Ca(OCl)2-Desinfektionsmitteln. Sci Rep 12, 19733 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-24203-8

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Eingegangen: 17. August 2022

Angenommen: 11. November 2022

Veröffentlicht: 17. November 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-24203-8

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