Bioaerosole

Das Institut für Tierhygiene, Tierschutz und Nutztierethologie beschäftigt sich seit über 30 Jahren mit Bioaerosolen in und aus Nutztierhaltungsanlagen. Klassische Sammelmethoden wie Impaktion, Impingement und Filtration werden hier routinemäßig zur Sammlung von Bioaerosolen eingesetzt. Dabei werden Partikel über einen Luftstrom angesaugt und auf einer Oberfläche, in einer Flüssigkeit oder auf einem Filter abgeschieden. Die Auswertung von luftgetragenen Mikroorganismen erfolgt nach Aufarbeitung und Bebrüten der Proben im Institutseigenen Labor nach 24 bis 48 Stunden über die Auszählung der auf den Nährbodenplatten gewachsenen Kolonien. Über Größe und Zusammensetzung der gesammelten Partikeln kann mit diesen klassischen Methoden keine Information erhalten werden, da diese beim Aufschlag auf den Sammeloberflächen bzw. in der Flüssigkeit auseinanderbrechen. Zudem hat der Nachweis von Mikroorganismen über kulturelle Verfahren den Nachteil, dass nur teilungsfähige Mikroorganismen erfasst werden können und die wirklichen Zellzahlen in der Luft deutlich unterschätzt werden.

Mit Hilfe einer äußerst schonenden Impaktion auf spezielle Silikonoberflächen können nun erstmals luftgetragene Partikel in ihrer Struktur und Zusammensetzung nahezu unverändert und mit einer Effizienz von über 95 % abgeschieden werden. Die adhäsive Oberfläche ermöglicht zudem eine anschließende Färbung der Partikel nahezu ohne Verluste durch die Färbeprozedur. Dadurch lassen sich Struktur und Zusammensetzung luftgetragener Partikel direkt am Probenahmeort innerhalb von Minuten mit Hilfe eines transportablen Mikroskops beobachten und enthaltene Mikroorganismen quantifizieren.

: Bioaerosol-Spektrometer mit integriertem Impaktor zur Sammlung von luftgetragenen Mikroorganismen. Der Impaktor ermöglicht die direkte Abscheidung auf Mikroskop-Objektträger. Das Spektrometer gibt Anzahl und Größe der Partikel im Probenvolumenstrom vor dem Impaktor an. So kann die ideale Sammelzeit bestimmt und eine Überladung der Abscheideoberfläche vermieden werden.

: Die aus der Luft abgeschiedenen Partikel können unmittelbar nach der Probenahme direkt vor Ort angefärbt und mit einem transportablen LED-Fluoreszenzmikroskop betrachtet werden.

: Abscheidefleck auf einem mit Spezialsilikon beschichteten Objektträger. Eine spezielle adhäsive Beschichtung ermöglicht das Sammeln von Partikeln aus dem Probenluftstrom mit über 95% Effizienz in einem ca. 1 mm durchmessenden zentralen Abscheidefleck.

: Bei 100facher Vergrößerung sind im Durchlichtmikroskop bereits Details zu erkennen. Die größten Partikel durchmessen hier ca. 50 µm. Die kleinsten Partikel mit unter 1 µm sind bei dieser Vergrößerung dagegen kaum zu erkennen.

: Bei 1000facher Vergrößerung sind auch Bakterien optisch gut aufzulösen. Im reinen Durchlicht kann man jedoch auch mit guten Mikroskopen nur wenige eindeutige Strukturen erkennen.

: Derselbe Staubpartikel aus dem Schweinestall fluoreszenzgefärbt. Die spezielle Silikonoberfläche ermöglicht den Einsatz verschiedener Fluoreszenzfarbstoffe (z.B. SYBRSafe®). So können Mikroorganismen gezielt angefärbt werden und fluoreszieren bei Anregung mit entsprechenden Wellenlängen (hier rot-orange), anorganische Partikel und der Hintergrund bleiben ungefärbt und erscheinen dunkel.

: Auch auf diesem Ausschnitt finden sich große Aggregate von Bakterien in einer organischen Matrix, aber auch einzelne Zellen auf größere Partikel aufgelagert. Man erkennt zudem verschiedene Morphologien wie kokkoide oder stäbchenförmige Bakterien. Einzeln sind sie dagegen auf der Oberfläche kaum zu finden.

: Auch beim Einsatz anderer Fluoreszenzfarbstoffe (hier SYTO9) heben sich die einzelnen Bakterien deutlich von der sie umgebenden organischen Matrix ab.

: In der direkten Nähe eines Stalls wurden diese Partikel aus der Außenluft abgeschieden. Man kann deutlich ein Aggregat orange gefärbter kokkoider Bakterien neben einem ungefärbten anorganischen Partikel erkennen.

: Auch hier sind wieder reine Bakterienaggregate sowie vereinzelt Bakterien auf einem organischen Partikel aufgelagert zu erkennen. Dazwischen liegt ein relativ großer anorganischer Partikel auf der Oberfläche.

: In der Aussenluft in Stallnähe finden sich hier neben Bakterienaggregaten eine Vielzahl von Pilzsporen.

: Manchmal finden sich auch solche eigenartig anmutenden Strukturen. Es handelt sich hier um ein fluoreszenzgefärbtes Leitbündelfragment einer Pflanze.

: In dieser Aussenluftprobe ist zentral eine Pilzhyphe mit angelagerten Bakterien zu sehen. Links und rechts daneben mehr oder weniger deutlich angefärbte Pilzsporen.

: Aus unbelasteter Aussenluft auf dem freien Feld konnten diese Pilzsporenaggregate und Pollen (oben rechts) gesammelt werden. Dazwischen sind dunkle anorganische Partikel zu erkennen.

: Aus der Luft eines Heubodens konnten diese Partikel abgeschieden werden. Es handelt sich hier hauptsächlich um verschiedene Arten von Schimmelpilzsporen, vermutlich aus dem verrottenden Pflanzenmaterial.