Den Flug von Bioaerosolen verfolgen

Federführendes Institut AT Institut für Agrartechnologie

Fluoreszierende biologische Tracerpartikel zur Validierung von Ausbreitungsrechnungen

Schnelldetektionsverfahren für fluoreszenzmarkierte biologische Tracerpartikel zur Untersuchung der Ausbreitung von luftgetragenen Mikroorganismen sowie der Validierung von Ausbreitungssimulationen

Geplante Stallbauten rufen immer häufiger Widerstand in der Bevölkerung hervor. Der Grund dafür: Emissionen von Bioaerosolen aus Tierställen. Wir entwickeln Messsysteme, um zuverlässige Daten zu erheben und für eine gesundheitliche Bewertung zur Verfügung zu stellen.

Hintergrund und Zielsetzung

Die Luft in Tierställen enthält große Mengen Mikroorganismen wie Bakterien und Schimmelpilze, die über die Abluft auch nach außen gelangen. Anwohner befürchten häufig, dass diese sogenannten Bioaerosole die Gesundheit der Menschen beeinträchtigen können. Auch besteht die Gefahr, dass sie Krankheiten zwischen Tierbeständen übertragen. Über welche Entfernungen und bei welchen Bedingungen dies stattfinden kann, ist weitgehend unklar. Dies über Konzentrationsmessungen vor Ort zu ermitteln, ist mit einem großen logistischen Aufwand und hohen Kosten verbunden. Daher ziehen Experten häufig Computermodelle heran, um die Ausbreitungsentfernungen zu berechnen. Die klassischen Modelle wurden jedoch ursprünglich für die Simulation von Gasen oder Staub entwickelt und nicht für lebende (Mikro-)Organismen. Unser Ziel ist es, eine Methode zu entwickeln, mit der wir testen können, ob bestehende Computermodelle die Ausbreitung von Mikroorganismen zufriedenstellend vorhersagen.

Zielgruppe

Gutachten zu geplanten Stallbauten beinhalten in der Regel auch eine Modellierung darüber, wie sich Bioaerosole ausbreiten. Unsere Daten helfen Landesämtern, Umweltgutachtern und Ingenieurbüros, die diese Gutachten erstellen: So können sie die Ergebnisse von Ausbreitungsmodellen besser einschätzen.

Vorgehensweise

Mit der Firma Palas aus Karlsruhe markieren wir harmlose Mikroorganismen mit einem ungiftigen Farbstoff, der unter UV-Licht fluoresziert. Dann entwickeln wir eine Messzelle, die die so markierten „Tracerpartikel“ in der Luft in Echtzeit detektieren kann. Wenn wir nun mehrere Milliarden der Tracerpartikel in einem Stall in die Luft sprühen, können wir messen, wie viele davon nach außen gelangen und wie weit sie fliegen. Die Messdaten vergleichen wir mit dem Ergebnis der Computersimulation und können so das entsprechende Modell bewerten.

Daten und Methoden

Für die Entwicklung der Tracerpartikel setzen wir klassische mikrobiologische Methoden und verschiedene Fluoreszenz-Färbetechniken ein. Die Entwicklung der Messzelle erfordert von der Firma Palas großes Knowhow im Bereich der Partikeldetektion mit Aerosolspektrometern.

Unsere Forschungsfragen

Können wir mit Computermodellen, die für die Simulation von Gasen oder Staub entwickelt wurden, auch die Ausbreitungsentfernungen von Mikroorganismen aus Tierhaltungsanlagen zufriedenstellend berechnen?

Ergebnisse

Es ist uns bereits gelungen, harmlose Hefezellen mit einem ungiftigen Farbstoff und Zusätzen aus der Lebensmittelindustrie so zu markieren, dass deren Fluoreszenz auch in der Luft über längere Zeit stabil bleibt. Mithilfe eines speziellen Sammlers können wir diese Tracerpartikel aus der Luft sammeln und unter dem Mikroskop zählen bzw. die Hefen auf Nährböden kultivieren und so die Anzahl „koloniebildender Einheiten“ ermitteln. Sobald die Messzelle fertiggestellt ist, können wir die Tracerpartikel komfortabel online detektieren. Mithilfe mehrerer Messzellen soll es erstmals gelingen, ein komplettes Messnetz um ein Stallgebäude aufzubauen. Damit kann die Ausbreitung von luftgetragenen Mikroorganismen in Echtzeit verfolgt und mit den Vorhersagen der Computermodelle verglichen werden.