Mobile Diagnosen sollen Verlust von Schweinen durch Krankheiten eindämmen
In der modernen Fleischproduktion sind die Tiere meist gedrängt in Ställen untergebracht, wodurch sie anfällig für die Verbreitung von Infektionskrankheiten sind. Dadurch ist die Früherkennung und Impfung von zentraler Bedeutung zur Eingrenzung der schädlichen Folgen für die Wirtschaft und das Tierwohl. Zwischen 2018 und 2021 werden Krankheitsausbrüche vermutlich zu 10 % Verlust in der weltweiten Schweinefleischproduktion führen, von 113 auf 101,5 Millionen Tonnen. Daher hat das von der EU unterstützte Projekt SWINOSTICS (Swine diseases field diagnostics toolbox) ein schnelles, präzises, mobiles Diagnoseinstrument für Schweine vor Ort entwickelt. Aktuell läuft die Krankheitskontrolle über Labortests von zufälligen Bestandsstichproben. Mit dem mobilen Gerät von SWINOSTICS können vier Proben gleichzeitig auf die sechs wichtigsten Schweineviren untersucht werden: das ASP-Virus (Afrikanische Schweinepest), das PRRS-Virus (porzines Reproduktions- und Respirationssyndrom), das KSP-Virus (Klassische Schweinepest), das PCV2 (porzines Circovirus-2), das PPV (porzines Parvovirus) und das Schweinegrippevirus. Die Sensoren können bis zu zehnmal wiederverwendet werden und die Ergebnisse liegen nach nur 45 Minuten vor. „Unser Gerät kann die Art, wie die Schweineindustrie kontrolliert wird, revolutionieren, da Bestände häufiger geprüft werden können und es ideal für Grenzkontrollen bei Ein- und Ausfuhr geeignet ist“, sagt Alessandro Giusti, Leiter der Forschung und Entwicklung am Projektträger (CyRIC).
Virus-App
Das Herz des Geräts ist ein Biosensor mit integrierten optischen Schaltkreisen. Diese sind üblicherweise siliziumbasierte Schaltkreise, die denen in elektronischen Geräten wie Handys gleichen, doch im SWINOSTICS-Gerät übertragen sie nicht Strom sondern manipulieren Lichtteilchen (Photonen). Die Oberfläche der Schaltkreise enthält Antikörper gegen die entsprechenden Viren. Wenn die Proben also mit den Biosensoren in Kontakt kommen, verbinden sich vorhandene Viren mit den Antikörpern. Dann misst das Gerät die resultierende Veränderung des Brechungsindexes des vom Schaltkreis ausgegebenen Lichts. Diese Messungen deuten auf das Vorhandensein oder Fehlen des anvisierten Virus hin. Das Kommunikationsmodul des Geräts sendet dann eine Nachricht mit den Ergebnissen aus. „Da das System Informationen über die Viruslast ausgibt, kann es eingesetzt werden, um Schlussfolgerungen auf die Wahrscheinlichkeit zu ziehen, mit der die Tiere eine Krankheit entwickeln oder andere Tiere anstecken“, erklärt Giusti. Die Verbindung mit dem Diagnosegerät erfolgt über Bluetooth mit der SWINOSTICS-App. Außerdem gibt es eine fortschrittlichere cloudbasierte Schnittstelle und Plattform für detaillierte Datenanalysen, die für Forschende, Normungsstellen und öffentliche Behörden gedacht ist. Vier Versionen des Geräts mit über 100 Sensoren wurden zunächst in den Laboren von CyRIC getestet und dann für eine vollständige Validierung an vier Pilotstandorte in Griechenland, Italien, Polen und Ungarn gesendet. Diese Phase läuft noch. „Die bisherigen Ergebnisse sind sehr vielversprechend: Die Sensitivität und Spezifität sind bei über 70 %“, fügt Giusti hinzu.
Auf dem Weg zu autonomen Diagnosen
Die zunehmende Verbreitung von Krankheiten unter Nutztieren gefährdet die Verfügbarkeit hochwertiger Fleischerzeugnisse, senkt die Gewinne für europäische Betriebe und erhöht gleichzeitig die Nahrungsmittelpreis für die Verbrauchenden. Insbesondere führt sie zu einem intensiveren Einsatz von Antibiotika, der sich nicht nur auf die Tiere, sondern durch die Nahrungsmittelkette auch auf die Gesundheit des Menschen auswirkt. „Nach der Agenda „One Health“ kann unser Gerät durch die Aufrechterhaltung der Schweinegesundheit zur Lösung dieser Herausforderungen beitragen“, sagt Giusti. „Langfristig können wir uns vorstellen, dass unser mobiles Gerät ein Meilenstein bei der vollständig automatisierten Diagnose der Tiergesundheit bei einer Vielzahl an Nutztieren sein könnte.“ Das Geräte und die Sensoren durchlaufen derzeit größere Validierungsstudien, während weitere Verbesserungen eingeführt werden, um eine erhöhte Genauigkeit und Kompatibilität mit den Industriestandards zu gewährleisten, bevor sie kommerzialisiert werden.
Schlüsselbegriffe
SWINOSTICS, Virus, Schweine, Schweinefleisch, Krankheit, Antibiotika, Viehbetrieb, Diagnose, Nahrungsmittel, Infektion