Zu entdecken, wie sich das Vogelgrippevirus in der Luft um Nutztiere herum abbaut und wie technische Lösungen diesen Abbau schnell und effizient bewirken können, sind Kernziele eines neuen, vom US-Landwirtschaftsministerium finanzierten, von der University of Michigan geleiteten Ingenieurprojekts. Diese Arbeit könnte dazu beitragen, künftige Ausbrüche zu verhindern oder abzumildern.
Der Nachweis einer Vogelgrippe-Infektion in Herden und Herden führt zur Massentötung von Tieren, wodurch die Nahrungsversorgungsketten unterbrochen werden. Der anhaltende Ausbruch von HPAI H5N1, der 2022 in den USA begann, hat zum Verlust von 175 Millionen Vögeln geführt und die Branche bis Ende 2024 rund 1,4 Milliarden US-Dollar gekostet.
Der Zuschuss in Höhe von 2 Millionen US-Dollar vom Tier- und Pflanzengesundheitsinspektionsdienst des USDA zielt darauf ab, zwei grundlegende Fragen zur Vogelgrippe zu beantworten:
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Wie schnell verliert das Virus, das die Vogelgrippe verursacht, seine Infektiosität in der Luft, insbesondere in der Luft in geschlossenen Viehhaltungsumgebungen?
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Welche Technologien können die Infektiosität der Vogelgrippe in diesen Umgebungen wirksam reduzieren?
Herek Clack, außerordentlicher Professor für Bau- und Umweltingenieurwesen an der UM, wird das Projekt leiten und Tests durchführen, um zu untersuchen, wie nichtthermische Plasmen Aerosole, die das Virus enthalten, das die Vogelgrippe verursacht, unfähig machen können, Menschen und Nutztiere zu infizieren. Der Ansatz seines Teams setzt im Wesentlichen Luft starken elektrischen Feldern aus und erzeugt so vorübergehend freie elektrische Ladungen, die Viren schädigen und unschädlich machen.
Sowohl das USDA als auch die Agrarindustrie wollen ein Leitfaden – wissenschaftlich fundierte Richtlinien – für den Umgang mit der Bedrohung durch die Vogelgrippe. Wir wollen besser verstehen, wie sich das durch die Luft übertragene Virus in geschlossenen Viehhaltungsbetrieben verhält und welche Technologien Tiere und Arbeiter am besten schützen können.“
Herek Clack, außerordentlicher Professor für Bau- und Umweltingenieurwesen an der UM
Wie nicht-thermisches Plasma Viren inaktiviert
Zuvor hatten Clack und sein Team einen Plasmareaktor entwickelt, der die Zahl infektiöser Viren in der Luft um 99,9 % reduzieren konnte. Aufbauend auf dieser Arbeit werden sie testen, wie nicht-thermisches Plasma Viren in der Luft inaktiviert, die Spuren von Schadstoffen wie Ammoniak enthält, die in der Umgebung von Nutztieren häufig vorkommen.
Clack und sein Team haben zuvor gezeigt, dass solche Luftschadstoffe in sehr geringen Konzentrationen die Wirksamkeit nichtthermischer Plasmen bei der Inaktivierung viraler Aerosole hemmen können. Im Rahmen dieses neuen Zuschusses werden sie das Spektrum der getesteten Luftschadstoffe erweitern und Verbesserungen des nichtthermischen Plasmas erforschen, die den Auswirkungen dieser Schadstoffe entgegenwirken könnten. Von besonderem Interesse ist, wie Luftschadstoffe und Plasmabehandlung getrennt voneinander den pH-Wert der Luft beeinflussen, ein chemisches Maß, das mit dem Säuregehalt zusammenhängt.
„Eine Schlüsselfrage, mit der wir uns beschäftigen, ist: ‚Was passiert mit dem pH-Wert – wie wirken sie sich auf die Infektiosität der Viren aus?‘“, sagte Clack. „Die Luftschadstoffe neigen dazu, den pH-Wert der Luft zu erhöhen, aber nichtthermisches Plasma senkt den pH-Wert.“
Wenn ein Teil der Wirksamkeit des Plasmas von der Senkung des pH-Werts der Luft abhängt, ist es möglicherweise nicht mehr so wirksam, wenn der pH-Wert der Luft zu Beginn höher liegt.
Messung des normalen Infektiositätsverlusts des Vogelgrippevirus in der Luft
Allen Haddrell, ein Forschungsstipendiat an der Universität Bristol im Vereinigten Königreich, wird eine relativ neue, von ihm selbst entwickelte Technologie einsetzen, um die Frage zu beantworten, wie lange das Virus, das die Vogelgrippe verursacht, seine Infektiosität in der Luft behält. Die herkömmliche Methode zur Messung der Zerfallsgeschwindigkeit von in der Luft befindlichen Viren besteht darin, eine zylindrische Trommel mit virenbeladener Luft zu füllen und die Trommel dann langsam zu drehen, um die Viruspartikel in der Luft zu halten. Die Einrichtung dieser Methode ist jedoch langsam.
„Was ihnen bei diesem Ansatz entgeht, sind ungefähr die ersten 20 Minuten des Infektiositätsabfalls“, sagte Haddrell. „Folglich können sie völlig unterschiedliche Ergebnisse erhalten. Verschiedene Forschungsgruppen können sich mit demselben Virus befassen und zu unterschiedlichen Schlussfolgerungen kommen.“
Haddrell wird eine Technik verwenden, die am Bristol Aerosol Research Centre entwickelt wurde.
„Wir lassen virushaltige Tröpfchen in einem elektrodynamischen Feld schweben“, sagte er. „Wir setzen die Population von Viren, die Aerosole enthalten, unterschiedlichen Umweltbedingungen aus, wobei wir Dinge wie die relative Luftfeuchtigkeit oder die Gaszusammensetzung verändern.“
„Nach einem festgelegten Zeitraum deponieren wir das Aerosol und messen, wie stark sich die virale Infektiosität verändert hat. Mit diesem Ansatz messen wir, wie sich unterschiedliche Umgebungen auf den viralen Zerfall in der Luft auswirken. Und wir nutzen diese Informationen, um die grundlegenden Treiber des Zerfalls herauszufinden.“
Ein besseres Verständnis der Zerfallsdynamik des Virus, das die Vogelgrippe verursacht, und ein bewährtes Mittel zur Inaktivierung des Virus in der Lüftungsluft würden der Agrarindustrie Werkzeuge an die Hand geben, mit denen sie das nächste Auftreten des Virus besser bewältigen kann. Aber es wird auch den Grundstein für eine Reaktion der Industrie auf die nächste menschliche Pandemie legen.
„Laut einem GAO-Bericht aus dem Jahr 2023 waren Arbeiter in diesen geschlossenen Vieh- oder Verarbeitungsbetrieben während der COVID-19-Krise einem 50- bis 70-mal höheren Risiko ausgesetzt, sich mit dem Virus zu infizieren“, sagte Clack. „Es hat uns gezeigt, dass diese engen Arbeitsbedingungen die Quelle eines größeren Risikos darstellen.“
Wenn wir die Zerfallsrate luftübertragener Viren, wie sie die Vogelgrippe verursachen, verstehen, können wir Arbeiter und Tiere wirksamer vor künftigen infektiösen Atemwegserkrankungen schützen.
Quellen: