Die im Biogasprozess anfallenden Gärreste werden oftmals als Wirtschaftsdünger verwendet. Krankheitserreger, die sich in den Gärresten befinden können über die Düngung in die Lebensmittelkette gelangen. Die Möglichkeit einer Vermehrung von Bakterien in den Biogasanlagen sowie deren Ausbreitung schürt die Bedenken der Öffentlichkeit. Das Ziel dieser Arbeit war es, Nachweismethoden für die Untersuchung von Proben aus Biogasanlagen zu etablieren, die Praxistauglichkeit dieser anhand von Proben aus Biogasanlagen zu überprüfen und die mikrobielle Belastung dieser Proben hinsichtlich ausgewählter Indikatorkeime zu erfassen. Bei den Indikatorkeimen handelte es sich um Clostridium perfringens, Clostridium botulinum, Enterokokken, Escherichia coli, ESBL-bildende Enterobaceriaceae und Salmonellen. Für die Etablierung der bakteriologischen Nachweismethoden wurde autoklavierter Gärrest mit einer definierten Keimmenge beimpft und auf verschiedene Nährmedien aufgebracht. Diese wurden bebrütet, ausgezählt und die KbE/ml berechnet. Mittels Probitanalyse wurde für jedes Medium die untere Grenze für den Nachweis aus beimpftem Gärrest bestimmt. Bei den Nährmedien handelte es sich um Brilliance™ Salmonella Agar, XLT4 Agar und XLD Agar für den Nachweis von Salmonella spp. Für E. coli wurden Tergitol 7 Lactose TCC Agar und Brilliance™ E. coli/Coliform Selektiv Agar verwendet. Der Nachweis von Enterokokken erfolgte mittels Slanetz Bartley Agar und Enterococcus Selektivagar. Für die ESBL-bildenden Enterobacteriaceae wurde der Brilliance™ ESBL Agar eingesetzt. Die getesteten Nährmedien zum Nachweis von C. perfringens waren Membran Clostridium Perfringens (mCP) Selektivnährboden sowie Tryptose Sulphite Cycloserine (TSC) Agar überschichtet mit TSC Agarbasis. Für C. botulinum erfolgte der Nachweis auf Eigelb Laktose Agar. Darüber hinaus wurde eine PCR zur C. perfringens Toxintyp-Bestimmung nach dem Protokoll von VAN ASTEN et al. (2009) etabliert. Zum Nachweis von C. botulinum wurde die PCR nach dem Protokoll von HILL et al. (2010) eingesetzt. Bei der Untersuchung der Praxistauglichkeit wurden Proben aus zehn Biogasanlagen des Freistaates Sachsen entnommen und untersucht. Hierbei handelte es sich um Proben aus Abschnitten vor, während und nach der Fermentation. Anhand der ermittelten Nachweisgrenze sowie der Handhabung wurden die folgenden Nährmedien für die Untersuchung der Biogasanlagen-Proben ausgewählt: Brilliance™ Salmonella Agar, XLT4 Agar, Brilliance™ E. coli/Coliform Selektiv Agar, Slanetz Bartley Agar, Brilliance™ ESBL Agar, TSC Agar überschichtet mit TSC Agarbasis und Eigelb Laktose Agar. Für die Anzucht anaerober Bakterien wurden die Proben vor der Beimpfung der Agarplatten erhitzt. Zudem erfolgte eine Anreicherung des zuvor erhitzten Probenmaterials in TPYG Bouillon. Diese wurde genutzt, um daraus aufgereinigte DNA mittels PCR auf C. botulinum und C. perfringens zu untersuchen. Die verwendeten Nährmedien wurden im Praxistest positiv evaluiert. Die Ergebnisse für die Proben aus den Biogasanlagen zeigten, dass, mit Ausnahme von C. perfringens, alle Indikatororganismen während des Biogasprozesses einer Reduktion unterlagen. Die durchschnittliche anaerobe Lebendkeimzahl belief sich auf 107 bis 108 KbE/g Probe. E. coli erfuhr eine Reduktion um bis zu vier Zehnerpotenzen. Enterokokken wurden um 1 bis 2 log10 Stufen reduziert. ESBL-bildende Enterobacteriaceae konnten in sechs der zehn Biogasanlagen nachgewiesen werden. Hierbei handelte es sich überwiegend um E. coli und Klebsiella spp. In keiner der Proben konnten Salmonellen oder C. botulinum nachgewiesen werden. Typ A war der am häufigsten nachgewiesene C. perfringens-Toxintyp. Das β2-Toxin-Gen wurde in 20 Fällen nachgewiesen. Einmal konnte C. perfringens Typ C, β2-Toxin-Gen-positiv detektiert werden. Der hygienische Status der Gärreste entsprach in etwa dem hygienischen Status von Gülle. In Abhängigkeit vom Indikatorkeim war eine Verbesserung des Status durch eine Reduktion der Keimzahl festzustellen.

Die im Biogasprozess anfallenden Gärreste werden oftmals als Wirtschaftsdünger verwendet. Krankheitserreger, die sich in den Gärresten befinden können über die Düngung in die Lebensmittelkette gelangen. Die Möglichkeit einer Vermehrung von Bakterien in den Biogasanlagen sowie deren Ausbreitung schürt die Bedenken der Öffentlichkeit. Das Ziel dieser Arbeit war es, Nachweismethoden für die Untersuchung von Proben aus Biogasanlagen zu etablieren, die Praxistauglichkeit dieser anhand von Proben aus Biogasanlagen zu überprüfen und die mikrobielle Belastung dieser Proben hinsichtlich ausgewählter Indikatorkeime zu erfassen. Bei den Indikatorkeimen handelte es sich um Clostridium perfringens, Clostridium botulinum, Enterokokken, Escherichia coli, ESBL-bildende Enterobaceriaceae und Salmonellen. Für die Etablierung der bakteriologischen Nachweismethoden wurde autoklavierter Gärrest mit einer definierten Keimmenge beimpft und auf verschiedene Nährmedien aufgebracht. Diese wurden bebrütet, ausgezählt und die KbE/ml berechnet. Mittels Probitanalyse wurde für jedes Medium die untere Grenze für den Nachweis aus beimpftem Gärrest bestimmt. Bei den Nährmedien handelte es sich um Brilliance™ Salmonella Agar, XLT4 Agar und XLD Agar für den Nachweis von Salmonella spp. Für E. coli wurden Tergitol 7 Lactose TCC Agar und Brilliance™ E. coli/Coliform Selektiv Agar verwendet. Der Nachweis von Enterokokken erfolgte mittels Slanetz Bartley Agar und Enterococcus Selektivagar. Für die ESBL-bildenden Enterobacteriaceae wurde der Brilliance™ ESBL Agar eingesetzt. Die getesteten Nährmedien zum Nachweis von C. perfringens waren Membran Clostridium Perfringens (mCP) Selektivnährboden sowie Tryptose Sulphite Cycloserine (TSC) Agar überschichtet mit TSC Agarbasis. Für C. botulinum erfolgte der Nachweis auf Eigelb Laktose Agar. Darüber hinaus wurde eine PCR zur C. perfringens Toxintyp-Bestimmung nach dem Protokoll von VAN ASTEN et al. (2009) etabliert. Zum Nachweis von C. botulinum wurde die PCR nach dem Protokoll von HILL et al. (2010) eingesetzt. Bei der Untersuchung der Praxistauglichkeit wurden Proben aus zehn Biogasanlagen des Freistaates Sachsen entnommen und untersucht. Hierbei handelte es sich um Proben aus Abschnitten vor, während und nach der Fermentation. Anhand der ermittelten Nachweisgrenze sowie der Handhabung wurden die folgenden Nährmedien für die Untersuchung der Biogasanlagen-Proben ausgewählt: Brilliance™ Salmonella Agar, XLT4 Agar, Brilliance™ E. coli/Coliform Selektiv Agar, Slanetz Bartley Agar, Brilliance™ ESBL Agar, TSC Agar überschichtet mit TSC Agarbasis und Eigelb Laktose Agar. Für die Anzucht anaerober Bakterien wurden die Proben vor der Beimpfung der Agarplatten erhitzt. Zudem erfolgte eine Anreicherung des zuvor erhitzten Probenmaterials in TPYG Bouillon. Diese wurde genutzt, um daraus aufgereinigte DNA mittels PCR auf C. botulinum und C. perfringens zu untersuchen. Die verwendeten Nährmedien wurden im Praxistest positiv evaluiert. Die Ergebnisse für die Proben aus den Biogasanlagen zeigten, dass, mit Ausnahme von C. perfringens, alle Indikatororganismen während des Biogasprozesses einer Reduktion unterlagen. Die durchschnittliche anaerobe Lebendkeimzahl belief sich auf 107 bis 108 KbE/g Probe. E. coli erfuhr eine Reduktion um bis zu vier Zehnerpotenzen. Enterokokken wurden um 1 bis 2 log10 Stufen reduziert. ESBL-bildende Enterobacteriaceae konnten in sechs der zehn Biogasanlagen nachgewiesen werden. Hierbei handelte es sich überwiegend um E. coli und Klebsiella spp. In keiner der Proben konnten Salmonellen oder C. botulinum nachgewiesen werden. Typ A war der am häufigsten nachgewiesene C. perfringens-Toxintyp. Das β2-Toxin-Gen wurde in 20 Fällen nachgewiesen. Einmal konnte C. perfringens Typ C, β2-Toxin-Gen-positiv detektiert werden. Der hygienische Status der Gärreste entsprach in etwa dem hygienischen Status von Gülle. In Abhängigkeit vom Indikatorkeim war eine Verbesserung des Status durch eine Reduktion der Keimzahl festzustellen.

Les neurotoxines botuliques (BoNTs), produites par C. botulinum, sont responsables du botulisme humain et animal. Dans sa forme naturelle, le botulisme résulte le plus souvent d’une absorption des toxines botuliques à partir du tube digestif après ingestion d’aliments contaminés par la toxine et C. botulinum. L’intoxination peut être divisée en 4 grandes étapes : production de toxine par la bactérie, ingestion d’aliments contenant la toxine préformée, passage de la neurotoxine à travers la barrière intestinale et action protéolytique aux terminaisons nerveuses. La régulation de la production des toxines et le passage des neurotoxines botuliques à travers la barrière intestinale sont mal compris. BoNT s’associe à des protéines non toxiques (NAPs) pour former des complexes de différentes tailles. Les gènes codant les BoNTs et NAPs sont regroupés sur le locus botulique et leur expression est contrôlée positivement par le facteur sigma alternatif BoTR/A. La toxinogénèse chez C. botulinum est contrôlée par un réseau complexe de régulateurs incluant au moins 3 systèmes à deux composants (TCS), identifiés pas la méthode d’ARN antisens, qui régulent positivement la production de complexe botulique indépendamment de BoTR/A. D’autre part, l’entrée de BoNT/B dans la barrière intestinale a été suivie à l’aide du fragment HcB marqué en fluorescence dans une anse intestinale ligaturée de souris. Des analyses en microscopie à fluorescence, immunohistochimie et microscopie électronique ont permis de mettre en évidence que HcB transcytose à travers les entérocytes par une voie d’endocytose dépendante de la dynamine. HcB cible les terminaisons nerveuses acétylcholinergiques de la lamina propia des villosités et gagne les neurones acétylcholinergiques et sérotoninergiques de la sous-muqueuse et de la musculeuse en seulement 10 minutes. Une étude in vitro réalisée sur cellules intestinales (m-ICcl2) montre que l’entrée de HcB est dépendante de récepteurs gangliosidiques GD1b/GT1b présents à la surface des cellules mais pas de la synaptotagmine II qui est requise pour l’entrée de BoNT/B dans les cellules neuronales. / Botulinum neurotoxins (BoNTs), produced by C. botulinum, are responsible for animal and human botulism. In its natural form, botulism is mostly acquired after absorption of BoNTs in the digestive tract after ingestion of food contaminated with C. botulinum and its toxins. The intoxination can be divided in 4 major steps: toxin production, ingestion of food contaminated with BoNTs, passage of BoNTs through the intestinal barrier, and proteolytic activity on nerve endings. Regulation of toxin production and passage of BoNTs through the intestinal barrier are poorly understood. BoNT associates with non toxic protein (NAPs) to form complexes of various sizes. The BoNTs and NAPs genes are clustered in the botulinum locus and are positively regulated by an alternative sigma factor BotR/A. Toxinogenesis in C. botulinum is regulated by a complex regulatory network containing at least 3 two components systems (TCS), identified by antisens RNA strategy, which regulate the production of botulinum complex independently of BotR/A. On the other hand, BoNT/B entry was monitored with fluorescent HcB fragment in ligatureted mouse intestinal loop. Fluorescent imaging analysis, immunohistochemistry and electron microscopy, have evidence that HcB is transcytosed through enterocytes cells by an endocytosis dynamin dependant. HcB targets acetylcholinergic nerves localized in lamina propria of villi then reaches serotoninergic and acetylcholinergic nerve endings in the submucosa and musculosa within 10 minutes. In vitro experiments performed on intestinal cell line (m-ICcl2) shows that the endocytosis of HcB is dependent on the GD1b/GT1b gangliosidic receptors on the cell surface but not on the synaptotagmine II protein which is recquiered HcB entry in neuronal cells

This study investigated factors associated with two mortality events: avian botulism in waterfowl and mortality associated with hatching asynchrony in prefledgling Franklins gulls (Larus pipixcan). The initial focus of my research was on the spatiotemporal relationship between mortality of Franklins gulls and the onset of botulism outbreaks in waterfowl, and the suitability of gull carcasses for proliferation and toxigenesis of Clostridium botulinum. From 1999 to 2001, dead hatch-year Franklins gulls were by far the most abundant carcasses, and the only source of toxin-laden maggots found on transects prior to the occurrence of avian botulism in waterfowl. Nest density was a significant predictor of hatch-year gull carcass density. High density of toxic material from gull carcasses prior to the onset of botulism in waterfowl coincided with high densities of susceptible birds; hence, mortality of Franklins gulls has the potential to be a major initiating factor for botulism outbreaks at Eyebrow Lake, Saskatchewan. The causes of gull mortality were conditions or diseases associated with starvation, stress, or immunosuppression, and most mortality occurred in third-hatched chicks. To separate effects of laying order from effects of hatching asynchrony on prefledgling survival, a cross-fostering experiment was conducted to create clutches containing asynchronously hatching eggs of the same laying order, and of similar egg mass, egg volume, and female quality. Hatching order, independent of laying order, significantly affected survival to fledging, whereas laying order had no observable effect, indicating that intraclutch variation in egg quality does not predetermine the fate of prefledglings, and may be less important than hatching asynchrony for survival of prefledgling Franklins gulls. Relationships among hatching asynchrony, laying order, mass, corticosterone, immune function, growth, and survival at two stages of development were complex. Hatching asynchrony significantly affected early and late prefledgling survival, and was directly or indirectly associated with mass, corticosterone level, and cell-mediated immune responses at early and later stages of development. Both hatching asynchrony and mass appeared to play key roles in mediating life history trade-offs among cell-mediated immune function, growth, and survival. In contrast to cell-mediated immune responses, primary humoral immune response was not directly affected by hatching order or mass, nor was it associated with survival to fledging. Rather, it was associated with laying order, neonatal testosterone, corticosterone at 2 weeks, growth of leg length, and clutch initiation date, illustrating the importance of examining more than one branch of the immune system in studies of life history trade-offs. This study is a step toward using a multipronged and multidisciplinary approach to demonstrate interactions and trade-offs among life history traits, the physiological mechanisms that produce these relationships, and how these relationships may change depending on stage of development.

This study investigated factors associated with two mortality events: avian botulism in waterfowl and mortality associated with hatching asynchrony in prefledgling Franklins gulls (Larus pipixcan). The initial focus of my research was on the spatiotemporal relationship between mortality of Franklins gulls and the onset of botulism outbreaks in waterfowl, and the suitability of gull carcasses for proliferation and toxigenesis of Clostridium botulinum. From 1999 to 2001, dead hatch-year Franklins gulls were by far the most abundant carcasses, and the only source of toxin-laden maggots found on transects prior to the occurrence of avian botulism in waterfowl. Nest density was a significant predictor of hatch-year gull carcass density. High density of toxic material from gull carcasses prior to the onset of botulism in waterfowl coincided with high densities of susceptible birds; hence, mortality of Franklins gulls has the potential to be a major initiating factor for botulism outbreaks at Eyebrow Lake, Saskatchewan. The causes of gull mortality were conditions or diseases associated with starvation, stress, or immunosuppression, and most mortality occurred in third-hatched chicks. To separate effects of laying order from effects of hatching asynchrony on prefledgling survival, a cross-fostering experiment was conducted to create clutches containing asynchronously hatching eggs of the same laying order, and of similar egg mass, egg volume, and female quality. Hatching order, independent of laying order, significantly affected survival to fledging, whereas laying order had no observable effect, indicating that intraclutch variation in egg quality does not predetermine the fate of prefledglings, and may be less important than hatching asynchrony for survival of prefledgling Franklins gulls. Relationships among hatching asynchrony, laying order, mass, corticosterone, immune function, growth, and survival at two stages of development were complex. Hatching asynchrony significantly affected early and late prefledgling survival, and was directly or indirectly associated with mass, corticosterone level, and cell-mediated immune responses at early and later stages of development. Both hatching asynchrony and mass appeared to play key roles in mediating life history trade-offs among cell-mediated immune function, growth, and survival. In contrast to cell-mediated immune responses, primary humoral immune response was not directly affected by hatching order or mass, nor was it associated with survival to fledging. Rather, it was associated with laying order, neonatal testosterone, corticosterone at 2 weeks, growth of leg length, and clutch initiation date, illustrating the importance of examining more than one branch of the immune system in studies of life history trade-offs. This study is a step toward using a multipronged and multidisciplinary approach to demonstrate interactions and trade-offs among life history traits, the physiological mechanisms that produce these relationships, and how these relationships may change depending on stage of development.