Bewertung des Vorkommens und der Auswirkung von infektiösen Biomolekülen in Böden unter besonderer Berücksichtigung ihrer Persistenz

Die Persistenz von infektiösen Biomolekülen im Boden ist von hoher Bedeutung, insbesondere in Hinblick auf Prionen, die verantwortlichen Agenzien für Transmissible Spongiforme Enzephalopathien (TSEs) wie Scrapie oder der Chronic Wasting Disease (CWD). Unterschiedliche Studien haben gezeigt, dass Prionen im Boden überleben können, ohne ihre biologische Aktivität zu verlieren. Die Ausbreitung von Prionen in die Umwelt kann durch verschiedene Ursachen erfolgen, wie z.B. durch infizierte Plazenta oder Fruchtwasser von Scrapieinfizierten Schafen. Weiterhin ist eine Umweltkontamination durch infizierten Speichel, Exkremente oder durch nicht ausreichend sterilisierten organischen Dünger vorstellbar. Scrapiefreie Herden können sich wiederum mit Scrapie infizieren, wenn diese auf Weiden gehalten werden, auf den zuvor Scrapie-Ausbrüche beobachtet wurden. Diese Befunde deuten auf eine nachhaltige Kontamination der Umwelt, insbesondere des Bodens hin. Um dies näher zu untersuchen, wurde am Fraunhofer IME, Schmallenberg, ein Forschungsvorhaben durchgeführt, welches die Persistenz von Prionen im Boden genauer analysieren sollte. Durch den Einsatz von Freiland-Lysimetern, wurde die Kontamination eines Standardbodens unter der Verwendung des Hamster-adaptierten Scrapie-Stamm 263K simuliert. Die Prionen wurden durch Westernblotting nachgewiesen und die Infektiosität mittels Bioassay mit Syrischen Goldhamstern untersucht. Unsere Ergebnisse zeigen eindeutig, dass der Scrapie-Stamm 263K im Boden über einen Zeitraum von 29 Monaten nachweisbar ist und dieser Boden nach oraler Verfütterung hoch-infektiös ist. Auffallend war, dass nicht nur der kontaminierte Boden im Tierversuch eine sehr hohe Infektiosität aufwies, sondern dass auch wässrige Extrakte des kontaminierten Bodens, zu einer Scrapie-Erkrankung bei den Hamstern nach oraler Applikation führten. Weiterhin konnten wir zeigen, das PrP( hoch Sc), welches nach 21 Monaten aus dem Boden extrahiert wurde, als Ausgangsmaterial für die Protein Misfolding Cyclic Amplification (PMCA) Reaktion eingesetzt werden konnte. Die PMCA stellt daher eine Alternative dar, um die Nachweismöglichkeit von Prionen in Boden im freien Feld wesentlich zu verbessern.

The persistence of infectious biomolecules in soil constitutes a substantial challenge. This holds particularly true with respect to prions, the causative agents of transmissible spongiform encephalopathies (TSEs) such as scrapie or chronic wasting disease (CWD). Various studies have indicated that prions are able to persist in soil for years without losing their pathogenic activity. Dissemination of prions into the environment can occur from several sources, e. g. infectious placenta or amniotic fluid of sheep. Furthermore, environmental contamination by saliva, excrements or non-sterilized agricultural organic fertilizer is conceivable. Scrapie-free sheep flocks can become infected on pastures where outbreaks of scrapie had been observed before. These findings point to a sustained contagion in the environment, and notably the soil. Due to these observations a research project has been conducted at the Fraunhofer IME, Schmallenberg, Germany, for analyzing the persistence of prions in soil more detailed. By using outdoor lysimeters we simulated a contamination of standard soil with hamster-adapted 263K scrapie prions and analyzed the presence and biological activity of the soil-associated PrPSc and infectivity by Western blotting and hamster bioassay, respectively. Our results showed that 263K scrapie agent can persist in soil at least over 29 months. Strikingly, not only the contaminated soil itself retained high levels of infectivity as evidence by oral administration to Syrian hamsters, but also feeding of aqueous soil extracts was able to induce disease in the reporter animals. We could also demonstrate that PrPSc in soil, extracted after 21 months, provides a catalytically active seed in the protein misfolding cyclic amplification (PMCA) reaction PMCA opens therefore a perspective for considerably improving the detectability of prions in soil samples from the field.