Untersuchungen zur Inaktivierung von Prionen unter Verwendung einer Thermodruckhydrolyse mit Mikrowellen

Abstract

The pathogens that cause TSE, known as prions, are infectious proteins that are responsible for a number of fatal neurodegenerative diseases in humans and animals. In the presented work, inactivation of category 1 and 2 meat mash contaminated with Scrapie 263 K and BSE 301 V were investigated as part of the project "PRIORITY 222887 Protecting the food chain from prions: shaping European priorities through basic and applied research". Category 1 material includes specific risk material that is produced at slaughter and poses a potential TSE risk. Currently this material has to be sterilised and incinerated according to European legislation and thus cannot be put to further use. We were looking for method which, on the one hand, prion proteins are safely inactivated and, on the other hand, a further material use of this inactivated material is made possible. This material could be used, for example, as a source of phosphorus or amino acids in fertilizers or as part of renewable energies such as biogas or biodiesel. Treatment with thermal pressure hydrolysis using microwaves was shown successful in inactivating category 1 and 2 meat mash contaminated with Scrapie 263 K at a temperature of 120°C and a treatment duration of 5 min. For complete inactivation of category 1 and 2 meat mash contaminated with BSE 301 V, a temperature of 120°C and a treatment duration of 10 min are required. Detection was carried out here exclusively by Western blotting. Since detection by Western blotting alone is not reliable, a bioassay was needed. The use of animals was not desired for various reasons, which is why an alternative was sought. With the help of in vitro amplification, the so-called Protein Misfolding Cyclic Amplification (PMCA), a method was found that can replace the bioassay. With PMCA, even small amounts of prions can be amplified identically in such a way that they can be detected by Western blotting. In subsequent inactivation experiments of peptone water spiked with Scrapie 263 K, which served as a meat pulp substitute, complete inactivation (at least 4-5 log10-step reduction) was achieved when treated in thermal pressure hydrolysis with microwaves at a treatment temperature of 120°C and for 15 min. In summary, the results of the work could show that thermal pressure hydrolysis with microwaves is suitable to ensure reliable inactivation of prion proteins in animal by-products.

Die Erreger der TSE, die sogenannten Prionen sind infektiöse Proteine, die für eine Reihe von tödlich verlaufenden neurodegenerativen Erkrankungen beim Menschen und bei Tieren verantwortlich sind. In der vorliegenden Arbeit wurde im Rahmen des Projekts “PRIORITY 222887 Protecting the food chain from prions: shaping European priorities through basic and applied research” Untersuchungen zur Inaktivierung von mit Scrapie 263 K und BSE 301 V versetztem Fleischbrei der Kategorie 1 und 2 durchgeführt. Zum Material der Kategorie 1 gehört spezifische Risikomaterial, welches bei der Schlachtung anfällt und ein potentielles TSE-Risiko birgt. Dieses Material muss zurzeit laut den gesetzlichen Bestimmungen in Europa sterilisiert und verbrannt werden und kann somit nicht einer weiteren Nutzung zugeführt werden. Es sollte eine Methode gefunden werden, mit der zum einen Prion-Proteine sicher inaktiviert werden und zum Anderen eine weitere stoffliche Nutzung dieses hygienisierten Materials ermöglicht wird. Dieses Material könnte z.B. als Phosphor-, Aminosäurequelle in Düngemitteln oder als Teil erneuerbarer Energien wie Biogas oder Biodiesel erfolgen. Die Behandlung mit der Thermodruckhydrolyse mit Mikrowellen ist bereits bei einer Temperatur von 120°C und einer Behandlungsdauer von 5 min erfolgreich in der Inaktivierung des mit Scrapie 263 K versetzten Fleischbrei der Kategorie 1 und 2. Für eine vollständige Inaktivierung des mit BSE 301 V versetzten Fleischbreis der Kategorie 1 und 2 benötigt man eine Temperatur von 120°C und eine Behandlungsdauer von 10 min. Der Nachweis erfolgte hier ausschließlich im Western Blotting. Da der Nachweis im Western Blotting allein nicht belastbar ist, sollte ein Bioassay erfolgen. Dieser war aus verschiedenen Gründen nicht gewünscht, weshalb nach einer Alternative gesucht wurde. Mit Hilfe der in vitro-Amplifizierung, der sogenannte Protein Misfolding Cyclic Amplification (PMCA) wurde eine Methode gefunden, die den Bioassay ersetzen kann. Durch die PMCA lassen sich auch geringe Mengen an Prionen identisch so vervielfältigen, dass diese mittels Western Blotting nachweisbar sind. In den nachfolgenden Inaktivierungsversuchen von mit Scrapie 263 K versetztem Peptonwasser, welches als Fleischbreiersatz diente, wurde bei der Behandlung in der Thermodruckhydrolyse mit Mikrowellen bei einer Behandlungstemperatur von 120°C und 15 min eine vollständige Inaktivierung (mindestens 4-5 log10-Stufen Reduktion) erreicht. Zusammenfassend konnten die Ergebnisse der Arbeit zeigen, dass die Thermodruckhydrolyse mit Mikrowellen geeignet ist, eine verlässliche Inaktivierung von Prion-Proteinen in tierischen Nebenprodukten zu gewährleisten.