Monitoring of Bacterial Cold Water Disease by quantification of Flavobacterium psychrophilum in water by qPCR

In den kalten, klaren Gewässern der Forestenzuchten tobt oft ein stiller Kampf zwischen den Fischen und einem mikroskopisch kleinen Eindringling. Dieser Feind ist ein Bakterium namens Flavobacterium psychrophilum, ein Erreger, der die bakterielle Kaltwassererkrankung (Bacterial Cold Water Disease) und ein verwandtes Krankheitsbild, das Regenbogenforellen-Fry-Syndrom, verursacht. Im Gegensatz zu vielen Infektionen, die sich durch direkten Kontakt schnell von Fisch zu Fisch ausbreiten, verfolgt dieses Bakterium eine heimtückischere Strategie: Es lebt und vermehrt sich im Wasser selbst. Es kann monatelang in der Umgebung überleben und darauf warten, dass die richtigen Bedingungen eintreten, um zuzuschlagen. Wenn dies geschieht, sind die Folgen für die Fischzüchter schwerwiegend und führen zu hohen Sterberaten, Wachstumshemmungen und erheblichen finanziellen Verlusten. Die Herausforderung für Wissenschaftler und Landwirte bestand schon immer darin, zu wissen, wann das Wasser gefährlich wird. Bis die Fische sichtbare Anzeichen von Krankheit zeigen, wie etwa Hautläsionen oder Lethargie, ist die Infektion oft schon weit fortgeschritten. Um Ausbrüche zu verhindern, benötigen Forscher eine Möglichkeit, die unsichtbare Bedrohung im Wasser zu messen, lange bevor die Fische krank werden, und so als Frühwarnsystem für die gesamte Farm zu fungieren.

Ein Team von Forschern der Veterinärmedizinischen Universität Brünn setzte sich zum Ziel, dieses Problem zu lösen, indem sie eine neue Methode zur Überwachung des Wassers testeten. Sie wollten untersuchen, ob eine spezifische Labortechnik, bekannt als quantitative Polymerase-Kettenreaktion oder qPCR, genau zählen kann, wie viele Bakterienkopien im Wasser schwimmen. Diese Methode funktioniert durch den Nachweis des genetischen Materials der Bakterien, was es Wissenschaftlern ermöglicht, die Menge des Erregers zu messen, ohne ihn in einer Petrischale züchten zu müssen. Das Team testete ihren Ansatz zunächst im Labor mit Wasser, das sie künstlich mit den Bakterien kontaminiert hatten. Sie verglichen ihre neue Methode mit der traditionellen Methode zum Nachweis der Bakterien, bei der das Wasser gefiltert wird und man wartet, bis die Bakterien zu sichtbaren Kolonien auf einer speziellen Platte heranwachsen. Sie fanden heraus, dass ihre neue Methode weitaus empfindlicher war. Während die traditionelle Plattenmethode die Bakterien in sehr verdünnten Proben übersah, konnte der Gentest sie dennoch nachweisen. Sie entdeckten auch, dass ein spezifischer Typ eines chemischen Farbstoffs, der in dem Test verwendet wird, nämlich SYBR Green, in dieser schwierigen Wasserumgebung besser funktionierte als die gängigere probenbasierte Methode, die dazu neigte, niedrige Mengen der Bakterien zu übersehen.

Mit ihrer verfeinerten Methode begaben sich die Forscher in die Praxis. Sie sammelten Wasserproben von einundzwanzig verschiedenen kommerziellen Salmonidenfarmen während des Frühjahrs. Gleichzeitig untersuchten sie lebende Fische von diesen Farmen, um Anzeichen von Krankheiten zu prüfen. Die Ergebnisse zeigten eine klare Verbindung zwischen der Menge der Bakterien im Wasser und der Gesundheit der Fische. Auf Farmen, auf denen die Fische gesund waren und keine Anzeichen einer Infektion zeigten, enthielt das Wasser weniger als 20.000 Kopien des Bakteriums pro Milliliter. Auf der einen Farm jedoch, auf der eine aktive Infektion stattfand und die Fische klinische Anzeichen der Krankheit zeigten, enthielt das Wasser 26.400 Kopien pro Milliliter. Die Daten zeigten einen starken Zusammenhang: Mit steigender Anzahl der Bakterienkopien im Wasser stieg auch die Wahrscheinlichkeit, die Bakterien in den Fischen zu finden. Im spezifischen Fall der infizierten Farm fanden die Forscher die Bakterien in den Milzen der Fische, was bestätigte, dass die hohen Zahlen im Wasser zu einer echten Infektion geführt hatten.

Die Studie beleuchtete auch eine oft verwirrende Situation, die in der Aquakultur auftritt. Auf einigen Farmen, auf denen die Fische gesund erschienen, fanden die Forscher trotz der niedrigen Werte in den Wassertests immer noch geringe Mengen der Bakterien in den Milzen der Fische. Dies deutet darauf hin, dass die Fische die Bakterien tragen können, ohne krank zu werden, ein Zustand, der als asymptomatische Kolonisation bekannt ist. Dies geschieht meist, wenn das Wasser kalt ist und das Immunsystem der Fische weniger aktiv ist. Die Forscher merkten an, dass diese stille Präsenz nicht immer einen Krankheitsausbruch ankündigt. Die Bakterien verursachen erst dann Krankheiten, wenn die Fische unter Stress stehen, die Wasserqualität schlecht ist oder andere Faktoren die Abwehrkräfte der Fische schwächen. Daher ist das Finden einiger weniger Bakterien in einem gesunden Fisch nicht dasselbe wie das Finden eines aktiven Ausbruchs. Der entscheidende Hinweis liegt im Wasser selbst: Wenn die Konzentration der Bakterien im Wasser sich der Marke von 20.000 Kopien pro Milliliter nähert, dient dies als kritischer Risikofaktor.

Basierend auf diesen Erkenntnissen empfehlen die Forscher den Fischzüchtern, diese Zahl als Warnsignal zu behandeln. Wenn die Überwachung zeigt, dass das Wasser diesen Wert erreicht, sollten auch vor dem Auftreten von Krankheitssymptomen bei den Fischen sofortige Präventivmaßnahmen ergriffen werden. Zu diesen Schritten gehören das schnelle Entfernen toter Fische, da diese eine Hauptquelle der Bakterien sind, die Reduzierung der Besatzdichte in den Tanks und die Erhöhung des Frischwasserzuflusses. Das Ziel ist es, die Vermehrung der Bakterien auf gefährliche Mengen zu stoppen, bevor ein Ausbruch entstehen kann. Durch die Nutzung dieser genetischen Zählmethode können die Züchter vom bloßen Reagieren auf kranke Fische zum proaktiven Management der Wasserqualität übergehen und so ihren Bestand vor den verheerenden Auswirkungen dieser Kaltwassererkrankung bewahren.