Treten Menschen durch die Stalltür, verbreitet sich Aufregung in der gut beleuchteten Halle. Das zuvor zarte Piepsen einzelner Küken schwillt an zu einem Zwitscher-Orchester, flauschig gelbe Babyputen mit schwarzen Knopfaugen recken neugierig den Hals Richtung Tür. Von allen Seiten rennen sie den Besuchern entgegen, untersuchen mit ihren Schnäbeln furchtlos deren Gummischuhe. Die Luft ist feuchtwarm wie vor einem Sommergewitter, es riecht nach Holzspänen und Futter.
Es ist unmöglich, im Gewusel der Tiere, von denen die einen die roten Tränken ansteuern und die anderen sich um die gelbe Futterbahn scharen, ihre Anzahl zu schätzen. Doch Corinna Wilke weiß genau, wie viele Tiere sie vor acht Tagen eingestallt hat: 4.800 Hennen und 8.800 Hähne, allesamt frisch geschlüpft, lieferte man ihr auf den Hof. Der Betrieb, den die Tierärztin mit ihrem Mann führt, liegt im Landkreis Oldenburg, wo Fachwerkhäuser mit Reet gedeckt sind, Windräder am Horizont stehen und man sich mit „Moin“ begrüßt. Die Wilkes haben sich auf Putenaufzucht spezialisiert: Sechs Wochen lang ziehen sie die anfangs rund 60 Gramm leichten Küken groß. Mit mehr als zwei Kilo Gewicht geben sie die Jungtiere dann an den Mastbetrieb weiter, wo sie bis zur Schlachtung vier Monate bleiben.
Vögel durch Krankheit zu verlieren bedeutet nicht nur Tierleid, sondern ist auch schlecht fürs Geschäft. Deshalb sind die Hygienevorschriften strikt: Wer Wilkes Stall betritt, muss Plastiküberzieher über Füße und Unterschenkel streifen, in Gummischuhe und einen blauen Einweg-Overall schlüpfen, sich die Hände desinfizieren und vor dem ersten Schritt in die Sägespäne abermals die Schuhe wechseln. „Alle Tiere ständig gesund zu halten ist gar nicht so einfach“, erklärt die Tierärztin. „Bemerkt man eine Infektion zu spät, ist im schlimmsten Fall der ganze Bestand in Gefahr.“ Vier- bis sechsmal am Tag schaut sie deshalb nach ihrem „Putenkindergarten“, reinigt die Tränken, nimmt Wasserproben, achtet auf das Verhalten der Vögel und untersucht deren Kot im Labor der Praxis, in der sie angestellt ist. „Durchfall ist ein häufiges Problem“, sagt Wilke. „Gerade junge Puten sind anfällig, denn ihre Darmflora gerät schnell durcheinander.“
Strenge staatliche Vorgaben
Gegen Infektionen im Stall setzen Nutztierhalter seit Jahrzehnten Antibiotika ein – therapeutisch und metaphylaktisch: Werden bei der Therapie nur erkrankte Tiere behandelt, erlaubt die Metaphylaxe, dem Geflügel im Stall mit Krankheitsfällen auch solchen Tieren Medikamente zu verabreichen, die gesund sind. Mittlerweile ist jedoch klar, dass der Gebrauch von Antibiotika dringend reduziert werden muss: Zu groß sind weltweit die Probleme, die resistente Keime verursachen. Die Vorgaben des Veterinäramts für Antibiotikagaben im Stall sind deshalb im Lauf der vergangenen 20 Jahre strenger geworden.
Corinna Wilke ist heute etwa verpflichtet, vorher Proben zu nehmen, um zu klären, mit welchem Erreger sie es zu tun hat. Auf gut Glück ein Breitbandantibiotikum verteilen? Ist in der Tierhaltung seit 2022 stark eingeschränkt. Die Mittel gar einzusetzen, um schlechte Haltungsbedingungen zu kompensieren: verboten. „Ich muss auch genau dokumentieren, wie viele Puten an welchen Tagen welche Mengen eines Medikaments bekommen haben.“ Bricht zweimal hintereinander ibei den Tieren im selben Stall die gleiche Krankheit aus, ist ein Resistenztest mit Keimnachweis fällig. Und wer überdurchschnittlich viel Antibiotika verbraucht, ist schon seit 2014 verpflichtet, mit seinem Tierarzt Gegenmaßnahmen zu erarbeiten. Die Mittel als Wachstumsförderer zu verwenden, was früher üblich war und in manchen Ländern noch praktiziert wird, weil die Tiere dann mehr Fleisch ansetzen, ist seit 2006 in der gesamten EU verboten.
Weniger Antibiotika, mehr Gesundheit
Ihre Aufzeichnungen zeigen, dass die Wilkes seit etwa einem Jahr weniger Antibiotika benötigen als früher. Ihre Puten sind nicht mehr so oft krank, seitdem sie regelmäßig Ecobiol Fizz bekommen. Die Brausetablette, die in Wasser aufgelöst wird, enthält ein Probiotikum von Evonik, das auch als Futtermittelzusatz erhältlich ist. Nun ist das Produkt optimiert worden, und Ecobiol Pro kommt auf den Markt. Ob Tierhalter und Futtermühlen es als Tablette ins Trinkwasser oder als Pulver in die Futterpellets geben, das Prinzip ist das gleiche: Das Produkt stabilisiert unter anderem das Darmmikrobiom von Geflügel und hemmt die Ausbreitung gefährlicher Darmkeime wie Clostridium perfringens. Dieses Bakterium führt bei Hühnern häufig zu Infektionen. Sie verursachen nicht nur Durchfall, sondern Schäden in der Darmschleimhaut, die für das Tier tödlich enden können, in jedem Fall aber sein Wohl und Wachstum beeinträchtigen. Über infizierten Kot können sich zudem andere Vögel schnell anstecken. Den Landwirten entsteht durch Darmerkrankungen ihrer Tiere beträchtlicher wirtschaftlicher Schaden: Fachleute schätzen ihn weltweit auf bis zu sechs Milliarden US-Dollar jährlich.
Dank eines veränderten Produktionsverfahrens ist die Wirksamkeit von Ecobiol jetzt gestiegen. Einer Fütterungsstudie der Oklahoma State University zufolge verbessert es die Überlebensrate von Masthähnchen um 50 Prozent, verglichen mit einem marktüblichen Produkt. Corinna Wilke hat den Effekt in ihrem Stall vom ersten Einsatz an bemerkt: „Puten sind sehr sensibel und reagieren empfindlich auf Wetter- oder Futterveränderungen. Seit wir ihnen Ecobiol geben, ist alles entspannter geworden. Unsere Tiere sind gesünder und erreichen sogar ein höheres Gewicht.“
Die Besonderheit bei Ecobiol-Produkten: In dem Probiotikum mit „guten“ Bakterien für eine gesunde Darmflora sind keine aktiven Zellen enthalten, sondern deren Sporen. Bakterien der Gattung Bacillus bilden diese sogenannten Dauerformen, wenn Nährstoffe knapp werden. Sporen sind hitze- und kälteresistent, trotzen Säure, Strahlung und hohem Druck, kurz: Sie können bei widrigsten Bedingungen Millionen Jahre überdauern und auf bessere Zeiten warten. Erst wenn sie wieder geeignete Lebensbedingungen vorfinden, keimen die Sporen aus, entwickeln sich zu aktiven Bakterien und können sich vermehren.
Die Überlebensstrategie der Mikroorganismen machte sich Evonik bei der Entwicklung von Ecobiol Pro zunutze. Die Sporen der „guten“ Darmbakterien des Stammes Bacillus velezensis CECT 5940 sollen schließlich nicht schon beim Pressen der Pellets, im Futterlager, Trog oder Kropf eines Huhns aktiv werden, sondern erst in seinem Dünndarm. Dort muss es aber schnell gehen: Je nach Alter des Tieres durchläuft die Nahrung die Darmpassage in drei bis fünf Stunden, im Zwölffingerdarm wachsen die Sporen innerhalb von einer Stunde aus. Damit das Probiotikum dort wirken kann, ist das Timing entscheidend.
Tests im Geflügeldarmmodell
Wie sich Ecobiol im Hühnerdarm verhält, ermittelte Stefan Pelzer, Leiter der Mikrobiomforschung von Evonik, mit seinem Team. Im Biotech Hub des Chemieunternehmens im westfälischen Halle-Künsebeck arbeiten die Wissenschaftler seit einigen Jahren mit dem Geflügeldarm-Simulationsmodell „Dynamic Avian Intestine in-vitro System“ (DAISy), das sich schon bei der Entwicklung anderer Produkte bewährt hat. In jedem der Glasgefäße herrschen dieselben Bedingungen wie in jeweils einem der verschiedenen Abschnitte des Verdauungstrakts eines Huhns: pH-Wert, Sauerstoffgehalt, Enzymaktivität und die mikrobielle Zusammensetzung entsprechen den Bedingungen im Tier. „Wir können unterschiedliche Futtermischungen hineingeben und von DAISy verdauen lassen“, erklärt Pelzer. „Das Modell ermöglicht uns zudem, aus jedem Darmabschnitt Proben zu nehmen, für die wir sonst ein Huhn töten müssten.“
Ein Pipettierroboter nimmt den Menschen im Labor einen Teil der Arbeit ab und verdünnt die halb verdauten Futterreste aus DAISy bis zur gewünschten Konzentration. „Die Sporen überstehen den Kropf, dann durchwandern sie den Drüsen- und Muskelmagen“, erklärt Pelzer. „Im Dünndarm verdauen Enzyme die Nahrung weiter, wodurch Aminosäuren und Zucker entstehen.“ Beides dient den Sporen als Startsignal, um auszukeimen. Hat der Nahrungsbrei schließlich den hinteren Teil des Dünndarms erreicht, haben sich nahezu alle Sporen in aktive Zellen verwandelt.
Ecobiol Pro ist nicht der einzige probiotische Futtermittelzusatz für Nutztiere auf dem Markt. Doch die Experimente im DAISy-Modell zeigten, dass viele andere Produkte im Hühnerdarm gar nicht zu aktiven Bakterien werden: Die Vögel scheiden die Sporen ungenutzt wieder aus, weil sie nicht rechtzeitig auswachsen. So kann die Wirkung nicht eintreten. „Es reicht also nicht, die Sporen im Futter zu zählen, um die Wirksamkeit eines Produkts zu bestimmen“, schlussfolgert Pelzer, der seit 14 Jahren für Evonik forscht und an der Universität Tübingen lehrt. „Entscheidend für die probiotische Wirkung ist, dass die Sporen zur richtigen Zeit an der richtigen Stelle im Darm auswachsen.“
Fermentation als Schlüssel zum Erfolg
Die Sporen für Ecobiol Pro entstehen, wie viele erfolgreiche Evonik-Produkte, durch Fermentation, ein Spezialgebiet des Unternehmens. Bei dem biotechnologischen Prozess mit ausgewählten Bakterien im industriellen Maßstab herrschen anfangs für die Mikroorganismen perfekte Lebensbedingungen: Temperatur, pH-Wert, Druck, Sauerstoffgehalt und die Nährstoffzufuhr sind so optimiert, dass die Bakterien sich binnen kurzer Zeit vermehren. Erst wenn große Mengen Biomasse entstanden und die Nährstoffe aufgebraucht sind, setzt die sogenannte Sporulation ein: Die Bakterien bilden ihre widerstandsfähige Dauerform, die Spore. „Wir haben herausgefunden, dass wir das Gedächtnis der Sporen und damit die Auswachsgeschwindigkeit im Darm durch die Produktionsbedingungen im Fermenter beeinflussen können“, sagt Experte Pelzer. „Mit diesem Wissen haben wir den Herstellungsprozess und die Wirkung unseres Probiotikums optimiert, ohne den Bakterienstamm zu verändern.“ Verglichen mit dem Durchschnitt der untersuchten Wettbewerbsprodukte keimt das neue Ecobiol Pro signifikant schneller aus. „Ecobiol spielt damit in der Topliga probiotischer Produkte“, sagt Stella Molck, Mikrobiologin aus Stefan Pelzers Team.
Da Ecobiol Pro unterschiedlichen Futtersorten auf der ganzen Welt zugemischt wird, hat das Team in Halle-Künsebeck im DAISy-Modell auch geprüft, wie sich die Sporen in verschiedenen Mischungen verhalten, beispielsweise mit Mais, Sojaschrot oder Weizen. „Futter ist nicht gleich Futter“, betont Pelzer. „Die Qualität der Rohstoffe schwankt ständig, und die Formulierungen unterscheiden sich je nach Region.“ Die Auswachsgeschwindigkeit von Ecobiol Pro jedoch, das bewiesen die Tests im Labor, ist erstaunlich stabil. „Es funktioniert bei allen Futtermischungen ähnlich gut, während die Wettbewerbsprodukte größere Schwankungen zeigen“, berichtet der Leiter der Mikrobiomforschung.
»Die Welt hat ein großes Problem mit Antibiotikaresistenzen.«
Stefan Pelzer Leiter der Mikrobiomforschung bei Evonik
Probiotische Futtermittelzusätze kommen nicht nur Masthähnchen und Puten zugute: „Die Menschheit hat ein großes Problem mit Antibiotikaresistenzen, und wenn wir das nicht angehen, wird die Zahl der darauf zurückzuführenden Toten weiter massiv steigen.“ 73 Prozent der weltweit verwendeten Antibiotika fließen in die Nutztierhaltung – viel zu viel, findet Pelzer: „Auch im Sinne des von der Weltgesundheitsorganisation propagierten One-Health-Ansatzes, laut dem Gesundheitsrisiken für Mensch, Tier und Umwelt zusammenhängen, sollte uns der massive Antibiotikaeinsatz bei Tieren nicht egal sein. Denn er beeinträchtigt auch unser Leben.“
Die hohe Aussagekraft der Tests im Hühnerdarmmodell macht es möglich, die Wirksamkeit von Probiotika gezielt unter kundenspezifischen Futterbedingungen zu bewerten. Auf dieser Basis bieten Stefan Pelzer und Stella Molck Kunden eine enge Zusammenarbeit an: Futtermittel können eingesendet werden, um die Auswachsgeschwindigkeit verschiedener Probiotika individuell prüfen zu lassen. „Zunächst vergleichen wir das Auswachsverhalten von Ecobiol Pro mit anderen Produkten in kundenspezifischen Futtermitteln und geben den Kunden Tipps, wie sie die Wirksamkeit des Probiotikums verbessern können“, erklärt Molck.
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Ziel sei es, das eigene Produkt weiter einzuordnen und besser zu verstehen, welche Faktoren das Auswachsen der Sporen beeinflussen. Perspektivisch will das Unternehmen aus diesen Erkenntnissen ableiten, wie sich das Auswachsverhalten und damit die Wirksamkeit von Ecobiol Pro weiter verbessern lassen.
Lagerung bei minus 80 Grad
Wie Ecobiol Pro im industriellen Maßstab entsteht, lässt sich im Nordwesten Spaniens bestaunen. Die Molekularbiologin Pilar Honrubia leitet in Onzonilla südlich von León die kleine Produktionsanlage. 29 Menschen sind hier beschäftigt, eine lange Fensterreihe im Labor gibt den Blick in die Fermentationshalle frei. Seit vier Jahren stehen dort zwei neue Fermenter, 8.000 Liter fasst der größte Tank. Die Fermentation für Ecobiol Pro dauert fünf Tage und beginnt jeden Montag, sobald eine Mitarbeiterin vorsichtig eine frische Starterkultur aus dem Labor in die Halle getragen und in den ersten Tank gefüllt hat.
Angesetzt wird jede Starterkultur in einem Glaskolben im Produktionslabor des Standorts auf Basis von bakteriellen Stammzellbanken, die in Halle-Künsebeck angelegt wurden. Nach ihrer Anlieferung in Onzonilla werden diese Bakterienkulturen bei minus 80 Grad Celsius im Tiefkühlschrank gelagert. Bevor die großen Fermenter beimpft werden können, sind mehrere Kultivierungsschritte erforderlich. „Der größte Feind einer gelungenen Fermentation ist die Kontamination mit anderen Mikroorganismen“, sagt Betriebsleiterin Honrubia. „Wir achten daher während des ganzen Prozesses streng darauf, dass es nicht zu Verunreinigungen kommt. Im schlimmsten Fall müssten wir sonst die ganze Charge verwerfen.“ Geplant ist, die Produktion in Onzonilla weiter hochzufahren und bald rund um die Uhr in zwei Fermentern gleichzeitig laufen zu lassen, auch am Wochenende.
Zucker als Basis
In der Halle dröhnen Pumpen und Motoren, es riecht malzig. Ein Gabelstapler fährt vorbei, zwei Männer mit Schutzbrille wuchten einen dicken blauen Schlauch nach oben zu einer Öffnung im Fermenter. Das andere Ende steckt in einem Tank mit flüssiger Glukose, die sie nun in den rund vier Meter hohen Kessel pumpen. Zucker ist beim Fermentieren die wichtigste Zutat, er dient den Bakterien als Nahrung, während sie sich hinter der Edelstahlwand des Behälters vermehren. Ist die Glukose aufgebraucht, leitet der Nahrungsmangel die Sporenbildung ein; ist diese abgeschlossen, lässt sich die Biomasse aus Nährlösung, Wasser und Sporen ernten.
Nach dem Zentrifugieren bleibt ein zäher brauner Brei übrig. Er wird auf Tabletts gegossen, bei minus 35 Grad Celsius schockgefrostet und im Tiefkühlcontainer der Halle gelagert. Der nächste Schritt, das Trocknen, erfolgt nur wenige Meter weiter: In zwei großen Gefriertrocknern geht das gefrorene Wasser direkt in Dampf über, und zurück bleiben trockene Tafeln, die hauptsächlich aus Sporen bestehen. In einer Art Häcksler werden die Platten zerkleinert und gesiebt, anschließend wird das Pulver maschinell mit unterschiedlichen Hilfsstoffen vermischt, in Säcke abgefüllt – und fertig ist Ecobiol Pro.
Um sicherzugehen, dass in jedem Sack die angegebene Menge an Sporen steckt, untersuchen die Mitarbeiterinnen im Labor täglich bis zu 40 Proben aus der laufenden Produktion. Während der gesamten Inkubationszeit werden mehrmals Proben aus der Nährlösung entnommen; nach deren Trocknung wird die Konzentration der Ecobiol-Biomasse bestimmt. Denn das Endprodukt muss eine definierte, dem Kunden garantierte Konzentration enthalten. Um die Sporen zählen zu können, verdünnen die Biologinnen die Proben im Labor im ersten Stock und streichen sie auf sogenannten Agarplatten aus, auf denen die Sporen wieder auswachsen: Jede einzelne wächst auf dem Nährmedium im Brutschrank zu einer Bakterienkolonie heran, die dann mit bloßem Auge sichtbar ist oder maschinell gescannt und ausgezählt wird.
Die Mitarbeiterinnen im spanischen Labor untersuchen auch fertige Pellets, denen Ecobiol Pro in Futtermühlen beigemischt wurde, gerade erst kam eine neue Lieferung. Der Standort hat aber nicht nur menschliche Mitarbeiter: In einem separaten Gebäude auf dem Gelände ist Platz für 475 Hühner, an denen Futtermischungen getestet werden– streng überwacht von zwei Tierärzten.
Wenngleich das neue Ecobiol Pro gerade erst auf den Markt gekommen ist, steht schon jetzt fest: Es wird dazu beitragen, den Einsatz von Antibiotika in der Nutztierhaltung zu verringern. Davon profitieren zuerst die Tiere – zum Beispiel die Putenküken von Corinna Wilke, denen es mit Probiotika besser geht. Ihre Besitzerin freut das nicht nur als Betriebsleiterin: „Als Tierärztin ist es mir wichtig, dass wir dank solcher Produkte verantwortungsbewusster mit Antibiotika umgehen können.“ Denn das dient auch den Menschen auf der ganzen Welt.
