Erzeugnisse und Verfahren zur Steigerung von
Wachstumsgeschwindigkelt und/oder Nutzung von Futter- oder Nahrungsmitteln und/oder Resistenz bei Tieren und Menschen
Die Erfindung betrifft Erzeugnisse und Verfahren gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 11, 32 und 33.
Die seit vielen Jahrzehnten eingesetzten Futtermittel bzw. Futtermittelzusatzstoffe und andere Verfahren zur Förderung des Wachstums der Tiere und zur Verbesserung der Nährstoffnutzung zeigen nur eingeschränkt Erfolg.
Antibiotika in Futtermitteln führen nicht nur zu irreparablen Gesundheitsschäden der Tiere durch zunehmende Bildung von resistenten Erreger-Stämmen mit der Gefahr von Sekundärerkrankungen, sondern erweisen sich auch für den Menschen als Endverbraucher der Lebensmittel tierischen Ursprungs (z.B. Fleisch, Milch, Butter, Eier) als höchst gesundheitsgefährdend.
Hormone schädigen noch stärker u.a. aufgrund ihrer anabolen Förderung der Wachstumsgeschwindigkeit die Gesundheit von Tier und Mensch.
Die genannten Wirkstoffe können zudem nicht im gewünschten Maß wieder aus dem Körper der Tiere ausgeschieden werden, d.h. sie kumulieren im Tier als Rückstande bei Fleisch, Milch, Butter und Eiern.
Die weltweite Verwendung der genannten Wirkstoffe führte in den Industrieländern zur Überproduktion minderwertiger Lebensmittel tierischen Ursprungs, deren Genuß den Menschen besonders stark gesundheitlich gefährdet.
Da die herkömmlichen Erzeugnisse und Verfahren diese zahlreichen gesundheitsschädlichen Nachtelle aufweisen und keine geeigneten anderen Verfahren im Zusammenhang mit den kommerziell verwendeten Futtermitteln bekannt sind, besteht seit vielen Jahrzehnten ein dringendes Bedürfnis an neuartigen Erzeugnissen bzw. Verfahren.
Der Jährliche Gesamtproduktϊonswert der Landwirtschaft allein in Deutschland übersteigt 60 Mrd. DM bei folgenden Anteilen:
- tierische Produktion über 40 Mrd. DM, davon
- Rinder über 25 Mrd. DM und
- Schweine über 11 Mrd. DM
(Horst Kräußlich, Neue Entwicklungen auf dem Gebiet der Tierzucht und deren wirtschaftliche Bedeutung, GRUR 1987, 340).
A u f g a b e der Erfindung ist daher, Erzeugnisse und Verfahren zur Steigerung von Wachstumsgeschwindigkeit bzw. Nutzung von Futter- und Nahrungsmitteln bzw. Resistenz bei Tieren und Menschen anzugeben, die biologisch wirksam und (daher) ohne jegliche Rückstandsprobleme sind.
Der Lösung der Aufgabe liegt die E r k e n n t n i s eines
immun-biologischen Mechanismus zugrunde, wie durch Untersuchungen der Erfinder an Labortieren (Hunden und Ratten) und Mast-Schweinen bewiesen.
Die erfindungsgemäße L ö s u n g der Aufgabe erfolgt durch die Lehre nach dem kennzeichnenden Teil der Ansprüche 1, 11 bzw. 32, 33.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung enthalten die übrigen Ansprüche.
Die erfindungsgemäße Steigerung von
Wachstumsgeschwindigkeit bzw. Nutzung der Futter- bzw. Nahrungsmittel beträgt leicht errreichbar mindestens einige 10 %, wie von den Erfindern insbesondere in der Schweinemast (vgl. weiter unten Versuche 1 und 2) nachgewiesen anhand von dort
um 30,4 % gesteigerter Futtermittelnutzung.
Wissenschaftliche Erkenntnisse
Sekretion und damit Verdauung des Magens werden üblicherweise in die kephale, gastrale und intestinale Phase eingeteilt.
Säure- und Pepsin-Sekretion werden dabei am stärksten in der gastralen Phase stimuliert.
Während dieser Phase wird das antrale Hormon Gastrin als der wichtigste Stimulus für die Säure-Sekretion freigesetzt 1. Die Säure-Sekretion Ist notwendig zur Denaturierung der Proteine und Ihren Abbau und auch die erste Infektionsbarriere. Die Säure, die über den Pylorus in den Bulbus duodenl gelangt, führt zur Freisetzung von Sekretin und auch in geringem Umfang Cholezystokinin 2.
Sekretin stimuliert stark die wäßrigen Komponenten der Pankreas-Sekretion und spült so die Pankreas-Enzyme heraus.
Durch diese Mechanismen wird die gesamte Kaskade der Verdauung eingeleitet.
Ein Schlüsselhormon in der gastralen Phase der Verdauung und folglich für die Induktion der Verdauungsprozesse im gastrointestinalen Trakt ist das Gastrin. Obwohl es über neurogene, mechanische und hormonale Stimuli freigesetzt wird, ist diese Freisetzung entscheidend jedoch von den einzelnen Nahrungsbestandteilen abhängig, die in den Magen gelangen. Proteine und Peptide sind die wesentlichen Substanzen in der Nahrung, die Gastrin freisetzen.
Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß mit Jeder Mahlzeit die Schleimhaut (Mukosa) des Magens in Kontakt mit Substanzen kommt, die im Magen-Darm-Trakt als Antigene immun-biologisch wirksam werden könnten.
Untersuchungen an Hunden
Die Erfinder haben entgegen der seit vielen Jahren gängigen Meinung 1 bei Hunden insbesondere folgendes festgestellt:
Bei nicht-immunisierten Hunden (20 Bastard-Hunden) rief die Gabe in. den Magen eines Antigens, nämlich humanes Gam maglobulin (HGG) als ein dem Hund fremdes Eiweiß, keine hormonale Stimulation hervor.
In immunisierten Hunden dagegen kam es zu hoch-signifikanter und starker Freisetzung von Serumgastrin, gleichzeitig zu signifikanter Zunahme der Durchblutung in der Mukosa des Antrums, des Bulbus duodeni und der Duodenalmukosa nach 10 min.
Nach intragastraler Gabe von menschlichem Albumin als nicht-antigenem Protein zeigte sich keine Freisetzung von Gastrin, was die Spezifität der immunologischen Reaktion beweist.
Wenn der Grad der Immunisierung abnahm, etwa 8 Wochen nach der letzten Boosterung, erfolgte nach Gabe von HGG in den Hundemagen nur noch eine geringfügige Freisetzung von Gastrin. Reimmunisierung führte wieder zu signifikantem Gastrin-Anstieg.
Zusätzlich konnte gezeigt werden, daß die Gabe von kommerziellem Hundefutter vor und nach der Immunisierung mit HGG keinerlei Änderungen in der Gastrinfreϊsetzung ergab.
Die Gastrln-Freisetzung wurde im weiteren verglichen mit derjenigen nach bekannter Proteinstimulation wie kommerzieller Formular-Diät zur enteralen Ernährung von Menschen (BiosorbinR) mit 5 g Proteinanteil, aufgelöst im gleichen Volumen. Dabei ergab sich fast keine Hormonfreisetzung, obwohl der Anteil an Proteinen und Peptiden, berechnet auf molarer Basis, größer im BiosorbinR ist als in der HGG-Lösung.
Andererseits führte die Gabe von 5 g bovinem Serum Albumin (BSA), einem dem Hund bekannten Protein, zu signifikanter Stimulation entsprechend der nach Hundefutter.
Auch die Sekretin-Freisetzung wurde verglichen.
Es kam zu starker Stimulation des Sekretins nach Gabe von 1 g HGG bei immunisierten Tieren, genau so stark, wie nach einer Futterstimulation.
Nach Gabe von BSA kam es allerdings zu keiner Sekretin-Freisetzung, wahrscheinlich bedingt durch die hohe Pufferkapazität dieser Substanz.
Cardiovasculäre und respiratorische Parameter:
Es kam zu keinerlei signifikanten Veränderungen des Herz-Minuten-Volumens, des Blutdrucks und der Blutgase bei beiden Gruppen von Tieren während der Studie, d.h. weder in immunisierten noch in nicht-immunisierten Tieren mit und ohne Antigengabe.
Es wurden keinerlei Einflüsse auf die respiratorlschen Funktionen beobachtet.
Untersuchungen an Ratten
Das erfindungsgemäß erkannte Phänomen der immunologischen Stimulation der Verdauung wurde auch bei Ratten von den Erfindern nachgewiesen.
Anwendung der Untersuchungen
Die verbesserte Verdauung und Verstoffwechselung des Eiweißes, das als Antigen benutzt wurde (und aller Eiweiße im Futter), hängt von den Bauchspeicheldrüsen-Enzymen ab.
Dieses Phänomen läßt sich dadurch erklären, daß die gesamte gastroenteropankreatische Kaskade immunologisch stimuliert werden kann:
- Es beginnt mit der Gastrin-Freisetzung,
- gefolgt von der Säure- und Schleim-Produktion,
- die schließlich zu einer Sekretin-Freisetzung mit allen Ihren Effekten führt.
Die Entdeckung des immunologischen Mechanismus zur Stimulation der
Verdauungsfunktionen bedeutet einenjieuen wichtigen Beitrag, um wirksam die Verdauung zu steuern.
Dieser Mechanismus bedient sich physiologischer Prozesse;
er ist "biologischer",
seine Wirksamkeit wurde in Feldversuchen (vgl. weiter unten) unter ökonomisch relevanten Bedingungen nachgewiesen.
Eine verbesserte Futter- oder Nahrungs-Nutzung ist von größter Wichtigkeit für Tier und Mensch mit ähnlich funktionierendem gastrointestinalen System, das ähnlich auf diesen erfindungsgemäß erkannten immunologischen Mechanismus reagiert. Die gleichartige Reaktion in Hund, Ratte und Schwein (vgl. unten) beweist dies.
Das herausragende Merkmal des entdeckten, der Erfindung zugrundegelegten, Mechanismus ist die stark gesteigerte Verdauungsleistung durch Induktion von vor allem Magen- und insbesondere Bauchspeicheldrüsen-Sekretion:
Gelangen in den Magen geringe Mengen des Antigens, gegen das das Tier immunisiert worden war, stellen diese einen sehr starken Stimulus gastrointestinaler Funktionen dar. Gastrin und Sekretin werden im folgenden freigesetzt, Magen- und Bauchspeicheldrüsen-Sekretion steigen an. Diese Vorgänge zeigen, daß geringe Mengen z.B. eines Proteins bei dagegen immunisierten Tieren ein starkes Ansteigen der Verdauungsleistung hervorrufen.
Für die Stimulation der Verdauung über diese immunologischen Mechanismen ist nicht die Menge der aufgenommenen Nahrung entscheidend, sondern die Zusammensetzung der Nahrung: Die Nahrung muß z.B. das Protein enthalten, das der Magen immunologisch erkennen kann. Dieser immunologische Stimulus ist sogar größer als der durch Vagusnerv, Hormone oder Dehnung des Magens ausgelöste. Diese Erkenntnisse der Erfinder über den immunologischen
Mechanismus sind die wissenschaftliche Grundlage der Wachstumssteigerung und der Verbesserung der Futter- bzw. Nahrungsmittelnutzung
Die Behandlung beinhaltet folglich die Verwendung einer natürlich vorkommenden oder einer synthetischen Substanz, die entweder, bereits im Futter oder in der Nahrung des Menschen vorhanden Ist oder zugesetzt werden kann;
vorausgesetzt, daß das Tier oder der Mensch gegen diese spezielle Substanz sensibilisiert wird. Eine orale Sensibilisierung geschieht vorwiegend nur beim Neugeborenen oder beim Frühgeborenen. Die Behandlung besteht nun darin, daß eine biologische (d.h. natürlich vorkommende) oder synthetische Substanz (oder Hapten), gegen die der Organismus immunisiert wird, im Futter oder in der Nahrung, im Trinkwasser oder anderen Flüssigkeiten als feste oder flüssige Form als Tablette, Bolus als Granula oder in Säften, Sirup oder Melasse oder Soßen gegeben wird. Zusätzlich kann die Gabe allein oder in Kombination mit anderen bereits geprüften oder generell als allgemein sicher anerkannten Substanzen oder Nahrungsmitteln, die routinemäßig für ähnliche oder andere Gesundheitszwecke od. dgl. verwandt werden, erfolgen.
Die Menge an biologisch aktivem Zusatz, d.h. z.B. Protein oder Hapten, als Antigen, die benötigt wird, hängt ab von:
- Zusammensetzung des Futters oder der Nahrung,
- Spezies,
- Alter,
- Geschlecht und
- Zucht behandelter Individuen oder Populationen,
- Dosis und Dauer der Immunisierung.
Als Richtlinie sei folgende Erfahrungs-Dosis angegeben:
1 g Eiweiß in 100 g flüssigem Futter für die Intragastrale Stimulation.
Das Vorhandensein von Antikörpern aus Immunisierungen ist Voraussetzung für die Wirksamkeit der intragastralen Antigenapplikation.
Agentien mit immun-stimulierender oder lmmun-supprimlerender Wirkung
Es gibt Gruppen biologischer und synthetischer Substanzen sowie auch Produkte aktivierter Zellen, die auf das Immunsystem stimulierend oder supprimierend wirken.
Dabei wirken diese Agentien über
T-Lymphozyten, B-Lymphozyten, Makrophagen oder natürliche Killerzellen, vgl. Ansprüche 12 und 13.
Die Erfindung ist aber nicht auf bereits bekannte Agentien beschränkt, die in den Ansprüchen 12 und 13 angegeben sind.
Die Agentien können für sich oder in Kombination mit denen von Anspruch 1 gegeben werden.
Einige derartige Agentien wurden bereits klinisch erfolgreich eingesetzt, insbesondere die immun-stimulierenden Agentien
- BCG bei Mammakarzinom, Melanom, Lymphosarkom und Bronchialkarzinom;
- Bestaun bei Magen- und Mammakarzinom;
- Interferone bei Hepatitis-B, Herpes Zoster und Cytomegalie;
- Thymushormone bei Immundefekten; das immun-supprimierende Agens
- Cyclosporin häufig bei Organtransplantationen.
Andere derartige Agentien sind zumindest In vitro getestet worden.
A n w e n d u n g der Erfindung
Optimale Ergebnisse werden erzielt bei der Mast von Tieren zur Fleisch- Erzeugung, nämlich Verkürzung der Mastdauer bei geringerem Futterverbrauch bis zum Erreichen des Schlachtendgewichts.
Zusätzlich fördert dieser immun-biologisch wirksame, wachstumsfördernde Effekt die Resistenzmechanismen im Körper, insbesondere bei Streß, durch spezifische und unspezifisch wirkende Abwehrsysteme peripher lymphatischer Organe und zirkulierender Lymphozyten in Blut und Lymphe.
Versuch 1 (Pilotversuch)
In diesem Vorversuch wurden praxisbezogen in einem Schweinemastbetrieb Ferkel nach Absetzen von den Muttertieren mit Molkeeiweiß immunisiert. Danach erhielten die Tiere Molke im Trinkwasser zugesetzt.
Obwohl alle Tiere (n=20) an einer infektiösen Darmerkrankung litten, wurde das Wachstum der Tiere nur in den 10 unbehandelten Kontrolltieren durch die Infektion behindert. Nach Abklingen der Infektion setzte bei den behandelten Tieren eine noch höhere Wachstumsgeschwindigkeit ein.
Die tägliche Gewichtszunahme bis zum Schlachtgewicht betrug 675 g in der behandelten Gruppe und 600 g in der unbehandelten Gruppe.
Die Futterverwertung, d.h. die Menge Futter/kg, die zur Steigerung des Körpergewichts um 1 kg benötigt wurde, war 1 : 2,45 in der behandelten Gruppe gegenüber 1 : 3,25 bei den Kontrollen.
In dieser Pilotstudie verbesserte sich die tägliche Gewichtszunahme um + 12,5 % und die Futterverwertung um + 24 %.
Diese gemachten Erfahrungen und Beobachtungen bildeten die Grundlage für eine zweite Versuchsserie.
Versuch 2 (Doppelblindversuch)
Dauer: 25 Wochen
Versuchstiere: 44 Schweine:
deutsches veredeltes Landschwein,
22 männliche und 22 weibliche Tiere, als
Ferkel in 4 Gruppen ä 11 Tiere aufgeteilt.
Vorbehandlung und Fütterung: Im Alter von 28 Tagen wurden die Ferkel vo den Muttertieren abgesetzt.
Bis zur 10. Woche erhielten die Tiere handels übliches, standardisiertes Ferkelaufzuchtfutter
Nach Absetzen wurden die Tiere einer der folgenden Gruppen zufällig zugeteilt:
Gruppe 1: parenterale Sensibilisierung mit Molke und
Einzelwiegen
Gruppe 2: parenterale Sensibilisierung mit Molke und
Bestimmung des Gruppengewichts bei Beginn und Ende des Versuchs
Gruppe 3: keine Immunisierung (Kochsalzinjektion) und
Einzelwiegen
Gruppe 4: keine Immunisierung (Kochsalzinjektion) und
Bestimmung des Gruppengewichts bei Beginn und Ende des Versuchs.
Senslbilisierung:
Die Tiere der Gruppe 1 und 2 wurden 3 x immunisiert, im Alter von
4, 7 und 10 Wochen, durch s.c Injektion von 1,0 ml kommerzielle, konzentrierte Milch-Protein-Lösung (Molke, Proteingehalt 10 %).
Die Tiere erhielten von der 10. Woche an ein herkömmliches, einheitliches Mastleistungsfutter und zusätzlich Molke im Trinkwasser. Damit war eine kontinuierliche enterogastrale Stimulation zwischen dem oral aufgenommenen Milchprotein und der parenteral sensibilisierten Magenschleimhaut gesichert.
Durchführung:
Jeweils 11 Schweine wurden in einem Verschlag auf Vollspaltenboden ohne Einstreu mit 2 x täglicher Flüssigfütterung (Molke und Mastfutter) und freiem Trinken (Molke im Trinkwasser) gehalten. Die verbrauchte Futtermenge und Molkemenge wurden für die jeweiligen Boxen elektronisch ermittelt und aufgezeichnet.
Wiegen der Tiere:
Alle Tiere wurden zu Versuchsbeginn, nach 10 Wochen und bei Versuchsende nach 15 Wochen als Gruppe gewogen. In Gruppe 1 und 3 wurden alle Tiere zusätzlich einzeln gewogen, jeweils am Ende der 3., 5., 7. und 11. Woche der Mast. Das durchschnittliche Gewicht / Tier und Gruppe wurde bestimmt.
Schlachtung und Bestimmung der Fleischqualität:
Alle Tiere wurden nach 15 Wochen (im Alter von ca. 25 Wochen) geschlachtet und das Fleisch entsprechend den EG-Richtlinien klassifiziert.
Ergebnisse:
Tägliche Gewichtszunahme, Gesamtkörpergewicht am Ende des Versuchs, Gewichte und Futternutzungsraten aller Gruppen sind dargestellt in
T a b e l l e 1 und F i g . 1 und 2 .
Die Schlachtkörperbeurteilung aller Tiere unabhängig von der Behandlung ergab nach den EG-Richtlinien die Klassifizierung E-1 (exzellent).
Die Ergebnisse des Versuchs 2 zeigen deutlich, daß nach vorausgegangener Immunisierung und nachfolgender enterogastraler Antigengabe die Futternutzung und damit die tägliche Gewichtszunahme sich erheblich steigern. Folglich sind Lebend- und Schlachtgewicht immunisierter Tiere nach 15 Wochen signifikant um + 16 % bzw. + 18,5 % gesteigert.
Diese Ergebnisse entsprechen jenen des Versuchs 1 und zeigen klar, daß die Behandlung, d.h. Immunisierung und (nachfolgende) Applikation des Antigens mit Futter bei Tieren unter sonst gleichen Bedingungen, nicht nur höchst wirksam ist mit um 30,4 % gesteigerter Futternutzung, sondern auch äußerst wirtschaftlich vorteilhaft für den Mäster, da der Futterverbrauch für die Mast deutlich um 13,5 % sinkt.
Es wurden keine Nebenwirkungen mit dieser Behandlung gesehen.
Im Gegenteil, die Schweine in Gruppe 1 und 2 erholten sich von einer Virusinfektion, die Durchfall hervorrief, schneller als die Kontrolltiere; die tägliche Gewichtszunahme stieg nach überstandener Infektion sofort wieder an (Fig. 2), nicht jedoch in der Kontrollgruppe.
Diese Ergebnisse und Untersuchungen, die unter Feldbedingungen in beiden Versuchen gemacht wurden, beweisen deutlich, daß die Erfindung - basierend auf Untersuchungen an Labortieren - erfolgreich in der Tierproduktion angewendet werden kann.
Literatur:
1 Grossman, M.I. (1981):
Regulation of gastric acid secretion
In: Physiology of the Gastrointestinal Tract
Ed.: L.R. Johnson. Raven Press, New York, 659 - 671 2 Chey, W.Y., Lee, Y.H. (1978):
Plasma secretin concentration in fasting and postprandial State in man Digest. Dis. 23, 981
T a b e l l e 1
Gewichtszunahme und Futternutzung bei
mit Molke immunisierten und KontroII-Tieren (Schweinen)
während 15-wöchiger Mast
a vs. b: p < 0,05 (Wilcoxon-Test für nicht-parametrische Verteilungen) b mangels Unterschieden innerhalb jeweils der Gruppen 1 + 2 bzw.3 + 4 sind die Ergebnisse zusammengefaßt