Wachstumsdynamiken und photodynamische Inaktivierung von Bakterien in konserviertem Ebersperma

Der routinemäßige Einsatz von Antibiotika in flüssig konserviertem Ebersamen wird aufgrund des zunehmenden Auftretens von Resistenzen und der möglichen Übertragung von Antibiotikarückständen in die Umwelt kritisiert. Diese Studie verfolgte zwei maßgebliche Ziele: Zum Ersten sollten Wachstumsdynamiken ausgewählter multiresistenter Bakterien in Ebersperma und Grenzwerte des Bakteriengehalts ermittelt werden, bis zu denen keine spermatologischen Qualitätseinbußen zu erwarten sind. Zum Zweiten sollte eine spermienfreundliche und antimikrobiell wirksame Variante der photodynamischen Inaktivierung (PDI) als Antibiotikaalternative in Ebersperma entwickelt werden.
In Experiment 1 wurden verdünnte Eberejakulate mit 10² – 10³ KbE/ml der multiresistenten Bakterienspezies Serratia (S.) marcescens, Klebsiella (K.) oxytoca, Achromobacter (A.) xylosoxidans, Burkholderia (B.) cepacia inokuliert oder zur Kontrolle ohne zusätzliche Bakterien belassen. Über 144 h Lagerungsdauer (72 h für S. marcescens) wurde im 24 h-Rhythmus die Bakterienkonzentration nach Anzucht auf Schafblutagar ausgezählt und spermatologische Parameter mittels computergestützter Spermienanalyse und Durchflusszytometrie untersucht. Serratia marcescens und K. oxytoca zeigten ein exponentielles Wachstum und beeinträchtigten die Spermaqualität bis 10⁶ KbE/ml nicht. Oberhalb dieses Grenzwerts wurde eine Zunahme der Spermienagglutination und eine Abnahme der Motilität, des Mitochondrienmembranpotenzials und des pH-Werts beobachtet (p < 0,05). Achromobacter xylosoxidans und B. cepacia zeigten ein langsames lineares Wachstum und erreichten nach 144 h Lagerungsdauer eine Konzentration von 10⁴ KbE/ml beziehungsweise 10³ KbE/ml. Über die gesamte Lagerungsdauer wurde kein Qualitätsverlust festgestellt (p > 0,05).
Die Experimente 2 – 6 konzentrierten sich auf die Etablierung einer auf konserviertes Ebersperma angepassten PDI. Spermaproben wurden mit 10³-10⁴ KBE/ml Escherichia (E.) coli in antibiotikafreiem Verdünner inokuliert. Die Beleuchtung mit 5 mW/cm² für 90 s und die Verwendung von 2 μM TMPyP als Photosensibilisator zeigten eine hohe antimikrobielle Wirksamkeit gegen kommensale Bakterien in Ebersperma und bewahrten die Spermienqualität einschließlich der DNA-Integrität bei Verwendung von Androstar Premium als Verdünner. Beltsville Thawing Solution war weniger wirksam. Das entwickelte PDI-Regime zeigte keine Wirkung gegen mehrere multiresistente Bakterienarten wie S. marcescens, K. oxytoca, A. xylosoxidans, B. cepacia oder Stenotrophomonas maltophilia. In vivo konnte die Fertilität von PDI-behandeltem Sperma anhand dreier Sauen nachgewiesen werden, aus denen zwei Würfe mit jeweils hoher Ferkelzahl hervorgingen.
Zusammenfassend hängt die Schädlichkeit multiresistenter Bakterien in Ebersperma von ihrer Konzentration, nicht aber von der Expositionszeit ab. Schnell wachsende Bakterienarten wie S. marcescens und K. oxytoca haben unterhalb eines Grenzwerts von 10⁶ KbE/ml keine Auswirkungen auf die Spermaqualität. Die PDI konnte als neue Methode zur antibiotikafreien Konservierung etabliert werden, gegen die keine Resistenzbildung zu erwarten ist. Ihre Wirksamkeit muss jedoch noch weiter getestet und optimiert werden, insbesondere gegen multiresistente Bakterienspezies.