Antibiotikafreie Verfahren zur Wachstumshemmung von Bakterien im Ebersperma

Maaßen, Isabel, Katharina

Dissertation 2025 CC BY 4.0

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Antibiotikafreie Verfahren zur Wachstumshemmung von Bakterien im Ebersperma

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Der Verzicht auf den routinemäßigen Antibiotikaeinsatz bei der Konservierung von
Ebersperma ist maßgeblich, um die Entstehung und Verbreitung von Resistenzen zu verhindern. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, zwei alternative antibiotikafreie
Methoden auf antimikrobielle Wirksamkeit und Spermienverträglichkeit zu untersuchen. In Studie 1 wurde die Wirkung der Kältekonservierung bei 5 °C auf resistente Keime getestet. Verdünntes Ebersperma wurde auf 5 × 10² KbE/ml mit Serratia marcescens (Versuch 1) und Klebsiella oxytoca (Versuch 2) inokuliert. Die Lagerung bei 5 °C konnte das Wachstum beider resistenten Keime effektiv auf ~ 10³ KbE/ml limitieren und somit spermizide Effekte verhindern. In der 17 °C Kontrolle nahmen dagegen bereits nach 72 h Agglutinationen zu und die Spermienmotilität sowie die Membranintegrität ab (p < 0,05). In Studie 2 wurde ein kürzlich für die Anwendung bei Sperma etabliertes Verfahren, die Photodynamische Inaktivierung (PDI) von Bakterien, so modifiziert, dass es unempfindlicher gegen unkontrollierte Reaktionen bei Raumlicht wurde. Dazu wurde die weiße LED-Lichtquelle durch blaues LED-Licht ersetzt. Dies ermöglichte eine spezifischere Anregung des Photosensibilisators TMPyP, der somit in einer um 75 % reduzierten Konzentration in der Spermaprobe verwendbar war. In Dosis-Wirkungsversuchen mit Lichtintensitäten zwischen 2,9 mW/cm² und 32,7 mW/cm² wurde zunächst nachgewiesen, dass blaues LED-Licht nicht spermientoxisch ist. Die PDI mit reduzierter TMPyP-Konzentration (0,5 μM) erwies sich in mit Escherichia coli inokulierten Spermaproben als antimikrobiell effektiv und spermienverträglich in den getesteten Parametern Motilität, Membranintegrität, Mitochondrienaktivität und DNA-Integrität. Zudem wurde nachgewiesen, dass durch die modifizierte PDI-Methode unkontrollierte, spermienschädigende photodynamische Effekte vermieden werden. Antibiotikafreie Verfahren zur Wachstumshemmung von Bakterien im konservierten Ebersperma liefern einen wichtigen Beitrag zum One-Health Ansatz. Während die 5°C-Lagerung bereits praxisreif ist, ist die PDI-Methode weiter zu adaptieren.

Removing the routine antibiotic use in the preservation of boar semen is essential to prevent the development and spread of antibiotic resistances. The aim of this study was to evaluate two alternative antibiotic-free methods for antimicrobial efficacy and sperm compatibility. In Study 1, the effect of hypothermic storage at 5 °C on resistant bacteria was tested. Diluted boar semen was spiked to a concentration of 5 x 10² CFU/mL with Serratia marcescens (Experiment 1) and Klebsiella oxytoca (Experiment 2). Storage at 5 °C effectively limited the growth of both resistant bacterial species to ~ 103 CFU/mL, thus preventing spermicidal effects. However, in the 17 °C control after 72 h agglutinations increased, while sperm motility and membrane integrity decreased (p < 0.05). In Study 2, a recently established method for the application in semen, the photodynamic inactivation (PDI) of bacteria, was modified in order to make it less sensitive to uncontrolled reactions in room light. For this purpose, the white LED light source was replaced with blue LED light. This enabled a more specific excitation of the photosensitiser TMPyP, which could thus be used in the semen sample in a concentration reduced by 75 %. In dose-response tests with light intensities between 2.9 mW/cm² and 32.7 mW/cm², it was initially demonstrated that blue LED light is not toxic to spermatozoa. PDI with a reduced TMPyP concentration (0.5 μM) proved to be antimicrobially effective and sperm-compatible in the tested parameters motility, membrane integrity, mitochondrial activity and DNA integrity in semen samples spiked with Escherichia coli. Furthermore, it was demonstrated that the modified PDI method prevents uncontrolled, sperm-damaging photodynamic effects. Antibiotic-free methods for inhibiting the bacterial growth in preserved boar semen represent an important contribution to the One Health approach. While 5°C storage is ready for practical use, the PDI method needs further adaptation.