Das in der Luft und im Abwasser von Milchviehbetrieben nachgewiesene infektiöse H5N1-Virus sowie Hinweise auf versteckte Rinderinfektionen deuten darauf hin, dass sich ein Ausbruch über mehr Wege ausbreiten könnte als bisher angenommen.

Studie: Die Überwachung kalifornischer Milchviehbetriebe deckt mehrere mögliche Quellen für die Übertragung des H5N1-Influenzavirus auf. Bildnachweis: Parilov/Shutterstock.com

In einer aktuellen Studie veröffentlicht in PLOS-Biologieführten Forscher eine umfassende Überwachungsstudie über kalifornische Milchviehbetriebe durch, um den aktuellen Status der hochpathogenen Vogelgrippe (HPAI) H5N1 im Bundesstaat zu bewerten. Die Studie testete mehrere Übertragungsmodalitäten (z. B. Luft, Abwasser)., und Rinderatem) in 14 H5N1-positiven Milchviehbetrieben und deckte bisher übersehene Übertragungswege des Virus auf.

Der Ausbruch von Milchprodukten in Kalifornien wirft neue Bedenken bezüglich der Übertragung auf

Als im März 2024 die hochpathogene Aviäre Influenza (HPAI) H5N1 (Klade 2.3.4.4b, Genotyp B3.13) erstmals bei Milchkühen in den USA nachgewiesen wurde, breitete sie sich anschließend auf 16 Bundesstaaten aus. Bis September 2025 hatte Kalifornien, der führende Milchproduzent des Landes, 771 positiv auf das Virus getestete Herden gemeldet und war damit einer der am stärksten betroffenen Bundesstaaten.

Experten waren sich zunächst einig, dass sich das Virus hauptsächlich durch direkten Kontakt mit nicht pasteurisierter Milch ausbreitet, eine Hypothese, die durch Beobachtungen einer hohen Viruslast in getesteten Milchproben gestützt wird. Spätere Berichte über Molkereiarbeiter, die sich nach indirektem Kontakt mit dem Virus infizierten, und der Nachweis viraler RNA auf Oberflächen deuteten jedoch darauf hin, dass die Umgebung selbst kontaminiert sein könnte, was die früheren Vorstellungen in Frage stellte.

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Darüber hinaus blieb unklar, ob das H5N1-Virus seine Infektiosität aufrechterhalten kann, wenn es während des Melkens in Aerosolform gelangt, oder ob aufbereitetes Wasser, das zum Spülen von Ställen und zur Bewässerung verwendet wird, als brauchbares Umweltreservoir dient.

Forscher verfolgen H5N1 in 14 Milchviehbetrieben

Ziel der vorliegenden Studie war es, diese Wissenslücken zu schließen, indem auf 14 H5N1-positiven Farmen in Kalifornien ein umfangreiches Umwelt- und biologisches Probenahmeprogramm durchgeführt wurde. Die Luftprobendaten der Studie wurden durch drei unterschiedliche Luftprobentechnologien gewonnen: (1) offene Filterkassetten aus Polytetrafluorethylen (PTFE) zur Modellierung der persönlichen Exposition bei einer Durchflussrate von 5 l/min; (2) der tragbare MD8 Airport-Probenehmer mit Gelatinefiltern bei 50 l/min; und (3) der stationäre AirPrep Cub 210 mit 200 l/min.

Gleichzeitig wurden Umweltwasserproben an vier Stellen entlang des aufbereiteten Wasserstroms gesammelt: Reinigungen von Milchleitungen, Sumpfpumpen, Güllelagunen und Bewässerungsfelder. Die so erhaltenen Luft- und Wasserproben wurden mithilfe der quantitativen Echtzeit-Polymerasekettenreaktion (RT-qPCR) und der digitalen Tröpfchen-PCR (ddPCR) genetisch klassifiziert und quantifiziert.

Darüber hinaus untersuchte die Studie die Virusverteilung innerhalb des Tieres anhand einer 7-tägigen Längsschnittstudie mit 14 Kühen. Die Milch wurde aus den einzelnen Eutervierteln getrennt gesammelt. Schließlich wurden Analysen der Gesamtgenomsequenzierung (WGS) eingesetzt, um neu auftretende Virusvarianten in Luft und Wasser zu identifizieren und zu kennzeichnen.

Infektiöses H5N1 in der Melkstandluft nachgewiesen

Die Überwachungsbemühungen der Studie konnten in 21 von 35 analysierten Luftproben erfolgreich H5N1-Virus-RNA nachweisen. Erschreckenderweise zeigten die Ergebnisse der Luftanalyse, dass die Konzentrationen (Cair) in Melkständen 104 Genomkopien pro Liter (gc/L) erreichten und vier der positiven Luftproben infektiöse Viren enthielten. In ausgeatmeten Atemproben von Kuhreihen wurden im Rahmen der Studie niedrige Viruskonzentrationen im Bereich von 4 bis 41 gc/L festgestellt.

Auch die Ergebnisse der Abwasseranalyse waren alarmierend: Alle untersuchten Standorte (einschließlich Güllelagunen) wiesen nachweisbare Viruskontaminationen auf. Proben mit Viruskonzentrationen über 650 gc/ml wurden für die Infektiositätsprüfung ausgewählt, und zwei davon enthielten infektiöse Viren.

Genomsequenzierungsanalysen identifizierten eine Luftprobe aus der Farm „EC“, die eine N189D-Mutation (H3-Nummer 193) im Hämagglutinin (HA)-Protein trug, eine Stelle, die zuvor in früheren Studien mit Veränderungen der Rezeptorbindungsspezifität und einer verbesserten Bindung an menschenähnliche 2,6-verknüpfte Sialinsäuren in Verbindung gebracht wurde. Die Autoren betonten jedoch, dass unklar bleibt, ob diese spezifische Mutation den menschlichen Tropismus oder das Zoonosenrisiko erhöht.

Darüber hinaus ergab die separate Antikörperanalyse der Studie auf Farm FB, dass 6 von 10 Tieren, die vollkommen gesund wirkten, H5-spezifische Antikörper in ihrer Milch entwickelt hatten (Hinweis auf eine frühere Virusexposition und Immunantwort), ohne dass eine Mastitis (Entzündung der Brustdrüse) oder ein signifikanter Rückgang der Milchproduktion auftraten, Merkmale, die typischerweise bei der Infektionsdiagnose verwendet werden.

Schließlich war das Infektionsmuster in den Kuheutern überraschend heterogen und nicht auf ein einheitliches Viertelmuster beschränkt; Statt wie bei bakterieller Mastitis üblich nur ein Viertel infiziert zu sein, wiesen die Kühe oft mehrere infizierte Viertel auf, die über den siebentägigen Testzeitraum viruspositiv blieben. Diese Beobachtung legt nahe, dass die gemeinsame Melkausrüstung möglicherweise nicht der einzige Mechanismus ist, durch den sich das Virus von Kuh zu Kuh überträgt.

Mehrere Übertragungswege erschweren die Eindämmung von Ausbrüchen

Die Identifizierung infektiöser Aerosole in Melkständen und anhaltender Viruslasten in Abwasserteichen in dieser Studie weist darauf hin, dass diese Standorte kritische Standorte für Maßnahmen zur biologischen Sicherheit sind. Die Entdeckung der N189D-Mutation unterstreicht die Möglichkeit, dass das Virus Anpassungen annehmen könnte, die für die Rezeptorbindung bei Säugetieren oder Menschen relevant sind, obwohl die funktionelle Bedeutung dieser Mutation ungewiss bleibt.

Die Autoren empfehlen, dass sich zukünftige Bemühungen auf eine schnelle Diagnose auf Kuhebene und auf die Einführung von Atemschutzausrüstung für Arbeiter in geschlossenen Stallräumen konzentrieren, um das Risiko einer Inhalation zu verringern.

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