Schnellnachweis von unerwünschten Keimen in der Lebensmittelproduktion mittels Biochip
Kurzfassung eines Vortrages der 44. Kulmbacher Woche 2009
Lebensmittelsicherheit und Prozesshygiene sind zentrale Anliegen der Lebensmittelindustrie. Ein wichtiger Aspekt hierbei ist die Vermeidung von Kontaminationen mit hygienisch relevanten Keimen, wie z. B. Escherichia coli in der Nahrungsmittelproduktion. Dies gewann mit der Einführung des neuen gemeinschaftlichen Hygienerechtes am 01. Januar 2006 zusätzlich an Bedeutung.Die derzeit in der Praxis verwendeten klassischen mikrobiologischen Methoden sind zeit- und kostenaufwändig und stellen insbesondere kleinere und mittlere Unternehmen (kmU) der Lebensmittelindustrie vor entsprechende Probleme, da wegen fehlender eigener Laborkapazitäten externe Dienstleistungsangebote angenommen werden müssen. Zudem bedingt die lange Dauer der klassischen mikrobiologischen Kontrolle eine Verzögerung der Prozesskette, was wiederum zu einer verzögerten Produktfreigabe führt. Alternative immunologische und molekularbiologische Nachweisverfahren sind insbesondere in komplexen Matrices störanfällig und besitzen eine relativ hohe Nachweisgrenze oder benötigen kostenintensive Geräte, die nur von Fachpersonal bedient werden können.
Die Miniaturisierung immunologischer und molekularbiologischer Nachweismethoden ermöglicht die Integration des Nachweises von Bakterien in sogenannten Lab-on-a-Chip Systemen. Mit Hilfe solcher Systeme ist eine Automatisierungsstufe erreichbar, welche die Bedienung durch ungeübtes Personal ermöglicht.
Die Eignung eines derartigen Systems zum Nachweis von Bakterien während der Lebensmittelproduktion wurde in einem Kooperationsprojekt zum Schnellnachweis für Escherichia coli auf allen Stufen der Lebensmittelproduktion über die direkte und spezifische Detektion bakterieller 16S rRNA untersucht.
Kernidee des gemeinsamen Projektes mit der Universität Bayreuth (Laboratorium für Biochemie) ist der direkte Nachweis 16S ribosomaler Ribonukleinsäuren (rRNA). Diese kommen als Bausteine der Ribosomen, den zellulären Produktionsstätten von Proteinen, in hoher Zahl in jeder Bakterienzelle vor. Hierdurch sollen Amplifikationsschritte wie die Polymerasekettenreaktion (PCR) vermieden werden. Die Detektion der 16S rRNA erfolgt elektrochemisch in einem Biochip mit Hilfe eines neuartigen Reporterenzyms, der Esterase 2 aus Alicyclobacillus acidocaldarius.
In dem über die AiF-FEI geförderten Forschungsprojekt (ZuTech-Forschungsvorhaben AiF 230 ZN) wurden die biochemischen Parameter des Biochips und die Probenvorbereitung, bestehend aus RNA-Isolierung und eines Anreicherungsschrittes optimiert.
Der so etablierte Gesamtnachweis von E. coli wurde abschließend in einem Serienexperiment zur Qualitätskontrolle von 25 Fleischproben verwendet. Die Ergebnisse belegten den gesicherten Nachweis von 2000 KbE/ml Anreicherung sowie die hohe Selektivität und Sensitivität der entwickelten Nachweisprozedur für E coli von ≤ 1 KbE/ml Tropfsaft nach einer Anreicherung von 5 Stunden. Das entwickelte Nachweissystem liefert Analyseergebnisse innerhalb von ca. 7 h, also innerhalb eines Arbeitstages, und ist daher prinzipiell sehr gut für die Anwendung in der Lebensmittelproduktion geeignet.
Die Vorträge der Kulmbacher Woche werden im Mitteilungsblatt der Förderergesellschaft für Fleischforschung in Kulmbach vollständig dokumentiert.
Das Mitteilungsblatt wird von der Förderergesellschaft für Fleischforschung in Kulmbach herausgegeben und kostenlos an die Mitglieder versandt. Die Fördergesellschaft setzt ansehnliche Mittel ein, die für die Forschungsarbeit des MRI, Standort Kulmbach genutzt werden.
Mehr unter www.fgbaff.de
Quelle: Kulmbach [ HEIDENREICH, B., Ch. PÖHLMANN, Ch. SPRINZL und M., GAREIS ]
