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Entwicklung von anwenderfreundlichen DNA-basierten Schnelltests zur Überprüfung der Fischart (Anwenderfreundliche Fischartentests)
Projekt
Förderkennzeichen: MRI-NRZ-08-2021-70, AiF 21952 N
Laufzeit: 01.10.2021
- 30.09.2024
Forschungszweck: Angewandte Forschung
Der Markt für Fische und Meeresfrüchte zeichnet sich durch eine große Vielfalt aus. Weit über 800 verschiedene Arten dürfen in Deutschland gehandelt werden, von denen die meisten aus dem Ausland importiert werden. Die europäische Gesetzgebung fordert bei diesen Produkten auf der Ebene des Einzelhandels die exakte Kennzeichnung der Tierart, nicht nur mit der Handelsbezeichnung, die für diese Art in Deutschland gültig ist, sondern zusätzlich auch mit dem wissenschaftlichen (lateinischen) Namen. Entsprechen die eingekauften Waren nicht den auf den Handelspapieren angegebenen Artkennzeichnungen, werden die Unternehmen der Fischwirtschaft gleich doppelt geschädigt. Sie zahlen überhöhte Preise für falsch gekennzeichnete Ware und laufen zudem Gefahr, bei Aufdeckung in Regress genommen zu werden oder Bußgelder zahlen zu müssen. Kommen falsch gekennzeichnete Fischereierzeugnisse in den Handel, hat das auch negative finanzielle und in manchen Fällen sogar auch gesundheitliche Konsequenzen für die Konsumenten.
Um die (Roh-) Waren überprüfen und die korrekte Kennzeichnung der Produkte sicherstellen zu können, benötigen die Produzenten und Händler sowie die amtliche Lebensmittelüberwachung somit sowohl eindeutige als auch einfache, schnelle und preisgünstige Verfahren zum Nachweis der Tierart.
Ganze Fische können i. d. R. mit der entsprechenden Expertise aufgrund morphologischer Merkmale auf Spezies-Ebene klassifiziert werden. Bei prozessierten Waren ist die Feststellung der Fischart jedoch nur mit aufwendigen, teuren und meist zeitintensiven Labormethoden möglich. In einem vorangegangenen Forschungsprojekt („DNA-Chip-basierter qualitativer Schnelltest zur Fischartendifferenzierung“, AiF 18667 N) konnte bereits eine Reduktion der Analysedauer von mehreren Tagen auf vier Stunden für elf marktrelevante Fisch- und zwei bedeutende Garnelenarten erreicht werden. Trotzdem ist die auf Basis einer DNA-Chip-Analyse entwickelte Methode aufgrund vieler Einzelschritte noch relativ arbeits- und zeitaufwendig.
Forschungsziel:
In diesem Anschlussprojekt soll die im Projekt AiF 18667 N entwickelte Analytik zu praxistauglichen und anwenderfreundlichen DNA-basierten Testverfahren für die einfache und schnelle Überprüfung der Fischart weiterentwickelt werden. Um den in den Produktportfolios und Analysekapazitäten bedingten unterschiedlichen Anforderungen der Unternehmen sowie der amtlichen Lebensmittelüberwachung Rechnung zu tragen, werden drei verschiedene analytische Ansätze verfolgt, die die vorliegende experimentelle Komplexität und die personellen Anforderungen reduzieren:
(i) Einzelartentest mit schneller ja/nein-Antwort für die Vor-Ort-Analytik (beispielhaft für sieben Fischarten) (Ziel: max. zwei Stunden) (Projektteil der Forschungsstelle II, Universität Hamburg)
(ii) automatisierter Test für die schnelle Analytik in einem Labor (beispielhaft für drei Fischarten) (Ziel: max. zwei Stunden) (Projektteil der Forschungsstelle I, NRZ-Authent)
(iii) Multiartentest für die Analytik in einem Labor (für eine Vielzahl an Fischarten) (Ziel: max. vier Stunden) (Projektteil der Forschungsstelle III, Institut für Sicherheit und Qualität bei Milch und Fisch)
Besonderes Augenmerk bei der Entwicklung der molekularbiologischen Testverfahren soll auf einer Anwendbarkeit ohne Laborexpertise und mit geringem technologischem Aufwand gelegt werden. Die benötigte hands-on-time soll dabei so wenig Zeit wie möglich beanspruchen und zusätzlich soll keine wissenschaftliche Expertise zur Beurteilung der Testergebnisse notwendig sein.
Die im Projekt entwickelten DNA-basierten Testsysteme sollen die Machbarkeit dieser Verfahren demonstrieren. Nach Projektende können die Testverfahren durch Biotechnologie-Unternehmen zu kommerziellen Kit-Systemen weiterentwickelt werden, so dass der Weg zu einer flächendeckenden Anwendung in Unternehmen der Fischindustrie und der amtlichen Lebensmittelüberwachung geebnet wird. Bei Bedarf können die Systeme auf andere wirtschaftlich relevante marine Tierarten oder Nutztiere ausgeweitet werden.
Lösungsweg:
(i) Um eine schnelle und eindeutige ja/nein-Antwort bezüglich einer vorliegenden Fischart zu erhalten, werden loop-mediated isothermal amplification (LAMP)-basierte, artspezifische Einzeltests für sieben marktrelevante Fischarten entwickelt. Die LAMP ermöglicht dabei in kurzer Zeit (ca. 5 bis 60 Minuten) eine hochspezifische Produktbildung, die durch eine Farbreaktion optisch sichtbar gemacht wird. Ein nahezu vollständig geschlossenes System (Lab-in-a-Tube) vermeidet Kreuzkontaminationen bzw. Verschleppungen bei der Probenahme und der eigentlichen Analyse und verringert das Risiko von falsch-positiven Ergebnissen. Auf eine räumliche Trennung von Probenvorbereitung und Analytik kann dadurch verzichtet werden. Dieser Ansatz eignet sich besonders für die Vor-Ort-Analytik (schnelle Analysezeit, keine Laborausstattung, kein ausgebildetes Laborpersonal).
(ii) Die im Vorläuferprojekt AiF 18667 N entwickelte Hybridisierung von PCR-Produkten wird – beispielhaft für drei verwandte Dorscharten – auf ein Mikrofluidik-basiertes Lab-on-a-Chip-Format übertragen und somit automatisiert. Insgesamt wird die Anwenderfreundlichkeit und gleichzeitig die Verlässlichkeit erhöht. Der Einsatz ist auch in Unternehmen mit kleiner Laborkapazität oder Kontrolllabore mit geringer molekularbiologischer Erfahrung realisierbar. Eine auf der Lab-on-a-Chip-Kartusche integrierte recombinase polymerase amplification (RPA) mit nachfolgender DNA-Chip-Hybridisierung und Detektion der Fischart soll als Alternative zum PCR-basierten DNA-Chip etabliert werden. Dieses isothermale Verfahren verringert zusätzlich die Komplexität der Methode.
(iii) Der im Projekt AiF 18667 N entwickelte DNA-Chip wird durch die Verwendung von kürzeren Sonden auf eine Vielzahl von Fischarten ausgeweitet und auf ein aktuelles DNA-Chip-Format überführt. Ein schneller DNA-Chip-basierter Multi-Arten-Test ist somit möglich und besonders für Service-Labore oder die amtliche Lebensmittelüberwachung attraktiv. Eine Kombination der universellen Anwendung mit der Lab-on-a-Chip-Technologie wird getestet.
Die in diesem Projekt entwickelten und von Biotechnologie-Unternehmen nach Projektende zur Marktreife weiterentwickelten Testverfahren können von den fischwirtschaftlichen Unternehmen (entweder vor Ort, im eigenen Labor oder durch das Partner-Service-Labor) in ihre Qualitäts-Management-Systeme integriert werden. Der Mehrwert liegt dabei insgesamt in einer deutlichen Minderung der Food Fraud-Verwundbarkeit im Seafood-Sektor sowie eines besseren Verbraucherschutzes.
Das Projekt gehört zur Daueraufgabe Neu-/Weiterentwicklung von Methoden zur Authentizitätskontrolle innerhalb des Themenfeldes Tier-/Pflanzenarten (ggf. Rassen & Sorten) unter dem Aufgabenfeld Analytische Methoden für die Lebensmittel-Authentizitätskontrolle.
Abschnittsübersicht
Fachgebiete
- Binnenfischerei
- Seefischerei
- Verfahrenstechnik Lebensmittel
Ausführende Einrichtung
MRI - Nationales Referenzzentrum für authentische Lebensmittel (MRI-NRZ)
