Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Das deutsche Lebensmittelrecht schreibt f\u00fcr Milch und Milchprodukte zahlreiche Qualit\u00e4tskontrollen vor. Ziel der z. T. mehrt\u00e4gigen, erst nach Ablauf des Produktionsprozesses durchgef\u00fchrten Tests ist es, den Verbraucher vor Krankheitserregern, wie z. B. coliformen Bakterien, zu sch\u00fctzen. Der Schwerpunkt liegt dabei auf Seiten des Verbraucherschutzes und nicht im Bem\u00fchen, potenzielle Fehlproduktionen und die damit verbundenen Umweltbelastungen zu verhindern, die bei der Entsorgung der Fehlchargen und der Reinigung der Fermenter entstehen.
\nKernpunkt des vorliegenden Projekts war es, potenzielle Fehlchargen bei der Herstellung von Milchprodukten bereits im Vorfeld der Milchverarbeitung zu erkennen und zu vermeiden, indem mit Hilfe der Mikroarray-basierten Gen-Analyse alle wichtigen biologischen Parameter simultan erfasst werden, die Auskunft \u00fcber den Zustand der zu verarbeitenden Milch bzw. \u00fcber die Aktivit\u00e4t der Starterkulturen w\u00e4hrend der Milchfermentation geben. Auf Basis der neuen Methode der DNA-Chip-Technologie soll daf\u00fcr ein schnelles und kosteng\u00fcnstiges Analysesystem aufgebaut werden.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie neue Technologie der DNA-Chip-Hybridisierung bietet die Chance, ein Monitoring-System zu entwickeln, das in einem Arbeitsgang die erforderlichen Informationen \u00fcber die mikrobiologische Zusammensetzung und das genetische Potenzial der an der Fermentation beteiligten Mikroorganismen liefert und damit eine Prognose \u00fcber den Fermentationsverlauf erlaubt. Die Aufgaben des Projekts sind folgende:
\n1.\tFestlegung der f\u00fcr die Beurteilung der Milch und deren Verarbeitung erforderlichen Gen-Analysen.
\n2.\tOptimierung der Gen- und Organismusspezifischen Oligonukleotidsequenzen im Hinblick auf maximale Hybridisierungseffizienz und minimale unspezifische Bindungsreaktionen der Sonden auf dem DNA-Mikroarray.
\n3.\tOptimierung der Funktionalit\u00e4t derartiger DNA-Chips und Erprobung ihrer Einsetzbarkeit f\u00fcr die fr\u00fchzeitige Erkennung von Milch-Fehlfermentationen unter Praxisbedingungen.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Reproduzierbarkeit der Chipqualit\u00e4t und erweiterte Qualit\u00e4tskontrolle
\nBasierend auf den optimierten Produktionsparametern wurde ein standardisiertes, auf kontaktfreiem Spotten basierendes Verfahren f\u00fcr die Produktion der Mikroarrays eingef\u00fchrt, das es erlaubt, die Milch-Chips in sehr hoher und reproduzierbarer Qualit\u00e4t herzustellen, zu lagern und an den Kunden zu versenden. Zus\u00e4tzlich wurden neue Qualit\u00e4tskontrollverfahren in die Produktion der Milch-Chips integriert und eine Markierungstechnologie entwickelt, die es erlaubt, die Arrays mit einem weitestgehend f\u00e4lschungssicheren Barcode auszustatten.
\nDesign und Spezifit\u00e4t der Sonden f\u00fcr den Nachweis von Bakterien, Phagen, Hefen, Schimmelpilzen und produktspezifischen Genen
\nAls Grundlage der praxisorientierten Entwicklung eines Chip-basierten Analysesystems f\u00fcr die Milchindustrie wurden mehr als 100 Gen-Sonden zur spezifischen Identifikation von Bakterien, Phagen und produktspezifischen Genen ausgew\u00e4hlt und getestet. Dieser f\u00fcr den Milch-Chip vorgesehene Sondensatz wurde um diverse Sonden f\u00fcr den Nachweis von Hefen und Schimmelpilzen, wie z. B. Zygosaccharomyces bailii, S. cerevisiae, Pichia-, Penicillium- und Aspergillus-Arten erweitert und auf Spezifit\u00e4t und Eignung zur Organismusidentifizierung hin optimiert.
\nMarkierung und Hybridisierung genomischer DNA aus Milchprodukten
\nF\u00fcr den erforderlichen Nachweis von genomischer DNA auf dem DNA-Mikroarray wurden zun\u00e4chst die Extraktion sowie die Fragmentierung der DNA in der Fenton-Reaktion etabliert. Nachdem in der Eingangsphase des Projekts festgestellt worden war, dass die im Antrag dargestellten, in der medizinischen Diagnostik \u00fcblichen Methoden f\u00fcr den Routine-Einsatz in der Milchindustrie zu teuer sind, wurde ein kosteng\u00fcnstiges, chemisches Markierungsverfahren entwickelt, das auf der kovalenten Anbindung von Psoralen-PEO-Biotin und Streptavidin-Cy5-Zugabe beruht. Ein umfangreiches Optimierungsprogramm f\u00fchrte schlie\u00dflich dazu, dass mit diesem Verfahren Starterkultur- und Molkeproben hinsichtlich ihrer Organismenzusammensetzung und der Anwesenheit von Phagenresistenzgenen untersucht werden k\u00f6nnen.
\nMarktanalyse, Marketing und Patentstrategie
\nDie bei den Anwendern durchgef\u00fchrte Marktanalyse, die das derzeitige Analysespektrum und dessen Kosten, das gew\u00fcnschte Marker-Spektrum und die wirtschaftlichen, \u00f6kologischen und technologischen Parameter umfasste, sowie die Pr\u00fcfung, ob die hier etablierte Analytik die Schutzrechte Dritter ber\u00fchrt, und ob entsprechende Abh\u00e4ngigkeiten bestehen, zeigte zun\u00e4chst, dass bei Erf\u00fcllung der Projektziele sehr gute Vorzeichen f\u00fcr eine kommerzielle Verwertung bestehen. Die im Projektzeitraum deutlich ver\u00e4n-derten wirtschaftlichen Rahmenbedingungen f\u00fchrten bei erneuter Absch\u00e4tzung zum Projektende zu dem Ergebnis, dass, obwohl alle wesentlichen Projektziele erreicht wurden, der Milch-Chip innerhalb der n\u00e4chsten drei Jahre kein ausreichendes Marktpotenzial f\u00fcr eine Markteinf\u00fchrung besitzt.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Gl\u00f6ckner, C.B. and Blohm, D. (2003): Vortrag bei der COST action 853 Agricultural biomarkers for array technology der Europ\u00e4ischen Union, Working group 4: Applying microarray technology in milk industry, 24.-26. September, Bremen.
\nGl\u00f6ckner, C.B. und Blohm, D. (2003): Vortrag Stand und Perspektiven der Einsatzm\u00f6glichkeit von DNA-Mikroarrays im Milchverarbeitungsprozess Lebensmitteltechnologie 2003, 25.-27. September, Stuttgart.Gl\u00f6ckner, C.B., Schmidt, M.P., Wei\u00df, S., W\u00fcrdemann, C., Wagner-Prigge, K. and Blohm, D.H. (2004): Analysis of milk products as an example for the applicability of the microarray technology in the food industrie. Posterpr\u00e4sentation auf dem Statusseminar Chiptechnologien, 24.-25. Januar, Frankfurt.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Trotz erfolgreicher Ausarbeitung eines Verfahrens, das erstmals die Simultan-Analyse diverser Mikroorganismen und deren genetischen Eigenschaften in Starterkulturen und Milchprodukten mit Hilfe der DNA-Mikroarray-Technologie erlaubt, wird die Milchindustrie dieses Verfahren angesichts des enormen Kostendrucks und des derzeitigen Preisverfalls bei den bisherigen Analyseverfahren innerhalb der n\u00e4chsten 5 Jahre vermutlich noch nicht einsetzen, insbesondere da das neue Milch-Chip basierte Verfahren noch nicht als gesetzlich vorgeschriebenes und\/oder nach \u00a735 LMBG zugelassenes Analyseverfahren eingef\u00fchrt ist.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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