Den Genen auf der Spur - Baden
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Impressum Impressum Forschungsprogramm Nahrungsmittelsicherheit Berichte und Ergebnisse aus den Forschungsprojekten Herausgeberin Landesstiftung Baden-Württemberg gGmbH Im Kaisemer 1 70191 Stuttgart Tel.: 0711/248476-0 Fax: 0711/248476-50 [email protected] www.landesstiftung-bw.de Verantwortlich: Irene Purschke Redaktion Peter Fendrich Iris Lehmann Gestaltung EcoText International GmbH 70178 Stuttgart www.ecotext.de Titelbild Christoph Ziechaus www.land-fotografie.de Druck Habé Offset 79312 Emmendingen www.habe-offset.de © Landesstiftung Baden-Württemberg, Stuttgart, 2006 Schriftenreihe der Landesstiftung Baden-Württemberg; 17 ISSN 1610-4269 2 LANDESSTIFTUNG Baden-Württemberg 2006 Inhalt Inhaltsverzeichnis Vorwort 4 Herbert Moser, Geschäftsführer der Landesstiftung Baden-Württemberg Rudi Beer, Leiter des Bereichs Forschung der Landesstiftung Baden-Württemberg Gesundheitsrisiken minimieren 5 Forschungsprogramm Nahrungsmittelsicherheit fördert den Verbraucherschutz Vom Bauer bis zum Bäcker 8 Forscher finden Lösungsansätze zur Minimierung von Acrylamid Auf verlorenem Posten? 12 „Gen-Food“ legt kräftig zu – eine Herausforderung für die Lebensmittelüberwachung Chemische Veterinär- und Untersuchungsämter 15 Vier gute Adressen für den Verbraucherschutz Schnelle Nahrungsmittel-Tests 16 Einfachere Analyse durch Kopplung von Planar-Chromatographie und Massenspektrometrie Der Natur auf die Finger geschaut 18 Präzisierte Methoden zur Bestimmung von sekundären Pflanzenstoffen Kartoffelrezepte aus dem Biologielabor 20 Wie lassen sich schädliche Alkaloide in Lebensmitteln nachweisen und vermeiden? Verräterische Gene 22 Ein DNA-Chip soll vor gefährlichen Pilz-Giften schützen DNA-Microarray 24 Den Genen auf der Spur Schnelligkeit schafft Sicherheit 25 Fortschritte bei der Rückstandsanalytik von Pflanzenschutzmitteln Kurzer Prozess für Salmonellen & Co. 28 Können moderne Methoden die klassischen Nachweisverfahren ersetzen? Gefährlichen Viren auf der Spur 30 Neue Nachweismethoden für krankheitserregende Viren in Lebensmitteln gesucht „... die Guten ins Töpfchen!“ 32 Auf der Suche nach therapeutisch wirksamen probiotischen Bakterienstämmen Kein Kinderspiel! 34 Gefährliche Phthalat-Weichmacher: allgegenwärtig und trotzdem schwer zu fassen Glossar 37 Erklärung der in den Projektvorstellungen verwendeten Fachbegriffe Projektübersicht 41 Projektdaten aller im Forschungsprogramm Nahrungsmittelsicherheit geförderten Projekte LANDESSTIFTUNG Baden-Württemberg 2006 3 Editorial Vorwort Liebe Leserinnen und Leser, für die Landesstiftung Baden-Württemberg markiert die Ausschreibung des Forschungsprogramms Nahrungsmittelsicherheit im Jahr 2001 nicht nur die Aufnahme ihrer operativen Tätigkeit, sondern gleichzeitig auch den Beginn ihrer Aktivitäten im Bereich der Forschungsförderung. Herbert Moser, Geschäftsführer Rudi Beer, Leiter des Bereichs Forschung Die Sicherheit von Nahrungsmitteln betrifft uns alle unmittelbar. Die Grenzen für Waren und Personen werden im weltweiten Maßstab immer durchlässiger. Rohstoffe und Waren kommen aus aller Welt. Die Zunahme des weltweiten Warenaustausches ist einerseits als Chance zu begreifen, andererseits sind damit Herausforderungen und Risiken verbunden, wie zum Beispiel die rasche globale Verbreitung von Erregern. Davon ist der Nahrungsmittelsektor in besonderem Maße betroffen. Hinzu kommen umwälzende Veränderungen bei der Produktion, der Verarbeitung und dem Transport. Es ist deshalb wichtig, Gesundheitsrisiken, die aus unerwünschten Stoffen in Nahrungs- oder Futtermitteln erwachsen, früher, besser und sicherer erkennen zu können. Die laufende Verbesserung von Nachweismethoden ist beispielsweise ein Beitrag hierzu. Dies kann nur gelingen, wenn Forschungsanstrengungen auf diesem Gebiet unternommen werden. Dies gilt für die Lebensmittelindustrie ebenso wie für die amtliche Lebensmittelüberwachung. Die einzelnen Forschungsprojekte decken methodisch und thematisch ein sehr breites Spektrum ab. Alle relevanten Brennpunktthemen im Bereich der Nahrungsmittelsicherheit sind aufgegriffen worden. Ziel der Landesstiftung war und ist es, mit ihrem Forschungsprogramm einen Beitrag zum proaktiven und vorbeugenden Verbraucherschutz zu leisten. Mit dieser Publikation möchte die Landesstiftung ihre Forschungsaktivitäten wie auch die Forschungsergebnisse aus ihren Projekten einer breiteren Öffentlichkeit zugänglich machen. Wir sehen darin auch einen Beitrag zum Dialog zwischen Wissenschaft und Öffentlichkeit, den wir weiter stärken möchten. Herbert Moser 4 LANDESSTIFTUNG Baden-Württemberg 2006 Rudi Beer Programm Gesundheitsrisiken minimieren Forschungsprogramm Nahrungsmittelsicherheit fördert den Verbraucherschutz Mit ihrem Forschungsprogramm Nahrungsmittelsicherheit fördert die Landesstiftung Baden-Württemberg die Optimierung von Analysetechnik und Untersuchungsmethoden im krisenträchtigen Ernährungsbereich und erhofft sich davon besseren Verbraucherschutz. Erste Erfolge zeichnen sich ab – zum Beispiel beim Acrylamid. öglicherweise waren Nahrungsmittel „noch nie so sicher wie heute“, andererseits sind BSE und Gammelfleisch-Skandal „nur die Spitze des Eisbergs“: Ob durch Acrylamid im Brot, PestizidRückstände im Obst oder Wachstumshormone im Schnitzel – in steter Regelmäßigkeit werden die Verbraucher durch neue Schreckensmeldungen verunsichert. Neuartige Herstellungsverfahren und Verpackungen, Zutaten und Zusätze oder Rohstoffe aus gentechnisch veränderten Pflanzen halten die zuständigen Behörden zusätzlich in Atem und stellen die Forschung vor immer neue Herausforderungen. M Aktiver Verbraucherschutz „Im Rahmen des aktiven Verbraucherschutzes“ hat die Landesstiftung Baden Württemberg deshalb das „Forschungsprogramm Nahrungsmittelsicherheit“ ins Leben gerufen. Mit diesem 2001 aufgelegten Programm werden gezielt Forschungsprojekte von Universitätsinstituten, sonstigen Forschungseinrichtungen oder Untersuchungsämtern mit Sitz in Baden-Württemberg gefördert, die dazu beitragen, „Gesundheitsrisiken zu minimieren, die aus unerwünschten Stoffen und Organismen in Nahrungsmitteln erwachsen“. Forschungsgegenstand ist dementsprechend die Optimierung von Untersuchungsmethoden und Analysetechnologien oder die Gewinnung von Erkenntnissen zur Verbesserung von Produktionsprozessen. So befassen sich einige Projekte mit einer verschärften Kontrolle des Einsatzes von Hormonen und Antibiotika in der Tiermast, andere mit dem verbesserten Nachweis von Pe- stizidrückständen oder Viren und Bakterien in der Nahrungskette. Auswahl und Bewertung Die Vergabe der Forschungsprojekte erfolgte nach einem landesweiten Wettbewerb im Rahmen eines unabhängigen Begutachtungsverfahrens. Dafür konnte das von der Landesstiftung mit der Projektkoordination beauftragte „Institut für Wissensmanagement und Innovation“ unter der Leitung von Dr. Martin Grauer international renommierte Wissenschaftler gewinnen. Diese arbeiten alle außerhalb der Landesgrenzen und verfügen über die spezifische Fachkompetenz, die Projektideen auf Herz und Nieren zu prüfen. Ihren strengen Auswahlkriterien konnte laut Rudi Beer, der bei der Landesstiftung den Bereich Forschung leitet, „im Schnitt nur einer von acht Anträgen gerecht werDamit Nahrungsmittel auch wirklich halten, was die tolle Optik verspricht, fördert die Landesstiftung die Verbesserung von Analysetechnik und Untersuchungsmethoden und damit die Kontrolle der Produzenten und Importeure. Bild: Ch. Ziechaus LANDESSTIFTUNG Baden-Württemberg 2006 5 Programm den“. Die Gutachter übernehmen dann auch die Bewertung der geförderten Projekte jeweils zur Halbzeit und zur Abschlussevaluation. Als Auftraggeberin gibt die Landesstiftung „klare Ziele und auf Halbjahre heruntergebrochene Meilensteine vor“, so Bereichsleiter Beer, der zudem betont, dass im Rahmen dieser Auftragsforschung alle Rechte an den Forschungsergebnissen der Landesstiftung zustehen: „Wir gehen deren wirtschaftliche Verwertung zielgerichtet an und kümmern uns gegebenenfalls auch um die Patentierung und die Suche nach Lizenznehmern.“ Wissenstransfer „Weißkittel“ in Aktion – zur Verbesserung der Nahrungsmittelsicherheit Bilder (v.l.n.r.): P. Fendrich, Uni Hohenheim, Uni Tübingen, LSBW, Uni Heidelberg, P. Fendrich, CMA-Fotoservice Doch neben der Verwertung ist es auch von elementarer Bedeutung, die Ergebnisse der 24 Projekte in die zuständigen Behörden und in die Unternehmen der Ernährungswirtschaft zu tragen, um sie dort zur routinemäßigen Anwendung zu bringen. „Alles entscheidend ist“, betont Dr. Matthias Contzen vom CVUA Stuttgart, „dass die Mitarbeiter der Lebensmittelüberwachung von den Fortschritten in der Laborpraxis in Kenntnis gesetzt werden“. Im Sinne der Landesstiftung ist es zudem, auch die breite Öffentlichkeit zu informieren und für die Verbraucher möglichst konkrete Tipps zu formulieren. Die hiermit vorliegende Publikation zum Forschungsprogramm Nahrungsmittelsicherheit soll zu diesem Wissenstransfer beitragen und dabei der breit gefassten Zielgruppe gerecht werden. Die für dieses Heft ausgewählten Projekte werden im Folgenden kurz umrissen: 6 Lösungsansätze zur Minimierung von Acrylamid Acrylamid gehört zu den jüngsten Problemfällen. So ist auch noch nicht vollständig geklärt, ob die in Lebensmitteln gefundenen Konzentrationen krebserregend sind. Unbestritten ist jedoch, dass „weniger“ hier auf jeden Fall „mehr“ ist. Drei Forschungsteams an der Universität Hohenheim und am Chemischen und Veterinäruntersuchsamt Stuttgart haben sich die Reduktion von Acrylamid in Backwaren zur Aufgabe gemacht und – vom Rohstoff über die Verarbeitung bis zum fertigen Produkt – mit einigem Erfolg nach Vermeidungsstrategien gesucht. Nachweis von „Gen-Food“ – eine neue Herausforderung Beim „Gen-Food“ ist Soja der Extremfall: Über die Hälfte der weltweiten Produktion stammt bereits aus gentechnisch veränderten Pflanzen. Der Europäischen Union stehen Staaten mit deutlich liberalerem Umgang mit sogenannten GVP gegenüber. Für die Lebensmittelüberwachung ergeben sich daraus immer wieder neue Herausforderungen. Denen begegnen Wissenschaftler des Chemischen und Veterinäruntersuchungsamtes Freiburg mit der Weiterentwicklung ihres Instrumentariums. Einfachere Analyse durch Kopplung von Verfahren Ob Brot, Milch, Fleisch oder Convenience Food: Immer wieder geht es darum, Stoffe in Lebensmitteln zu LANDESSTIFTUNG Baden-Württemberg 2006 bestimmen, die darin besser nicht enthalten wären. In den Labors der Universität Hohenheim sollen durch die Kopplung von Planar-Chromatographie und Massenspektrometrie einfache, schnelle und kostengünstige Nachweis-Verfahren entwickelt werden. Erste Ergebnisse klingen vielversprechend ... Präzisere Bestimmung von sekundären Pflanzenstoffen Möglichst vielfältig soll die tägliche Obst- und Gemüseauswahl sein, so die Devise für eine gesunde Ernährung. Immer mehr Menschen scheuen den Aufwand dafür und suchen Ersatz bei Nahrungsergänzungsmitteln und „Functional Food“. Dennoch gab es bisher kein standardisiertes Verfahren, um deren Bestandteilen auf den Grund zu gehen. Ein Forschungsprojekt an der Universität Hohenheim hat Abhilfe geschaffen. Wie lassen sich schädliche Alkaloide vermeiden? Kartoffeln und Tomaten produzieren „natürliche Gifte“, etwa um sich gegen Tierfraß zu wappnen. Für den Menschen sind diese Stoffe nicht immer unbedenklich, wenngleich das Lebensmittelrecht keine Warnhinweise vorsieht. Nun sollten zumindest die Nachweisverfahren vereinfacht und die Verbraucher aufgeklärt werden. Ein DNA-Chip soll vor gefährlichen Pilz-Giften schützen Mit zu den gefährlichsten Giften überhaupt zählen die Stoffwechsel- Programm Produkte mancher Pilze. Anders als der berühmte Fliegenpilz sind die Pilzarten, die an und von Lebensmitteln leben, weit verbreitet: Rund ein Viertel aller Nahrungsmittel weltweit ist laut FAO mit Spuren dieser Pilzgifte kontaminiert. An der Bundesforschungsanstalt für Ernährung und Lebensmittel in Karlsruhe versucht man, das Problem an der Wurzel zu packen. Rückstandsanalytik von Pflanzenschutzmitteln Nachweismethoden für krankheitserregende Viren Wenn es einer Reihe von Menschen nach einem Fest- oder Restaurantbesuch gleichzeitig speiübel wird, oder zum Beispiel gehäuft Gelbsucht auftritt, sind oft Viren im Spiel. Ihnen sind Forscher am Chemischen und Veterinäruntersuchungsamt Stuttgart (CVUA) auf der Spur, um schnelle, zuverlässige Nachweismethoden für die Laborpraxis zu entwickeln. Rund 1.200 verschiedene Stoffe werden derzeit weltweit als Pflanzenschutzmittel eingesetzt. Rückstandsanalytiker haben also nicht die geringste Chance, diese alle einzeln innerhalb der Zeit nachzuweisen, in der ein Rückruf bei Gefahr noch einen Sinn hätte. Statt dessen setzt man in der Untersuchungsroutine auf sogenannte „Multimethoden“, die viele Substanzen auf einmal erfassen. Allerdings lassen sich neue Pestizide nicht ohne weiteres in dieses Verfahren eingliedern. Die Lösung dieses Problems zeichnet sich im CVUA Stuttgart ab. Therapeutisch wirksame Bakterienstämme Optimierte Nachweisverfahren für Keime Seit über fünfzig Jahren werden Phthalate als Weichmacher in einer Vielzahl von alltäglichen Bedarfsgegenständen wie Kinderspielzeug und Baumaterialien eingesetzt. Dadurch und weil sie allmählich aus den Materialien in die Umwelt entweichen, sind sie ubiquitär, also überall vorhanden. Eine ganze Reihe von Wissenschaftlern an vier verschiedenen Institutionen ist dabei, die für Menschen relevanten Belastungspfade zu ermitteln. Peter Fendrich Für den Laien schwer verständliche Begriffe wie Real-Time-PCR stehen für die alternativen Methoden zum Nachweis von Keimen in Lebensmittelproben. Das Chemische und Veterinäruntersuchungsamt Freiburg hat sie auf ihre Genauigkeit getestet und mit den gängigen amtlichen Verfahren verglichen. Kann die Lebensmittelkontrolle damit schneller und effizienter arbeiten? Im Darm tummeln sich zahllose Bakterien. Doch während sich die Infektionsforschung bislang vornehmlich mit krank machenden Keimen befasste, weiß man über möglicherweise heilende, also probiotische Wirkungen der Darmbewohner noch wenig. Licht ins Dunkel soll ein Forschungsprojekt der Universität Tübingen bringen. Weichmacher: allgegenwärtig, doch schwer zu fassen Zum Konzept dieser Publikation I ZIELGRUPPE: Diese Broschüre dient nicht der Veröffentlichung von Abstracts der geförderten Wissenschaftler, sondern soll Multiplikatoren und Akteuren im Ernährungsbereich, aber auch Politikern und nicht zuletzt dem interessierten Laien einen Einblick in die Forschungstätigkeit gewähren und neue Erkenntnisse in allgemein verständlicher Form vermitteln. I FACHBEGRIFFE: Um Insider beim Lesen nicht unnötig zu bremsen und die Texte nicht zu überfrachten, wurde die Erklärung von Fachbegriffen isoliert. Sie sind im Text mit Verweiszeichen (>) versehen und blau unterlegt, werden teils auf der Randspalte erklärt oder können im Glossar ab Seite 37 nachgeschlagen werden. I AUSWAHL DER PROJEKTE: Nicht alle geförderten Projekte werden in dieser Publikation vorgestellt. Die Auswahl stellt einen Querschnitt der Themenpalette dar und ergab sich zudem aus dem jeweiligen Forschungsstand. Mitunter sind, wie beim Thema Acrylamid, auch mehrere Projekte in einem Artikel zusammengefasst. I PROJEKTDATEN: Projekttitel und Kontaktdaten werden bei jeder Projektvorstellung auf der Randspalte aufgeführt. Im Anhang ab Seite 41 findet sich außerdem eine Liste aller 24 geförderten Projekte mit ausführlichen Kontaktdaten und Web-Links. I PUBLIKATIONSVERZEICHNIS: Auf Seite 43 werden alle in dieser Schriftenreihe der Landesstiftung Baden-Württemberg erschienenen Publikationen aufgeführt. LANDESSTIFTUNG Baden-Württemberg 2006 7 Projektbeispiele Vom Bauer bis zum Bäcker Forscher finden Lösungsansätze zur Minimierung von Acrylamid Noch ist nicht vollständig geklärt, wie gefährlich Acrylamid in Lebensmitteln für die Gesundheit ist. Unbestritten ist jedoch, dass „weniger“ hier auf jeden Fall „mehr“ ist. Drei Forschungsteams haben sich die Reduktion von Acrylamid in Backwaren zur Aufgabe gemacht und suchen intensiv nach Vermeidungsstrategien vom Rohstoff über die Verarbeitung bis zum fertigen Produkt. ur mühsam gelingt es den beiden Wissenschaftlern, den Stolz auf ihre Leistung zu verbergen. In vergleichsweise kurzer Zeit haben sich der Lebensmittelingenieur Achim Claus und Privatdozent Andreas Schieber in das noch junge Forschungsthema >„Acrylamid in Lebensmitteln“ eingearbeitet und bedeutende Erkenntnisse gewonnen. N gesetzte Acrylamid auch in Lebensmitteln wie Chips oder Gebäck zu finden ist. Nicht etwa als Belastung von außen, sondern in erster Linie als Folge einer chemischen Reaktion, der die Kruste am Schweinebraten zu verdanken ist und frisches Brot besonders lecker duften lässt: Bei der sogenannten >Maillard-Reaktion werden >Aminosäuren und >re- ursachen, doch da Asparagin auf jeden Fall einen wesentlichen Anteil an der Entstehung hat, konzentrierten sich die in den Forschungsvorhaben eingeschlagenen VermeidungsStrategien zunächst vor allem auf diese Vorläufer-Substanz. Asparagin kommt in Pflanzen sowohl frei, als auch gebunden in Proteinen vor. „Je geringer der Asparagin-Gehalt ist, desto geringer ist die Chance, dass das Asparagin in der Maillard-Reaktion weiterreagiert und dann zu Acrylamid führt“, erklärt Andreas Schieber, „darum gilt es, den Asparagin-Gehalt zu verringern“. Ein Zielkonflikt Ein Bauer prüft den Reifegrad des Weizens. Bild: R. Löffler Unter Leitung von Professor Reinhold Carle am Hohenheimer Lehrstuhl für Lebensmittel pflanzlicher Herkunft und zusammen mit Dr. Pat Schreiter vom Chemischen und Veterinäruntersuchungsamt (CVUA) Stuttgart haben sie nicht nur die Analytik auf diesem Gebiet vorangebracht, sondern vor allem auch Neues über die Bildung von Acrylamid und – noch wichtiger – über Vermeidungsmöglichkeiten herausgefunden. Die Maillard-Reaktion Erst 2002 wurde von einer schwedischen Forschergruppe entdeckt, dass das in der Industrie vielfach ein- 8 duzierende Zucker unter Hitze zu unterschiedlichsten Verbindungen umgewandelt. Von diesen ist bislang hauptsächlich bekannt, dass zahlreiche geruchs- und geschmacksgebende Substanzen darunter vertreten sind – und eben auch Acrylamid. Das Amid entsteht insbesondere dann, wenn als Aminosäure im Prozess >Asparagin zur Verfügung steht. Einen Verdacht, den Dr. Pat Schreiter von der CVUA bereits zu Anfang des Projektes hatte und schon nach wenigen Monaten belegen konnte. Zwar führen noch weitere Wege zu dem problematischen Stoff, der im Verdacht steht, das Erbgut zu schädigen und Krebs zu ver- LANDESSTIFTUNG Baden-Württemberg 2006 Solange dabei das freie Asparagin reduziert wird, geht diese Rechnung auch für den Bäcker auf. Doch Asparagin ist auch Teil des sogenannten >Kleberproteins, das für den Zusammenhalt und zugleich das Aufgehen von Backwaren erforderlich ist. Ein Zielkonflikt, wie Achim Claus, Doktorand am Lehrstuhl, ausführt: „Gerade beim Weizen ist man auf den Kleber angewiesen. Doch das hat zwangsläufig zur Folge, dass beim Backen Acrylamid entsteht.“ Allerdings setzt er beruhigend hinzu: „Wenn es gelingt, das freie Asparagin zu reduzieren, dann ist das auch schon ein wesentlicher Beitrag dazu, das Acrylamid zu senken.“ Ein Weg, auf den sich die Wissenschaftler seit Ende 2003 gemacht haben. Bereits im Getreide liegt die Aminosäure Asparagin in unterschiedlichen Mengen vor. Agraringenieur Albrecht Weber hat diesen ersten Ansatzpunkt für die Verminderung der Aminosäure aufgegriffen. In Projektbeispiele Dinkel, Roggen und Weizen (v.l.n.r.) auf den Hohenheimer Versuchsfeldern Bilder: A. Weber Zusammenarbeit mit Dr. Wolf-Die- teilten verschiedenen Weizenklaster Koller von der Bundesanstalt für sen berücksichtigt und für jede der Ernährung und Lebensmittel (BfEL) in Klassen einige gängige Sorten ausKarlsruhe erforscht er – unter Leitung gewählt. Neben den 16 Winterweivon Prof. Wilhelm zensorten prüfen „Bei einem hohen AusClaupein vom Institut die Wissenschaftler mahlungsgrad bzw. einer für Pflanzenbau und zwei Dinkel- und niedrigen Mehltype sinkt Grünland der Unizwei Roggensorten, der Acrylamid-Gehalt.“ versität Hohenheim die hierzulande beund in Absprache mit den Kollegen sondere Anbaubedeutung haben von der Lebensmitteltechnologie – beziehungsweise an die Bedingundie anbautechnischen Möglichkeiten, gen im „Ländle“ gut angepasst sind. um den Asparagin-Gehalt und somit das Acrylamid-Bildungspotenzial im Korn so gering wie möglich zu halten. Dabei ist ein Teil seiner Fragestellung, herauszufinden, wie eng der Zusammenhang zwischen der Menge der Aminosäure und dem Anteil des gewünschten Rohproteins im Erntegetreide ist. Ließe sich das eine beeinflussen, ohne das andere zu stören, wäre bereits „Land in Sicht“. In einem zweijährigen Feldversuch auf der universitätseigenen Versuchsstation Ihinger Hof bei Renningen wurden darum die Auswirkungen verschiedener StickstoffDüngermengen in unterschiedlicher zeitlicher Verteilung und in unterschiedlichen Formen auf die Gehalte von einerseits Asparagin und andererseits dem Rohprotein im Korn untersucht. Da nicht für jedes Gebäck ein maximaler Eiweiß-Ge- Inzwischen ist das erste Versuchshalt erwünscht ist, sondern zum jahr ausgewertet: Zwar kann und Beispiel beim Keks-Getreide der Ge- sollte man bei pflanzenbaulichen halt keinesfalls hoch sein darf, da- Versuchen zu einem so frühen Zeitmit das Gebäck möglichst schön punkt noch sehr vorsichtig mit Ausflach bleibt – wurden die in der Pra- sagen sein, doch zumindest kann xis nach diesem Kriterium einge- bereits festgehalten werden, dass mit zunehmender Stickstoff-Aufnahme des Getreides die Gehalte sowohl an Protein als auch an Asparagin im Korn ansteigen. Da das eine in vielen Fällen erwünscht ist, das andere aber vermieden werden soll, lässt dieses Ergebnis keine einfache Lösung des Zielkonflikts auf pflanzenbaulicher Ebene erhoffen. Doch ein hoffnungsvolles Versuchsergebnis kann Albrecht Weber immerhin präsen- tieren. Mit der gebotenen Vorsicht formuliert er: „Wenn wir die 16 angebauten Sorten anschauen, sehen wir, dass es in jeder Qualitätsklasse Sorten gibt, die sich durch geringere Asparagin-Gehalte signifikant von den anderen Sorten unterschei- LANDESSTIFTUNG Baden-Württemberg 2006 9 Auch der Bäcker kann seinen Teil dazu beitragen, den Acrylamid-Gehalt so klein wie möglich zu halten. Bild: CMA-Fotoservice Projektbeispiele Projekt 1: Ermittlung von Einflussfaktoren auf die Bildung von Acrylamid in Getreide und Getreideprodukten mit dem Ziel der Gehaltsminimierung – Studien an Modellsystemen und Lebensmitteln Institution: Universität Hohenheim Institut für Lebensmitteltechnologie, Lehrstuhl Lebensmittel pflanzlicher Herkunft August-von-Hartmnn-Str. 3 70599 Stuttgart www.uni-hohenheim.de Projektleitung: Prof. Dr. Reinhold Carle PD Dr. Andreas Schieber Tel.: 0711/459-2314 [email protected] Projekt 2: Einfluss pflanzenbaulicher Maßnahmen bei Getreide zur Reduzierung von Acrylamid-Vorstufen im Korngut von Getreide Institutionen: Universität Hohenheim, Institut für Pflanzenbau, Fachgebiet Allgemeiner Pflanzenbau und Bundesforschungsanstalt für Ernährung und Lebensmittel, Institut für Verfahrenstechnik Fruwirthstr. 23 70599 Stuttgart www.uni-hohenheim.de Projektleitung: Prof. Dr. Wilhelm Claupein Dr. W.-D. Koller Tel.: 0711/459-2380 [email protected] Projekt 3: Ermittlung von Einflussfaktoren auf die Bildung von Acrylamid in Getreide und Getreideprodukten mit dem Ziel der Gehaltsminimierung – Studien an Modellsystemen und Lebensmitteln Institution: CVUA Stuttgart Abt. I – Zentrale Messtechnik Schaflandstr. 3/2 70736 Fellbach www.cvua-stuttgart.de Projektleitung: Dr. Pat Schreiter (seit 6/2005) Tel.: 0711/3426-1029 [email protected] Asparagin (mg/100 g) bzw. Acrylamid (ng/g) PROJEKTDATEN den lassen.“ Ließe sich dies im zwei- sammenarbeiteten, ist es gelungen, ten und dritten Versuchsjahr bestä- eine ganze Reihe interessanter Vertigen, könnte sich hier ein gangba- meidungsstrategien auszumachen. rer Weg für einen ersten Minimie- Bereits mit dem Mahlen des Getreirungsansatz des Acrylamid-Bildungs- des, so die Erkenntnis, werden die potenzials auf Rohstoff-Ebene erge- ersten Weichen gestellt: Bei einer ben. Allerdings niedrigen >Mehl„Bei gleichem Geschmack und müssten diese Sortype sinkt der Bräunungsgrad ist es besser, ein ten zugleich in eiAcrylamid-Gebisschen länger bei niedrigerer ner Reihe anderer halt. Temperatur zu backen.“ Kriterien den AnDas heißt allersprüchen der Landwirtschaft genü- dings auch, dass ernährungsphygen, etwa der Verarbeitungsqualität, siologisch empfehlenswertes VollKrankheitsresistenz oder dem Ertrag. korn in dieser Hinsicht besonders schlechte Karten hat. Glücklicherweise gibt es weitere Kein Königsweg Möglichkeiten, die Acrylamid-VorAn den einen Königsweg zur Aspa- läufersubstanz Asparagin zu reduragin- und damit Acrylamid-Ver- zieren. So sorgt der Gärprozess eimeidung glauben die Wissen- nes Hefeteigs ganz automatisch für schaftler des Lehrstuhls Lebensmit- die Verminderung der problematitel pflanzlicher Herkunft und ihre schen Aminosäure. Praktischerweimit dem Projekt befasste Kollegin se wird Asparagin neben Glutamin an der CVUA sowieso nicht, eher von den Hefen bevorzugt abgebaut. setzen sie auf die Strategie der vie- „Wir haben vermutet, dass wenn len „Nadelstiche“. Mit der immen- wir länger gären lassen, die Hefe sen analytischen Erfahrung und der mehr Wachstum zeigt und deshalb wissenschaftlichen Kompetenz al- auch mehr Aminosäuren und Zukler beteiligten Forscher, die im Rah- ker verstoffwechselt werden,“ ermen des Projektverbundes eng zu- läutert Claus. Im Nachhinein sei das Asparagin im Teig (TM) Asparagin im Brot (TM) Die in der Literatur publizierte Strategie, den Acrylamidgehalt über eine Senkung der Vorläuferverbindungen (freies Asparagin und reduzierende Zucker) zu minimieren, erwies sich vor allem bei Kartoffelprodukten als praktikabel. Völlig überraschend war jedoch der vom Lehrstuhl für Lebensmittel pflanzlicher Herkunft in Kooperation mit Prof. Dietrich Spitzner vom Fachgebiet Bioorganische Chemie nachgewiesene neue Bildungsweg von Acrylamid aus isoliertem Weizenkleberprotein. Damit konnte erstmals gezeigt werden, dass Acrylamid aus Proteinen auch unabhängig von der Maillard-Reaktion entstehen kann. Durch Studien an Modellsystemen konnte die von den Hohenheimer Forschern aufgestellte Hypothese untermauert werden. Damit wird auch deutlich, dass eine vollständige Vermeidung der Acrylamid-Entstehung in Getreideprodukten nicht möglich ist. 10 LANDESSTIFTUNG Baden-Württemberg 2006 alles plausibel, meint Schreiter vom CVUA, aber bis dieser Wissensstand erreicht war, musste sie zusammen mit ihrer Assistentin viele kleine Brötchen backen. Um genau zu sein: an jedem Versuchstag 100 Brötchen aus 20 Gramm labortechnisch hergestelltem Mehl. Die Verwendung der künstlich aus Weizenstärke und Weizeneiweiß gemischten Mehle sei zwar ein bisschen praxisfern, sagt Pat Schreiter, aber zur Vereinfachung der komplexen Zusammenhänge eines Backprozesses und zur Untersuchung des Einflusses einzelner Parameter sind sie eine wichtige Hilfe. Mit der am Untersuchungsamt seit den ersten Meldungen über Acrylamid in Lebensmitteln in kurzer Zeit entwickelten Analysetechnik konnten zuverlässige Ergebnisse erzielt und unter anderem die These der Hohenheimer bestätigt werden. Doch als Königsweg ist auch dieser Pfad ungeeignet: Parallel zum Abbau der Stärke, die während der Hefegärung ebenso wie Zucker und Aminosäuren umgebaut wird, verliert der Teig zunehmend seine Struktur. Brote, deren Teig zu lange „ging“, laufen im Backprozess „breit“ und fallen in sich zusammen. Auch die Hohenheimer Forscher erprobten derweilen – mit „realen“ Mehlen aus den Versuchen des Instituts für Pflanzenbau – ihre Fähigkeiten als Bäcker. Bereits im Vorfeld war es ihnen gelungen, die Einstellung des vorhandenen >HPLC-- Massenspektrometers so zu optimieren, dass Acrylamid im Backwerk selbst Projektbeispiele im Spurenbereich gemessen werden kann. So konnten die weiteren Backversuche zu Temperaturhöhe und Backdauer sowie verschiedenen Ofentypen und Mehl-Zusammensetzungen (unterschiedliche Getreide-Sorten und StickstoffDüngung) äußerst exakt bewertet Eindeutig konnten Claus und Schieber nachweisen, dass ein das Backwerk schnell erhitzender und austrocknender Umluft-Ofen zu mehr Acrylamid führt als ein Etagenofen. werden. Neben dem Acrylamid bestimmten die Wissenschaftler an der Universität Hohenheim und am CVUA weitere 20 Parameter wie Zuckergehalte, Enzymaktivitäten, Aschegehalte für alle 36 verwendeten Mehle. schiedenen Backtemperaturen erzielten gleichen Bräunungsgrad der Brötchen mit dem Acrylamid-Gehalt in Verbindung zu bringen. Achim Claus: „Bei gleichen sensorischen Eigenschaften, also Geschmack und Bräunungsgrad, ist es Bild: P. Fendrich Zu ebenso eindeutigen Ergebnissen führte auch der Ansatz, den mit ver- Köstliches Brot frisch aus dem traditionellen Holzofen im Backhaus. Bemehlt oder unbemehlt macht allerdings einen entscheidenden Unterschied. besser, ein bisschen länger bei niedrigerer Temperatur zu backen.“ Durch die Zusammenführung der analytischen Ergebnisse der Hauptakteure im Projekt, ergänzt durch Messungen an der BfEL in Karlsruhe, bekamen die ermittelten Daten eine besondere Aussagekraft. Bemehltes Brot Auf eine weitere ganz einfach umsetzbare Vermeidungs-Möglichkeit ist Pat Schreiter gestoßen. Die Tatsache, dass in trocken erhitztem Mehl wegen der fehlenden Reduzierung des Asparagins durch Gärung viel mehr Acrylamid gemessen wird als im fertigen Brot, brachte sie auf die Idee, Brote zu untersuchen, die vor dem Backen mit Mehl überstäubt wurden. Zum Teil mit schnell im Laden eingekauften Broten gingen die Experten der Sache auf den Grund und testeten das „bemehlte“ Brot einmal mit Mehl und einmal vom Mehl befreit. Pat Schreiter: „Abgesehen von zwei Ausnahmen, die im Bereich der Messunsicherheit lagen, konnten wir tatsächlich feststellen, dass in dem von Mehl befreiten Brot immer weniger Acrylamid nachweisbar war.“ Insgesamt lässt sich zum aktuellen Zeitpunkt festhalten, dass sich das Acrylamid in Backwaren zwar sicher nicht ganz beseitigen lässt, es jedoch möglich ist, die Belastung wesentlich zu reduzieren. Welcher Weg dabei welchen Erfolg bringt, können die Wissenschaftler noch nicht schlussendlich sagen. Doch ein guter Anfang ist gemacht. Iris Lehmann LANDESSTIFTUNG Baden-Württemberg 2006 11 Albrecht Weber, Achim Claus, Andreas Schieber und Reinhold Carle von der Uni Hohenheim und Pat Schreiter vom CVUA Stuttgart Bilder: I. Lehmann DEFINITIONEN Probiotika: Definierte lebende Mikroorganismen, die in ausreichender Menge in aktiver Form in den Darm gelangen und dadurch positive gesundheitliche Wirkungen erzielen (Berliner Arbeitskreis Probiotika). Chronisch-entzündliche Darmerkrankungen (CED): Chronische oder chronisch rezidivierende (wiederkehrende) Entzündung der Dickdarmschleimhaut (Colitis ulcerosa) oder des gesamten MagenDarm-Traktes mit Tendenz zur Diskontinuität und Befall aller Wandschichten (Morbus Crohn). Die Ursachen von CED sind weitgehend unbekannt. Epithel: Die Schleimhaut bedeckende Zellschicht. Weitere Begriffsdefinitionen im Glossar, S. 37ff Projektbeispiele Auf verlorenem Posten? „Gen-Food“ legt kräftig zu – eine Herausforderung für die Lebensmittelüberwachung Soja ist der Extremfall: Über die Hälfte der weltweiten Produktion stammt bereits aus gentechnisch veränderten Pflanzen. Der EU stehen Staaten und Kontinente mit deutlich liberalerem Umgang gegenüber. Für die Lebensmittelüberwachung ergeben sich daraus immer wieder neue Herausforderungen. Denen begegnen Wissenschaftler des Chemischen und Veterinäruntersuchungsamtes Freiburg mit der Weiterentwicklung ihres Instrumentariums. irtschaftlich attraktiv, bei uns verbraucher- und agrarpolitisch umstritten und dazu noch weltweit höchst unterschiedlich reglementiert: In diesem Spannungsfeld bewegt sich die Kontrolle von >gentechnisch veränderten Pflanzen (GVP). Von unvermeidbaren Kontaminationen bei Anbau, Herstellung, Lagerung, Verpackung und Transport bis hin zur unzureichenden oder falschen Deklaration – mit der wachsenden Anzahl an GVP muss auch die Lebensmittelüberwachung nachziehen. Die amtliche Überwachung ordnet GVP in Lebensmitteln drei Kategorien zu: 1. Zugelassene GVP: Ohne Kennzeichnung dürfen maximal 0,9 Prozent einer Zutat an GVPs in einem Lebensmittel (zum Beispiel Gen-Mais in Tacos) enthalten sein. Bei diesen Mengen geht W PROJEKTDATEN Molekularbiologische Verfahren zum Nachweis von nicht zugelassenen gentechnisch veränderten Pflanzen Institution: Chemisches und Veterinäruntersuchungsamt Freiburg Bissierstraße 5 79100 Freiburg www.cvua-freiburg.de Projektleitung: Hans-Ulrich Waiblinger Tel.: 0761/8855-0 [email protected] Bild: N. Michalke Orientierung im Warendschungel: Gerade wenn’s um gentechnisch veränderte Lebensmittel geht, sind Verbraucher auf eine gut ausgerüstete Lebensmittelüberwachung angewiesen. man von ungewollten Kontaminationen und nicht vom gezielten Einsatz von GVPs aus. Bei einem höheren Gehalt muss das Lebensmittel gekennzeichnet sein – zum Beispiel mit dem Hinweis „enthält gentechnisch veränderte Sojabohnen“. Will der Hersteller einer neuen gentechnisch veränderten Pflanze eine Zulassung für die EU, muss er die entsprechenden >DNA-Sequenzen, Referenzproben und auch deren Nachweismethoden offen legen. Über ein „Molecular Register“ ist ein Zugriff auf diese Daten möglich. Das erleichtert die Kontrolle. 2. Positiv sicherheitsbewertete GVP sind noch nicht zugelassen, doch der Antrag auf EU-Ebene läuft und hat die Hürde der Sicherheitsbewertung bereits ge- 12 LANDESSTIFTUNG Baden-Württemberg 2006 nommen. Hier gilt: Maximal 0,5 Prozent dürfen Zutaten von Lebensmitteln in der EU enthalten. Höhere Werte haben ein Verkehrsverbot des Lebensmittels zur Folge. 3. Nicht zugelassene GVP – die großen Unbekannten: Referenzmaterial ist schwer zu bekommen, Nachweismethoden müssen entwickelt werden. Hier gilt Nulltoleranz, entsprechende Lebensmittel dürfen nicht in den Verkehr gebracht werden. Auf die zuletzt genannte Gruppe konzentriert sich das Freiburger Forschungsprojekt. Informations-Netzwerk Als die Lebensmittelüberwachung 2005 in Bayern gentechnisch veränderte Papayas fand, hatte das euro- Bilder: CVUA Freiburg Projektbeispiele Projektleiter Hans-Ulrich Waiblinger und Annette Anderson sind mit modernen Nachweismethoden nicht zugelassenen gentechnisch veränderten Pflanzen auf der Spur. paweite Netzwerk von Untersu- ten Papayas gingen auf diese Weichungsämtern und Laboren wieder se in die Falle. Ein Stück genauer ist einmal frisches Gen-Material. Die die Analyse so genannter „DNAbayerischen Kollegen der Freiburger Konstrukte“. Das sind funktionale Wissenschaftler waren mit >Scree- Einheiten aus Ziel- und Markergening-Methoden und Datenbank-Re- nen, Promotoren und Terminatoren, cherchen auf die nicht zugelassenen wie sie etwa von AgrarbiotechnoloFrüchte gestoßen. Li„Ohne ein europaweites gie-Unternehmen teraturrecherche und typischerweise verNetzwerk hätten wir Beschaffung von Rewendet werden. schlechte Karten beim ferenzmaterial geNoch individueller Aufspüren von nicht hören auch zu den wird es, wenn so zugelassenen GVP.“ täglichen Aufgaben genannte >Events der Freiburger Molekularbiologen nachgewiesen werden sollen. Das um den Projektleiter Hans-Ulrich sind >transgene Organismen, die Waiblinger. „Ohne Amtshilfe, ohne aus einer transformierten Zelle entein deutschland- und europaweites standen sind, also ein >TransforNetzwerk und ohne das Internet mationsereignis („Event“) repräsenhätten wir schlechte Karten. Für unser Projekt haben wir auf diese Weise nicht zugelassene gentechnisch veränderte Lebensmittel erhalten, um dafür entsprechende Nachweismethoden entwickeln zu können“, erzählt Waiblinger. Dabei hätte ein wahlloses Rühren im Gen-Eintopf wenig Sinn. Die Experimente folgen einer klaren Strategie – von der Breite in die Tiefe. tieren. Sie tragen eigene Namen wie „Bt11“ oder „MON863“. Diese Pflanzen können später in verschiedene Sorten eingekreuzt werden. Jedes zugelassene Event ist mit seinem persönlichen Steckbrief in der EU-Zulassungs-Datenbank hinterlegt. Auf dieser Stufe wird der Übergang vom Fremd-Gen zur PflanzenDNA nachgewiesen – genauer geht’s nicht! Bei allen Nachweisen greifen die Forscher auf >PCR- und >Real-Time-PCR-Verfahren zurück. Damit können die oft nur in kleinen Mengen, etwa in einer Lebensmittel-Zutat vorhandenen GVP-DNASequenzen zunächst vervielfältigt und dann analysiert werden. Rasterfahndung Die CVUA-Mitarbeiter setzen im Rahmen des derzeit laufenden Forschungsprojekts noch einen drauf und führen mit Duplex- oder gar Multiplex-Screening-Verfahren mehrere Nachweise auf einen Schlag. Erfolgreich verlief zum Beispiel die simultane Suche nach zwei weit verbreiteten DNA-Sequenzen: Sie konnten mittels Real-Time-PCR nicht nur gefunden, sondern sogar quantifiziert werden. „Damit kann ein Screening auf zahlreiche gentechnisch veränderte Pflanzen erfolgen, weil viele transgene Pflanzen zumindest eines WEB-LINKS www.biosicherheit.de www.bio-pro.de www.informationsdienstgentechnik.de www.transgen.de DEFINITIONEN DNA-Sequenz: Bestimmte Abfolge von Genen auf der DNA. GVO/GVP: Gentechnisch veränderte Organismen/Pflanzen. Jede Pflanzenlinie, die aus einem Event hervorgeht, gilt als GVO. Dessen Freisetzung oder kommerzielle Nutzung müssen genehmigt werden. „Gentechnisch verändert“ ist ein Organismus, dessen genetisches Material in einer Weise verändert worden ist, wie sie unter natürlichen Bedingungen durch Kreuzen oder natürliche Rekombination nicht vorkommt (Artikel 2 der europäischen Freisetzungs-Richtlinie; 2001/18/ EG). Event: Eine bestimmte transformierte Pflanzenzelle, aus der eine gentechnisch veränderte Pflanze hervorgeht. Jedes erfolgreiche Transformationsereignis gilt als „Event“ und wird mit einem bestimmten Kürzel (z. B. Bt11, MON863) bezeichnet. Jedes Event kann später in verschiedene Sorten eingekreuzt werden. Dreistufiges Vorgehen Mit breiten Screenings können GVPtypische DNA-Sequenzen identifiziert werden. Solche Sequenzen heißen zum Beispiel „35S-Promotor“ oder „NOS-Terminator“. Die Breiten-Analyse sucht zunächst einfach nach GVP – egal, ob zugelassen oder nicht. Auch die erwähn- Die DNA-Extraktion ist bei stark weiterverarbeiteten Lebensmitteln, etwa einem Öl, schwieriger als bei unverarbeiteten Maiskörnern. LANDESSTIFTUNG Baden-Württemberg 2006 13 Projektbeispiele Mit offenen Karten: Alle diese Produkte beinhalten gentechnisch veränderte Pflanzen. Die Frage ist hier, ob auch nicht zugelassene dabei sind. Bild: CVUA Freiburg dieser beiden Elemente aufweisen,“ hebt Projektmitarbeiterin Annette Anderson hervor. „Wir haben die Duplex-Messergebnisse mit Hilfe von Datenbank-Recherchen und über den Vergleich mit Einzelmessungen überprüft. Die Resultate waren sehr gut“, berichtet die Molekularbiologin. Nächster Schritt: Die neue Methode wird für den Einsatz bei Routineuntersuchungen der amtlichen Lebensmittelüberwachung weiterentwickelt. Mit Duplex-Untersuchungen lassen sich auch konstruktspezifische Nachweise kombinieren, die nicht auf die Breite ausgerichtet sind, sondern auf die Tiefenrecherche. Im Fall einer herbizidresistenten, transgenen Rapslinie hat auch dies im bisherigen Projektverlauf bereits funktioniert. Ein Highlight steht in den nächsten Monaten an: Gleich drei Messungen sollen mit einer Multiplex-PCR zeitgleich vorgenommen werden – neben zwei weit verbreiteten GVP-Bausteinen sollen jeweils artspezifische Gene für Mais und Soja identifiziert werden. „Genomic Walking“ Wenn bei breiten Analysen der „GenSpürhund“ anschlägt, muss im nächsten Schritt immer ein genauerer, konstrukt- oder eventspezifischer Nachweis folgen. Doch der ist gerade bei in der EU nicht zugelassenen GVP eine Suche mit vielen Unbekannten: Zu den fraglichen DNA-Sequen- Die Etiketten weisen darauf hin, dass diese Produkte gentechnisch veränderte Pflanzenstoffe beinhalten. Bilder: CVUA Freiburg 14 LANDESSTIFTUNG Baden-Württemberg 2006 zen sind kaum Angaben erhältlich. Und die Stellen, an denen die transgenen Zellen in die Pflanze integriert sind, sind ebenso wenig bekannt wie die flankierende pflanzliche DNA-Sequenz. In solchen Fällen hilft nur „Genomic Walking“. Dahinter verbirgt sich keine neue Fitness-Sportart, sondern das experimentelle Vorantasten auf der DNA-Doppelhelix von einer bekannten Sequenz zu unbekannten Abschnitten. Auch damit werden sich die Projektmitarbeiter noch eingehend befassen, um im Wettlauf mit der Verbreitung von Lebensmitteln aus nicht zugelassenen gentechnisch veränderten Pflanzen Schritt zu halten. Stefan Kriz Portrait Chemische und Veterinäruntersuchungsämter: Vier gute Adressen für den Verbraucherschutz Ohne die vier CVUAs im Lande wäre es um die Nahrungsmittelsicherheit schlecht bestellt. Über ihre Kontrollfunktion hinaus sind sie auch in der Forschung aktiv. So finden sich die Chemischen und Veterinäruntersuchungsämter als Projektpartner bei mehreren Projekten wieder, die von der Landestiftung im Rahmen des Forschungsprogramms Ernährung und Nahrungsmittelsicherheit unterstützt werden. hr Name ist für viele ein Stolperstein. Doch seit das Chemische und Veterinäruntersuchungsamt Stuttgart seine alarmierenden Erkenntnisse über die Krebsrisiken von Acrylamid in Chips und Pommes veröffentlicht hat, sind die den vier Regierungspräsidien zugeordneten CVUAs auch etlichen Verbrauchern ein Begriff. Für Schlagzeilen haben zudem die krebserregenden Nitrosamine, die in Kondomen gefunden analytische und mikrobiologische Untersuchung und Beurteilung von Lebensmitteln aller Art und darüber hinaus von Bedarfsgegenständen, Kosmetika und Tabakerzeugnissen. Die Kontrollen der Lebensmittelbetriebe vor Ort werden in Zusammenarbeit mit den Spezialisten des ehemaligen WKD in den Landratsämtern und weiteren Fachbehörden durchgeführt. Überprüft werden beispielsweise die Hygiene der Herstellungs-, vierungsstoffen untersucht. Besonderes Augenmerk legen die Wissenschaftler der CVUAs außerdem auf Rückstände von Pflanzenschutzmitteln und Tierarzneimitteln oder gesundheitlich relevante Verunreinigungen wie Schwermetalle, Polychlorierte Biphenyle (PCB), Schimmelpilzgifte wie Aflatoxin, Polycyclische Aromatische Kohlenwasserstoffe wie Benzpyren, Lösungsmittel und weitere Stoffe. wurden, und verschiedene Untersuchungen auf Pestizidrückstände in Obst und Gemüse gesorgt. Lager- und Verkaufsräume, die Arbeitsgeräte, die Personalhygiene, die sachgerechte Lagerung und der Transport von Lebensmitteln. In den top-modernen Laboratorien der CVUAs werden Lebensmittel bezogen auf Frischezustand, Zusammensetzung, mikrobiologische Beschaffenheit oder die Verwendung von Zusätzen wie Farb- oder Konser- Dem Schutz der Gesundheit dienen auch die Tests von Verpackungsmaterialien auf Übergänge giftiger Stoffe auf Lebensmittel und von Gegenständen mit Mundschleimhautkontakt wie Schnullern oder Pflegemitteln. I Lebensmittelüberwachung Bild: P. Fendrich Zu den Aufgaben im Bereich der Lebensmittelüberwachung gehören sowohl die Durchführung von Betriebskontrollen als auch die chemisch- Die vier Chemischen und Veterinäruntersuchungsämter (CVUAs) in Freiburg, Karlsruhe, Sigmaringen und Stuttgart (v.l.n.r.) Bilder: CVUAs, P. Fendrich CVUA-STANDORTE Forschung und Entwicklung Ein weiteres wichtiges Aufgabenfeld ist die Forschung und Entwicklung empfindlicherer und schnellerer Nachweisverfahren. Denn nur durch die ständige Anpassung und Weiterentwicklung der Analysetechniken und Untersuchungsmethoden bzw. durch die Erarbeitung von Beurteilungsmaßstäben können neue Gesundheitsrisiken rechtzeitig erkannt, Verstöße schneller aufgedeckt und somit die Lebensmittelsicherheit verbessert werden. In diesem Sinne unterstützt die Landesstiftung mehrere Forschungsprojekte an den CVUAs. Peter Fendrich LANDESSTIFTUNG Baden-Württemberg 2006 15 CVUA Freiburg Postfach 100462 79123 Freiburg Tel.: 0761/8855 -0 [email protected] CVUA Karlsruhe Weißenburger Str. 3 76187 Karlsruhe Tel.: 07 21/926-3611 [email protected] CVUA Sigmaringen Hedingerstr. 2/1 72488 Sigmaringen Tel.: 07571/732-605 [email protected] CVUA Stuttgart Schaflandstraße 3/2 70736 Fellbach Tel.: 0711/34261234 [email protected] Zentrales Internet-Portal: www.untersuchungsaemter-bw.de Projektbeispiele Schnelle Nahrungsmittel-Tests Einfachere Analyse durch Kopplung von Planar-Chromatographie und Massenspektrometrie Ob Brot, Milch, Fleisch oder Convenience Food: Immer wieder geht es darum, Stoffe in Lebensmitteln zu bestimmen, die darin besser nicht enthalten wären. In den Labors der Universität Hohenheim ist Dr. Gertrud Morlock dabei, einfache, schnelle und kostengünstige Nachweis-Verfahren dafür zu entwickeln. Erste Ergebnisse klingen vielversprechend ... ier haben wir einen Gas-Chromatographen, das da ist eine HPLC-Anlage.“ Im Vorbeigehen deutet Gertrud Morlock auf zwei der zahlreichen High-Tech-Apparate und man spürt: Hier am Uni-Institut für Lebensmittelchemie ist die Wissenschaftliche Assistentin ganz in ihrem Element. Sie verwendet die Geräte, wenn es darum geht, in Lebensmittel-Proben bestimmte Zusatzstoffe oder gesundheitsgefährdende Kontaminanten nachzuweisen. Das geht mit drei unterschiedlichen chromatographischen Verfahren (>Chromatographie = Trennung), darunter die >Planar-Chromatogra- H PROJEKTDATEN DC-MS, neues Online-Verfahren zur Schnell-Bestimmung von Kontaminanten und Zusatzstoffen in unterschiedlichen Matrices Institution: Universität Hohenheim Institut für Lebensmittelchemie Garbenstraße 28 70599 Stuttgart www.ilc.uni-hohenheim.de Projektleitung: Dr. Gertrud Morlock Tel.: 0711/459-4092 [email protected] phie als moderne Variante der so genannten >Dünnschicht-Chromatographie, kurz „DC“. Diese bietet den Vorteil, dass sich eine große Anzahl von Proben schnell parallel und kostengünstig untersuchen lässt. Ein hoher Probendurchsatz wird beispielsweise bei der Untersuchung von „verdächtigen“ Nahrungsmitteln aus Supermarktregalen gebraucht. Was „schnell parallel“ tatsächlich bedeutet, lässt sich an einer Vergleichsrechnung verdeutlichen: Bei der Dünnschicht-Chromatographie benötigt man für eine Probe etwa sieben Minuten. Weil hierbei bis zu 70 Proben gleichzeitig ana- Mit neuer Technik, Ideen und Beharrlichkeit: Dr. Gertrud Morlock freut sich über die ersten Labor-Erfolge ihres Forschungsprojektes. Bild: Uni Hohenheim 16 LANDESSTIFTUNG Baden-Württemberg 2006 lysiert werden können, brauchen diese also auch insgesamt nur sieben Minuten. Die alternativen Chromatographie-Verfahren würden nacheinander ablaufen, also 70 mal sieben Minuten dauern – manche unter Umständen sogar 70 mal 15 oder gar 30 Minuten! Nachteil der DC beseitigen Allerdings hatte die DC bislang den Nachteil, dass man sie nicht wie die anderen Chromatographie-Verfahren an eine anschließende >Massenspektrometrie (MS) koppeln konnte. Dieses weitere Analyseverfahren dient dazu, Chromatographie-Ergebnisse nochmals mittels Messung der bekannten Massen von Molekülen abzusichern, was für Untersuchungen, die zum Beispiel für Gerichtsgutachten durchgeführt werden, durchaus ratsam ist. Das bedeutet, ohne Kopplungsmöglichkeit der bewährten, wirtschaftlichen DC (Planar-Chromatographie) mit der MS (Massenspektrometrie) wird üblicherweise eine zeitaufwendige und kostenintensive Routine-Analytik betrieben. „Der apparative Aufwand ist bei einer Vielzahl von Analysen nicht gerechtfertigt“, bedauert Morlock, oder anders ausgedrückt: Da wird zurzeit oftmals mit Kanonen auf Spatzen geschossen. Die Wissenschaftlerin und ihr Team wollen Abhilfe schaffen. Als die Forscherin im Jahr 2004 erfuhr, dass an der Wilhelms-Universität in Münster eine Apparatur zur DC-MSKopplung entwickelt worden war, erkannte sie sofort: „eine synergistische Verbindung“ mit enormem Projektbeispiele Verbesserungspotenzial für die gängige Analyse-Praxis. Aufwendige RoutineAnalytik entlasten So gingen sie daran, gesuchte Stoffe in Lebensmitteln einfach, zuverlässig, schnell und kostengünstig chromatographisch sichtbar zu machen – und als weiteren Nachweis gleich automatisch ihre jeweilige, bekannte Masse zu bestimmen. Und zwar immer nur dann, wenn die chromatographische Suche erfolgreich war, sodass das Massenspektrometer stets nur ganz gezielt und zeitsparend zum Einsatz kommt. Damit soll letztlich die bereits angesprochene RoutineAnalytik „mit DC-MS entlastet und rationalisiert werden“, betont die Forscherin. Seit Projektbeginn Anfang 2005 haben die Hohenheimer Experten schon einiges geleistet. Erstens konnten sie – im Dialog mit dem Erfinder Dr. Heinrich Luftmann – die Apparatur selbst Die für Analytiker bedeutsame Reverbessern, indem sie diese alltags- produzierbarkeit der Messergebnistauglicher machten. Zweitens haben se sei „nahezu gleich wie bei bishesie damit begonnen, das DC-MS- rigen Verfahren“ und man sei daran, Schnellverfahren auf seine praktische „dies weiter zu verbessern“, heißt es Anwendbarkeit hin zu in Hohenheim. „Der apparative Auftesten. Dafür werden Befragt zum Thema wand ist bei einer Vielexemplarisch zwei Nachweisgrenze nozahl von Analysen nicht Schnell-Methoden tiert Gertrud Morgerechtfertigt.“ entwickelt, mit denen lock eine Zahl mit sieman Acrylamid in unterschiedlichen ben Stellen hinter dem Komma und Lebensmitteln sowie krebserregende erklärt: „Wir können solche Konzen>heterocyclische aromatische Amine trationen nachweisen.“ Konzentrain Fleisch und Fleischprodukten be- tionen? – da geht es um „allerkleinstimmen kann. Letztgenannte entste- ste“ Spuren: Mit der innovativen hen beim Erhitzen, also etwa beim Kopplungstechnologie kann die SpeBraten und Grillen und finden sich zum zialistin die Existenz von 0,0000004 Beispiel auch in Frikadellen und ande- Gramm eines gesuchten Stoffes in ren Fertiggerichten. einem Liter beziehungsweise Kilogramm Lebensmittel belegen! Wie relevant die mühevolle EntErste Ergebnisse liegen vor wicklungsarbeit im Labor für die Für beide Bestimmungsmethoden Verbraucher sein kann, zeigte sich sind die ersten Schritte getan, und schon im konkreten Fall. Als im Jahr wenngleich der Weg noch steinig 2005 in mehreren europäischen sein wird, lässt sich konstatieren: Ländern die Chemikalie IsoproDas erste von drei Forschungsjah- pylthioxanthon (kurz ITX) in Kinderren zeitigt bereits erste, viel verspre- milchprodukten und anderen verchende Ergebnisse. Zum Beispiel bei packten Nahrungsmitteln gefunso grundlegenden Fragen wie nach den wurde, konnten die Hohenheider Reproduzierbarkeit und den mer ihr wissenschaftliches Knowhow unter Beweis stellen: Binnen Nachweisgrenzen. Die farbigen Zonen im Chromatogramm (Bild unten) machen die Inhaltsstoffe einer Probe sichtbar. Im Massenspektrum (oben) werden sie anschließend durch die so genannten Massensignale eindeutig identifiziert. Bilder: G. Morlock kürzester Zeit entwickelten sie ein Analyseverfahren, um die spezielle Kontaminante in Milch, Joghurt und Fetten aufzuspüren. Leider wird es wohl auch in Zukunft immer wieder dringenden Handlungsbedarf geben. Möglicherweise wartet der nächste Lebensmittelskandal bereits. Nicht zuletzt das gibt dem hier vorgestellten Forschungsprojekt über das neue Verfahren zur Schnell-Bestimmung von Kontaminanten seine Bedeutung. Norbert Weimper DEFINITIONEN Chromatographie: Von griech. „Farb-Schreiben“, Verfahren zur Trennung chemisch nahe verwandter Stoffe bzw. chemischer Verbindungen; Darstellung des Analyseergebnisses in Form eines Chromatogramms (Farbbild). Dünnschicht-Chromatographie (DC): Chromatographisches Trennverfahren mit einer planaren (stationären) Phase und einer flüssigen (mobilen) Phase. Planar-Chromatographie: Eigentlich ein Überbegriff der Dünnschicht-Chromatographie (DC); hier als Ausdruck für die moderne instrumentelle DC. Massenspektrometrie (MS): Analysenverfahren zur Bestimmung von chemischen Elementen, Molekülmassen und Massenfragmenten. Dient der Aufklärung der Struktur und Zusammensetzung von Verbindungen und Gemischen kann die Ergebnisse einer vorher durchgeführten Chromatographie absichern. Weitere Begriffsdefinitionen im Glossar, S. 37ff LANDESSTIFTUNG Baden-Württemberg 2006 17 Projektbeispiele Der Natur auf die Finger geschaut Präzisierte Methoden zur Bestimmung von sekundären Pflanzenstoffen Vielfältig soll die tägliche Obst- und Gemüseauswahl sein, so die Devise für eine gesunde Ernährung. Immer mehr Menschen suchen dafür Ersatz bei Nahrungsergänzungsmitteln und funktionellen Lebensmitteln. Dennoch gab es bisher kein standardisiertes Verfahren zur Bestimmung ihrer Inhaltsstoffe. Ein Forschungsprojekt an der Universität Hohenheim hat Abhilfe geschaffen. ür Professor Dr. Reinhold Carle und Privatdozent Dr. Andreas Schieber hat Deutschland auch nach dem neuen Lebensmittelgesetz deutlichen Nachholbedarf in Sachen Lebensmittelsicherheit: “In Japan müssen die Wirkungen der Inhaltsstoffe von >funktionellen Lebensmitteln seit einigen Jahren belegbar sein.“ Eine solche Regel gibt es hierzulande noch nicht, wie die beiden Wissenschaftler am Lehrstuhl für Lebensmitteltechnologie der Uni Hohenheim erläutern. Die Rede ist beispielsweise von sogenannten ACE-Getränken, die laut Etikett „das Immunsystem stärken“ sollen, oder von >Nahrungsergänzungsmitteln, die mit der Aufschrift „vorbeugend zum Erhalt der Augenschärfe“ um Käufer werben. „Das Projekt der Landesstiftung kam für uns genau zum richtigen Zeitpunkt“, äußern sich die beiden Projektleiter immer noch begeistert. Neben den fehlenden Regeln zur Kennzeichnung von Inhaltsstoffen gab es noch F PROJEKTDATEN Entwicklung und Validierung von Methoden zur Bestimmung von Carotinoiden und Polyphenolen in Nahrungsergänzungsmitteln und funktionellen Lebensmitteln mittels HPLC Institution: Institut für Lebensmitteltechnologie, Lehrstuhl Lebensmittel pflanzlicher Herkunft Universität Hohenheim August-von-Hartmann-Straße 3 70599 Stuttgart www.uni-hohenheim.de Projektleitung: Prof. Dr. Reinhold Carle Dr. Andreas Schieber Tel.: 0711/459-2314 [email protected] Wie der Name schon sagt: Karotten enthalten reichlich Carotinoide. Bild: CMA-Foto-Service weitere Gründe, die das Interesse am Projektthema beförderten. So stellen funktionelle Lebensmittel und Nahrungsergänzungsmittel seit einigen Jahren einen Markt mit hohen Wachstumsraten dar. Die Produktpalette ist vielfältig und umfasst unter anderem Ballaststoffe, Probiotika, Vitaminpräparate, Mineralstoffe und Spurenelemente, Fischleberöle mit Omega-3-Fettsäuren, Coenzyme und >Carotinoide. Weiterhin gewinnen polyphenolhaltige Präparate auf der Basis von Pflanzenextrakten seit einiger Zeit zunehmend an Bedeutung. Fehlende Standards Dennoch wächst die Verunsicherung bei den Verbrauchern, wie das Beispiel β-Carotin zeigt. So behaupten einige Hersteller, dass eine erhöhte Aufnahme von β-Carotin unter anderem das Krebsrisiko senke. Seitdem die Ergebnisse der amerikanischen „CARETStudie“ bekannt wurden, muss diese Behauptung jedoch relativiert werden. Die Studie besagt, dass eine tägliche Aufnahme von mehr als 20 Milligramm 18 LANDESSTIFTUNG Baden-Württemberg 2006 β-Carotin in isolierter Form – also etwa zehnmal mehr als der Durchschnittsdeutsche – für verschiedene Risikogruppen wie beispielsweise starke Raucher als kritisch gilt. Für sie erhöht sich sogar das Risiko, an Lungenkrebs zu erkranken. Sowohl die stetig steigende Bedeutung von Nahrungsergänzungsmitteln und funktionellen Lebensmitteln auf dem Lebensmittelmarkt als auch der Informationsbedarf der Verbraucher machten einen gravierenden Mangel deutlich: Es fehlten standardisierte Methoden zur Bestimmung von >sekundären Pflanzenstoffen. An dieser Stelle setzte das Projekt der Landesstiftung an, wie Carle und Schieber erklären: „Ziel des Projekts war, die wertgebenden Inhaltsstoffe rasch und exakt charakterisieren und quantifizieren zu können.“ Dafür wurden die Stoffklassen der Carotinoide und >Polyphenole ausgewählt, die in beträchtlichem Umfang in den oben genannten Produkten eingesetzt werden. Anfangs untersuchte das Projektteam einige im Handel erhältliche Nahrungsergänzungsmittel in der gängigen Form der Weichgelatinekapseln auf ihren Carotinoidgehalt hin. Dabei wurde zuerst die Hüllmatrix auf schonende Weise enzymatisch abgebaut. Mit Hilfe der >HPLC-Methode ermittelten die Wissenschaftler die Werte für die Carotinoide α-Carotin, β-Carotin, Lutein und Zeaxanthin und verglichen sie mit ihren jeweils deklarierten Gehalten. Die Ergebnisse zeigten bei den meisten Präparaten eine weitgehende Übereinstimmung. Ursache für die vereinzelt deutlichen Überschreitungen der Werte Bild: I. Lehmann Grafik: A.Schieber, Uni Hohenheim Projektbeispiele Das Projekt von Andreas Schieber und Reinhold Carle hilft, Verbraucher vor Überdosierung und Irreführung zu schützen. seien Stabilitätszuschläge während der Herstellung, die spätere Lagerverluste ausgleichen sollen. Insbesondere der Einfluss von Sonnenlicht senkt den Gehalt von Carotinoiden deutlich. Hoher Praxisbezug Diese Messungen konnten relativ zügig zum Ergebnis gebracht werden, da das Projektteam bereits einige Vorarbeiten in diesem Bereich erfolgreich abgeschlossen hatte: Die Gewinnung von Polyphenolen und Carotinoiden aus Apfel- und Karotten->Trester wird mittlerweile in die Produktion von funktionellen Lebensmitteln integriert. Auch das Projekt der Landesstiftung schaut der Natur sozusagen auf die Finger und zeichnet sich durch hohen Praxisbezug aus, wie Carle und Schieber betonen: „Mit unseren verbesserten Methoden zur Bestimmung von bioaktiven Inhaltsstoffen sollen zum einen gesundheitli- Die HPLC-Trennung eines Standardgemischs von Polyphenolen zeigt, wie komplex ein funktionelles Lebensmittel aufgebaut ist. che Gefahren durch Überdosierung vermieden werden, zum anderen soll der Verbraucher vor Irreführung geschützt werden können.“ Konkret ist damit das „Downgrading“ bestehender Methoden gemeint, wodurch die Analysendauer reduziert und weniger Lösungsmittel verbraucht wird. Als weiteres Ziel etablierte das Projektteam ein Verfahren, mit dem Referenzsubstanzen gewonnen werden können. Der Schwerpunkt lag dabei auf den Substanzen, die kommerziell gar nicht erhältlich oder außerordentlich teuer sind. Carotinoide wurden mittels >HSCCC aus Spinat und Mais isoliert. Dasselbe Verfahren musste bei Polyphenolen jedoch für jede Probe angepasst werden, da diese Stoffklasse ausgesprochen heterogen ist (vgl. Grafik). Internationale Resonanz Einen bemerkenswerten Anteil am Zustandekommen der Projektergeb- nisse hatte das Chemische und Veterinär-Untersuchungsamt Stuttgart (CVUA), das eine Reihe von praktischen Versuchen durchführte. Der Erfolg des Projekts lässt sich zum einen an der beachtlichen Zahl von Publikationen messen, die teilweise auch internationale Resonanz fanden. Zudem sind die beiden Wissenschaftler erfreut, dass die Entwicklung ihrer analytischen Kompetenz die logische Fortsetzung in einem Untersuchungsprojekt mit Ernährungswissenschaftlern der Universität Jena findet, das in die biologische Profilierung hineinreicht. Auch wenn das neue Lebensmittelgesetz die Werbemöglichkeiten für funktionelle Lebensmittel deutlich einschränkt, besteht weiterhin keine Pflicht zur Deklaration ihrer Inhaltsstoffe. Dennoch haben die Projektergebnisse der Uni Hohenheim einige Voraussetzungen dafür geschaffen. Peter Streiff DEFINITIONEN Nahrungsergänzungsmittel: Ein Konzentrat von Nährstoffen oder sonstigen Stoffen – wie Vitamine und Mineralstoffe einschließlich Spurenelemente – mit ernährungsspezifischer oder physiologischer Wirkung. Eine pharmakologische, immunologische und metabolische Wirkung ist nicht erlaubt, da sie Arzneimitteln vorbehalten ist. Wird in dosierter Form – als Kapseln, Pastillen oder Pulver – in den Verkehr gebracht. Funktionelle Lebensmittel: (auch: Functional Food) Lebensmittel mit ähnlichem Wirkungsbereich wie Nahrungsergänzungsmittel, muss jedoch keine bestimmte Form haben. Sekundäre Pflanzenstoffe: Verschiedenste chemische Verbindungen wie Carotinoide und Polyphenole, die ausschließlich in Pflanzen vorkommen und sie vor umweltbedingten Schäden schützen. Mit der Nahrung aufgenommen, können sie im menschlichen Körper eine Reihe von Stoffwechselprozessen – wie Cholesterinstoffwechsel und Blutzuckerspiegel – positiv beeinflussen. Bild: P. Fendrich Weitere Begriffsdefinitionen im Glossar, S. 37ff Nahrungsergänzungsmittel sind äußerlich kaum von Arzneimitteln zu unterscheiden. LANDESSTIFTUNG Baden-Württemberg 2006 19 Projektbeispiele Kartoffelrezepte aus dem Biologielabor Wie lassen sich schädliche Alkaloide in Lebensmitteln nachweisen und vermeiden? Kartoffeln und Tomaten produzieren „natürliche Gifte“, etwa um sich gegen Tierfraß zu wappnen. Für den Menschen sind diese Stoffe nicht immer unbedenklich, wenngleich das Lebensmittelrecht keine Warnhinweise vorsieht. Nun sollten zumindest die Nachweisverfahren vereinfacht und die Verbraucher aufgeklärt werden. ollen uns die Wissenschaft- leitet werden. „Denn wenn man ler nun auch noch die gute weiß, was gut und was schlecht ist, alte Kartoffel madig machen? „Kei- steht dem ungetrübten Genuss der neswegs“, beschwichtigt Professor Lebensmittel nichts im Weg.“ Michael Wink, Projektleiter und Direktor am Institut für Pharmazie Sommergrippe oder und Molekulare Biotechnologie an Kartoffelvergiftung? der Universität Heidelberg. „Aber die Verbraucher müssen wissen, wie Magenbeschwerden, Durchfall, sie mit Kartoffeln umgehen soll- Gliederschmerzen: Die Symptome, die beim Verzehr von alkaloidreiten.“ Drei Ziele verfolgt Wink mit dem chen Kartoffeln oder grünen Tomavon der Landesstiftung Baden- ten auftreten können, ähneln deWürttemberg geförderten Projekt: nen einer Sommergrippe. „Eine Er will möglichst einfache Nach- Grippe ist aber nicht nach einem Tag wieder vorbei“, erweismethoden für „Die toxische Dosis von klärt Professor Wink die >Alkaloide etaGlykoalkaloiden liegt den Unterschied. blieren, nicht nur für beim Menschen bei zwei „Denn die Giftstoffe Kartoffeln oder Tomabis fünf Milligramm pro werden schnell wieten „pur“, sondern Kilogramm Körperder ausgeschieden, auch für deren Verargewicht.“ sie reichern sich im beitungsprodukte. Zweitens untersucht er Faktoren menschlichen Organismus nicht wie Licht, Sortenwahl oder Verarbei- an.“ Trotzdem sollte man seiner tung der Lebensmittel, die auf die Meinung nach Alkaloide wie >SolaAlkaloidbelastung Einfluss nehmen nin oder >Chaconin nicht unterkönnten. Und drittens sollen Emp- schätzen: „Die fehlungen an die Konsumenten abge- W PROJEKTDATEN Entwicklung verlässlicher Nachweisverfahren für toxische Steroid-Glycoalkaloide in Kartoffeln, Tomaten und daraus zubereiteten Produkten Institution: Institut für Pharmazie und Molekulare Biotechnologie, Universität Heidelberg Im Neuenheimer Feld 364 69120 Heidelberg www.uni-heidelberg.de/ institute/fak14/ipmb Projektleitung: Prof. Dr. Michael Wink Tel.: 06221/54-4880 [email protected] Keimende Kartoffeln gefährden die Gesundheit Bild: P. Fendrich 20 LANDESSTIFTUNG Baden-Württemberg 2006 toxische Dosis liegt beim Menschen bei zwei bis fünf Milligramm pro Kilogramm Körpergewicht.“ Alkaloide schädigen die Biomembran von Zellen und deren Rezeptoren. Die Folge: gestörte „Signalübertragungen“, die sich in Gliederschmerzen oder gar Lähmungserscheinungen äußern können. Wink plädiert für einen Grenzwert von 25 Milligramm Alkaloide pro Kilogramm Kartoffeln, Kartoffelprodukten oder Tomaten. Besonders vorsichtig sollten Schwangere oder Kleinkinder sein. Denn es ist nicht gänzlich auszuschließen, dass Alkaloide genetische Veränderungen hervorrufen können. Was Großmutter noch wusste ... Über die biologischen Zusammenhänge wussten unsere Vorfahren sicher nicht Bescheid. Dennoch bereiteten sie Kartoffeln so zu, dass Alkaloide eliminiert wurden: Die Knollen wurden geschält – dabei bleibt schon mal die Hälfte auf der Strecke. Dann wurden sie in Projektbeispiele Salzwasser gekocht. Nicht die Temperatur, sondern das Wasser eliminiert die andere Hälfte. Statt Salzkartoffeln sind heute Vitamin-schonendere Rezepte, Pommes frites oder ungeschälte „Wilde Kartoffeln“ en vogue: alle verbunden mit einer möglicherweise höheren Alkaloidbelastung. Das muss aber nicht sein. Denn die Untersuchungen der Heidelberger Biologen ergeben wichtige Hinweise für den Verbraucher: ■ Frühkartoffeln sind tendenziell höher belastet. ■ Lichteinfluss erhöht sehr rasch die Alkaloidkonzentration. Schädlich sind durchsichtige Verpackungen sowie die Lagerung im Hellen. ■ Das Keimen und Ergrünen der Knollen muss vermieden werden. Dabei reichern sich schnell hohe Schadstoff-Konzentrationen an. ■ Die Geschmacksnerven sind ein guter Anzeiger: Schmecken Kartoffeln (oder halbreife Tomaten) bitter, sind Solanin und Chaconin im Spiel! ■ Würde der Alkaloidgehalt für jede Charge ermittelt und dem Käufer mitgeteilt, dann wüsste der, ob „Wilde Kartoffeln“ oder doch besser Salzkartoffeln auf den Tisch kommen sollten. Auf die richtige Karte gesetzt Mit dem letzten Punkt kommen wir zum Kern des Forschungsprojekts, der Entwicklung von verlässlichen, schnellen und kostengünstigen Nachweisverfahren. Die Analyse der fraglichen Substanzen mittels >HPLCMassenspektrometrie bringt zwar gute Ergebnisse, ist aber für den flächendeckenden Routine-Einsatz zu teuer. Auf der Suche nach Alternativen planten Professor Wink und seine Kollegen von Anfang an ein zweistufiges Vorgehen – „ein tauglicher Schnelltest in Verbindung mit einer eindeutigen Tiefenanalyse.“ Dabei setzten die Forscher auf einen >Hämolyse-Assay. Ein immunologisches Nachweisverfahren, wie zum Beispiel. >ELISA behielt man als weitere Möglichkeit zunächst in der Hinterhand. Schon zur Halbzeit DEFINITIONEN Alkaloide: Organische, stickstoffhaltige, natürlich vorkommende Verbindungen. Gehören zu den sekundären Pflanzenstoffen und besitzen meist toxische und pharmakologische Eigenschaften. Alkaloiden in Kartoffeln auf der Spur: Projektleiter Prof. Michael Wink mit Kollegin Bild: Institut für Pharmazie und Molekulare Biotechnologie, Uni Heidelberg des Projekts wissen die Forscher, dass sie auf die richtige Karte gesetzt haben: Die Hämolyse funktioniert, ELISA-Tests werden nicht mehr nötig sein. Doch am Anfang standen Experimente zur Extraktion und Anreicherung der gesuchten Substanzen. Schließlich sollen in der Praxis nicht nur Kartoffeln, sondern auch Chips, Pommes und andere Verarbeitungsprodukte geprüft werden. Zahlreiche Verfahren wurden verglichen und hinsichtlich der Analyse von Glykoalkaloiden optimiert. Die Endergebnisse dieses Arbeitspakets stehen noch aus. Feinarbeit Der Hämolyse-Assay selbst wurde für die vorliegende Fragestellung völlig neu entwickelt. Wink nutzte dabei die „schlechten“ Eigenschaften der Alkaloide: Sie beschädigen die Zellmembranen und zerstören die roten Blutkörperchen, so dass der rote Blutfarbstoff aus den Zellen ausfließen kann. Das freigesetzte Hämoglobin kann spektroskopisch gemessen werden. Was sich recht einfach anhört und im Grundsatz auch funktioniert, muss nun in vielen Tests perfektioniert werden. Einem Nachteil der Hämolyse sind die Heidelberger Molekularbiologen schon auf die Spur gekommen: Neben den Alkaloiden enthält das angereicherte Kartoffelextrakt weitere Stoffe, die eine Hämolyse verursachen. Michael Wink: „Das Verfahren ist bisher noch nicht so selektiv, wie wir es uns wünschen.“ Müssen die Extraktionsverfahren modifiziert werden? Oder kann man bei Schnelltests solche Ungenauigkeiten in Kauf nehmen, um die exakten Ergebnisse den anschließenden Feinanalysen zu überlassen? Bis detaillierte Ergebnisse vorliegen und möglicherweise sogar Warnhinweise auf den Kartoffelverpackungen zu finden sein werden, gilt die Devise: Auf den richtigen Umgang mit der Knolle kommt’s an – und im Zweifelsfall lässt man sich eben Salzkartoffeln schmecken. Stefan Kriz LANDESSTIFTUNG Baden-Württemberg 2006 21 Solanin, Chaconin: Gehören zur Klasse der Steroid-Alkaloide. Das sind stickstoffhaltige Steroide, die mit einem Zuckerrest verbunden sind. Wirken wie Detergentien, setzen also die Oberflächenspannung des Wassers herab und binden (emulgieren) Fette. Hämolyse-Assay: Schnelles und kostengünstiges Nachweisverfahren, bei dem die Zerstörung der roten Blutkörperchen (Hämolyse) und die damit verbundene Freisetzung von Hämoglobin als Indikator genutzt wird. Der Hämolyse-Assay misst das Vermögen eines Stoffes, Zellmembranen irreparabel zu beschädigen. Weitere Begriffsdefinitionen im Glossar, S. 37ff Projektbeispiele ÖKOLOGIE Verräterische Gene Ein DNA-Chip soll vor gefährlichen Pilz-Giften schützen Mit zu den gefährlichsten Giften überhaupt zählen die Stoffwechsel-Produkte mancher Pilze. Anders als der berühmte Fliegenpilz sind die Pilzarten, die an und von Lebensmitteln leben, weit verbreitet: Rund ein Viertel aller Nahrungsmittel weltweit ist laut >FAO mit Spuren dieser Pilzgifte kontaminiert. An der Bundesforschungsanstalt für Ernähung und Lebensmittel versucht man, das Problem an der Wurzel anzugehen. PROJEKTDATEN MycoChip: Implementierung eines DNA Microarrays zum simultanen Monitoring der Bildung verschiedener Mykotoxine in Lebensmitteln Institution: Bundesforschungsanstalt für Ernährung und Lebensmittel Haid-und-Neu-Str. 9 76131 Karlsruhe www.bfel.de Projektleitung: Prof. Dr. Rolf Geisen Tel.: 0721/6625-459 [email protected] Fusarium trichothecen, ein als Pflanzenschädling auftretender Schlauchpilz Bild: BfEL W enn auf dem Bildschirm von Professor Dr. Rolf Geisen plötzlich viele rote Lichter aufleuchten, ist das keineswegs ein Zeichen für Stillstand. Ganz im Gegenteil: Rote Lichter in ganz bestimmter Gruppierung bedeuten, dass ausgewählte Gene in der untersuchten Probe, die beispielsweise aus Weizenkörnern eines Lagersilos gewonnen sein könnte, aktiv sind. Wenn jetzt nicht schleunigst die Bedingungen in dem Lager geändert werden, etwa durch Kühlung oder Trocknung, dann machen sich die Pilze binnen Tage oder Stunden an die Arbeit und produzieren ihre giftigen Stoffwechsel-Produkte. Damit kontaminiert, ist das Getrei- Wie bei jeder biochemischen Reakti- Prinzip die Aktivierung mykotoxinon im Körper wird die Produktion der biosynthetischer Gene direkt auf gefährlichen Gifte durch Gene ge- molekularer Ebene auf dem Monisteuert. Erst wenn in der Umgebung tor beobachten, bevor die Mykotodes Pilzes ganz bestimmte Bedingun- xine aktuell gebildet wurden“, gen herrschen, wird von diesen das schwärmt Rolf Geisen von der Bunentscheidende Signal gegeben. Dabei desforschungsanstalt für Ernähwerden die erforderlichen Gene un- rung und Lebensmittel (BfEL) in ter Umständen erst aktiv, wenn zahl- Karlsruhe. Dadurch, dass man mit Hilfe des Genreiche Faktoren, wie „Mit Hilfe des HygieneChecks exakt den Temperatur, LuftKonzepts HACCP sollen Moment feststellen feuchtigkeit, pH-Wert kritische Kontrollpunkte kann, an dem die und zum Beispiel Beidentifiziert werden.“ Gen-Aktivität anlichtung zusammen ideale Bedingungen gewährleisten. springt, lassen sich auch ganz exWas genau Auslöser für die Gen-Ak- akt die Bedingungen festhalten, die tivität ist, konnte man bislang nur in diesem Augenblick herrschen. nachträglich von der Tatsache ablei- Das heißt, wenn Probleme im Verten, dass irgendwann Pilzgift nachge- lauf einer Lebensmittelkette, sei es de unverkäuflich und unter Umständen eine Gefahr für Leib und Leben. Vom „Antoniusfeuer“, das das Gift von Claviceps purpurea verursacht, der die unförmigen Mutterkörner an Getreideähren erzeugt, über Veränderungen an Niere und Leber, bis hin zu Krebsgeschwüren werden zahlreiche Krankheiten den >Mykotoxinen zugeschrieben. wiesen und dann auf die Start-Situation ihrer Synthese rückgeschlossen wurde – mit den entsprechenden Fehlermöglichkeiten. 22 Molekulare kritische Punkte Eine neue Methode, der Einsatz eines Bio-Chips, gewährt dagegen den direkten Einblick auf die GenEbene. „Mit dem Chip kann man im LANDESSTIFTUNG Baden-Württemberg 2006 während der Lagerung, Verarbeitung oder auch der Auslieferung, auftauchen, lässt sich der kritische Punkt mit Hilfe des Chips eindeutig analysieren. „Es gibt das Hygiene-Konzept HACCP, mit dessen Hilfe kritische Kontrollpunkte identifiziert werden sollen; wir können jetzt sozusagen molekulare kritische Kontrollpunkte liefern“, erläutert Geisen eine Projektbeispiele ÖKOLOGIE Einsatzmöglichkeit des national bereits für die Patentierung angemeldeten Bio-Chips. Fluoreszenz enttarnt Pilz-Aktivität Allerdings ist die eigentliche Beobachtung der Entwicklung nach wie vor auf das Ziehen von Proben angewiesen. Einen DNA-Chip, der quasi simultan die entsprechenden Daten liefert oder gar ein Test-Gerät, das der Praktiker mit aufs Feld oder in Mühle oder Lagerhalle nehmen kann, gibt es noch nicht. Doch es ist möglich, durch häufige Probenziehung und -aufbereitung für einen bestimmten Prozess eine fast kontinuierliche und zeitnahe Überwachung zu ermöglichen. Die Aufbereitung dauert aktuell derzeit einen Tag. Sie umfasst insbesondere die Isolierung der „Messenger-RNA“ aus der Probe, die immer dann gebildet wird, wenn ein Gen aktiviert wurde. Für die Biosynthese von Aflatoxin, einem Pilzgift, das vor allem im Zusammenhang mit der Kontamination von Erdnüssen bekannt gewordenen ist, sind insgesamt 25 Gene zuständig. Wird deren RNA isoliert, lässt sich aus dieser die zugehörige DNA herstellen. Ein winziger Tropfen davon wird auf einen mit der Pilz-typischen Gen-DNA präparierten Glasobjektträger aufgebracht, dieser zeigt immer dann, wenn sich zwei zusammengehörige Stränge finden „Aktivität“ an. Diese „Aktivität“ wird auf dem Monitor erkennbar gemacht, indem zuvor in die DEFINITIONEN FAO: Food and Agriculture Organization: UN-Organisation mit der Aufgabe, die Produktion und die Verteilung von landwirtschaftlichen Produkten sowie Nahrungsmitteln zu verbessern, um weltweit die Ernährung sicherzustellen. Fungizid: Pflanzenschutzmittel zur Bekämpfung von Pilzen Professor Rolf Geisen im Labor der BfEL in Karlsruhe Bild: I. Lehmann aufgebrachten DNA-Stränge fluoreszierende Bestandteile eingebaut werden, die nur dann leuchten, wenn zwei zusammengehörige Stränge sich treffen (s. Bild S. 24). Waren in der gezogenen Pilzprobe die für die Gift-Bildung zuständigen Gene nicht vorhanden und damit die Gene im Moment der ProbenZiehung nicht aktiv, passiert auf dem Glasobjektträger gar nichts und die Wissenschaftler wissen eindeutig, dass die in diesem Augen- sen, wie weit fortgeschritten die Entwicklung ist. blick herrschenden Bedingungen keine Gift-Produktion befürchten lassen. Die Gen-Proben auf dem Objektträger, dem eigentlichen „Bio-Chip“, werden von den Wissenschaftlern immer in der gleichen Anordnung aufgebracht. Da im Verlauf der Biosynthese jeweils unterschiedliche Gene aktiv sind, erscheinen je nach Phase immer neue Muster, die erkennen las- bestimmten Mykotoxinen durch die Verbleibenden gestärkt. Ein Effekt, der durch die schlichte Messung des Giftes im Getreide nicht erkennbar ist. Eine andere Anwendung greift das Problem der Mykotoxin-Entstehung bereits auf dem Acker auf: Beim Aflatoxin, aber sehr wahrscheinlich auch bei anderen Pilzen, gebe es, so Geisen, einen mit Hilfe Pilz gegen Pilz ins Feld führen Für den praktischen Einsatz des BioChips fallen Geisen viele Anwendungen ein. Zum Beispiel bewirkten manche >Fungizid-Spritzungen, dass zwar die Masse der Gift produzierenden Pilze abnehme, doch werde gleichzeitig die Produktion an LANDESSTIFTUNG Baden-Württemberg 2006 23 HACCP : Hazard Analysis and Critical Control Points: In der Lebensmittelindustrie verbreitetes Qualitätssicherungskonzept, das im Rahmen einer Gefahren- und Risikoanalyse kritische Lenkungspunkte ausmacht und überprüft. Mykotoxine: Giftige Stoffwechselprodukte von Schimmelpilzen. Spotter: Mit dem Spotter überträgt man flüssige Proben aller Art mit feinen Nadeln auf Träger. Weitere Begriffsdefinitionen im Glossar, S. 37ff Fünf Penizillium-Varianten im Ektronenmikroskop: Viele Pilz-Stoffwechselprodukte sind extrem gefährlich, andere helfen Leben retten. Mit Hilfe von DNA-Chips kann die Produktion überwacht werden. Bilder: Bundesforschungsanstalt für Ernährung und Lebensmittel Projektbeispiele Wenn DNA-Stränge mit komplementärer BasenAbfolge sich treffen, erhält man unter speziellen optischen Geräten ein Bild, das Gen-Aktivität verrät. Bild: Bundesforschungsanstalt für Ernähung und Lebensmittel Professor Geisen präsentiert Schimmelpilze in der >Petrischale Bild: I. Lehmann des Chips verstärkt nutzbaren Effekt: Nicht jede Unterart des Aflatoxin produzierenden Pilzes Aspergillus flavus produziert tatsächlich das Gift. Würde man nun die von dem Pilz gerne befallenen Erdnüsse mit den harmlosen Aspergillus-flavus-Stämmen künstlich infizieren, könnte möglicherweise der gefährliche Stamm verdrängt werden. Ein Verfahren, das in den USA bereits erfolgreich eingesetzt worden ist. Welche Stämme definitiv kein Gift synthetisieren, könnte ein Bio-Chip zudem mit großer Sicherheit klären. Interessensbekundungen von Unternehmen auf die Patentanmeldung hin habe es bereits gegeben, berichtet Geisen. „ Aber zugegriffen hat noch keiner“, setzt der Wissenschaftler hinzu. Doch was nicht ist, kann noch werden: Im Moment, räumt er selbst ein, sei die Herstellung des Chips noch vergleichsweise teuer. In den Versuchen der BfEL werden in der Regel noch keine realen Proben verarbeitet, sondern auf Rein- kulturen der Mykotoxin bildenden Pilze zurückgegriffen. Doch erste Versuche mit natürlich kontaminierten Proben zeigen sehr erfolgsversprechende Ergebnisse. Noch stehe man am Anfang der Entwicklung, von einer Massenproduktion und großflächigem Einsatz der Methode, die sie deutlich verbilligen könnten, kann noch keine Rede sein. Doch diese hält Geisen in absehbarer Zeit durchaus für möglich. Iris Lehmann 24 DNA-Microarray Den Genen auf der Spur Auf den ersten Blick sieht er aus wie ein ganz gewöhnlicher Glasobjektträger – so wie man sie zum Mikroskopieren verwendet. Beim >Microarray ist dieser Objektträger jedoch mit mehr oder weniger zahlreichen verschiedenen einsträngigen DNAStücken beschichtet. Dazu wird zunächst ein Stück eines DNA-Strangs mit bekannter „Identität“, also bekannter Abfolge der Basen, unter Einsatz von Enzymen mit Hilfe des „PCR“-Verfahrens (Polymerase-Kettenreaktion) vervielfältigt. Die in einem Medium gelösten DNAKopien können dann vom >Spotter aufgenommen und von dessen feinen Nadeln an einen exakt definierten Punkt des Objektträgers gesetzt werden, wo sie mit der Oberfläche fest verbunden werden. In einer festgelegten Micro-Anordnung folgen, Tropfen für Tropfen, DNA-Stücke einer anderen Sequenz, so dass am Ende zum Beispiel alle relevanten Gene für die Biosynthese eines Pilzgiftes auf einem Microarray in einem ganz bestimmten Muster versammelt sind. Wenn nun eine Probe mit ebenfalls einsträngigen DNA-Stücken auf den Microarray gegeben wird, die wäh- LANDESSTIFTUNG Baden-Württemberg 2006 rend der Aktivierung von Genen fluoreszenz-markiert wurden, reagieren die Stränge mit der gleichen aber komplementären Basen-Abfolge miteinander. Durch Laser-Anregung wird die Markierung sichtbar gemacht. Die dadurch entstehende Fluoreszenz kann mit Hilfe von speziellen optischen Geräten gemessen werden. Mit dem DNA-Microarray können Veränderungen der Aktivität bestimmter Gene gezeigt werden. Zudem lassen sich mit dem Verfahren auch bestimmte Gen-Sequenzen suchen bzw. das Fehlen einer erwarteten Gen-Sequenz nachweisen. Damit ist der Test ausgesprochen vielseitig einsetzbar. Unter anderem kann der Microarray verwendet werden, um in Lebensmitteln künstlich veränderte Gene nachzuweisen. Als Mykotoxin-Nachweis (Mycochip) eingesetzt, vereinfacht das Verfahren das Monitoring innerhalb der Lebensmittelkette und ermöglicht es, Vermeidungsstrategien zu entwickeln und entsprechende Präventivmaßnahmen zu ergreifen. Die Grundlagen für das Verfahren wurden bereits Ende der achtziger Jahre entwickelt. Iris Lehmann Projektbeispiele Schnelligkeit schafft Sicherheit Fortschritte bei der Rückstandsanalytik von Pflanzenschutzmitteln Rund 1.200 verschiedene Stoffe werden derzeit weltweit als Pflanzenschutzmittel eingesetzt. Keine Chance für Rückstandsanalytiker, sie alle einzeln in der Zeit nachzuweisen, in der ein Rückruf bei Gefahr noch einen Sinn hätte. Statt dessen setzt man in der Untersuchungsroutine auf sogenannte „Multimethoden“, die viele Substanzen auf einmal erfassen. Allerdings lassen sich neue Pestizide nicht ohne weiteres in dieses Verfahren eingliedern. Zwar müssen die Antragssteller aus der Chemie-Industrie im Rahmen der Neuzulassung eines Pflanzenschutzmittels auch gleich ein Verfahren liefern, mit dem es nachgewiesen werden kann, doch genügten die gelieferten Methoden seither keineswegs den hohen Ansprüchen der Untersuchungsämter in Sachen Wirtschaftlichkeit und Probendurchsatz – etwa weil ganz besondere Gerätekombinationen dabei erforderlich sind. Bild: I. Lehmann elbst Sisyphos wäre womöglich von der Aufgabe, der sich die Mitarbeiter des Chemischen und Veterinäruntersuchungsamtes (CVUA) in Fellbach täglich stellen, beeindruckt: Art und Menge von Pflanzenschutzmittel-Rückständen in Obst und Gemüse aufzuspüren und das in kürzester Zeit, solange Apfel, Möhre oder Zucchini möglichst weitgehend noch in den Verkaufsregalen auf Kunden warten. Dabei handelt es sich bei den gesuchten Substanzen um die unterschiedlichsten Stoffgruppen, die sauer oder basisch, fett- oder wasserlöslich sein können oder aus großen und kleinen Molekülen bestehen – nicht selten finden sich auch zehn oder mehr verschiedene Pestizide in einer Probe. Da Deutschland mehr als die Hälfte des Bedarfs an Obst und Gemüse importiert, ist das Mittel, das der kenianische Bauer einsetzt für die Analytiker ebenso relevant wie das Insektizid aus Japan oder die derzeit noch ca. 700 Verbindungen, die allein in der EU zugelassen sind. Eine besondere Schwierigkeit ergibt sich dabei aus der Tatsache, dass allein in Deutschland jährlich etwa 10 Pflanzenschutzmittel neu zugelassen werden. Viele auf einen Streich Die Projektleiter: Michelangelo Anastassiades und Ellen Scherbaum Angesichts der Vielzahl möglicher Rückstände ist man hier auf den Einsatz von Standardmethoden zwingend angewiesen, die möglichst viele Rückstände in einem Durchgang erfassen. Mit den bislang gängigen >Multimethoden, zu denen etwa die verschiedenen >chromatographischen Verfahren gehören, werden derzeit mehr als 400 Stoffe abgedeckt. Die Eingliederung einer jeden neuen Stoffgruppe in diese Multimethoden bedeutet eine neue analytische Herausforderung. Mit der Folge, dass die Entwicklung der in der Nachweis-Routine einsetzbaren Verfahren der Markteinführung neuer Pestizide häufig um mehrere Jahre hinterherhinkt. Die erforderliche Entwicklung der Analytik lief bislang nur wenig koordiniert ab und war von der Eigeninitiative der einzelnen Untersuchungsämter abhängig. Ellen Scherbaum vom Stuttgarter CVUA: „Wir haben 1995 angefangen, uns in die Methodenentwicklung einzuklinken.“ Zwei Projekte, die im Rahmen des Programms Nahrungsmittelsicher- PROJEKTDATEN Beseitigung analytischer Defizite bei der Bestimmung von Rückständen an Antibiotika, Neonicotinoiden und macrocyclischen Insektiziden/Akariziden in Obst und Gemüse Projektleitung: Ellen Scherbaum Tel.: 0711/3426-1234 [email protected] Untersuchungen zur Einsatzmöglichkeit von „Analyte Protectants“ in der Rückstandsanalytik von Pestiziden in Obst und Gemüse Projektleitung: Dr. Michelangelo Anastassiades Tel.: 0711/3426-1234 [email protected] Institution: Chemisches und Veterinäruntersuchungsamt Stuttgart Schaflandstr. 3/2 70736 Fellbach www.cvua-stuttgart.de Bild: CMA-Fotoservice S LANDESSTIFTUNG Baden-Württemberg 2006 25 Projektbeispiele heit gefördert wurden, ermöglichten es dem engagierten Team, das für die neue Herausforderung durch die Analytik-Experten Michelangelo Anastassiades und Diane Fügel verstärkt wurde, die neuen Pestizidgruppen, Neonicotionoide und makrocyclische Insektizide für die Multimethode fit zu machen. Antibiotika – eine harte Nuss Neonicotinoide sind, wie der Name schon sagt, verwandt mit dem Nikotin der Tabakpflanze. Die synthetisch hergestellten Derivate sind allerdings weit „haltbarer“ und wirksamer als das Original aus der Pflanze. Insektizide aus dieser Gruppe wirken gegen saugende Schädlinge wie Blattläuse, Zikaden, weiße Fliege, Thripse und zudem gegen einige beißende Insekten wie zum Beispiel den Kartoffelkäfer. Das Mittel Imidacloprid, das zu den Neonicotinoiden gehört, wird laut bors auf offene Ohren stieß. „Man kann jetzt sagen“, so Fügel, „dass Neonicotinoide zu den meistgefundenen >Pestiziden gehören ...“. Eine weitere Wirkstoffgruppe, die sich relativ neu auf dem Markt befindet, sind die Makrocyclischen Insektizide. Dabei handelt es sich um eine Gruppe sowohl natürlicher, von Pilzen produzierter, wie auch halbsynthetisch hergestellter komplexer Verbindungen, die aus vergleichsweise großen Molekülen aufgebaut sind. Ein vollständig natürlicher Stoff unter den Macrocyclischen Pestiziden ist das Spinosad, das zwar nicht in der EU, aber in den USA und in der Schweiz sogar im Öko-Landbau zugelassen ist. Die Vorstufen anderer Mittel werden zwar ebenfalls von Pilzen hergestellt, die Substanzen aber anschließend noch chemisch bearbeitet. Die Gruppe wirkt unter anderem gegen Spinnmilben, Käfer, Blattläuse oder Minierfliegen. Für Warmblüter ist Spinosad nicht besonders giftig, wohl aber für Angaben der Herstellerfirma Bayer bereits in 80 Ländern und 60 Kulturen angewendet. „Es war die erste Wirkstoffgruppe, die wir im Rahmen des Landesstiftungsprojekts bearbeitet haben“, sagt Diane Fügel, die das Projekt betreut. Nachdem es gelungen sei, die Stoffgruppe in die von Dr. Michelangelo Anastassiades entwickelte sogenannte >QuEChERS-Multimethode zu integrieren, habe man für das Verfahren viel Werbung gemacht, die bei den anderen Untersuchungsla- Wasserlebewesen. „Jedenfalls nach dem derzeitigen Wissensstand“, schränkt Anastassiades ein, „das muss man immer dazu sagen, wenn es sich um die toxikologische Bewertung von Stoffen geht.“ Auch bei dieser Wirkstoffgruppe gelang die Integration in dieselbe Multimethode, in die bereits die Neonicotinoide integriert werden konnten. Auch Makrocyclische Pestizide wurden übrigens, als der Nachweis damit routinemäßig möglich war, häufig nachgewiesen. ten Antibiotika mit Hilfe der Rückstandsanalytik im Auge zu behalten. Die Gefahr der Resistenzbildung von Bakterien gegen die häufig lebenserhaltende Substanzgruppe gibt ihnen dafür allen Grund. Scherbaum erläutert ein mögliches weiteres Vorgehen: „Jetzt muss man drangehen, solche Stoffe zu suchen, die wir wiederum in die Einzelmethode integrieren können. Wenn wir sie dann irgendwann für zum Beispiel zwanzig Substanzen durchführen, dann wäre die Methode wieder wirtschaftlich.“ Neonicotinoide und Makrocyclische Pestizide Die begrenzte Haltbarkeit der Lebensmittel, um deren potenzielle Belastung mit Pflanzenschutzmitteln es geht, setzt die CVUA-Mitarbeiter unter permanenten Zeitdruck. Bild: Ch. Ziechaus 26 LANDESSTIFTUNG Baden-Württemberg 2006 Einen weiteren Stoff, diesmal aus der Gruppe der im Pflanzenschutz angewendeten Antibiotika, haben die Wissenschaftler des CVUA ins Visier genommen, das Kasugamycin. Allerdings lässt sich dieser Stoff sehr leicht in Wasser lösen und ist daher einerseits nur schwer mit den üblichen Lösungsmitteln extrahierbar, und andererseits bereitet er auch bei der flüssigchromatographischen Bestimmung erhebliche Schwierigkeiten. Damit war der Weg in die Multimethode verbaut. Immerhin wurde durch Einführung eines von den Bearbeitern als „elegant“ bezeichneten Anreicherungsschrittes eine Einzelmethode für die Bestimmung des Stoffes gefunden – die in der Anwendung erfreulicherweise bei den untersuchten Proben aus dem Handel kaum eine Belastung erbrachte. Dennoch halten die Wissenschaftler des CVUA es für sehr wichtig, den Einsatz der in der EU stark reglementier- Bild: I. Lehmann Projektbeispiele verdächtige Befund durch einen weiteren Probendurchlauf abgesichert werden muss. Zur Absicherung des Befundes ist das Ganze zuletzt nochmals durchzuführen, um die sogenannte „Wiederfindungs-Rate“ zu ermitteln. „Das heißt, für einen auffälligen Befund musste man die Probe zwölf mal in den Gaschromatographen injizieren, und so ein Lauf dauert etwa eine Stunde ...“, fasst Scherbaum zusammen. In der Vergangenheits-Form kann sie formulieren, weil Hohe Ausgaben erfordert allein schon der Einkauf von Pflanzenschutzmitteln, deren Bees dem Team im Rahmen eines weistand trotz Kühlung regelmäßig erneuert werden muss. teren Landesstiftungs-Projekts tatEine Vorstellung, wo sie zu suchen Die Matrix, die aus Ölen, Farbstoffen sächlich gelungen ist, einen Lösungshätten, haben die Experten längst: und andern unabsichtlich mitextra- ansatz für das Problem zu finden. Kasugamycin sei fast so polar wie hierten Substanzen aus den Proben Anastassiades, der sich diesen Erfolg Zucker und es gäbe noch weitere stammt, so erzählen Scherbaum und in erster Linie auf die Fahnen schreisehr polare Pestizide. „Das gibt dann Anastassiades, gilt es im weiteren ben kann, lacht:„Ja, wir sind eben sehr eine kleine Mulitmethode für sehr Prozess so weit wie möglich zu ent- kreativ“, und erläutert dann das Vorpolare Strukturen,“ meint Anastas- fernen. Nur dann können Pestizide gehen, allerdings unter dem Vorbesiades. Für diesen zweiten Schritt auch im Spurenbereich gefunden halt, dass man ja noch mitten im Profehlten dem CVUA, so Scherbaum, werden. Allerdings habe sich heraus- jekt sei: Statt die mühsame Standardderzeit allerdings die Kapazitäten. gestellt, dass diese Matrix auch eine addition durchzuführen, werden soeher positiv zu bewertende Funktion wohl dem gereinigten Probenextrakt hat: die Eigenschaft, die Pestizide vor als auch der matrixfreien KalibrierlöGewinn für mehr Sicherheit der Zerstörung im sung verschiedene „Als Importland sind für Stoffe, die sogenannRückstandsanalytik kostet Zeit und heißen Gaschromatouns alle Pflanzenschutzten >Analyte ProtecGeld. Allein die regelmäßige Beschaf- graphen zu „schütmittel interessant, auch tants, zugesetzt. „So fung der zur >Kalibrierung der Geräte zen“. Da sich in der reiwenn sie nur in Japan erreicht man bei beibenötigten Vergleichspestizidproben, nen Kalibrierlösung, produziert und in Thaiden Lösungen einen deren Haltbarkeit nicht unbegrenzt ist, die zur Eichung der land gespritzt werden.“ ähnlichen Schutzefkostet das CVUA jährlich rund 10.000 Geräte dient, aber ein Euro. Nicht zu reden vom Zeitaufwand solcher Schutz nicht befindet, die Pes- fekt und über diesen Umweg wieder zur Aufbereitung der reinen Substan- tizide darin also in größerem Maße die gewünschte Vergleichbarkeit“, zen für die Analytik. Vor allem die be- zerstört werden und sich so der Mes- meint der Projektbearbeiter Bünyagrenzte Haltbarkeit der Lebensmittel, sung entziehen, erscheint die Belas- min Tasdelen. um deren potenzielle Belastung mit tung in den echten Proben in der Re- Als besonders effektiv hätten sich Pflanzenschutzmitteln es geht, setzt gel zunächst höher als in der Ver- Zucker und ähnliche Verbindungen die CVUA-Mitarbeiter, vom Wissen- gleichsprobe – bei tatsächlich glei- erwiesen, lässt Projektleiter Anastassiades noch raus. Erste Versuche hätschaftler bis zum Techniker, unter ge- chen Ausgangswerten. waltigen Zeitdruck. Selbstverständlich Um diesen Fehler auszuschließen, ten tatsächlich gezeigt, dass sich die werden die Nachtzeiten und auch das wurde bisher eine sogenannte Stan- durch Matrix-Effekte bedingten BeWochenende genutzt. Erleichtert be- dardaddition durchgeführt. Das stimmungsfehler in vielen Fällen richtet Scherbaum, dass man jetzt ein heißt, der Probenextrakt wurde in praktisch ausschalten ließen. „Aber“, neues Gerät angeschafft habe, das das mehrere Portionen unterteilt und in betont er, „noch ist die optimale Mizur Gaschromatographie verwendete jede Portion das zu untersuchende schung nicht gefunden“. Verdampfungsrohr selbstständig aus- Pestizid in zunehmender Menge ge- Dies und die Herkules-Aufgabe, die tauschen kann. Weil dieses mit zuneh- geben. Die verschiedenen Mischun- Wirkung der „Analyte Protectants“ mender Benutzungsdauer immer gen wurden dann analysiert. Aus der auf die Ergebnisse für einige hundert mehr durch mitextrahierte Probe-Be- Steigerungsquote der Messergebnis- Pestizide zu testen, steht noch vor standteilen (>Matrix) kontaminiert se ließ sich dann auf das Ausmaß der dem engagierten Team. Aber dann ist wurde, musste es, um die analytische Belastung mit dem Pestizid schließen. dieses Verfahren so weit, dass es in Qualität zu gewährleisten, in den 72 Was sich mühsam anhört, ist tatsäch- der Praxis der LebensmittelüberwaStunden eines Wochenendes bisher lich auch deshalb ein enormer Zeit- chung erprobt und alsbald routinemindestens einmal von Hand gewech- faktor, weil in der Lebensmittelüber- mäßig eingesetzt werden kann. Iris Lehmann wachung, aus gutem Grund, jeder selt werden. LANDESSTIFTUNG Baden-Württemberg 2006 27 DEFINITIONEN Derivat: Von einem Stoff abgeleitete Substanz Kalibrierung: Eichung/Ausrichtung eines Messinstrumentes bzw. etwas mit einer Norm in Übereinstimmung bringen Matrix: Die mitextrahierten Bestandteile aus der Probe, die in das Extrakt der gesuchten Substanz gelangen Multimethode: Analytische Verfahren zur gleichzeitigen Bestimmung von Rückständen einer Vielzahl von Pestiziden unter Verwendung einer einzigen Probenaufbereitung (Extraktion und Aufreinigung der Extrakte) QuEChERS: Quick Easy Cheap Effective Rugged and Safe (schnell, leicht, billig, effektiv, robust, sicher); Multimethode, die das CVUA Stuttgart als weltweit erstes Labor etabliert hat und inzwischen international von vielen Laboratorien eingesetzt wird. Weitere Begriffsdefinitionen im Glossar, S. 37ff Projektbeispiele Kurzer Prozess für Salmonellen & Co. Können moderne Methoden die klassischen Nachweisverfahren ersetzen? Für den Laien sehr obskure Begriffe wie PCR und Real-Time-PCR stehen für die alternativen Methoden zum Nachweis von Keimen in Lebensmittelproben. Das Chemische und Veterinäruntersuchungsamt Freiburg hat sie auf ihre Genauigkeit getestet und mit den gängigen amtlichen Verfahren verglichen. Kann die Lebensmittelkontrolle damit schneller und effizienter arbeiten? rei bis fünf Tage dauert es im Normalfall, bis von einer Lebensmittelprobe ein differenziertes, verlässliches und amtlich verwertbares Ergebnis vorliegt. Bei der gängigen kulturellen Nachweismethode erfolgt im Labor zunächst die Anzucht der verdächtigen Keime in einer flüssigen Nährlösung und auf festen Nährmedien. Die Bebrütung über Nacht führt zu deren Vermehrung. Dieser Voranreicherung folgt eine selektive Anreicherung von möglicherweise pathogenen Keimen oder von solchen, die nur bis zu einem bestimmten Grenzwert in D PROJEKTDATEN Nachweis von humanpathogenen Mikroorganismen in Lebensmitteln mittels moderner molekularbiologischer Untersuchungsverfahren Institution: Chemisches und Veterinäruntersuchungsamt Freiburg Bissierstraße 5 79100 Freiburg www.cvua-freiburg.de Projektleitung: Dr. Klaus Pietsch Tel.: 0761/8855-0 [email protected] Annette Anderson demonstriert die klassische Methode der Keimbestimmung: Nach der Kultivierung verdächtiger Keime in einem Nährmedium erfolgt deren Bestimmung. Bild: Landesstiftung BadenWürttemberg Lebensmitteln enthalten sein dürfen. Die Keime werden schließlich isoliert und anhand ihrer spezifischen Merkmale und Eigenschaften mit Hilfe von verschiedenen biochemischen und immunologischen Analysemethoden identifiziert. So weit, so erprobt. schreibt Annette Anderson, Mitarbeiterin im Forscherteam um Projektleiter Dr. Klaus Pietsch vom Chemischen und Veterinäruntersuchungsamt Freiburg, den Vorgang so: „Wir suchen die Nadel im Heuhaufen. Die PCR vermehrt die Nadeln so lange, bis wir sie sehen können.“ Nadel im Heuhaufen Fünf Tage ... 24 Stunden ... vier Stunden Nun haben sich seit der Erfindung der >Polymerase-Kettenreaktion (PCR) im Jahr 1985 neue molekularbiologische Nachweismethoden auf DNA-Ebene rasant entwickelt. Bei der PCR werden Bakterienzellen aufgebrochen und das genetische Material (>DNA) freigelegt. Nun kann eine charakteristische Sequenz nachgewiesen werden – zum Beispiel eine für Salmonellen typische. Diese Sequenz wird mittels einer Kettenreaktion vervielfältigt. Zwei synthetisch hergestellte DNA-Einzelstränge, >Primer genannt, lagern sich nach dem Schlüssel-SchlossPrinzip an aufgetrennte DNA-Stränge an. YOPIs in Gefahr! An die Primer wiederum 30 Prozent der Bevölkerung in den Industriehängen sich Enzyme nationen erkranken nach einer Schätzung der und verlängern so den WHO jährlich an Lebensmittelinfektionen durch DNA-Strang. Diese VerBakterien, Viren und Parasiten. In Deutschland vielfältigung wird mit werden über 200.000 Infektionen pro Jahr, meist einem definierten TemSalmonellosen und Campylobacteriosen, gemelperatur-Zeit-Programm det. Allerdings geht das Robert-Koch-Institut von 30 bis 50 Mal wiedereiner großen Dunkelziffer aus und bezeichnet den zehnfachen Wert als realistisch. Besonders holt, bis die angereianfällig ist die große Gruppe der YOPIs – Young, cherte DNA weiter unOld, Pregnant, Immunocompromised – also Mentersucht werden kann. schen mit geschwächtem Immunsystem. Ganz vereinfacht be- 28 LANDESSTIFTUNG Baden-Württemberg 2006 Zur genauen Bestimmung der „Nadeln“ dient die >Agarose-Gelelektrophorese. Die zuvor per PCR angereicherte DNA wandert dabei unter Einfluss eines elektrischen Felds durch ein Agarose-Gel. Dieses wirkt wie ein „DNA-Filter“: Je nach Größe der Moleküle bleiben diese an unterschiedlichen Stellen des GelFilters hängen und können dann durch Farbstoffe sichtbar gemacht werden. Für amtliche Ergebnisse reicht diese reine Größensortierung jedoch nicht aus. Hier sind weitere, verifizierende Analysen nötig. Trotzdem können auf diese Weise schon innerhalb von 24 Stunden hieb- und stichfeste Ergebnisse von Lebensmittelproben gewonnen werden. Die >Real-Time-PCR, eine Weiterentwicklung der PCR, erspart die Gelelektrophorese. Über die Primer hinaus wird dabei die gesuchte DNA mit einer mit Fluoreszenzfarbstoffen markierten Sonde angereichert. Wenn die Sonde auf den im Lauf der Polymerase-Kettenreaktion wachsenden DNA-Strang trifft, lagert sich diese an die passende DNA-Sequenz an und es kann ein Lichtsignal gemessen werden. Mit jeder neuen DNA-Kopie kann sich auch mehr Sonden-Substanz anlagern. So nimmt auch die Fluores- Projektbeispiele zenz zu. Auf diese Weise kann man den gesamten DNA-Vervielfältigungsprozess „live“ miterleben – daher der Begriff „Real-Time-PCR“. Jede Fluoreszenzkurve steht wiederum für eine bestimmte DNA-Sequenz, also beispielsweise – um wieder zum Freiburger Forschungsprojekt zurück zu kehren – für einen bestimmten Keim. Schnell, spezifisch, sicher Vorteile dieses Vorgehens: Es spart durch die „Live“-Analyse nicht nur Zeit, sondern den Schritt der beschriebenen Größensortierung. Gerade mal rund vier Stunden dauert das komplette Procedere nach der kulturellen Voranreicherung. Und das Beste: Auch die weitere Bestätigung kann entfallen, da die DNASequenzen direkt identifiziert werden und nicht nur indirekt anhand ihrer Größe. Doch was nützen die besten Methoden, wenn sie im konkreten An- wendungsfall nicht funktionieren? Sind sie in der Lage, Salmonella , Campylobacter jejuni, Campylobacter coli und weitere für die Lebensmittelüberwachung relevante Keime zweifelsfrei zu identifizieren – wissenschaftlich exakt und amtlich verwertbar? Die Wissenschaftler um Dr. Klaus Pietsch sind dieser Fragestellung zwei Jahre lang nachgegangen. Nach zahllosen Probenahmen, DNA-Tests, vergleichenden kulturel- len Untersuchungen, Datenaus- Doch so einfach ist es nicht. Zwar wertungen und Validierungsexpe- gibt es Ringversuche, bei denen korimenten beziehen die Forscher im operierende Ämter und Labors ihre Abschlussbericht zum Projekt ein- Erfahrungen mit dem CVUA Freideutig Stellung: „Gerade Real-Time- burg austauschen. PCR-basierte Verfahren bieten für Auch werden derzeit verschiedene die amtliche Überwachung moder- „Real-Time-PCR“-Geräte auf ihre ne Möglichkeiten der schnellen und Eignung getestet. Aber: „Die PCRverlässlichen Detektion pathogener Methodik ist noch nicht überall akKeime in Lebensmittelproben.“ zeptiert. Da sind noch HemmDie Aussagekraft der DNA-basier- schwellen zu überwinden. Nicht jeten Methoden steht nicht hinter der des Labor kann sie durchführen. klassischen Methode Und schließlich „Die getesteten Verfahren zurück. Im Gegenteil: dauert ein kulturelermöglichen einen Zum Teil werden soler Nachweis zwar schnellen und verlässgar weiter gehende länger, ist aber billichen Nachweis von Daten geliefert. So liger als eine PCR.“ pathogenen Keimen.“ verrät die Kenntnis Auf diesen Nenner der genauen DNA-Sequenz Details bringt Projektleiter Dr. Klaus Pietsch über Bakterienstämme, die wert- den Stand der Umsetzung der Forvolle Aussagen zu Pathogenitäts- schungsergebnisse. faktoren oder zur Ausbreitung von Epidemien erlauben: Entspricht der Sehr gut können sich die „amtliBakterienstamm aus der Lebens- chen Forscher“ ein mehrstufiges mittelprobe genau jenem, der auch Vorgehen vorstellen: Schnelltests bei einem bestimmten Patienten mittels PCR – vertiefende Analysen aufgetreten ist? mittels der klassischen Methodik. Über das Testen bestehender Verfahren hinaus haben die Projektmitarbeiter auch Neuland betreten und neue Analyseverfahren entwickelt beziehungsweise zur RealTime-PCR weiterentwickelt. Alles Routine? Mit derart gutem Leumund ausgestattet, müssten die alternativen Methoden eigentlich auf dem besten Weg in die Routineanalytik sein. An Letzterer führt derzeit schon aus formalen Gründen kein Weg vorbei: Für ein amtliches Ergebnis wird ein isolierter Keim benötigt – eine isolierte DNA-Sequenz alleine zählt nicht. Doch die Zeit scheint auf der Seite der neuen Verfahren. Denn zur Erfassung gentechnisch veränderter Pflanzen sind die PCR-Methoden unerlässlich. Aber das ist eine andere Geschichte und ein anderes Forschungsprojekt … Stefan Kriz LANDESSTIFTUNG Baden-Württemberg 2006 29 DEFINITIONEN P olymer ase-K ettenr eaktion: olymerase-K ase-Kettenr ettenreaktion: Von engl. Polymerase Chain Reaction (PCR). Methode zur Amplifizierung (Vervielfältigung) der DNA. Zu einer DNASequenz werden zwei synthetische Primer gegeben, die sich nach dem Schlüssel-SchlossPrinzip an aufgetrennte DNAStränge anlagern. DNAPolymerase-Enzyme verlängern den DNA-Strang weiter. Nach 30 bis 50 solcher Zyklen erfolgt die Analyse. Primer Primer:: Bei der Polymerase-Kettenreaktion (PCR) legen Primer den DNA-Abschnitt fest, der vervielfältigt werden soll. Dabei werden Primer-Paare für die DNA-Stränge bestimmt und synthetisch hergestellt. Weitere Begriffsdefinitionen im Glossar, S. 37ff Projektleiter Dr. Klaus Pietsch vor den modernen Analyseund Messgeräten, mit deren Hilfe die DNA-basierten, alternativen Methoden getestet wurden Mitte: Das Ergebnis der RealTime-PCR, dargestellt in Fluoreszenzkurven Das Ergebnis der Gelelektrophorese auf dem Bildschirm wird ausgedruckt. Bilder: CVUA Freiburg Projektbeispiele Gefährlichen Viren auf der Spur Neue Nachweismethoden für krankheitserregende Viren in Lebensmitteln gesucht Kartoffelsalat auf dem Straßenfest gegessen? Muscheln verzehrt im Restaurant? Wenn es einer Reihe von Menschen gleichzeitig speiübel wird, oder zum Beispiel gehäuft Gelbsucht auftritt, sind oft Viren im Spiel. Ihnen sind Forscher am Chemischen und Veterinär untersuchungsamt Stuttgart (CVUA) auf der Spur – um schnelle, zuverlässige Nachweismethoden für die Laborpraxis zu entwickeln. enn Dr. Constanze Mayr und Projektleiter Dr. Matthias Contzen bei der Arbeit sind, heißt es immer wieder, den weißen Kittel zu wechseln – beispielsweise beim Betreten des Reinraums – und Gummihandschuhe anzuziehen – etwa beim Arbeiten mit der Pipette. Dabei geht es in den mikrobiologischen Lebensmittellabors nicht nur darum, sich selbst kein Virus einzufangen, sondern es ist ebenso wichtig, die sensiblen Proben nicht zu verunreinigen. W PROJEKTDATEN Viren in Lebensmitteln und Wasser: Molekularbiologischer Nachweis von krankheitserregenden Noroviren (GI), Hepatitis-A-Viren und Rotaviren Institution: Chemisches und Veterinäruntersuchungsamt Stuttgart Schaflandstraße 3/2 70736 Fellbach www.cvua-stuttgart.de Projektleitung: Dr. Matthias Contzen Tel.: 0711/3426-1248 matthias.contzen@ cvuas.bwl.de Drei Virenarten machen häufig krank Die Viren, mit denen es die Wissenschaftler zu tun haben, gehören zu Trinkwasser übertragen werden rig. Deshalb müssen die Mitarbeikönnen, zählen Noroviren, Rotaviren ter noch sorgfältiger vorgehen als und Hepatitis-A-Viren. Sie sind oft es die Arbeit in solch einem moledie Ursache für schwere Magen- kularbiologischen Labor ohnehin Darm-Infektionen, letztere lösen die verlangt. bekannte Gelbsucht aus. Allein in Deutschland führten die- Der Teufel steckt im Detail se drei Virenarten zu fast 90.000 Erkrankungen im Jahr 2003, 2004 wa- „Man kann sich hierbei nicht den alren es bereits über 100.000. Dazu lerkleinsten Fehler erlauben“, bekommt eine wohl schreibt die Agrar„Schon weniger als 100 nicht unerhebliche biologin die SachlaViruspartikel können zu Dunkelziffer. ge, man könne beieiner Infektion führen.“ „Der steigenden Bespielsweise nur bedeutung dieser Krankheitserreger stimmte Kunststoff-Einwegmateriastehen die begrenzten Möglich- lien verwenden und bei zu kühlenden keiten zum routinemäßigen Nach- Viren machten schon wenige Minuweis von Viren in Lebensmitteln ge- ten Raumtemperatur alles zunichte. genüber“, bringt Biologe Contzen Dort wo es notwendig ist, wollen die das Problem auf den Punkt. Das Wissenschaftler in ihrem Forheißt, die bisherigen Methoden schungsprojekt neue Ansätze entsind sehr aufwändig und so spezi- wickeln. Ansonsten haben sie zuell, dass sie in der alltäglichen La- nächst etablierte Methoden zum Viborpraxis kaum anwendbar sind. Geeignete Nachweismethoden fehlen Projektleiter Dr. Matthias Contzen und Dr. Constanze Mayr, die mit der Durchführung des Projekts betraut ist Bild: P. Fendrich den häufigsten Verursachern von lebensmittelbedingten Erkrankungen. Zu den wichtigsten potenziell krankheitserregenden Viren, die etwa durch mangelnde Hygiene beim Umgang mit Lebensmitteln bzw. 30 Deshalb wollen die Forscher am CVUA Stuttgart neue Methoden zum Nachweis der drei genannten Virenarten entwickeln. Im Prinzip ist der Weg einfach, erklärt Constanze Mayr, doch in der Praxis steht das Wissenschaftlerteam vor enormen Herausforderungen. Denn erstens lassen sich die krankmachenden Viren aus Lebensmitteln ausgesprochen schwer nachweisen, weil sie oft nur „in Spuren auf der Oberfläche vorkommen“. Zweitens ist der Umgang mit so genannten >RNA-Viren – zu diesen gehören die Noro-, Rota- und Hepatitis-A-Viren – überaus schwie- LANDESSTIFTUNG Baden-Württemberg 2006 rennachweis aus Stuhlproben ausgewertet und versuchen, zumindest eine eigene, bereits etablierte Nachweismethode für Noroviren auf Rotaviren zu übertragen. „Das wäre sehr wünschenswert“, meint der Projektleiter, doch auch dieser Weg ist weit und beschwerlich. Denn so eine Untersuchungsmethode ist eine komplizierte Geschichte und oft steckt der Teufel im Detail. Projektbeispiele Bild: P. Fendrich ten DNA-Abschnitte weisen wir beispielsweise eine NorovirusKontamination in der Lebensmittelprobe nach.“ 6. Abgeschlossen ist die Arbeit der Wissenschaftler, wenn der letzte Schritt, das so genannte Sequenzieren, also das Ablesen der spezifischen Gensequenz, das Virus bestätigt; ein Prozedere, „das wir derzeit leider noch außer Haus geben müssen“, wie Dr. Contzen bedauert. DEFINITIONEN DNA (Desoxyribonukleinsäure; von engl. desoxyribonucleic acid): Erbmaterial im Zellkern pflanzlicher, tierischer und menschlicher Organismen R N A (Ribonukleinsäure; von engl. ribo nucleic acid): Erbmaterial in manchen Viren Auf gutem Wege R N A --V V ir en ire n: Viren, deren Erbmaterial aus RNA besteht Los geht der Untersuchungsprozess in den CVUA-Labors stets dann, wenn nach dem Verdacht von lebensmittelbedingten Virus-Erkrankungen Lebensmittelproben abgegeben werden. 1. Im ersten von sechs Schritten müssen Viruspartikel aus oder von der Oberfläche der Probe isoliert werden. „Das ist besonders kniffelig“, weiß Constanze Mayr, „weil schon weniger als 100 Viruspartikel zu einer Infektion führen können“. Und genau diese wenigen gilt es zu finden! 4. Auch der vierte Schritt hat es in sich: Das RNA-Erbmaterial muss in ausreichender Menge in >DNAMoleküle „umgeschrieben“ werden. >Reverse Transkription (RT) nennt sich dieses anspruchsvolle molekularbiologische Verfahren, das verbunden ist mit einer >Polymerase-Kettenreaktion (PCR) zur Vervielfältigung der DNA; deshalb das verbindende Kürzel >RT-PCR. Dabei stellt sich den Forschern die schwierige Aufgabe, „die Nachweisempfindlichkeit zu erhöhen bzw. die Nachweisgrenze zu senken, ohne dabei falsch positive Er- Zur Halbzeit des zweijährigen Forschungsprojektes sehen sich die Stuttgarter „auf einem guten Weg“, Viren als Krankheitserreger schneller und sicherer nachweisen zu können, um Ursachen und Zusammenhänge von Krankheiten durch Viren in Lebensmitteln aufzuklären. Sie sind schon dabei, die Nachweismethode der sehr bedeutsamen Noroviren in den amtlichen Methodenkatalog mit einzubringen. Bis Projektende soll für alle drei Virengruppen eine zuverlässige, empfindliche und schnelle Nachweismethode etabliert werden: für die Untersuchung von Lebensmittelproben in Überwachungseinrichtungen nach dem Auftreten von Erkrankungen ebenso, wie für die routinemäßige 2. Die Kunst beim zweiten Schritt ist es, die Viren mittels Filtrierung und anderen Verfahren möglichst verlustfrei zu konzentrieren. 3. Jetzt, im dritten Schritt, geht es in einen hermetisch abgeschlossenen Raum darum, das Virus „aufzuschließen“, wie die Wissenschaftler sagen. Sie holen das Erbmaterial, die >RNA heraus. gebnisse zu produzieren“. Also liege genau hier bei dem molekularbiologischen Doppel-Schritt „ein weiterer Knackpunkt“ für die Entwicklung von allseits praktikablen Nachweismethoden für einzelne Virenarten. 5. Nun folgt im fünften Schritt die eigentliche Bestimmung des gesuchten Virus, die Mayr so ausdrückt: „In Form der vervielfältig- Lebensmittelüberwachung großer Probenmengen. Wichtig ist dann auch die Bekanntmachung dieses speziellen Könnens, damit die Mitarbeiter von Behörden und Anstalten wissen, was machbar ist, und künftig stets schnell und adäquat reagieren können – wenn etwa ein Eimer Kartoffelsalat beim Straßenfest größeren Schaden anrichtet. Norbert Weimper Caliciviren und Rotaviren unterm Transmissionselektronenmikroskop In sechs kniffligen Schritten macht Agrarbiologin Constanze Mayr Viren dingfest Die sechs Schritte zum Virus LANDESSTIFTUNG Baden-Württemberg 2006 31 R e v erse Tr anskription (RT): Molekularbiologische Reaktion zum Umschreiben von RNA in DNA P olymer ase-K ettenr eaktion olymerase-K ase-Kettenr ettenreaktion (PCR; von engl. polymerase chain reaction): Verfahren, mit dem in einer Kettenreaktion kleinste Mengen eines DNA-Abschnitts vervielfältigt werden können Weitere Begriffsdefinitionen im Glossar, S. 37ff Bilder: M. Hoferer (CVUA) Projektbeispiele „... die Guten ins Töpfchen!“ Auf der Suche nach therapeutisch wirksamen probiotischen Bakterienstämmen Im Darm tummeln sich zahllose Bakterien. Doch während sich die Infektionsforschung bislang vornehmlich mit krank machenden Keimen befasste, weiß man über möglicherweise heilende, also probiotische Wirkungen der Darmbewohner noch wenig. Licht ins Dunkel soll ein Forschungsprojekt der Universität Tübingen bringen. ulia-Stefanie Frick, Projektleiterin am Institut für Medizinische Mikrobiologie und Hygiene der Universität Tübingen: „Uns geht es in erster Linie um medizinisch relevante Ergebnisse.“ Die Wissenschaftlerin arbeitet und forscht in der Medizinischen Mikrobiologie der Tübinger Uni-Klinik am Schnarrenberg. Ziel der Mikrobiologen ist es, Bakterien mit probiotischem Potenzial zu finden, die Entzündungen des Darmes vermindern oder verhindern können. Rund 300.000 Menschen leiden in Deutschland an >chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen wie Morbus Crohn oder Colitis ulcerosa. Sie müssen heute bei der Behandlung mit gängigen EntzündungsHemmern wie etwa Cortison mit zahlreichen unerwünschten Nebenwirkungen fertig werden. Dass der Einsatz von Probiotika grundsätzlich J PROJEKTDATEN Untersuchung zur Sicherheit von probiotischen Bakterienstämmen Institution: Institut für Medizinische Mikrobiologie und Hygiene Medizinische Fakultät Universität Tübingen Elfriede-Aulhorn-Str. 6 72076 Tübingen www.zit.med.uni-tuebingen.de Projektleitung: Dr. med. Julia-Stefanie Frick Tel.: 07071/29-82351 julia-stefanie.frick@ med. uni-tuebingen.de Untersuchungen in vitro: Krankheitserreger und Testbakterien werden unter kontrollierten Bedingungen auf Zellkulturen übertragen. möglich ist, beweist der Bakterien- nen“, erläutert Julia-Stefanie Frick. stamm E. coli Nissle, der heute schon Ihr Projektteam konnte also bei der zur Verlängerung der Remissions- Auswahl von Test-Bakterien auf ein phasen zwischen akuten Entzün- großes Angebot zurückgreifen. Sie dungsschüben bei Colitis ulcerosa wurden aus dem Stuhl gesunder Ermit Erfolg eingesetzt wachsener isoliert – „Bisher fehlt die syswird. „Bisher fehlt jeschließlich wollte tematische Forschung, doch die systematiman keine vorbelaum das probiotische sche Forschung und steten Keime haben. Potenzial von Bakterien Außerdem sollten ein breites >Screesicher identifizieren ning, um das probiomöglichst Vertreter zu können.“ tische Potenzial von verschiedener StämBakterien sicher identifizieren zu me, darunter auch die klassischen können“, beschreibt Dr. med. Frick Bifidobakterien und Lactobacillen ausgewählt werden. den Ausgangspunkt ihres Projekts. Die isolierten Bakterien werden in verschiedenen Testsystemen auf Mehrstufige Tests ihre probiotische Wirkung getestet. „Es gibt im Darm sehr viele Bakteri- Der erste Teil der Versuche findet >in enstämme, von denen die wenigs- vitro statt, der zweite >in vivo. Für ten identifiziert sind. Und in jedem den in-vitro-Test wurde zunächst ein Individuum gibt es unterschiedliche Modell erarbeitet, das wissenschaftVertreter desselben Stammes, die lich fundierte Schlüsse über eine sich jeweils anders verhalten kön- mögliche probiotische Wirksamkeit der untersuchten Bakterien zulässt. Erster Schritt: Ein pathogenes Bakterium löst in den >Epithelzellen in vitro eine Entzündung aus. Dadurch wird im zweiten Schritt unter anderem auch der Botenstoff Interleukin-8 („IL-8“) freigesetzt. Dieser dient im Modell als „Read-out“, also als Anzeiger. Denn senkt ein Test-Bakterium den IL-8-Wert deutlich, ist das ein Zeichen für die Unterbrechung der Entzündung. Dieser Keim könnte dann gegebenenfalls eine positive gesundheitliche Wirkung vermitteln und wäre damit möglicherweise ein >Probiotikum. Bild: Institut für Medizinische Mikrobiologie und Hygiene, Uni Tübingen Auswahlverfahren Die ersten durchgeführten Tests dienten dazu, pathogene Bakterien 32 LANDESSTIFTUNG Baden-Württemberg 2006 Bild: S. Bühler, Uni Tübingen Projektbeispiele Das Projektteam um Dr. Julia-Stefanie Frick (2. von rechts): „Es wird noch Jahre dauern, bis diese Bakterien als Probiotika erfolgreich sein könnten.“ auszusortieren. Wichtigstes Kriterium: Die isolierten Keime durften nicht invasiv sein, also nicht in eine Wirtszelle eindringen können. Diese unerwünschte Eigenschaft tritt bei pathogenen Erregern auf. Ebenso wäre es ein Ausschlusskriterium, wenn einer der Kandidaten selbst eine entzündliche Reaktion hervorrufen würde, das heißt den „IL-8“Botenstoff aktivieren würde. Die ersten Screeningversuche sind abgeschlossen und alle getesteten Bakterienstämme haben die geforderten Kriterien erfüllt. „Das verwundert wenig, denn hier wären lediglich pathogene Bakterien herausgefiltert worden“, erklärt Projektleiterin Frick. Im nächsten Schritt werden die Testbakterien in Kombination mit einem pathogenen, also entzündungsauslösenden Bakterium eingesetzt. Schaffen sie es tatsächlich, die Entzündung zu hemmen? Die Zwischenergebnisse stimmen hoffnungsvoll: Etwa die Hälfte aller eingesetzten Bakterien hemmt die „IL8“-Produktion, die durch pathogene Bakterien induziert wird, signifikant. Der Rest ist neutral oder gar kontraproduktiv. Was aber der Projektleitung fast noch wichtiger ist: Das Modell „funktioniert“ bisher stabil, das heißt die Ergebnisse wi- dersprechen sich nicht. Damit sind die Forscher auch dem Projektziel ein Stück näher gekommen, eine standardisierte Messmethode zum Nachweis probiotischer Wirkungen zu entwickeln. Denn eine Messung des Zytokins IL-8 wäre über >ELISA von jedem Labor durchführbar. Vom Reagenzglas zum Medikament Auch in den bis 2008 anstehenden Analysen im Tiermodell müssen die Bakterien noch mehrere Hürden überwinden. Zunächst wird die Wirkung der Keime auf Mäuse untersucht, bei denen eine Darmentzündung (Kolitis) induziert wird. Derzeit werden hierzu wissenschaftlich nachprüfbare Rahmenbedingungen festgelegt. In der letzten Versuchsreihe schließlich dienen speziell gezüchtete Mäuse als Versuchstiere. Sie besitzen keine Darmflora, sind also völlig steril und bieten damit ein sehr gut definiertes Umfeld ohne störende Darm-Bakterien. Diese Tiere werden sowohl mit pathogenen als auch mit potenziell schützenden Keimen besiedelt. Bakterien, die in diesen Tieren die Entstehung der Entzündung verhindern, könnten gute Kandidaten für probiotische Bakterien sein. Der Weg vom Reagenzglas zur Maus ist also beschritten. Doch wie weit ist es noch bis zum Medikament? Dr. Frick stellt klar: „Vergessen Sie nicht, dass wir hier Grundlagenforschung betreiben. Es wird noch Jahre dauern, bis diese Bakterien als Probiotika erfolgreich sein könnten.“ Stefan Kriz DEFINITIONEN P rrobiotik obiotik a: obiotika Definierte lebende Mikroorganismen, die in ausreichender Menge in aktiver Form in den Darm gelangen und dadurch positive gesundheitliche Wirkungen erzielen (Berliner Arbeitskreis Probiotika) C h rronischonischen tzündliche onisch-e ntzündliche Darmerkr a n kkungen ungen ((C CE D ): Darmerkra D): Chronische oder chronisch rezidivierende (wiederkehrende) Entzündung der Dickdarmschleimhaut (Colitis ulcerosa) oder des gesamten Magen-DarmTraktes mit Tendenz zur Diskontinuität und Befall aller Wandschichten (Morbus Crohn). Die Ursachen von CED sind weitgehend unbekannt. Epithel: Die Schleimhaut bedeckende Zellschicht Weitere Begriffsdefinitionen im Glossar, S. 37ff Licht im Dunkel: RNA- und DNA-Sequenzen werden mittels Fluoreszenz sichtbar gemacht. Bild: Institut für Medizinische Mikrobiologie und Hygiene, Uni Tübingen LANDESSTIFTUNG Baden-Württemberg 2006 33 Projektbeispiele Kein Kinderspiel! - Gefährliche Phthalat-Weichmacher: allgegenwärtig und trotzdem schwer zu fassen Seit über 50 Jahren werden Phthalate als Weichmacher in einer Vielzahl von alltäglichen Bedarfsgegenständen und Baumaterialien eingesetzt. Dadurch und weil sie langsam aus den Materialien in die Umwelt entweichen, sind sie ubiquitär, also überall vorhanden. Im Rahmen zweier Projekte sollen die für Menschen relevanten Belastungspfade ermittelt werden. ange Zeit wurden >PhthalatWeichmacher als ungefährlich eingestuft, da sie nur sehr geringe akute Schädigungen verursachen. Seit einiger Zeit weiß man, dass bestimmte Vertreter aus der umfangreichen Phthalat-Familie in Tierversuchen >endokrine Wirkungen zeigen. Das heißt, die männliche Zeugungsfähigkeit kann leiden und sie stehen im Verdacht, Embryonen zu schädigen. Leber und Niere können ebenfalls angegriffen werden. Beim Menschen sind solche Wirkungen zwar noch nicht nachgewiesen – doch allein der Verdacht genügte, um einige Verbote L PROJEKTDATEN Projekt 1: Bestimmung der Belastung von Kindern durch endokrin relevante Stoffe (insbesondere Phthalate) aus Bedarfsgegenständen Institution: Chemisches und Veterinäruntersuchungsamt Stuttgart Schaflandstraße 3/2 70736 Fellbach www.cvua-stuttgart.de Projektleitung: Werner Altkofer, Chemie-Dir. Tel.: 0711/3426-1894 [email protected] Teilweise verboten! Seit dem Jahr 2000 dürfen EUweit in solchen Spielzeugartikeln für unter Dreijährige, deren Kunststoffanteile entweder „bestimmungsgemäß“ (Beißringe) oder „vorhersehbar“ in den Mund genommen werden, die Phthalate DEHP, DBP, DINP, DNOP, DIDP und BBP nicht mehr enthalten sein. Eine im Juli 2005 verabschiedete Richtlinie des Europäischen Parlaments sieht vor, dass ab Herbst 2006 DEHP, DBP und BBP in keinerlei Spielwaren mehr enthalten sein dürfen. 34 auszusprechen (siehe Kasten). Seit- Phthalate über Recyclingprodukte dem die >Metabolite in Urin und auch unbeabsichtigt in vielerlei AllBlut nachgewiesen werden können, tagsgegenstände gelangen, ist wenig ist man ein wenig klüger: Die Phtha- bekannt. Allein von dem in einigen latmenge, die wir täglich aufnehmen, Produktgruppen bereits verbotenen kann damit abgeschätzt werden. Was DEHP werden jährlich weltweit rund man auch weiß, ist, dass die Stoffe zwei Millionen Tonnen produziert. rasch abgebaut werÜberall, wo weicher „Fetthaltige Lebensmittel den und dass die MenKunststoff mit der können Weichmacher bege der ausgeschiedeZeit hart und spröde sonders gut aufnehmen!“ nen Phthalat-Metabowird, haben die Sublite sehr unterschiedlich ist. Daraus stanzen ihren Weg in die Umwelt bewiederum kann man auf eine reits angetreten. schwankende Belastung schließen. An diesem Punkt verflüchtigen sich nicht nur die Weichmacher selbst. Hier beginnen auch die offenen FraVom Saurier zum Menschen gen der Forschung. Die Frage, auf die Allgemein bekannt ist, dass die heu- die beiden von der Landesstiftung te kritisch bewerteten Stoffe in PVC Baden-Württemberg geförderten verwendet werden. In bestimmten „Phthalat-Forschungsprojekte“ AntWeich-PVC-Produkten können bis zu worten suchen, lautet: Wie können 60 Prozent dieser Weichmacher ent- angesichts einer überall vorhandenen halten sein. Aus PVC werden zum Bei- Umweltbelastung relevante Expositispiel Fußbodenbeläge, Kabelumman- onspfade identifiziert werden? Die ertelungen, Schläuche, Kunststoff- mittelten Daten und Methoden solSpielzeug und Blutbeutel hergestellt. len zu einer verbesserten Phthalat-RiAber auch andere Gegenstände, die sikoeinschätzung führen. uns täglich umgeben, wie Farben, Lacke, Fußbodenbeschichtungen Forschung im Verbund oder auch Kosmetika können Phthalate enthalten – die zuletzt genann- Den derzeitigen Kenntnisstand kann ten als Trägersubstanzen für Duft- man sich als Wollknäuel mit vielen einzelnen Fäden vorstellen. stoffe. Über den Umstand, dass Jeder Faden steht für einen mehr oder minder unbekannten Sach- LANDESSTIFTUNG Baden-Württemberg 2006 Projektbeispiele verhalt, den man Stück für Stück verfolgen und entwirren kann. So lässt sich auch die interdisziplinäre Arbeitsteilung der an den beiden Projekten beteiligten Institutionen charakterisieren – wobei damit keinesfalls ein Mangel an Respekt vor den Wissenschaftlern zum Ausdruck kommen soll. Folgende Forschungsschwerpunkte werden bearbeitet: ■ Die Analyse der Quellen des Übels, also die Weichmacherhaltigen Bedarfsgegenstände selbst, sind Gegenstand des von Werner Altkofer geleiteten Projekts am Chemischen und Veterinäruntersuchungsamt Stuttgart (CVUA). ■ Die drei Partner des zweiten Projekts teilen sich die verschiedenen Aspekte des >Human-Biomonitorings, also die Analyse der im menschlichen Organismus befindlichen Weichmacher DEHP und DBP sowie deren Abbauprodukte und das >Ambient-Monitoring, also die Analyse der in der Wohn- und Arbeitsraumumgebung befindlichen Weichmacher. ■ Die Materialprüfungsanstalt (MPA) der Universität Stuttgart befasst sich schwerpunktmäßig mit den wichtigsten Belastungsquellen Innenraumluft und Hausstaub: Wie können die Belastungen systematisch erfasst, quantifiziert und gemessen werden? ■ Diese Fragen berühren auch die Aufgaben des Landesgesundheitsamtes (LGA), das eine VorOrt-Vergleichsstudie an zwei Internaten organisiert und durchführt. ■ Das Institut für Arbeits- und Sozialmedizin des Universitätsklinikums Tübingen ist für die Entwicklung der Analysemethoden zum Nachweis der Metaboliten im Urin der untersuchten Personen zuständig. Von der Deckeldichtung in die Tomatenpaste So vielfältig die Ansatzpunkte, so unterschiedlich auch die Ergebnisse der Forschungsgruppen. Werner Alt- Kunststoff-Spielzeuge wie diese Sauriere gehören zu den Alltagsobjekten, aus denen Phthalate ausgasen, und sind damit Gegenstand der Untersuchungen von Werner Altkofer und seiner Mitarbeiterin Kristin Bopp. Bilder: P. Fendrich kofer baut die Analytik auf, die zur Ermittlung der Ausgasungen aus Bedarfsgegenständen erforderlich ist. „Die Blindwerte müssen wir in den Griff bekommen.“ Damit meint Altkofer die Tatsache, dass Phthalate allgegenwärtig sind und damit Spielwaren und Materialien mit Hautkontakt zum Menschen. Eine bislang nicht berücksichtigte, aber relevante Belastungsquelle hat Werner Altkofer bereits identifiziert: Deckeldichtungen aus weich gemachtem PVC, die für die Verpackung die Messergebnisse verfälschen können: So enthält der PVC-Boden im Stuttgarter CVUA 23 Prozent DEHP, auch die Raumbelüftung und verunreinigte Messgeräte sind mögliche Störquellen. Klare Verhaltensregeln sind also notwendig, um „unbestechliche“ Nachweise führen zu können. Phthalathaltige Kunststoffe sind bei der Probenaufbereitung zu verbannen. Im Fokus der Untersuchungen am CVUA stehen insbesondere Materialien mit Lebensmittelkontakt, DEFINITIONEN Phthalat-Weichmacher: Ester aus der Phthalsäure, die als Weichmacher für Kunststoffe eingesetzt werden. Zirka 90 Prozent der PhthalatWeichmacher werden als äußere Weichmacher ohne chemische Bindung im Trägermaterial verwendet. Sie fungieren als Gleitmittel zwischen den Molekülketten, sind mobil, wandern an die Materialoberfläche und gasen aus. Endokrin wirksame Stoffe: Stoffe, die ohne direkte toxische Wirkung das Hormonsystem eines Organismus beeinflussen. Metabolit: Zwischen- bzw. Umwandlungsprodukt als Ergebnis eines Stoffwechselvorgangs. Weitere Begriffsdefinitionen im Glossar, S. 37ff LANDESSTIFTUNG Baden-Württemberg 2006 35 Projektbeispiele Projekt 2: Untersuchung zur Belastungssituation der Allgemeinbevölkerung mit PhthalatWeichmachern und Ermittlung relevanter Belastungspfade Institution: Regierungspräsidium Stuttgart Landesgesundheitsamt (LGA) Wiederholdstraße 15 70174 Stuttgart www.gesundheitsamt-bw.de Projektleitung: Dr. Thomas Gabrio Tel.: 0711/1849-252 [email protected] Projektpartner: Dr. Sibylle Hildenbrand Institut für Arbeits- und Sozialmedizin Universitätsklinikum Wilhelmstraße 27 72074 Tübingen Tel.: 07071/298-7090 [email protected] Dr. Gerhard Volland Materialprüfungsanstalt (MPA) – Otto-Graf-Institut, Universität Stuttgart, Abteilung Bautenschutz und Brandschutz, Pfaffenwaldring 32 70569 Stuttgart Tel.: 0711/685-6740 [email protected] Internatschulen bieten ein gutes Umfeld für die Felduntersuchungen, weil alle einer vergleichbaren Phthalatbelastung ausgesetzt sind. Bild: J. Roettgers, Graffiti Vom Labor ins Internat Mit der Blindwert-Problematik haben auch die Wissenschaftler des Universitätsklinikums Tübingen zu kämpfen, wenn sie Urinproben analysieren. Deshalb greifen sie kurzerhand auf Phthalat->Metaboliten zurück. „Die direkte Phthalat-Bestimmung in Humanmaterial ist problematisch, weil die Phthalate von der allgemeinen Umgebungsbelastung kontaminiert werden könnten. Metabolite können dagegen eindeutig dem menschlichen Organismus zugeordnet werden“, erläutert die verantwortliche Tübinger Projektpartnerin Dr. Sibylle Hildenbrand. Also werden diese Phthalat-Umwandlungsprodukte zunächst aus dem Urin isoliert und dann mittels >GaschromatographieMassenspektrometrie (GC-MS) quantifiziert. Die entsprechende Methodik steht und wird derzeit in langen Messreihen perfektioniert. Ein bis zwei Tage dauert es von der Vorbereitung über die eigentliche Messung 36 Bild: Institut für Arbeits- und Sozialmedizin PROJEKTDATEN von Lebensmitteln („Twist-off-Gläser“) verwendet werden. „Fetthaltige Lebensmittel können Weichmacher besonders gut aufnehmen,“ warnt er. „Spitzenwerte haben wir bisher bei einem vegetarischen Brotaufstrich und einer Tomatenpaste gemessen.“ Die Ergebnisse dieses Projekts werden spätestens dann in das Biomonitoring-Projekt einfließen, wenn es bei der Vor-Ort-Studie um die Phthalatbelastung der dort vorhandenen Bedarfsgegenstände geht. Arbeitsteilung im Verbundprojekt: (von links) Dr. Gerhard Volland, Materialprüfungsanstalt Uni Stuttgart, Dr. Sibylle Hildenbrand vom Tübinger Institut für Arbeits- und Sozialmedizin und Dr. Thomas Gabrio vom Landesgesundheitsamt. bis zur Aufbereitung der Datenflut. So sind die Tübinger Wissenschaftler bereit für die Krönung des Verbundprojekts: die Vor-Ort-Studien an zwei Internaten. Das gilt auch für die methodischen Vorbereitungen, die Dr. Gerhard Volland an der Materialprüfungsanstalt der Uni Stuttgart durchführt. Zusammen mit dem Landesgesundheitsamt wurde eine Methode zur „wasserdichten“ Erfassung der Innenraumbelastung von Klassenzimmern, Sanitär-, Wohn- und Schlafräumen entwickelt. Modellversuche geben Auskunft darüber, wie Phthalate im Hausstaub über die Haut oder den Mund in den menschlichen Organismus gelangen können. „Anwendungsorientierte Grundlagenforschung“ nennt Volland all diese methodischen Vorbereitungen. LANDESSTIFTUNG Baden-Württemberg 2006 Erfolgreiche Generalprobe In einer gemeinsamen Voruntersuchung wurde zunächst von 16 Personen die Konzentration der PhthalatMetaboliten im Morgenurin bestimmt. Sechs Probanden lassen sich in allen vier Jahreszeiten jeweils eine Woche lang „messen“. Ein Fragebogen wurde erarbeitet, mit dessen Hilfe auf die individuelle Belastung der Probanden geschlossen werden kann. Diese Generalprobe verlief erfolgreich. Schließlich legte das Landesgesundheitsamt das Verbundprojekt der Ethikkommission der Landesärztekammer vor. „Die Zustimmung zur Durchführung der Feldstudie liegt vor. Schwieriger war es, Internatsleitungen, Schüler und Eltern vom Sinn der PhthalatStudie zu überzeugen,“ berichtet Dr. Thomas Gabrio vom Landesgesundheitsamt. Doch warum gerade ein Internat? Dr. Gabrio gibt eine einleuchtende Erklärung: „Hier sind die Menschen einer vergleichbaren Innenraumbelastung ausgesetzt. Dasselbe Lebensumfeld, dieselbe Nahrung – nur so können wir allgemein verwertbare Ergebnisse erzielen.“ Nach einiger Überzeugungsarbeit wurden zwei Internate gefunden. Im Sommer 2006 kann die vergleichende Felduntersuchung losgehen. Dann können die drei Verbundpartner und die Kollegen des Parallelprojekts endlich ihre akribischen Vorarbeiten vor Ort unter Beweis stellen. Stefan Kriz Glossar Begriffsdefinitionen Erklärung der in den Projektvorstellungen verwendeten Fachbegriffe I Acrylamid: Acrylamid ist das Amid der Acrylsäure mit der Summenformel (C3H5NO). Die Verbindung ist weiß, geruchslos und gut wasserlöslich. Acrylamid, das als krebserzeugend, erbgutverändernd und fortpflanzungsgefährdend eingestuft ist, wird ebenso bei der Papier- wie bei der Farbstoffherstellung verwendet. A. findet sich in Fugendichtmittel wie im Zigarettenrauch oder in Kosmetika. Als 2002 bei einem Anwendungsfehler Arbeiter mit A. belastet wurden, stellten schwedische Forscher beim Vergleich mit einer als unbelastet ausgewählten Kontrollgruppe fest, dass deren Blut keineswegs frei von A. war. Weitere Untersuchungen ergaben, dass die nachgewiesene Belastung aus Lebensmitteln stammte. Insbesondere Lebkuchen, Chips oder Kekse können hohe Gehalte des Amids (250 bis 300 Mikrogramm/ Kilogramm) enthalten. Es ist erkennbar, dass der Gehalt an A. in Lebensmitteln durch Veränderungen im Produktionsprozess verringert werden kann – allerdings kann dies mit Geruchs- und Geschmacksveränderungen einhergehen. Beim Backen wird A. vor allem an der Gebäckoberfläche, bei hohen Temperaturen und trockenen Bedingungen erzeugt I Agarose-Gelelektro- phorese: Molekularbiologische Methode zur Trennung von DNA-Strängen nach ihrer Größe. Die angereicherte DNA wandert unter Einfluss eines elektrischen Felds durch ein AgaroseGel. An diesem Filter bleiben die Moleküle nach Größe geordnet hängen und können mit einem Farbstoff sichtbar gemacht werden. phie zu erzielen. Dadurch wird die Messung genauer. tiv (Schutz vor freien Radikalen) und antikanzerogen (senken das Krebsrisiko). I Aromat: Aromatische Kohlenstoffverbindung. I Chaconin, Solanin: Gehören zur Klasse der Steroid-Alkaloide. Das sind stickstoffhaltige Steroide, die mit einem Zuckerrest verbunden sind. Wirken wie Detergentien, setzen also die Oberflächenspannung des Wassers herab und binden (emulgieren) Fette. I Asparagin: Aminosäure, nicht essentiell. >Derivat der Asparaginsäure. I Biomonitoring: I Alkaloide: Organische, stickstoffhaltige, natürlich vorkommende Verbindungen. Gehören zu den sekundären Pflanzenstoffen und besitzen meist toxische und pharmakologische Eigenschaften. I Ambient-Monitoring: Systematische, unter Beobachtungsaspekten erfolgende Erfassung von Stoffen in der Umgebung. I Aminosäure: Organische Moleküle mit mindestens einer Carboxyl- und einer Aminogruppe (-COOH/NH2), von denen einige unter anderem die Bausteine der Eiweiße darstellen. Es gibt Aminosäuren, die der Mensch mit der Nahrung aufnehmen muss (essentielle AS) und solche, die im Körper hergestellt werden können. I Analyte Protectants: Bestimmte Substanzen, zum Beispiel Zucker, die gereinigten Probenextrakten und Kalibrierlösungen zugegeben werden, um einen gleichmäßigen Schutz der Analyten während der Gaschromatogra- Durch Biomonitoring kann die vom Einzelnen aufgenommene Schadstoffdosis spezifisch und sensitiv erfasst werden. Die heute zur Verfügung stehenden Analysemethoden ermöglichen es, viele Schadstoffe noch in sehr geringen, umweltmedizinisch relevanten Konzentrationen zu erfassen. Viele Metalle, organische Lösungsmittel, persistente und nichtpersistente Pestizide, aromatische Amine und aromatische Nitroverbindungen, polykondensierte aromatische Kohlenwasserstoffe und andere Stoffe können heute quantitativ gemessen werden. Nach wie vor sind jedoch zum Beispiel für viele Pflanzenschutzmittel noch geeignete Methoden für ein Dosismonitoring zu erarbeiten. I Chromatographie: Griech.: „Schreiben der Farben“; Verfahren zur Trennung chemisch nahe verwandter Stoffe bzw. chemischer Verbindungen; Darstellung des Analyseergebnisses in Form eines Chromatogramms (Farbbild). I Chronisch-entzündliche Darmerkrankungen (CED): Chronische oder chronisch rezidivierende (wiederkehrende) Entzündung der Dickdarmschleimhaut (Colitis ulcerosa) oder des gesamten Magen-Darm-Traktes mit Tendenz zur Diskontinuität und Befall aller Wandschichten (Morbus Crohn). Die Ursachen von CED sind weitgehend unbekannt. I Carotinoide: Bekanntester Vertreter ist das ß-Carotin, das in Möhren, Aprikosen und anderem gelb-orange-farbenem Obst und Gemüse zu finden ist. Aber auch Xanthophylle aus grünblättrigem Gemüse – bspw. Spinat – gehören zu den Carotinoiden. Sie wirken antioxida- I Derivat: Chemische Verbindung, die aus einer anderen entstanden bzw. abgeleitet worden ist. I Detergenzien: LANDESSTIFTUNG Baden-Württemberg 2006 (v. lat.: detergere = abwischen) Damit werden die in Reinigungsmitteln ver- 37 Glossar wendeten Stoffe bezeichnet, die die Oberflächenspannung des Wassers herabsetzen und Fette binden. Man versteht darunter sowohl natürlich vorkommende als auch synthetisch hergestellte Tenside, Netzmittel und Emulgatoren. Detergentien können unterschiedliche Formen haben (Flüssigkeit, Pulver, Paste, Riegel, Tafel, geformte Stücke, Figuren usw.). die Pflanzen ein und wirken als kurative F. von innen heraus gegen Pilzbefall. Zahlreiche Wirkstoffe wie das 1964 eingeführte Thiabendazol erfüllen beide Funktionen. Anorganische Fungizide wurden bereits im 19. Jahrhundert im Obst- und Weinbau verwendet. Schwefel (gegen Obstschorf und echten Mehltau) oder Kupferverbindungen (gegen falschen Mehltau) sind heute allerdings von untergeordneter Bedeutung. Außer im Pflanzenbau werden Fungizide als Bestandteile von Holzschutzmitteln und zur Konservierung von Lebensmitteln (z. B. Propionsäure gegen Schimmel) angewendet. ren zum Nachweis bestimmter Moleküle in Körperflüssigkeiten. I Endokrin wirksame Stoffe: Stoffe, die ohne direkte toxische Wirkung das Hormonsystem eines Organismus’ beeinflussen. I Epithel: Die Schleimhaut bedekkende Zellschicht. I Event: I DNA: Desoxyribonukleinsäure (von engl. desoxyribonucleic acid). Erbmaterial im Zellkern pflanzlicher, tierischer und menschlicher Organismen. Bezeichnung für den chemischen Aufbau der Erbinformation. Die Bausteine der DNA sind so genannte Nukleotide, die sich aus jeweils einem Zucker, einer Phosphorsäure und einer Base zusammensetzen. Diese Bausteine verbinden sich zu einem Riesenmolekül (beim Menschen etwa zwei Meter lang) aus zwei Nukleotidsträngen, welches die Form einer Doppelhelix hat. I DNA-Sequenz: Bestimmte Abfolge von Genen auf der DNA. Eine bestimmte transformierte Pflanzenzelle, aus der eine gentechnisch veränderte Pflanze hervorgeht. Jedes erfolgreiche Transformationsereignis gilt als „Event“ und wird mit einem bestimmten Kürzel (z. B. Bt11, MON863) bezeichnet. Jedes Event kann später in verschiedene Sorten eingekreuzt werden. I Funktionelle Lebens- mittel: (auch: Functional Food) Lebensmittel mit ähnlichem Wirkungsbereich wie Nahrungsergänzungsmittel, die jedoch keine bestimmte Form haben müssen. I FAO: Food and Agriculture Organization: Uno-Organisation mit der Aufgabe, die Produktion und die Verteilung von landwirtschaftlichen Produkten sowie Nahrungsmitteln zu verbessern, um so weltweit die Ernährung sicherzustellen. I Fusarium: Von lat. fusus = Spindel (nach der Form der Sporen); in einigen Arten vorkommender, als Pflanzenschädling auftretender Schlauchpilz. I Fungizid: I Dünnschicht-Chromato- graphie (DC): Chromatographisches Trennverfahren mit einer planaren (stationären) Phase und einer flüssigen (mobilen) Phase. I ELISA: „Enzyme-Linked Immunosorbent Assay“, Verfahren der enzymgekoppelten Immunreaktion. Sehr gut standardisiertes und häufig angewandtes immunologisches Verfah- 38 Pflanzenschutzmittel zur Bekämpfung von Pilzen (aus lat. „fungus“ = Pilz und „cidere“ = töten), Fungizide werden überwiegend im Pflanzenschutz angewandt. Sie können als Spritzbrühen auf die Pflanzen aufgebracht oder als Beizmittel zur Behandlung von Saatgut angewandt werden. Protektive F. verhindern als Belagsfungizide die Sporenkeimung auf der Pflanzenoberfläche. Systemische F. dringen in I Gaschromatographie- Massenspektrometrie (GC-MS): siehe Chromatographie und Massenspektrometrie I Gentechnisch veränderte LANDESSTIFTUNG Baden-Württemberg 2006 Organismen bzw. Pflanzen (GVO/GVP): Jede Pflanzenlinie, die aus einem Event hervorgeht, gilt als GVO. Dessen Freisetzung oder kommerzielle Nutzung müssen genehmigt werden. „Gentechnisch verändert“ ist ein Or- ganismus, dessen genetisches Material in einer Weise verändert worden ist, wie sie unter natürlichen Bedingungen durch Kreuzen oder natürliche Rekombination nicht vorkommt (Artikel 2 der europäischen Freisetzungs-Richtlinie; 2001/18/EG). I HACCP: Hazard Analysis and Critical Control Points: In der Lebensmittelindustrie verbreitetes Qualitätssicherungskonzept, das im Rahmen einer Gefahren- und Risikoanalyse kritische Lenkungspunkte ausmacht und überprüft. I Hämolyse-Assay: Schnelles und kostengünstiges Nachweisverfahren, bei dem die Zerstörung der roten Blutkörperchen (Hämolyse) und die damit verbundene Freisetzung von Hämoglobin als Indikator genutzt wird. Der Hämolyse-Assay misst das Vermögen eines Stoffes, Zellmembranen irreparabel zu beschädigen. I heterocyclische Verbin- dungen: ringförmige organische Moleküle, die außer Kohlenstoff mindestens ein „Heteroatom“ im Ring enthalten. Besondere Bedeutung haben heterocyklische Verbindungen mit maximal ungesättigten Fünf- und Sechsringen, wie Pyrrol, Thiophen, Pyridin und Pyrimidin. Sie werden häufig als Heteroaromaten bezeichnet, da sie ähnliche Eigenschaften wie Aromaten haben. I HPLC: HPLC ist die Abkürzung für High Performance Liquid Chromatography. Analyse- Glossar SERVICE verfahren zur qualitativen und quantitativen Bestimmung einzelner Verbindungen. I In-vivo-Untersuchung: Untersuchung, die im lebenden Organismus von Mensch oder Tier durchgeführt wird. I HPLC-Massenspektrometrie: HPLC (Hochdruck-Flüssigkeits-Chromatographie). Analyseverfahren der organischen Chemie zur qualitativen und quantitativen Bestimmung einzelner Elemente und Verbindungen bei nicht flüchtigen Substanzen (flüchtige Substanzen: siehe Gas-Chromatographie). Mittels Massenspektrometrie kann man die in einem Gemisch vorhandenen Substanzen eindeutig identifizieren. I Kalibrierung: Eichung bzw. Einstellung eines Messinstrumentes in Übereinstimmung mit einer Norm. I HSCCC: Abkürzung für High-Speed Counter-Current Chromatography (Hochgeschwindigkeits-GegenstromChromatographie). Verfahren zur Isolierung von Verbindungen. I Human-Biomonitoring: Systematische, unter Beobachtungsaspekten erfolgende, einmalige oder wiederholte Messung der Konzentrationen von Stoffen oder deren Stoffwechselprodukten (Metaboliten) in human-biologischen Materialien. I In-vitro-Untersuchung: Untersuchung, die außerhalb des lebenden Körpers, also „im (Reagenz-)Glas“ durchgeführt wird. bereitung (Extraktion und Aufreinigung der Extrakte). I Nahrungsergänzungs- I Matrices: mittel: Lebensmittel, das ein Konzentrat von Nährstoffen oder sonstigen Stoffen – wie Vitamine und Mineralstoffe einschließlich Spurenelemente – mit ernährungsspezifischer oder physiologischer Wirkung darstellt. Eine pharmakologische, immunologische und metabolische Wirkung ist nicht erlaubt, da sie Arzneimitteln vorbehalten ist. Wird in dosierter Form – als Kapseln, Pastillen, Tabletten und ähnlichem – in den Verkehr gebracht. Nicht-Analyte, also all das was bei einer chemischen Analyse nicht zugeordnet wird bzw. keine Berücksichtigung findet. I Matrix: I Kleber: Kleber (Synonym: Gluten) sorgt in bestimmten Getreide-Arten, z. B. Weizen oder Dinkel, für die Backfähigkeit des Mehles, indem es die Gärgase bindet und so für die Struktur und das Aufgehen des Gebäcks sorgt. I HPLC-Methode: HPLC ist die Abkürzung für High-Performance Liquid Chromatography (Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie). Analyseverfahren zur qualitativen und quantitativen Bestimmung einzelner Elemente und Verbindungen. nisse einer vorher durchgeführten Chromatographie absichern. I Maillard-Reaktion: Der Duft von frischgeröstetem Kaffee, die knusprige Haut der Peking-Ente, die goldene Farbe frittierter Pommes – sind alles Ergebnisse einer chemischen Reaktion, bei der Aminosäuren unter Hitze mit Zucker, wobei ein Wassermolekül abgespalten wird, zunächst zur sogenannten „Schiffschen Base“ reagieren und dann zu einem „AmadoriProdukt“ umgelagert werden. Die dabei entstehenden hochreaktiven Verbindungen reagieren ihrerseits mit zahlreichen anderen Substanzen. Benannt wurde die komplexe mehrstufige Reaktion nach dem Chemiker Louis Camille Maillard. I Massenspektrometrie (MS): Analysenverfahren zur Bestimmung von chemischen Elementen, Molekülmassen und Massenfragmenten. Dient der Aufklärung der Struktur und Zusammensetzung von Verbindungen und Gemischen, kann die Ergeb- Mitextrahierter Bestandteil aus einer Probe, der in das Extrakt der gesuchten Substanz gelangt. I Mehltype: Sie gibt den mittleren Mineralstoffgehalt in Milligramm pro 100 Gramm Mehl als Trockenmasse an. Das heißt ein Mehl der Type 1050 enthält durchschnittlich 1050 Milligramm Mineralien pro 100 Gramm Mehl. I Online-Massenspektro- metrie: Verfahren, bei dem die Zufuhr der Proben ins Massenspektrometer automatisch erfolgt. I Metabolit: Zwischen- bzw. Umwandlungsprodukt als Ergebnis eines Stoffwechselvorgangs. Dessen Vorhandensein ist für den normalen Ablauf der Stoffwechselprozesse unentbehrlich (z. B. Vitamin, Enzym, Hormon). I Parameter: Kennzeichnende Größe in technischen Prozessen oder Ähnlichem, mit deren Hilfe Aussagen über Aufbau, Leistungsfähigkeit eines Gerätes, Werkzeugs o. Ä. gewonnen werden. I Mykotoxine: Giftige Stoffwechselprodukte von Schimmelpilzen. Sie stellen neben den Antibiotika die zweite große von Mikroorganismen synthetisierte Wirkstoffgruppe dar. Ebenso wie antibiotikabildende Mikroorganismen sind mykotoxinbildende Schimmelpilzarten weltweit verbreitet. I Pestizide: I Multimethode: Analytische Verfahren zur gleichzeitigen Bestimmung von Rückständen einer Vielzahl von Pestiziden unter Verwendung einer einzigen Probenauf- LANDESSTIFTUNG Baden-Württemberg 2006 Zusammenfassende Bezeichnung für chemische Substanzen, mit denen solche tierischen und pflanzlichen Organismen bekämpft werden, die Nutztiere, Nutzpflanzen, Lebensmittel oder Materialien schädigen oder zerstören. Schädlingsbekämpfungsmittel werden in der Regel nach den zu bekämpfenden Schadorganismen eingeteilt (Pflanzenschutzmittel). Der Einsatz erfolgt in fester Form (Streu- oder Stäubemittel, Granulate), in flüssiger 39 Glossar Form (Sprüh-, Spritz-, Gießmittel), als Nebel oder Rauch, als Dampf oder Gas sowie in Form spezieller Zubereitungen (z. B. als Ködermittel). I Petrischale: Die nach dem deutschen Bakteriologen R. J. Petri benannte flache Glasschale, in der bakterielle Kulturen angelegt werden. I Planar-Chromatographie: Eigentlich ein Überbegriff der Dünnschicht-Chromatographie (DC); hier als Ausdruck für die moderne instrumentelle DC. I Phthalat-Weichmacher: Ester aus der Phthalsäure, die als Weichmacher für Kunststoffe eingesetzt werden. Zirka 90 Prozent der Phthalat-Weichmacher werden als äußere Weichmacher ohne chemische Bindung im Trägermaterial verwendet. Sie fungieren als Gleitmittel zwischen den Molekülketten, sind mobil, wandern an die Materialoberfläche und gasen aus. I Polymerase-Ketten- reaktion: Von englisch Polymerase Chain Reaction (PCR). Methode zur Amplifizierung (Vervielfältigung) der DNA. Zu einer DNA-Sequenz werden zwei synthetische Primer gegeben, die sich nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip an aufgetrennte DNAStränge anlagern. DNA-Polymerase-Enzyme verlängern den DNA-Strang weiter. Nach 30 bis 50 solcher Zyklen kann die angereicherte DNA analysiert werden. I Polyphenole: Diese kommen in fast allen Pflanzen vor. Oft sind es Gerbsäuren, die den Le- 40 bensmitteln – bspw. Schwarzer Tee, Trauben oder Wein – den herben Geschmack verleihen. Sie kommen als Farbstoff auch in Kirschen, Beerenfrüchten und Mispeln vor. Das Wirkungsspektrum ist besonders groß: Polyphenole wirken vorbeugend gegen Herzinfarkt und schützen vor Krebs, wirken antioxidativ, entzündungshemmend und stärken das Immunsystem. I Primer: Bei der Polymerase-Kettenreaktion (PCR) legen Primer den DNA-Abschnitt fest, der vervielfältigt werden soll. Dabei werden Primer-Paare für die DNA-Stränge bestimmt und synthetisch hergestellt. Der zwischen dem Primer-Paar liegende DNAAbschnitt wird dann vervielfältigt. PCR. Die DNA-Amplifizierung (Vervielfältigung) kann dabei „in Echtzeit“ auf einer Fluoreszenzkurve verfolgt werden. Anhand des Kurvenverlaufs können DNA-Sequenzen identifiziert werden. I Reduzierende Zucker: Zucker mit einer freien Aldehydgruppe, zum Beispiel Glucose, Lactose, Galactose, Maltose – aber nicht Saccharose. I Reverse Transkription (RT): Molekularbiologische Reaktion zum Umschreiben von RNA in DNA. I Ribonukleinsäure (RNA): Nach der engl. Bezeichnung ribonucleic acid mit RNA abgekürzt, ist diese Nukleinsäure eine Kette aus vielen Nukleotiden. Sie ist eine direkte, komplementär-einsträngige „Abschrift“ der DNA. Eine wesentliche Funktion der RNA in der Zelle ist es, genetische Information mittels Translation in Proteine zu übersetzen. Erbmaterial von manchen Viren. I Probiotika: Definierte lebende Mikroorganismen, die in ausreichender Menge in aktiver Form in den Darm gelangen und dadurch positive gesundheitliche Wirkungen erzielen (Berliner Arbeitskreis Probiotika). I RNA-Viren: Viren, deren Erbmaterial aus RNA besteht. I Protein: Vorwiegend aus Aminosäuren aufgebauter Eiweißkörper, z. B. Globulin. I Sekundäre Pflanzenstoffe: Verschiedenste chemische Verbindungen wie Carotinoide und Polyphenole, die ausschließlich in Pflanzen vorkommen und sie vor umweltbedingten Schäden schützen. Mit der Nahrung aufgenommen, können sie im menschlichen Körper eine Reihe von Stoffwechselprozessen – wie Cholesterinstoffwechsel und Blutzuckerspiegel – positiv beeinflussen. I Solanin, Chaconin: Gehören zur Klasse der Steroid-Alkaloide. Das sind stickstoffhaltige Steroide, die mit einem Zuckerrest verbunden sind. Wirken wie >Detergentien, setzen also die Oberflächenspannung des Wassers herab und binden (emulgieren) Fette. I Spotter: Mit einem Spotter überträgt man flüssige Proben aller Art mit feinen Nadeln auf Träger. I Transgen: I RT-PCR: Reverse TranskriptionPolymerase-Kettenreaktion, in diesem Sinne Gesamtverfahren für den Nachweis von bestimmten Viren. I QuEChERS: Quick Easy Cheap Effective Rugged and Safe (schnell, leicht, billig, effektiv, robust, sicher); Multimethode, die das CVUA Stuttgart als weltweit erstes Labor etabliert hat und inzwischen international von vielen Laboratorien eingesetzt wird. oder Personen – bestimmte Eigenschaften der Prüfobjekte zu identifizien. Eine auf bestimmte Kriterien ausgerichtete Reihenuntersuchung. I Screening: I Real-Time-PCR: Weiterentwicklung der LANDESSTIFTUNG Baden-Württemberg 2006 Engl. Durchsiebung oder Rasterung. Damit bezeichnet man ein systematisches Testverfahren, das eingesetzt wird, um innerhalb eines definierten Prüfbereichs – dieser besteht meist aus einer großen Anzahl von Proben Eine transgene Pflanze ist eine Pflanze, in die ein Gen einer anderen Spezies eingeführt worden ist. I Transformation: Genetische Veränderung einer Zelle durch Aufnahme oder Einschleusen fremder DNA. I Trester: Bei der Kelterung von Trauben anfallendes Pressgut bzw. bei der Herstellung von Obst- u. Gemüsesäften verbleibende Feststoffe. Projektdaten Projektübersicht Alle im Forschungsprogramm Nahrungsmittelsicherheit geförderten Projekte 1. Bundesforschungsanstalt für Ernährung und Lebensmittel Institut für Hygiene und Toxikologie, Karlsruhe: „MycoChip: Implementierung eines DNA Microarrays zum simultanen Monitoring der Bildung verschiedener Mykotoxine in Lebensmitteln“ Laufzeit: ab 1.2.2005 Leitung: Dr. Rolf Geisen Bundesforschungsanstalt für Ernährung und Lebensmittel Institut für Hygiene und Toxikologie Haid-und-Neu-Straße 9 76131 Karlsruhe Tel.: 0721/66 25-0 Fax: 0721/6625-453 [email protected] www.bfel.de 2. Chemisches und Veterinäruntersuchungsamt (CVUA) Stuttgart, Fellbach: „Viren in Lebensmitteln und Wasser: Molekularbiologischer Nachweis von krankheitserregenden Noroviren (GI), Hepatitis-A-Viren und Rotaviren“ Laufzeit: ab 1.2.2005 Leitung: Dr. Matthias Contzen CVUA Stuttgart Schaflandstraße 3/2 70736 Fellbach Tel.: 0711/3426-1248 [email protected] www.cvuas.de 3. Chemisches und Veterinäruntersuchungsamt (CVUA) Stuttgart, Fellbach: „Untersuchungen zur Einsatzmöglichkeit von „Analyte Protectants“ in der Rückstandsanalytik von Obst und Gemüse. Ein Beitrag zur Steigerung der Verbrauchersicherheit durch schnelle Rückstandsbefunde“ Laufzeit: ab 1.3.2005 Leitung: Ellen Scherbaum CVUA Stuttgart Schaflandstraße 3/2 70736 Fellbach Tel.: 0711/3426-12 34 Fax: 0711/588176 [email protected] www.cvuas.de 4. Chemisches und Veterinäruntersuchungsamt (CVUA) Freiburg: „Molekularbiologische Verfahren zum Nachweis von nicht zugelassenen gentechnisch veränderten Pflanzen“ Laufzeit: ab 1.2.2005 Ltg.: Hans-Ullrich Waiblinger CVUA Freiburg Bissierstraße 5 79114 Freiburg Tel.: 0761/8855-0 Fax: 0761/8855-100 [email protected] www.cvua-freiburg.de 5. Chemisches und Veterinäruntersuchungsamt (CVUA) Stuttgart, Fellbach: „Bestimmung der Belastung von Kindern durch endokrin relevante Stoffe (insbesondere Phthalate) aus Bedarfsgegenständen“ Laufzeit: ab 1.4.2005 Leitung: Werner Altkofer CVUA Stuttgart Schaflandstraße 3/2 70736 Fellbach Tel.: 0711/3426-1234 Fax: 0711/588176 [email protected] www.cvuas.de 6. Institut für Mikrobielle Genetik, Universität Tübingen: „Bewertung der gesundheitlichen Unbedenklichkeit von Koagulase negativen Staphylokokken (KNS) mit Anwendung in der Lebensmittelherstellung“ Laufzeit: ab 1.2.2005 Ltg.: Prof. Dr. Friedrich Götz Universität Tübingen Auf der Morgenstelle 28 72076 Tübingen Tel. 0 7071/29-7 46 36 [email protected] www.uni-tuebingen.de/mikrobiologie/ 7. Institut für Medizinische Mikrobiologie und Hygiene, Universität Tübingen: „Untersuchung zur Sicherheit von probiotischen Bakterienstämmen“ von Koagulase negativen Staphylokokken in Anwendung in der Lebensmittelherstellung“ Laufzeit: ab 1.2.2005 Leitung: Dr. Christian Hertel Universität Hohenheim Institut für Lebensmitteltechnologie Garbenstraße 28 70599 Stuttgart Tel.: 0711/459-4255 [email protected] www.uni-hohenheim.de Laufzeit: ab 1.2.2005 Leitung: Dr. Julia-Stefanie Frick Universität Tübingen Institut für Medizinische Mikrobiologie und Hygiene Elfriede-Aulhorn-Str. 6 72076 Tübingen Tel.: 07071/29-8 15 28 Fax: 07071/29-5440 [email protected] www.medizin.unituebingen.de/mikrobiologie/ 8. Institut für Lebensmittelchemie, Universität Hohenheim: „Rückstandsanalytik von Dithiocarbamat-Fungiziden in pflanzlichen Lebensmitteln und Futtermitteln mittels LC/MS“ Laufzeit: ab 1.2.2005 Leitung: Prof. Dr. Wolfgang Schwack Universität Hohenheim Institut für Lebensmitteltechnologie Garbenstraße 28 Ökozentrum Südl. Trakt 024 70599 Stuttgart Tel.: 0711/459-3979 [email protected] www.uni-hohenheim.de 9. Institut für Lebensmittelchemie, Universität Hohenheim: „DC-MS, neues Online-Verfahren zur Schnell-Bestimmung von Kontaminanten und Zusatzstoffen in unterschiedlichen Matrices (DC-MS)“ Laufzeit: ab 1.2.2005 Leitung: Dr. Gerda E. Morlock Universität Hohenheim Institut für Lebensmitteltechnologie Garbenstraße 28 70599 Stuttgart Tel.: 0711/459 4092 Fax: 0711/459-4096 [email protected] www.uni-hohenheim.de 10. Institut für Lebensmitteltechnologie, Universität Hohenheim: „Die Bewertung der gesundheitlichen Unbedenklichkeit 11. Institut für Pharmazie und Molekulare Biotechnologie, Universität Heidelberg: „Entwicklung verlässlicher Nachweismethoden für toxische Steroid-Glycoalkaloide in Kartoffeln, Tomaten und daraus zubereiteten Produkten“ Laufzeit: ab 1.2.2005 Leitung: Prof. Dr. Michael Wink Universität Heidelberg Institut für Pharmazie und Molekulare Biotechnologie Im Neuenheimer Feld 364 69120 Heidelberg Tel.: 06221/54 6035 [email protected] www.ipmb.uni-hd.de 12. Landesgesundheitsamt Baden-Württemberg, Stuttgart: „Belastungssituation der Allgemeinbevölkerung mit Phthalat-Weichmachern und Ermittlung relevanter Expositionspfade“ Laufzeit: ab 1.2.2005 Leitung: Dr. Thomas Gabrio Landesgesundheitsamt Baden-Württemberg Wiederholdstraße 15 70174 Stuttgart Tel.: 0711/1849-0 [email protected] www.lga-bw.de/ 13. Institut für Pflanzenbau und Grünland, Universität Hohenheim: „Einfluss produktionstechnischer Maßnahmen bei Getreide zur Reduktion von Acrylamidvorstufen im Korngut“ LANDESSTIFTUNG Baden-Württemberg 2006 41 Projektdaten Laufzeit: 1.9.2003-31.8.2006 Leitung: Prof. Dr. Wilhelm Claupein Universität Hohenheim Institut für Pflanzenbau und Grünland Fruwirthstraße 23 Institutsgebäude 119 70599 Stuttgart Tel.: 0711/459-4114 Fax: 0711/459-4344 [email protected] www.uni-hohenheim.de 14. Chemisches und Veterinäruntersuchungsamt (CVUA) Stuttgart, Fellbach, und Institut für Lebensmitteltechnologie, Universität Hohenheim: „Ermittlung von Einflussfaktoren auf die Bildung von Acrylamid in Getreide und Getreideprodukten mit dem Ziel der Gehaltsminimierung – Studien an Modellsystemen und Lebensmitteln“ Laufzeit: 2.1.2004-31.10.2005 Leitung: a) Dr. Birgit Gutsche Dr. Pat Schreiter (seit 6/2005) Chemisches und Veterinäruntersuchungsamt Stuttgart (CVUA) Schaflandstraße 3/2 Abt. 1 – Zentrale Messtechnik 70736 Fellbach Tel.: 0711/3426-1029 Fax: 0711/588176 [email protected] www.cvuas.de b) Prof. Dr. Reinhold Carle Universität Hohenheim Institut für Lebensmitteltechnologie August-von-Hartmann-Straße Ökologiegebäude 2. BA 138 70599 Stuttgart Tel.: 0711/459-2314 Fax: 0711/459-4110 [email protected] www.uni-hohenheim.de 15. Bundesforschungsanstalt für Ernährung Institut für Hygiene und Toxikologie, Karlsruhe: „Vergleichende Untersuchungen zum Schnellnachweis von Listeria monocyto genes in Lebensmitteln mittels molekularbiologischer Methoden chromogener Medien“ Laufzeit: 1.7.2002-30.6.2004 Leitung: Biserka Becker Haid-und-Neu-Str. 9 42 76131 Karlsruhe Tel.: 0721/66 25-0 Fax: 0721/6625-111 [email protected] www.bfel.de 16. Staatliche Milchwirtschaftliche Lehr- und Forschungsanstalt Wangen/Allgäu: „Tier- und humanpathogene incl. Toxin-bildende Stämme von Staphylococcus aureus in der Milchdrüse und daraus hergestellten Rohmilchprodukten – Bedeutung für die Tiergesundheit und Produktqualität“ Laufzeit: 1.7.2002-30.6.2005 Leitung: Dr. Jochen Buck Dr.-Oskar-Farny-Institut Wangen im Allgäu Am Maierhof 7 Tel.: 07522/71-5011 Fax: 07522/71-5013 88239 Wangen im Allgäu [email protected] www.mlf-wangen.de 17. Institut für Lebensmitteltechnologie, Universität Hohenheim: „Die Bewertung der gesundheitlichen Unbedenklichkeit von Fermentationsorganismen unter Einschluss von Probiotika“ Laufzeit: 15.9.2002-14.9.2005 Leitung: Dr. Christian Hertel (davor Prof. Dr. Walter P. Hammes) Universität Hohenheim Institut für Lebensmitteltechnologie Garbenstraße 28 70599 Stuttgart Tel.: 0711/459-4255 [email protected] www.uni-hohenheim.de 18. Chemisches und Veterinäruntersuchungsamt (CVUA), Freiburg: „Nachweis von humanpathogenen Mikroorganismen in Lebensmitteln mittels moderner molekularbiologischer Untersuchungsverfahren“ Laufzeit: 15.1.2003-14.1.2005 Leitung: Dr. Klaus Pietsch CVUA Freiburg Bissierstraße 5 79114 Freiburg Tel.: 0761/8855-0 Fax: 0761/8855-100 [email protected] www.cvua-freiburg.de 19. Chemisches und Veterinäruntersuchungsamt (CVUA) Stuttgart, Fellbach: „Entwicklung und Etablierung von molekularbiologischen Detektionsmethoden zum Nachweis von Norwalkund Norwalk-like Viren (NLV)-RNA in Lebensmitteln und Wasser sowie die infektionsepidemiologische Infektkettenverfolgung mittels Gensequenzierung“ Laufzeit: 1.10.2002-30.9.2004 Leitung: Dr. Matthias Contzen CVUA Stuttgart Schaflandstraße 3/2 70736 Fellbach Tel.: 0711/34 26-1248 Fax: 0711/3426-1268 [email protected] www.cvua-stuttgart.de 20.Chemisches und Veterinäruntersuchungsamt (CVUA) Stuttgart, Fellbach: „Beseitigung analytischer Defizite bei der Bestimmung von Rückständen an Antibiotika, Neonicotinoiden und makrocyclischen Insektiziden/Akariziden in Obst und Gemüse“ Laufzeit: 1.10.2002-30.9.2005 Leitung: Ellen Scherbaum, Dr. Michelangelo Anastassiades CVUA Stuttgart Schaflandstraße 3/2 Abteilung 3 Pestizidlabor (3.1-3.4) 70736 Fellbach Tel.:0711/34 26-1234 Fax: 0711/588176 [email protected] www.cvua-stuttgart.de 21. Chemisches und Veterinäruntersuchungsamt (CVUA) Stuttgart, Fellbach: „Entwicklung und Einführung von Analysenverfahren zur empfindlichen Bestimmung von Fusarientoxinen in Lebensmitteln. Ein Beitrag zur Beseitigung analytischer Defizite in der amtlichen Lebensmittelüberwachung.“ Laufzeit: 1.8.2002-31.7.2005 Leitung: Dr. Uwe Lauber CVUA Stuttgart Abt. 3.5 Mykotoxine Schaflandstraße 3/2 70736 Fellbach Tel.: 0711/34 26-1234 Fax: 0711/588176 [email protected] LANDESSTIFTUNG Baden-Württemberg 2006 www.cvua-stuttgart.de 22. Chemisches und Veterinäruntersuchungsamt (CVUA) Freiburg: „Bestimmung von persistenten bromierten Umweltkontaminanten (polybromierte Dioxine, Furane und Diphenylether) in Lebensmitteln und Futtermitteln“ Laufzeit: 15.1.2003-14.1.2006 Leitung: Dr. Rainer Malisch u. Dr. Karin Kypke CVUA Freiburg Bissierstraße 5 79114 Freiburg Tel.: 0761/8855-0 Fax: 0761/8855-100 [email protected] www.cvua-freiburg.de 23. Chemisches und Veterinäruntersuchungsamt (CVUA) Freiburg: „Einsatz der StabilisotopenMassenspektrometrie (IRMS=Isotope Ratio Mass Spectrometry) zum Nachweis der verbotenen Anwendung körperidentischer Hormone in Tiermast“ Laufzeit: 15.1.2003-14.1.2006 Leitung: Dr. Martin Metschies CVUA Freiburg Bissierstraße 5 79114 Freiburg Tel.: 0761/8855-0 Fax: 0761/8855-100 [email protected] www.cvua-freiburg.de 24.Institut für Lebensmitteltechnologie, Universität Hohenheim: „Entwicklung und Validierung von Methoden zur Bestimmung von Carotinoiden und Polyphenolen in Nahrungsergänzungsmitteln und funktionellen Lebensmitteln mittels HPLC“ Laufzeit: 1.10.2002-30.9.2005 Leitung: Prof. Dr. Reinhold Carle Dr. Andreas Schieber Institut für Lebensmitteltechnologie Universität Hohenheim August-von-Hartmann-Straße Ökologiegebäude 2. BA 138 70599 Stuttgart Tel.: 0711/459-2314 Fax: 0711/459-4110 [email protected] www.uni-hohenheim.de Publikationsverzeichnis Schriftenreihe der LANDESSTIFTUNG Baden-Württemberg 1 ERSTER WETTBEWERB BERUFLICHE SCHULEN – Dokumentation des Wettbewerbs 2002 mit den Preisträgerinnen und Preisträgern 2 NEUE WEGE DER FÖRDERUNG FREIWILLIGEN ENGAGEMENTS VON JUGENDLICHEN – Eine Zwischenbilanz zu Modellen in Baden-Württemberg 3 ZWEITER WETTBEWERB BERUFLICHE SCHULEN – Dokumentation des Wettbewerbs 2003 mit den Preisträgerinnen und Preisträgern 4 JUGEND UND VERANTWORTUNGSVOLLE MEDIENNUTZUNG MEDIEN UND PERSÖNLICHKEITSENTWICKLUNG – Dokumentation des Fachtags, 4.12.2003 5 DRITTER WETTBEWERB BERUFLICHE SCHULEN – Dokumentation des Wettbewerbs 2004 mit den Preisträgerinnen und Preisträgern 6 HOCHSCHULZULASSUNG:AUSWAHLMODELLE FÜR DIE ZUKUNFT – Eine Entscheidungshilfe für die Hochschulen (in Zusammenarbeit mit dem Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft) 7 FAUSTLOS IN KINDERGÄRTEN – Evaluation des Faustlos-Curriculums für den Kindergarten 8 SELBSTVERTRAUEN STÄRKEN – AUSBILDUNGSREIFE VERBESSERN – Dokumentation innovativer Projekte im Berufsvorbereitungsjahr 2001/2002 9 DIALOG WISSENSCHAFT UND ÖFFENTLICHKEIT – Ein Ideenwettbewerb zur Vermittlung von Wissenschaft und Forschung an Kinder und Jugendliche 10 BERICHT ZUR WISSENSCHAFTLICHEN EVALUATION VON JUGEND UND VERANTWORTUNGSVOLLE MEDIENNUTZUNG – Medien und Persönlichkeitsentwicklung 11 STRATEGISCHE FORSCHUNG IN BADEN-WÜRTTEMBERG – Bericht an die Landesstiftung 12 „BERUF UND FAMILIE“ – WIE GESTALTEN WIR DAS UND? Ein Leitfaden für Praktiker und Praktikerinnen aus Unternehmen und Kommunen 13 VIERTER WETTBEWERB BERUFLICHE SCHULEN – Dokumentation des Wettbewerbs 2005 mit den Preisträgerinnen und Preisträgern 14 JUGEND. WERTE. ZUKUNFT. – Wertvorstellungen, Zukunftsperspektiven und soziales Engagement im Jugendalter 15 FORSCHUNGSPROGRAMM OPTISCHE TECHNOLOGIEN – Zwischenberichte aus den Forschungsprojekten 16 MEDIENKOMPETENZ VERMITTELN – STRATEGIEN UND EVALUATION – Das Einsteigerprogramm start und klick! der Landesstiftung Baden-Württemberg 17 FORSCHUNGSPROGRAMM NAHRUNGSMITTELSICHERHEIT – Berichte und Ergebnisse aus den Forschungsprojekten. Alle Publikationen finden sich auch zum Download im Internet: www.landesstiftung-bw.de LANDESSTIFTUNG Baden-Württemberg 2006 43 Die gemeinnützige Landesstiftung Baden-Württemberg ist die einzige bedeutende Stiftung, die in außergewöhnlicher Themenbreite dauerhaft, unparteiisch und ausschließlich in die Zukunft Baden-Württembergs investiert – und damit in die Zukunft seiner Bürgerinnen und Bürger. LANDESSTIFTUNG Baden-Württemberg gGmbH Im Kaisemer 1 70191 Stuttgart Tel.: 0711/248476-0 Fax: 0711/248476-50 [email protected] www.landesstiftung-bw.de
