Entwicklung und Validierung neuer Methoden für den qualitativen Nachweis und die quantitative Bestimmung von Fischen, Krebs- und Weichtieren sowie Insekten als potentielle Lebensmittelallergene (AQUALLERG-ID)

Circa 1 - 2,5 % der erwachsenen Bevölkerung leidet an einer Fisch- oder Meeresfrüchte-Allergie. Diese Allergien zählen zu den häufigsten Auslösern eines lebensbedrohlichen, anaphylaktischen Schocks. Wie man aquatische Organismen und artverwandte Insekten besser in Lebensmitteln detektieren kann, war Kernaufgabe des Verbundprojektes „AQUALLERG-ID“. Gemeinsam arbeiteten das Bundesinstitut für Risikobewertung (BfRkurz fürBundesinstitut für Risikobewertung), die Institut für Produktqualität GmbH (ifp) und die Biotechnologiefirma IMGM an der Entwicklung von neuen molekularen und immunochemischen Methoden zum Nachweis von DNA und Proteinen der Zielgruppen Fische, Krusten- und Weichtiere sowie Insekten in Lebensmitteln. Dem Projekt ist es gelungen, für alle Tiergruppen geeignete Nachweismethoden zu entwickeln und zu validieren. Die neuen Methoden zum Nachweis von Fischen und Krebstieren konnten am Beispiel von praxisrelevanten Lebensmittelproben erfolgreich getestet werden. Alle im Rahmen des Verbundprojekts entwickelten Verfahren zur Allergendetektion in Lebensmitteln werden Kontrollbehörden sowie Lebensmittelherstellern für Qualitätskontrollen im Produktionsprozess zur Verfügung gestellt.

III. Erfolgskontrollbericht
 
1. Beitrag des Ergebnisses zu den förderpolitischen Zielen
 
Allergene, die nicht auf Lebensmittelverpackungen deklariert sind, stellen eine große Gefahr für Allergiker dar. Einige dieser Allergene kommen in aquatischen Organismen wie den Fischen, Krebs- und Weichtiere, sowie den Krebstieren artverwandten Insekten, die als neuartige Lebensmittel verwendet werden, vor. Der Verzehr kann lebensbedrohliche Reaktionen bei betroffenen Allergikern hervorrufen, weshalb Kontrolllabore und Lebensmittelhersteller auf verlässliche und schnelle Methoden zum Nachweis dieser Tierarten angewiesen sind. Der Eintrag von Allergie-auslösenden Arten kann willentlich oder unbeabsichtigt durch Verschleppungen während des Transportes, der Lagerung oder der Verarbeitung entlang der gesamten Wertschöpfungskette entstehen. Besonders bei stark verarbeiteten Lebensmitteln, bei denen eine visuelle Kontrolle keinen Aufschluss über die verarbeiteten Tierarten gibt, ist eine analytische Rückverfolgbarkeit von besonderem Belang. Bisherige Methoden erfassen nur einzelne Arten der aquatischen Organismen, so dass für eine hohe Abdeckung eine Vielzahl an Methoden eingesetzt werden müssten. Vor diesem Hintergrund werden dringend neue Methoden benötigt, die eine schnellen und lückenlosen Nachweis aller handelsüblichen Arten ermöglichen.
Die Ergebnisse des Projektes erfüllen mehrere Ziele des Programms für Innovationsförderung und der Förderbekanntmachung „Lebensmittelherstellung“ des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft. Die neu entwickelten PCR-Systeme zum Nachweis von aquatischen Organismen und Insekten sind vielseitig einsetzbar und erhöhen die Produktsicherheit über den Nachweis von potentiellen allergenen Spezies. Durch die enge Vernetzung mit der Lebensmittelindustrie (FRoSTA AG) als Verbundpartner konnten praxisrelevante und produktnahe Testungen der PCR-Systeme demonstriert werden. Die „Ready-to-use“ Platten können bei Bewährung in der Langzeittestung von Interesse für Biotechnologieunternehmen sein und damit eine wirtschaftliche Relevanz erreichen. Bei erfolgreicher Überführung der entwickelten PCR-Systeme in Standardmethoden wird eine Harmonisierung in der Produktkontrolle erreicht und der Verbraucherschutz gestärkt.
 
2. Das wissenschaftlich-technische Ergebnis des Vorhabens, die erreichten Nebenergebnisse und die gesammelten wesentlichen ErfahrungenDie entwickelten real-time PCR-Methoden schließen große Lücken im Nachweis von allergenen, aquatischen Organismen sowie Insekten.
Folgende Teilergebnisse wurden erzielt:
      Es wurde eine große Sammlung der häufigsten kommerziell genutzten aquatischen Arten und Insekten als Proben (Referenzmaterial) authentifiziert und in die Probendatenbank des Nationalen Referenzlabor für Tierische Proteine aufgenommen.
        Es wurden in silico neue real-time PCR-Systeme für Krebs-, Weichtiere und Insekten entwickelt und davon zwölf PCR-Systeme in vitro getestet und validiert. Sieben Systeme erfüllten alle Kriterien und konnten auch prozessierte Zielarten in Lebensmittel-Matrixes bis 1 ppm nachweisen.
         Die real-time PCR-Systeme zum Nachweis von Fisch- und Krebstieren konnte erfolgreich bei einer Beprobung einer Lebensmittelproduktionslinie von FRoSTA getestet werden. Hierbei wurde von einer Fisch/Schrimp-Paella Produktion auf eine Frühlingsgemüse-Fertiggericht Produktion umgestellt. Dabei konnten selbst im Reinigungswasser zwischen den Produktionen noch schwache Spuren von Krebstieren nachgewiesen werden.
          Es wurden „Ready-to-use“ Platten von allen PCR-Systemen zum Nachweis aquatischer Organismen und eine Platte zum Nachweis von Insekten hergestellt und erfolgreich getestet. Die Platten stehen für den schnellen Einsatz in der Lebensmittelkontrolle zur Verfügung.

3. Fortschreibung des Verwertungsplans
3.1. Angestrebte Erfindungen/Schutzrechtsanmeldungen und bereits erteilte Schutzrechte
Lfd. Nr. 1.1

Konkrete Verwertung: Für die entwickelten PCR-Arrays werden keine Schutzrechte benötigt. Die Methoden werden den möglichen Anwendern frei zur Verfügung gestellt.

Zeithorizont: 2022

3.2. Wirtschaftliche Erfolgsaussichten nach Projektende
Lfd. Nr. 2.1

Konkrete Verwertung: Als staatliche, nicht-Profit orientierte Organisation verfolgt das BfRkurz fürBundesinstitut für Risikobewertung primär die folgenden Ziele. Forcierung der Bereitstellung von Standardmethoden für die Lebensmittelkontrolle.


Zeithorizont: 2019-2022
Lfd. Nr. 2.2
Konkrete Verwertung: Einsparungen wirtschaftlicher Ressourcen in der amtlichen Kontrolle durch effizientes Screening auf nicht gekennzeichnete allergene Spezies


Zeithorizont: 2022

3.3. Wissenschaftliche und/oder technische Erfolgsaussichten nach Projektende
Lfd. Nr. 3.1

Konkrete Verwertung: Es ist geplant, die Ergebnisse zu Projektende in Form einer verständlichen Verbraucherinformation zusammenzufassen. Dies kann in Form einer Broschüre und/oder einer Internet-Information auf der BfRkurz fürBundesinstitut für Risikobewertung-Webseite realisiert werden.

Zeithorizont: 2019-2023
Lfd. Nr. 3.2
Konkrete Verwertung: Am Ende der Projektlaufzeit ist ein informativer Workshop in Präsenz-Form geplant, zu welchem alle interessierten Kreise (nicht nur wissenschaftliches Fachpublikum) eingeladen werden sollen.


Zeithorizont: 2023
Lfd. Nr. 3.3
Konkrete Verwertung: Die Sammlung authentischer DNA-Proben (getrocknete Dauerpräparate) wird stichprobenhaft für mindestens 3 Jahre nach Projektende jährlich auf den Erhalt der Integrität und Amplifikationsfähigkeit getestet. Hierdurch wird eine Validierung der Qualität der Dauerpräparation über das Projektende hinaus vorgenommen. Ein analoger Dauertest wird auch mit ausgewählten vorbelegten Screeningplatten durchgeführt, um die Haltbarkeit zu dokumentieren (Verbesserung der Anwendung).


Zeithorizont: 2021-2026

3.4. Wissenschaftliche und wirtschaftliche Anschlussfähigkeit
Lfd. Nr. 4.1
Nächste Phase / nächste Schritte: Verlaufen die Ergebnisse der Langzeitbeobachtung für die DNA-Sammlung positiv, kann das Prinzip für Betreiber ähnlicher Sammlungen von Nutzen sein, um die havarieanfällige und energieaufwändige Tiefkühllagerung zu umgehen (verbesserte Logistik und Ökonomie).

Zeithorizont: 2026
Lfd. Nr. 4.2
Nächste Phase / nächste Schritte: Geeignete real-time PCR-Methoden werden nationalen (§-64 LFGB „Lebensmittelallergene“ und internationalen (CEN TC 275 WG 12 „Allergens“) Normierungsgremien zur Konvertierung in Standards zur Verfügung gestellt. Hiermit werden Lücken in den amtlichen Methodensammlungen geschlossen.

Zeithorizont: 2022
Lfd. Nr. 4.3
Nächste Phase / nächste Schritte: Es soll geprüft werden, inwieweit eine breitere Verfügbarkeit der „Ready-to-Use“-PCR-Mikrotiterplatten erreicht werden kann und ob eine Übertragung in andere Bereiche (Authentizität) sinnvoll ist. In Abhängigkeit von Ressourcen könnte dies in Eigenproduktion oder Unteraufträgen an Dritte geschehen.


Zeithorizont: 2022
 
4. Arbeiten, die zu keiner Lösung geführt haben
Die Amplifikationstemperaturen der entwickelten real-time PCR-Systeme reichten von 55 bis 60° C. Es wurde daher nicht wie ursprünglich geplant eine 384-Well PCR-Mikrotiterplatten für die „Ready-to-use“ Platten realisiert, da die Systeme dafür alle bei der gleichen Temperatur eingesetzt werden müssten. Die Systeme wurden auf zwei 96-Well PCR-Mikrotiterplatten aufgeteilt, so dass eine Platte mit rein aquatischen Organismen und eine Insektenplatte für „Novel foods“ entstand. Der Vorteil von 96-Well PCR-Mikrotiterplatten ist, dass Sie das gängigste Modell in der Kontrollanalytik darstellen, leicht von Drittanbietern reproduziert werden können und trotzdem ausreichend Platz für 6 Proben bieten. Wir haben eine 384-Well PCR-Platte getestet, so dass die Anzahl an Proben vervierfacht werden konnte.
 
5. Präsentationsmöglichkeiten für mögliche Nutzer
Das BfRkurz fürBundesinstitut für Risikobewertung ist Gastmitglied in der §-64 LFGB Arbeitsgruppe „Lebensmittelallergene“, in der immer wieder neue Methoden vorgestellt und in die „Amtliche Sammlung von Untersuchungsverfahren„ aufgenommen werden. Die bereits publizierte real-time PCR-Methode zur Detektion von Krebstieren wurde für einen Vorringversuch vorgeschlagen, welcher für das Jahr 2023 geplant ist.
 
6. Einhaltung der Kosten- und Zeitplanung
Das Projekt konnte innerhalb des bewilligten Kostenrahmes realisiert werden, es kam lediglich durch die Corona-Krise zu etlichen Verzögerungen, weshalb eine kostenneutrale Verlängerung von einem halben Jahr beantragt und bewilligt wurde.

Ein ausführlicher Schlussbericht in deutscher Sprache wurde als Datei hochgeladen.