Micro-Array-Handling

Minilabor weist Antibiotikarückstände in Milch nach –

Höhere Sicherheit für das Lebensmittel Milch
Das Minilabor im Praxiseinsatz beim Bayerischen Milchprüfring e.V. in Wolnzach. (Foto: Baumgartner/MPR Wolnzach)

Dr. Ulrich Marsch, Zentrale Presse & Kommunikation, Technische Universität München

Niemand möchte Antibiotikarückstände in der Milch. Doch auch im Kuhstall werden Antibiotika eingesetzt. Die derzeit eingesetzten Routinetests benötigen Stunden und können nicht alle typischen Antibiotika nachweisen. Diese Lücke schließt nun ein vollautomatisiertes Minilabor, das Wissenschaftler der Technischen Universität München (TUM) zusammen mit Kooperationspartnern aus der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) und der gwk Präzisionstechnik GmbH entwickelt haben.

Auch in gut geführten Bauernhöfen erkranken Milchkühe so, dass sie mit Antibiotika behandelt werden müssen. Das gilt selbst für den Ökolandbau. Da Medikamentenrückstände in der Milch gefährlich sein könnten, darf die Milch der erkrankten Tiere nicht in die Produktionskette gelangen. Zwar hat die Europäische Union zum Schutz der Verbraucher Grenzwerte erlassen, doch bisher ist der Nachweis für Antibiotika in Milch aufwändig und lückenhaft. Insgesamt entsteht der europäischen Milchwirtschaft durch Produktionsausfälle und Entsorgung von mit Antibiotika verunreinigten Milchprodukten ein Schaden von jährlich mehr als 200 Millionen Euro.

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Die Molkereien versuchen dem entgegen zu wirken, indem sie eigene Stichprobenkontrollen durchführen. Hemmt die Milchprobe das Wachstum von Prüfbakterien, so besteht ein Anfangsverdacht auf Antibiotikarückstände, dem mit aufwändigeren Analysen weiter nachgegangen wird. Nachteil des Verfahrens: Es dauert Stunden und verursacht hohe Kosten. Werden Medikamentenspuren erst später im Produktionsprozess entdeckt, können die Kosten durch Produktionsausfall und Entsorgung ein geschäftskritisches Ausmaß erreichen. Die Unternehmen der Milchwirtschaft suchten daher nach einem einfachen und schnellen Verfahren, mit dem man möglichst alle im Stall eingesetzten Antibiotika nachweisen kann.

Mit diesem Ziel vor Augen entwickelten Wissenschaftler des Lehrstuhls für Analytische Chemie der TU München und des Lehrstuhls für Hygiene und Technik der Milch an der LMU einen Glas-Chip und eine Auswerteeinheit, die Rückstände der 14 wichtigsten Antibiotika parallel und sicher nachweisen. Dafür nutzen die Wissenschaftler eine so genannte Antigen/Antikörper-Reaktion: Auf die Glasplatte sind viele Punkte mit den unterschiedlichen Antibiotika aufgedruckt, ein so genanntes Mikroarray. In die zu untersuchende Milchprobe wird ein Cocktail aus spezifisch auf diese Antibiotika reagierenden Antikörpern gemischt. Ist ein Antibiotikum in der Milch, so reagieren die Antikörper mit diesem. Je höher die Konzentration des Antibiotikums desto weniger Antikörper bleiben übrig. Die restlichen Antikörper binden an die entsprechenden Antibiotikapunkte auf der Platte.

Durch eine nachfolgende Chemolumineszenzreaktion, wie sie auch in der Kriminalistik zum Nachweis von Blutspuren verwendet wird, leuchten danach die Punkte am hellsten auf, an denen viele Antikörper gebunden sind. War ein Antibiotikum in der Milch, stehen weniger Antikörper zur Verfügung und der entsprechende Punkt erscheint dunkler. Mit einer elektronischen Kamera wird die Leuchtintensität gemessen und liefert so nicht nur den Nachweis, ob ein Antibiotikum in der Milchprobe enthalten ist sondern auch wie viel davon.

Zusammen mit der Münchener gwk Präzisionstechnik GmbH entwickelten die Wissenschaftler ein vollautomatisches Minilabor, das zusammen mit dem Mikroarray präzise ermittelt, ob die Grenzwerte in der Rohmilch überschritten sind. „In der Medizin und in Forschungslabors sind solche Mikroarrays schon länger im Einsatz“, sagt Dr. Michael Seidel vom Lehrstuhl für Analytische Chemie der TUM. „Mit dem Milch-Chip haben wir nun das weltweit erste vollautomatisierte Analysesystem, das diese Technik im rauen Praxiseinsatz mit nicht vorbehandelten Milchproben nutzt.“ Eine Messung dauert nur knapp sechs Minuten; der Glas-Chip lässt sich bis zu 50 Mal regenerieren. Damit ist das System das schnellste und kostengünstigste weltweit.

Das Analysesystem wird helfen, Produktionsausfälle und erhebliche Entsorgungskosten zu vermeiden, hoffen die Forscher. „Das kommt nicht nur den über 100000 Milch erzeugenden Betrieben und mehr als 36000 Beschäftigten in der Milch verarbeitenden Industrie in Deutschland zugute, vor allem der Verbraucher profitiert von der verbesserten Sicherheit des Lebensmittels Milch“, sagt Professor Nießner vom Lehrstuhl für Analytische Chemie der TU München. Bis Ende dieses Jahres wollen die Forscher ihr Minilabor bis zur Marktfähigkeit entwickelt haben. Bei der Langen Nacht der Wissenschaften am 15. Mai 2010 auf dem Campus Garching der TUM stellten die Wissenschaftler das System im Foyer des Chemiegebäudes erstmals der Öffentlichkeit vor.

Die Entwicklung des Analysesystems wurde gefördert von der Bayerischen Forschungsstiftung, dem Bayerischen Staatsministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten, dem Forschungskreis der Ernährungsindustrie (FEI) (über AIF-ZUTECH), dem BMBF, der Bundeswehr und der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG).

Publikationen:
Kloth, K.; Rye-Johnsen, M.; Didier, A.; Dietrich, R.; Märtlbauer E.; Niessner, R.; Seidel, M., A regenerable immunochip for the rapid determination of 13 different antibiotics in raw milk. The Analyst 2009, 134, 1433 - 1439.
Kloth, K.; Niessner, R.; Seidel M., A open stand-alone platform for regenerable automated microarrays. Biosensors & Bioelectronics 2009, 24, 2106 - 2112.

Kontakt:
Prof. Dr. Nießner und Dr. Michael Seidel
Technische Universität München

Lehrstuhl für Analytische Chemie

Marchioninistraße 17 3, 81377 München, Germany

Tel.: +49 89 2180-78231

E-Mail: reinhard.niessner@ch.tum.de
Tel.: +49 89 2180-78238

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