Schema zum Verfahren der Mykotoxin-Detektion mit einem indirekt kompetitiven Assay. © SAFIA Technologies

Bei der Entwicklung des Systems umfasste die Optimierung verschiedene Parameter wie Robustheit, Nachweisempfindlichkeit und Selektivität. Besonderes Augenmerk lag auf der Verringerung von Matrix-Interferenzen, der Verbesserung der Gesamtgenauigkeit, der Verkürzung der Analysezeit und der Vereinfachung des Verfahrens. Das Ergebnis dieser Optimierung ist ein "6-Plex-Kit", das den quantitativen Nachweis von fünf Mykotoxinen (s. Tabelle 1) ermöglicht und eine Kontrollmessung enthält. Mit diesem Kit können bis zu 72 Proben innerhalb von 90 Minuten analysiert werden. Der Analyseprozess mit diesem Kit umfasst die Probenextraktion und -verdünnung, die Durchführung des Assays, das automatische Auslesen der Ergebnisse sowie die Datenauswertung.

Für das Auslesen der Assays kommt das Durchflusszytometer CyFlow Cube 6 von Sysmex zum Einsatz, das eine hohe Durchsatzrate ermöglicht. Die Datenauswertung erfolgt vollautomatisch mithilfe der eigens entwickelten Software "SAFIA Score". Diese Software stellt die Ergebnisse übersichtlich dar und macht eine sofortige Identifizierung kontaminierter Proben möglich.

Tabelle 1: Nachweisgrenzen und Messbereiche des Safia-Mykotoxin-Kits für einzelne Mykotoxine. © SAFIA Technologies

Antikörperbasierte Methoden sind oft anfällig für Matrixeffekte, die die Messergebnisse beeinflussen können. Dies gilt insbesondere für kompetitive Immunoassays, wie sie bei der Detektion von Mykotoxinen eingesetzt werden. Hier können Matrixeffekte zu falsch-positiven Ergebnissen führen. Um dieses Problem zu lösen, wurde im SAFIA-Assay eine interne Kontrolle implementiert, die derartige Effekte effektiv erkennt. So kann durch die besondere Multiplex-Technologie bei jeder Messung eine artifizielle Substanz, die in Lebensmitteln nicht vorkommen kann, als Kontrolle mitgemessen werden. Wenn der gemessene Wert dieser Kontrolle über einem definierten Cut-Off-Wert liegt, deutet dies auf eine Störung des Assays und möglicherweise falsch-positive Ergebnisse hin. Diese Integration eines internen Kontrollmechanismus bietet einen Vorteil gegenüber klassischen Immunoassays, bei denen nur ein Parameter gemessen werden kann.

Pilotprojekt im Bundeswehr-Labor

Blick in ein mobiles Labor der Bundeswehr. © Bundeswehr

Auch für die Bundeswehr ist es von entscheidender Bedeutung, die Lebensmittelversorgung von Soldaten und Soldatinnen zu überwachen und potenziell gefährliche Kontaminationen bspw. durch Schwermetalle oder Toxine zu identifizieren. Dies gilt auch und in besonderem Maße für die Lebensmittelversorgung in Einsätzen, wobei sich die Analytik von Mykotoxinen vor Ort schwierig gestaltet. Herkömmliche Methoden zum Nachweis von Mykotoxinen sind oft nicht für den Einsatz in mobilen Laboren geeignet, was dazu führt, dass Proben zur Analyse zunächst nach Deutschland geschickt werden müssen. Das kostet Geld, vor allem aber wertvolle Zeit. Im Rahmen eines Pilotprojekts mit dem Zentralen Institut des Sanitätsdienstes der Bundeswehr in München wurde nun untersucht, ob die SAFIA-Technologie auch zur einfachen Vor-Ort-Analyse von Mykotoxinen geeignet ist.

Tabelle 2: Wiederfindungsraten analysierter Referenzmaterialien (n = 31). Aus jeder Warengruppe wurden unterschiedliche Lebensmittel analysiert. © SAFIA Technologies

In einer umfangreichen Validierungsstudie unter Verwendung kommerziell erhältlicher Referenzmaterialien wurden die Richtigkeit und Präzision und damit die Genauigkeit der Assays untersucht. Dabei wurden verschiedene Warengruppen wie Getreideprodukte, Nüsse und Schalenfrüchte, Säfte, Trockenfrüchte und Gewürze betrachtet. In allen Untersuchungen zeigten die Tests mit den Immunoassays von SAFIA Technologies verglichen mit den zertifizierten Referenzwerten gute Wiederfindungsraten, wie in Tabelle 2 dargestellt. In der Pilotstudie wurde auch die Wiederholpräzision untersucht. Der mittlere Variationskoeffizient innerhalb einer Durchführung lag dabei unter 3,5 % und über alle Analysen hinweg noch unter 12 %.

Zusammenfassung

Das Immunoassay-System "SAFIA Mykotoxin-Kit" macht einen empfindlichen, schnellen und einfachen Nachweis von derzeit fünf verschiedenen Mykotoxinen möglich. Die Bestimmungsgrenzen sind ausreichend, um den gesetzlichen Anforderungen der EU zu entsprechen. Analysen von Referenzmaterialien im Rahmen einer Pilotstudie mit dem Zentralen Institut des Sanitätsdienstes der Bundeswehr in München zeigten eine hohe Gesamtpräzision und -genauigkeit für Analysen mit dem SAFIA-System. Es können mehrere Mykotoxine gleichzeitig nachgewiesen werden. Bei der Durchführung sind keine Waschschritte erforderlich. Mit dem 96-Well-Format ist auch ein hoher Probendurchsatz möglich, so dass das System auch für umfangreiche Lebensmittel-Screenings einsetzbar ist. So ist das SAFIA- System sowohl in der Lebensmittelindustrie zur Überwachung von Produktionsprozessen als auch für die Überwachung von Kontaminationen vor Ort, z. B. in mobilen Laboren, geeignet.

Ausblick

Die kontinuierliche Weiterentwicklung der Assays soll zukünftig weitere Anwendungsbereiche für die Mykotoxinanalyse in Lebensmitteln mit einer "schwierigen Matrix", wie zum Beispiel Kakao oder Kaffee, erschließen. Als Plattformtechnologie hat die Technologie das Potenzial, die Palette der nachweisbaren Analyten deutlich zu erweitern. In naher Zukunft sollen weitere Mykotoxine in den SAFIA-Assay integriert werden, darunter das T-2/HT-2-Toxin, Mutterkorn-Alkaloide, Alternaria-Toxine und insbesondere Patulin, da es eine hohe Nachfrage zur Analytik dieses Toxins aus der Fruchtsaftindustrie gibt. Erste Entwicklungen in diese Richtung haben bereits begonnen und zeigen vielversprechende Ergebnisse. Neben der Mykotoxinanalytik soll das Einsatzspektrum der SAFIA-Plattformtechnologie auch auf andere Bereiche der Rückstands- und Kontaminantenanalytik ausgeweitet werden.

AUTOR
Dr. Timm Schwaar
SAFIA Technologies GmbH, Berlin
[email protected]
www.safia.tech