Protein BioChips zum Nachweis von Schimmelpilzgiften in Lebens- und Futtermitteln

Die Entwicklung schneller und robuster Verfahren zum Nachweis verschiedener Lebensmittelpathogene wurde in den vergangenen Jahren in vielen Firmen und Institute zum neuen Schwerpunkt ihrer F&E Tätigkeit. Traditionelle Methoden zur Detektion von z.B. Toxinen sind ausgesprochen geräteintensiv und verwenden in erster Linie Hochdruckflüssigkeitschromatography (HPLC) und Massenspektrometrie, denen aufwendige Schritte der Probenpräparation vorangehen, um den Einfluss unerwünschter Komponenten, wie Probenmatrix, zu eliminieren.
In den vergangenen Jahren haben sich BioChips, auch Microarrays genannt, als verlässliche Tools im Bereich der molekularbiologischen Analytik erwiesen. Diese BioChips benützen spezifische DNA- oder Protein-basierte Sonden, die in extrem hoher Dichte (über hundert unterschiedliche Sonden pro cm2) auf Trägermaterialien aufgebracht sind, um die jeweiligen Analyten nachzuweisen. Die Methode zeichnet sich durch ihren hohen Durchsatz und ihre Automatisierbarkeit aus. Im Bereich Lebensmittelsicherheit erfreuen sich vor allem BioChips, die auf Antigen/Antikörperreaktionen basieren, aufgrund ihrer niedrigeren Anforderungen an Probenvorbereitung steigender Akzeptanz und Beliebtheit.

Auf unserem Institut wurde ein Antikörper-basierter Microarray entwickelt, der einen multiplexen Nachweis von Schimmelpilzgiften (Mykotoxinen) in Lebens- und Futtermitteln ermöglicht. Mykotoxine, wie Zearalenon, Ochratoxin A, Deoxynivalenon und Aflatoxin B1, sind katabolische Produkte von Schimmelpilzen, die unter bestimmten Umweltbedingungen gebildet werden und weltweit in landwirtschaftlichen Erzeugnissen vorkommen. Sie können bei Mensch und Tier zytotoxische, krebserregende, teratogene aber auch immunsupprimierende Effekte zeigen. Unsere quantitative Nachweismethode basiert auf einem multiplexen kompetitiven Immunoassay. Der BioChip stellt einen modifizierten Objektträger dar, auf den toxinspezifische Antikörper aufgebracht wurden. Fluoreszenzmarkierte Toxinstandards bekannter Konzentration konkurrieren mit dem nachzuweisenden unmarkierten Toxin aus der Probe um die limitierten Bindungsstellen der gespotteten Antikörper – dadurch wird eine korrekte Quantifizierung gewährleistet. Unerwünschte Kreuzreaktivität zwischen den verwendeten Toxinen und Antikörpern konnte experimentell ausgeschlossen werden. Die BioChips sind etwa 7 Monate haltbar, einmal verwendete Chips können bei Lagerung im Dunkeln auch erst Wochen später ausgewertet werden. Die Probenvorbereitung konnte auf ein Minimum reduziert werden, Probenmatrices wie Mais und Weizen zeigten keinen signifikanten Einfluss auf die Ergebnisse. Der entwickelte BioChip ermöglicht den schnellen, quantitativen Nachweis mehrerer Mykotoxine im sub-ppm Bereich mit exzellenten Wiederfindungsraten.