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The first portable genetic analyser for crop pathogen detection

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Das allererste mobile Diagnosegerät, das Krankheitserreger in Agrarlebensmitteln identifizieren kann

Lebensmittelerzeuger arbeiten laufend an der Verbesserung ihrer Prozesse, um eine hohe Qualität und Sicherheit zu gewährleisten. Das automatisierte Diagnosegerät Terrabio ermöglicht kostengünstige und schnelle Vor-Ort-Tests auf Krankheitserreger in Agrar- und Lebensmittelerzeugnissen.

Lebensmittel und natürliche Ressourcen

Lebensmittel können durch Krankheitserreger, Giftstoffe, Chemikalien, Antibiotika, Allergene oder Fremdkörper verunreinigt sein. Sobald eine Verunreinigung festgestellt wird, muss das Lebensmittel von den Händlern zurückgerufen werden. Das verursacht zusätzliche Kosten und gefährdet das Verbrauchervertrauen. Die Feststellung einer pathogenetischen Kontamination von Anbaupflanzen erfolgt in der Regel im Labor. Da dieser Vorgang zwei bis drei Wochen dauern kann, können in der Zwischenzeit beträchtliche Anbauflächen durch die Krankheit verloren gehen. Die Erzeuger greifen daher oft auf den präventiven, allerdings auch umweltschädigenden Einsatz von Pestiziden zurück. Das EU-finanzierte Projekt Terrabio hat nun den ersten mobilen Genanalysator für den Agrar- und Lebensmittelmarkt entwickelt, der Krankheitserreger nachweisen kann. Nach vielversprechenden Testergebnissen mit der ersten Version des Geräts konnte das Team mithilfe von EU-Mitteln eine zweite Version entwickeln und eine Machbarkeitsstudie durchführen, um eine Kommerzialisierungsstrategie zu formulieren. Für Terrabio sind bereits zwei Patente angemeldet: ein Patent zum Schutz des Instruments, das die biologischen Proben amplifiziert und die Krankheitserreger somit einfacher nachweisbar macht, und eines für das eigentliche Assay, mit dem die Krankheitserreger nachgewiesen werden.

Eine automatisierte Lösung

„Die Automatisierung wurde in anderen Bereichen wie der klinischen Humandiagnostik bereits erfolgreich umgesetzt, doch im Bereich der Lebensmittelsicherheit fand sie bisher noch keine Anwendung. Mit unserer Lösung müssen die Testsets nicht bei konstanter niedriger Temperatur gelagert werden, und da die Tests vor Ort durchgeführt werden, spart man sich auch den Transport der Proben“, so die Projektkoordinatorin Aleksandra Wira-Jarosz. Das Diagnosegerät von Terrabio basiert auf dem bewährten Verfahren der quantitativen Echtzeit-Polymerase-Kettenreaktion (qPCR), die als bevorzugte Molekulartechnologie zum Nachweis von krankheitserregenden Organismen in Lebensmitteln gilt. Durch eine eigens entwickelte automatisierte Amplifizierung von bestimmten DNA-Fragmenten aus Proben von Krankheitserregern oder Pflanzen vereinfachte das Team diese Methode weiter, um die Identifizierung zu erleichtern. Die anschließende Interpretation der Ergebnisse erfolgt anhand des proprietären Genidentifizierungssystems des Unternehmens. Das System kann auch von Personal ohne Ausbildung in Mikro- oder Molekularbiologie genutzt werden. Die Proben werden in ein Reagenzglas gegeben und mit einer Pufferlösung versetzt, sodass für die Enzyme die optimale Umgebung gegeben ist, um die DNA-Fragmente zu amplifizieren. Der Nachweis von Verunreinigungen erfolgt durch die Messung der Fluoreszenz, die von aktiven Substanzen in der Pufferlösung abgegeben wird. Bei Überschreitung eines bestimmten Fluoreszenzwertes wird auf dem Smartphone des Personals eine Warnung ausgegeben. Die Ergebnisse werden innerhalb von 15 bis 35 Minuten zur Verfügung gestellt. Das Gerät kann bis zu 16 Krankheitserreger auf einmal identifizieren. Es umfasst außerdem eine Prognoseplattform, die mithilfe von Methoden der künstlichen Intelligenz einen Anstieg von Krankheitserregern bei Pflanzen vorhersagen kann, indem sie die prognostizierten atmosphärischen Bedingungen für mehrere aufeinanderfolgende Tage auswertet. Terrabio testete die erste Version des Analysegeräts an Tomaten- und Paprikakulturen in Zusammenarbeit mit AmPlus, einem führenden Lebensmittelvertrieb in Polen. Die Ergebnisse belegten die Wirksamkeit der Technologie, welche die verbreiteten Pflanzenpathogene Pythium ultimum und Phytophthora capsica nachweisen konnte. Das Team arbeitet nun an einer neuen Version des Analysegeräts und der chemischen Komponenten, um den Betrieb des Systems zu verbessern und die Kosten für die Reagenzien zu senken.

Der Weg zu einem intelligenteren Nahrungsmittelsystem

Da mit dieser Technologie jede biologische Probe auf Krankheitserreger getestet werden kann, wird die vielseitige, skalierbare Lösung von Terrabio für Produzenten von Agrarlebensmitteln besonders attraktiv sein. Sobald die neue Version des Geräts im weiteren Verlauf dieses Jahres vorliegt, wird das Team eine umfassendere Studie zu Gewächshäusern und Getreide durchführen. Anschließend streben die Forschenden weitere Tests für andere Agrar- und Lebensmittelmärkte wie den Obstanbau und die Floristik sowie die Einleitung des Zertifizierungsprozesses an. „Wir werden die Kosten pro Probe so weit senken, dass ein Anreiz geschaffen wird, um die Lebensmittelindustrie zur umfassenden Einführung unserer Technologie zu bewegen und damit einen Beitrag zum Wohl der Menschen und der Umwelt zu leisten“, so Wira-Jarosz.

Schlüsselbegriffe

Terrabio, Pathogene, Krankheitserreger, Kontaminanten, Verunreinigungen, Lebensmittel, Agrarlebensmittel, Nutzpflanzen, Krankheit, genetisch, qPCR

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