Silica-Matrix - Bordeaux

Lebens- und Futtermitteln eine Kennzeichnungspflicht
besteht, soll für den Verbraucher eine gewisse Transparenz
und damit Wahlfreiheit schaffen.
Doch woran erkennt man nun GVOs? Diese verraten
sich auf molekularer Ebene zum einen durch eine
geänderte Erbinformation (Modifikationen des Erbmoleküls
DNA) und zum anderen durch Vorhandensein neuer
oder in ihrer Struktur veränderter Proteine, die aufgrund
der geänderten Erbinformation aufgebaut wurden. Mit
Biomolekülen lassen sich diese molekularen Veränderungen
erkennen. Beim Erbmolekül DNA übernimmt die
Erkennung einfach ein komplementäres DNA-Gegenstück,
das sich infolge seiner passenden Basensequenz
spezifisch an den Ursprungsstrang anlagert. Bei Proteinen
erfolgt die zielsichere Identifizierung durch sogenannte
Antikörper (spezielle Proteine des Immunsystems),
die aufgrund ihrer besonderen Struktur das
passgenaue Eiweiß erkennen.
Indem man nun diese Biosubstanzen als Fängermoleküle
auf Sensormaterialien verankert, ist es möglich, die
typisch veränderten Bausteine von GVOs aus Probenmaterial
selektiv herauszufischen und dann mit einer geeigneten
Nachweismethode qualitativ und quantitativ zu
bestimmen. Dafür gibt es heute schon eine Reihe bekannter
indirekter optischer Nachweisverfahren (z. B.
Realtime-PCR, ELISA); sie sind aber allesamt in der Handhabung
zu teuer, zu langsam und erfordern hochqualifiziertes
Personal.
Im Rahmen des Innonet-Projektes BioSenZ bestand
eine wesentliche Aufgabe darin, die Vorgänge ohne
komplizierte Zwischenschritte zu messen und die biologischen
Erkennungsprozesse direkt über elektrische
Signalveränderungen auszulesen oder auf Teststreifen
sichtbar zu machen (Abb. 2). Dieser Ansatz lieferte die
Basis für miniaturisierte, transportable und zugleich
robuste Analysesysteme und ist wesentlicher Bestandteil
aktueller Projekte (PATU-TEST und IMSENS), welche
durch das BMBF gefördert werden.
Abb. 2a positiver Teststreifen für Bt-Mais mit Doppelbande
Abb. 2b Sensoren (Fa. Testo, Lenzkirch)
04/08 ■
Christine Wittmann studierte Chemie an der TH Darmstadt
und Lebensmittelchemie an der Universität Frankfurt.
Auf die Promotion 1991 an der TU München folgte ein Postdoktoriat
von 1991–1993 an der GBF Braunschweig, eine wissenschaftliche
Assistenzzeit von 1994–1996 an der Universität
Stuttgart schloss sich an. Seit 1996 ist Christine Wittmann Professorin
für Lebensmittelchemie und Lebensmittelrecht an
der Hochschule Neubrandenburg.
Eine wichtige Fragestellung für die Herstellung von
Biosensoren ist, wie bekommt man die Biomoleküle
eigentlich auf die Sensoroberfläche? In den seltensten
Fällen ist es ausreichend, dazu das Biomolekül einfach
direkt auf die Oberfläche zu bringen. Häufig nehmen
funktionelle Zwischenschichten eine Vermittlerrolle
zwischen der anorganischen Oberfläche des Sensors und
dem Biomolekül ein. Die Möglichkeiten für die Anbindung
von Biomolekülen an Oberflächen sind sehr
vielfältig und es ist sehr wesentlich, eine geeignete Immobilisierungsstrategie
für den vorgesehenen Anwendungszweck
zu finden. Auch für die unterschiedlichen
Sensoranforderungen sind bereits Lösungen gefunden
worden [1, 2].
Eine andere Frage bei der Herstellung von Test-
streifen- und Biosensorformaten betrifft die Auswahl und
Bereitstellung der Fängermoleküle. Während man kurze
passende DNA-Fängersequenzen in der Zwischenzeit
fast überall günstig kaufen kann, muss man für die
Entwicklung von geeigneten Antikörpern einen größeren
Aufwand betreiben. Wichtige Schritte hierfür sind zunächst
die Isolierung und Aufreinigung des nachzuweisenden
genveränderten Proteins, die Immunisierung
von Tieren mit diesem Antigen und zum Schluss die
Selektion der effektivsten Antikörper aus einer Vielzahl
von im Tierkörper gebildeten Antikörpern. So konnte
eine Antikörperkombination zum Nachweis von Bt-Mais
gefunden werden, die inzwischen auch international
nachgefragt wird [3]. In Indien konnte mit diesen entwickelten
Antikörpern sogar eine mit dem Bt-Gen veränderte
Baumwolle identifiziert werden. Diese und weitere
im Rahmen des Innonet-Projektes entwickelten RR-Soja-
Antikörper bilden derzeit die Basis für ein Anfang des
Jahres gestartetes WTZ-Projekt zur deutsch-indischen
Zusammenarbeit mit indischen Partnern in Hyderabad.
Doch bei dem Nachweis von GVOs allein soll es nicht
bleiben. Auch andere Stoffe wie Allergie auslösende
Substanzen oder Rückstände in Lebensmitteln z. B. Schimmelpilzgifte
können mit passenden Antikörpern zielsicher
und schnell nachgewiesen werden. Das Konzept des
direkten Teststreifen- und Sensorformates über immobilisierte
biologische Fängermoleküle kann somit viel weiter
in die Lebensmittelanalytik, in die Diagnostik und in die
Agro- und Umweltanalytik hineingetragen werden und
ist Gegenstand unserer Forschungsprojekte.
> wittmann@hs-nb.de
Literatur:
[1] Wittmann, C. (editor): Immobilisation of DNA on Chips I, Topics in Current
Chemistry, Vol. 260, Springer Verlag Berlin Heidelberg, 2005, 195 pages
(ISBN-10 3-540-28437-0)
[2] Wittmann, C. (editor): Immobilisation of DNA on Chips II, Topics in Current
Chemistry, Vol. 261, Springer Verlag Berlin Heidelberg, 2005, 199 pages (ISBN-
10 3-540-28436-2)
[3] Walschus, U.; Witt, S.; Wittmann, C. (2002): Development of monoclonal antibodies
against Cry1Ab protein from Bacillus thuringiensis and their application
in an enzymelinked immunosorbent assay for the detection of transgenic
Bt-maize. Food and Agricultural Immunology 14 (4), 231–240.
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