Im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren wie der Real-time-Polymerase-Kettenreaktion (PCR), welche auf die gerichtete Untersuchung zuvor definierter und vermuteter Tierarten beschränkt ist, ermöglicht das NGS eine Analyse ohne vorherige Auswahl und eröffnet damit die Möglichkeit, ein deutlich breiteres Artenspektrum unvoreingenommen zu detektieren.
So ist es mit der amtlichen Methode ASU L 00.00-184 „Untersuchung von Lebensmitteln - Nachweis einer 16S rDNA Barcoding Region von Säugetieren und Geflügel mittels NGS (DNA-Metabarcoding)“ möglich, über das sogenannte Metabarcoding mit anschließender Anwendung des NGS zahlreiche Tierarten auch in Mischungen in einer einzelnen Probe nachzuweisen. Dies eröffnet der amtlichen Lebensmittelüberwachung die Möglichkeit, die Authentizität und Kennzeichnung von tierischen Produkten weitgreifender zu untersuchen und so möglichen Verfälschungen auf die Schliche zu kommen.
Im vergangenen Jahr wurden vom LHL mit dieser neuen Technologie beispielsweise Burgerpatties sowie Wildprodukte auf tierische Bestandteile untersucht. Dabei zeigte sich, dass alle untersuchten Proben der im Zutatenverzeichnis angegebenen Zusammensetzung an Tierarten entsprachen.
Die Analysemethodik des NGS ist hierbei nicht nur auf typisch in Lebensmitteln vorhandene Tierarten wie Rind, Schwein, Huhn oder Pute beschränkt, es können auch exotischere Tierarten, wie Rentier oder Wal, problemlos identifiziert werden. Neben der zum Verzehr zugelassenen Tierarten können auch in Lebensmitteln verbotene Tierarten, wie beispielsweise Hund oder Katze, mit dieser Methodik nachgewiesen werden. Derzeit befinden sich zahlreiche weitere Verfahren in der Entwicklung, sodass diese Methodik in Zukunft auch zur Analytik von Insekten, marinen Spezies und auch Pflanzenarten zum Einsatz kommen wird. Dieses neue Verfahren ermöglicht somit ein deutlich breiteres Spektrum der analysierbaren Spezies bei der Authentizitätsprüfung von Lebensmitteln im Sinne des Verbraucherschutzes.
Allgemeiner Ablauf einer Untersuchung
Zum Nachweis verschiedener Tierarten in Lebensmittelproben wird zunächst DNA aus den Proben isoliert, da diese die genetischen Informationen der im Lebensmittel vorhandenen Tierarten beinhaltet. Im nächsten Schritt wird ein konservierter DNA-Abschnitt mittels PCR vervielfältigt, der für jede Säugetier- oder Geflügelspezies eine spezifische DNA-Sequenz trägt (sogenanntes Metabarcoding). Die verschiedenen DNA-Sequenzen in einer Probe werden dann mittels NGS analysiert und bioinformatisch mit bekannten Sequenzdaten zu den einzelnen Tierspezies abgeglichen. Daraus kann man dann ableiten, von welchen Tierarten sich DNA in einer Probe befindet.
Technische Details zum Next Generation Sequencing
Das NGS ist eine Technologie, mit der man parallel die Sequenz mehrerer Millionen DNA-Fragmente bestimmen kann. Im LHL findet für die Lebensmittelanalytik die Halbleiter-Sequenzierung Anwendung. Hierbei wird jedes DNA-Molekül an ein kleines Kügelchen (Bead) gebunden und so vervielfältigt, dass auf jedem Bead viele DNA-Moleküle gleicher Sequenz vorliegen. Diese Beads mit der DNA werden dann auf einen Halbleiter-Chip transferiert, sodass sich jeder Bead in einer kleinen Vertiefung befindet. Im nächsten Schritt werden definierte DNA-Bausteine über den Chip gespült, damit diese passend zur DNA-Sequenz auf den Beads eingebaut werden können. Wenn ein Baustein eingebaut wird, entsteht ein Proton und dadurch eine pH-Wert-Änderung, die detektiert werden kann. Wird kein passender Baustein eingebaut, ändert sich der pH-Wert nicht. Die gemessenen pH-Wert-Änderungen werden dann digital erfasst und in Sequenzdaten übertragen, sodass am Ende die DNA-Sequenz jedes einzelnen DNA-Moleküls in der Probe bekannt ist und bioinformatisch weiterverarbeitet werden kann.