Projektergebnisse Nutzung mikrobieller - Gepris

Projektergebnisse Nutzung mikrobieller - Gepris

Nutzung mikrobieller Rezeptorproteine für Biosensor- und Mikrotiterplattenassays
zum Screening auf Tierarzneimittelrückstände in Lebensmitteln
Antragsteller:
Professor Dr. Michael Petz
Bergische Universität Wuppertal
Fakultät für Mathematik und Naturwissenschaften
Arbeitsgruppe Lebensmittelchemie
Gaußstraße 20
42119 Wuppertal
Telefon: +49 202 4392783
Telefax: +49 202 439-3785
E-Mail: petz uni-wuppertal.de
Fachliche Zuordnung
Förderung
Lebensmittelchemie
Förderung von 2005 bis 2010
Projektergebnisse
Erstellungsjahr
2009
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Zwei rekombinante bakterielle Rezeptorproteine gegen die beiden wichtigsten rückstandsbildenden
Tierarzneimittelgruppen (Tetracycline, ß-Lactame) dienten modellhaft dazu, deren Potential für die Entwicklung von
analytischen Screeningverfahren zum Nachweis von Tierarzneimittelrückständen an geschlachteten Tieren und
Lebensmitteln auszuloten. Das Tetracyclin-Rezeptorprotein TetR (BD) mit je einer spezifischen Bindungsstelle für
einen DNA- Abschnitt und für Wirkstoffe aus der Antibiotikagruppe der Tetracycline wurde schwerpunktmäßig für
die automatisierbare, einen Tag/Nacht-Betrieb erlaubende Oberflächenplasmonresonanz (SPR)-Biosensoranalytik
charakterisiert. Von den verschiedenen möglichen Assayformaten erwies sich das DNA-gestützte nicht-kompetitive
Format als am leistungsfähigsten. Für alle veterinärmedizinisch genutzten Tetracycline ließen sich deren
Rückstände an und unterhalb der jeweiligen EU-Höchstmengen u.a. in Muskelfleisch und Niere nachweisen, die
die wichtigsten Matrices im Rahmen des amtlichen Rückstandskontrollplans darstellen. Nachteil der
Biosensoranalytik ist allerdings die Anfälligkeit gegenüber Matrixinterferenzen. Nur ein zuvor ultrazentrifugierter und
zusätzlich ultrafiltrierter Extrakt aus essbaren Geweben ließ sich störungsfrei untersuchen. Für das kompetitive
Format wurden spezielle Doxycyclinderivate als Kompetitoren synthetisiert und das komplexe Zusammenspiel von
Sensorchipoberfläche, Spacerlänge des Kompetitors und Messbedingungen der SPR-Biosensoranalytik untersucht
und charakterisiert. Anders als beim nicht-kompetitiven Format war der nach jedem Analysenlauf durchzuführende
Regenerationsschritt für die Sensorchip-Oberfläche nicht gleichermaßen reproduzierbar. Die neuartigen
Doxyclinderivate sollten sich deshalb besser für die Entwicklung von Mikrotiterplattentests nutzen lassen, die
keinen Regenerationsschritt erfordern. Das rekombinante Penicillin-Bindeprotein PBP 2x* ließ sich anders als die
natürlichen PBP als nicht-membrangebundenes, lösliches Protein gewinnen. Damit wurden
Magnetpartikelgestützte Küvetten- und verschiedene Assayformate von Mikrotiterplattentests (MTP-Tests)
entwickelt und charakterisiert. Der MTP-Test mit photometrischer Detektion erlaubte mit Ausnahme von Cefalonium
die rückstandsanalytische Erfassung aller anderen 15 in der EU für die Anwendung bei Lebensmittel liefernden
Tieren zugelassenen ß-Lactam-Antibiotika. Gegenüber den auf Antikörpern aufbauenden Tests hatte PBP 2x* zwei
Vorteile: Penicilline und Cephalosporine wurden erfasst und jeweils nur die Höchstmengen-relevanten Formen mit
intaktem ß-Lactamring. Bei der Mehrzahl der untersuchten Matrices (Milch, Ei, Honig, Muskelfleisch und Niere
verschiedener Spezies) war eine 1:10-Verdünnung zur Probenvorbereitung ausreichend. Die kostengünstigeren,
aber auch arbeitsaufwändigeren MTP-Tests erlaubten einen zuverlässigen Rückstandsnachweis und erwiesen sich
gegenüber den Biosensorverfahren als robuster. Sie eignen sich damit sowohl für Kontrollen im Rahmen der
amtlichen Lebensmittelüberwachung und zur Eigenkontrolle in der Handelskette, u.a. als preisgünstiges
Kontrollverfahren in Entwicklungs- und Schwellenländern vor Lebensmittelexporten in die EU.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
(2007) A new strategy for the analysis of tetracycline residues in foodstuffs by a surface plasmon
resonance biosensor. European Food Research and Technology 224: 285-292
Moeller N, Mueller-Seitz E, Scholz O, Hillen W, Bergwerff AA, Petz M
(2007) Development of a receptor-based microplate assay for the detection of beta-lactam antibiotics in
different food matrices. Analytica Chimica Acta 586:296- 303
Lamar J, Petz M
(2009) Recent applications of surface plasmon resonance biosensors for analyzing residues and
contaminants in food. Monatshefte für Chemie (Chemical monthly) 140:953- 964
Petz M
(2005) Erkenntnisse zur Antibiotikaresistenz als Wegweiser für einen neuartigen Rückstandsnachweis auf
Tetracycline mittels SPR-Biosensor. Jahrestagung der Lebensmittelchemischen Gesellschaft 2005,
Regionalverband NRW, Wuppertal. Abstract: Lebensmittelchemie 59:110-111 (2005)
Möller N, Scholz O, Hillen W, Bergwerff AA, Petz M
(2005) Entwicklung eines Rezeptorprotein-gestützten Mikrotiterplattentests auf Rückstände von
ß-Lactam-Antibiotika. Jahrestagung der Lebensmittelchemischen Gesellschaft 2005, Regionalverband
NRW, Wuppertal. Abstract: Lebensmittelchemie 59:116-117
Lamar J, Hakenbeck R, Petz M
(2005) A DNA-based optical biosensor assay for tetracycline in milk and honey. Proceedings of the Euro
Food Chem XIII Conference, Hamburg, 21.-23. September 2005, Volume 1, S. 150-153
Moeller N, Scholz O, Hillen W, Bergwerff AA, Petz M
(2005) A new receptor assay for ß-lactam residues in various food matrices. Proceedings of the Euro Food
Chem XIII Conference, Hamburg, 21.-23. September 2005, Volume 2, S. 463-466
Lamar J, Hakenbeck R, Petz M
(2006) Rückstandsanalyse von Cephalosporinen und Penicillinen in Milch, Fleisch, Honig und Ei mittels
des Rezeptorproteins PBP 2x*. Jahrestagung der Lebensmittelchemischen Gesellschaft 2006,
Regionalverband NRW, Bonn. Abstract: Lebensmittelchemie 60:132
Lamar J, Hakenbeck R, Petz M
(2006) Chemometric optimisation of a new receptor assay for cefoperazon and other ß-lactams in various
food matrices. 5th International Symposium on Hormone and Veterinary Drug Residue Analysis, Antwerp,
May 16-19, 2006. Posterbeitrag
Lamar J, Hakenbeck R, Petz M
(2006) Development of an SPR assay for tetracyclines following the principles of bacterial tetracycline
resistance. 5th International Symposium on Hormone and Veterinary Drug Residue Analysis, Antwerp,
May 16-19, 2006. Posterbeitrag
Moeller N, Scholz O, Hillen W, Bergwerff AA, Mueller-Seitz E, Petz M
(2006) Detection of incurred residues of penicillins and cephalosporins in reconstituted freezedried raw
milk by a surface plasmon resonance-based biosensor assay. 5th International Symposium on Hormone
and Veterinary Drug Residue Analysis, Antwerp, May 16-19, 2006. Posterbeitrag
Jongerius-Gortemaker B, Cacciatore G, Boet WC, Lamar J, Petz M, Bergwerff A
(2007) Multi-Matrix-Methode zum robusten Rückstands- Screening auf Cephalosporine und Penicilline.
Deutscher Lebensmittelchemikertag 2007, Dresden. Abstract: Lebensmittelchemie 61:81
Lamar J, Hakenbeck R, Petz M
(2007) A DAN-based assay for tetracycline residues in milk and honey by surface plasmon resonance. 2nd
Biacore Food Analysis Symposium, Amsterdam, November 15-16, 2007
Moeller N, Scholz O, Hillen W, Bergwerff AA, Mueller-Seitz E, Petz M
(2007) Vergleichende Untersuchung von Milchproben aus Medikationsstudien mittels
Mikrotiterplatten-Rezeptortest, optischem Biosensor, HPLC und Charm II-Test. Deutscher
Lebensmittelchemikertag 2007, Dresden. Abstract: Lebensmittelchemie 61:81
Lamar J, Jongerius-Gortemaker B, Suhren G, Hakenbeck R, Cacciatore G, Boet WC, Bergwerff AA, Petz M
(2008) Quantifizierung von Tetracyclinrückständen in Honig mittels optischem Biosensor. Deutscher
Lebensmittelchemikertag 2008, Nürnberg. Abstract: Lebensmittelchemie 62:29
Andree U, Müller-Seitz E, Petz M
(2008) Optimierung der Arbeitsparameter und Prüfroutinen für
Oberflächenplasmonresonanz-Durchflussgeräte zum Einsatz in der Rückstandsanalytik. Deutscher
Lebensmittelchemikertag 2008, Nürnberg. Abstract: Lebensmittelchemie 62:88-89
Dau G, Müller-Seitz E, Petz M
(2007) Entwicklung eines optischen Biosensor-Assays mit Elementen aus der Resistenzforschung zum
Screening auf Tetracyclin-Rückstände in Lebensmitteln. Dissertation Bergische Universität Wuppertal,
Fachbereich Mathematik und Naturwissenschaften
Möller N
(Siehe online unter http://elpub.bib.uni-wuppertal.de/edocs/dokumente/fbc/chemie/diss2007/moeller/dc0705.pdf)
(2007) Entwicklung, Optimierung und Validierung eines rezeptorproteingestützten Mikrotiterplatten-Tests
zur Rückstandsanalytik von ß-Lactam-Antibiotika. Dissertation Bergische Universität Wuppertal,
Fachbereich Mathematik und Naturwissenschaften
Lamar J
(Siehe online unter http://elpub.bib.uni-wuppertal.de/edocs/dokumente/fbc/chemie/diss2007/lamar/dc0702.pdf)
(2009) Beitrag zur Biosensoranalytik von Tetracyclinrückständen in Lebensmitteln mittels
Oberflächenplasmonresonanz. Dissertation Bergische Universität Wuppertal, Fachbereich Mathematik und
Naturwissenschaften
Andree U
(Siehe online unter http://elpub.bib.uni-wuppertal.de/edocs/dokumente/fbc/chemie/diss2009/andree/dc0902.pdf)
DFG-Verfahren
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