Otto-von-Guericke-Preis der AiF

Deutsch-österreichisches Forscherteam gewinnt mit Schnellnachweis eines natürlichen Bakterientoxins Otto-von-Guericke-Preis 2016



Vorfahrt für die Lebensmittelsicherheit: Prof. Dr. Monika Ehling-Schulz (Veterinärmedizinische Universität Wien), Prof. Dr. Thomas Hofmann (TU München) und Prof. Dr. Siegfried Scherer (TU München) haben gemeinsam einen Schnellnachweis und ein Echtzeit-Monitoring für das Toxin Cereulid in Lebensmitteln entwickelt, auf dem ein inzwischen weltweit angewandter ISO-Standard zur Cereulid-Quantifizierung basiert. Gelungen ist ihnen dies im Rahmen eines IGF-Projektes, das vom FEI koordiniert wurde.
Freuen sich sehr über den Gewinn des OvG-Preises 2016: Prof. Dr. Thomas Hofmann (TU München), Prof. Dr. Monika Ehling-Schulz (Vetmeduni Vienna) und Prof. Dr. Siegfried Scherer (TU München).
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Dafür wurde das interdisziplinäre Forscher-Team am 15.12.2016 mit dem 20. Otto-von-Guericke-Preis der AiF ausgezeichnet.

Das Toxin Cereulid ist in vielen Lebensmitteln enthalten – ob im Haushalt oder industriell verarbeitet. Bei einer Vergiftung reichen die Symtome von akutem Erbrechen bis zu schwerwiegenden Erkrankungen, die in seltenen Fällen sogar tödlich verlaufen können. Cereulid wird durch das weltweit verbreitete Bodenbakterium Bacillus cereus gebildet, das von Natur aus damit auch in vielen Lebensmitteln vorhanden ist. Selbst bei sehr hohen Hygienestandards ist es oft unmöglich, eine Kontamination mit Bacillus cereus komplett zu vermeiden. Umso wichtiger ist es, der Bildung des Toxins im Lebensmittel vorzubeugen – und, sofern es zur Cereulid-Bildung kommt, das Toxin und dessen Varianten zügig und sicher quantitativ nachzuweisen und eine Risikoabschätzung zu leisten. Mit den Ergebnissen des IGF-Projektes dauert die präzise, quantitative Bestimmung von Cereulid in Lebensmitteln nun lediglich 45 Minuten, während der deutlich unpräzisere Cereulid-Nachweis mit den herkömmlichen mikrobiologischen Untersuchungen bislang erst nach ca. 60 Stunden verfügbar war.

FEI-Pressemitteilung vom 16.12.2016
IGF-Projekt AiF 16845 N in der Projektdatenbank
Projektdarstellung "Vom IGF-Projekt zum weltweiten ISO-Standard" (PDF)


Zum Hintergrund:

Der Otto-von-Guericke-Preis der AiF wird seit 1997 jährlich vergeben und ist mit 10.000 Euro dotiert. Mit diesem Preis würdigt die AiF Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler für herausragende Leistungen auf dem Gebiet der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF); seit 2013 wird zugleich damit das IGF-Projekt des Jahres gekürt.


Bisherige Preisträger und Nominierungen aus dem FEI-Netzwerk:

Finalist 2014
  • Keine Chancen für Schimmelpilze: Entwicklung eines Biosensorarrays zur schnellen Bestimmung von Mykotoxinen in Getreide


    Getreidefeld
    Dank Münchner Wissenschaftlern haben Schimmelpilze künftig keine Chancen mehr: Prof. Erwin Märtlbauer und Dr. Richard Dietrich von der Universität München entwickelten gemeinsam mit Prof. Reinhard Nießner und Prof. Dietmar Knopp von der TU München ein wegweisendes neues Nachweisverfahren für Mykotoxine. Diese Stoffwechselprodukte von Schimmelpilzen verunreinigen weltweit fast 25 % der Lebensmittel. Sie kommen in Lebens- und Futtermitteln vor und verursachen schon bei geringer Konzentration schwere Erkrankungen. Das neue Testverfahren ist in der Lage, diese Schadstoffe schneller und einfacher zu erkennen als alle herkömmlichen Verfahren und verhindert, dass verunreinigtes Getreide in den Produktionskreislauf gelangt.

    Mit ihrem innovativen Beitrag erreichten die vier FEI-Forscher als eines von drei Vorhaben das Finale um das beste "IGF-Projekt des Jahres 2014" und verpassten knapp den diesjährigen Otto-von-Guericke-Preis der AiF.

    >>> AiF-Meldung vom 7. November 2014: Sensor entdeckt Schimmelpilze
    >>> Projekt des Monats Juli 2011

    Sie benötigen den Flash Player.

    (Auftraggeber des Videos: AiF e.V., Köln www.aif.de)


2. Platz 2013
  • Für das Gelbe im Ei ideal! Neues Fraktionierungsverfahren ermöglicht optimale Nutzung der natürlichen Funktionen von Eigelb


    Eier
    Mit dem IGF-Projekt AiF 16009 N von Prof. Dr. Ulrich Kulozik und Thomas Strixner von der TU München schreibt Eigelb nun Erfolgsgeschichten: Die beiden Wissenschaftler haben ein Verfahren entwickelt, das erstmals eine Trennung der Eigelbhauptfraktionen und damit eine getrennte Ausnutzung des Potentials beider Fraktionen ermöglicht. Die Münchner Forscher erzielten mit der Vorstellung des FEI-Projektes AiF 16009 N bei der IGF-Leistungsshow am 12. Juni 2013 in Berlin den zweiten Platz bei der Wahl des IGF-Projektes des Jahres 2013. Sie verpassten damit knapp die Auszeichnung mit dem Otto-von-Guericke-Preis 2013.

    >> Best-Practice-Projekt Oktober 2012

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    (Auftraggeber des Videos: AiF e.V., Köln www.aif.de)

    Im YouTube-Kanal des FEI: http://youtu.be/T1F7blDfdYw

Preisträger 2008
  • Schnelle Diagnose – Neues Nachweisverfahren für Listerien in Milcherzeugnissen


    Listerien sind stäbchenförmige Bakterien, die Infektionskrankheiten auslösen können. Sie kommen praktisch überall in unserer Umwelt vor und stellen eine große Herausforderung im lebensmittelproduzierenden Gewerbe dar. Hygienische Probleme in der Lebensmittelproduktion lassen sich nur schwer quantifizieren. Die gesamte Größenordnung der durch das Vorkommen von Krankheitserregern in Lebensmitteln verursachten Schäden ist beträchtlich. Produkte müssen dann in größerem Maßstab vernichtet oder vom Markt zurückgerufen werden. Neben hohen finanziellen Belastungen entstehen kaum bezifferbare Imageschäden. Die Bedeutung effizienter Hygienetests wird vor diesem Hintergrund nur zu deutlich.
    Listerien
    Die bisher übliche Untersuchung von Lebensmitteln auf Listerien wird international nach dem gleichen Schema durchgeführt. Der komplette Untersuchungsgang einschließlich der Bestätigung verdächtiger Keime dauert bis zu zwölf Tage, ein negatives Ergebnis liegt frühestens nach fünf Tagen vor. Insbesondere für Produkte mit kurzer Haltbarkeit ist diese Zeitspanne nicht akzeptabel.

    Ehrgeiziges Ziel


    Mikroskop
    Ein Vorhaben der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF), das vom Forschungskreis der Ernährungsindustrie (FEI) koordiniert wurde, hatte zum Ziel, ein neues Verfahren für den schnelleren und zuverlässigen Nachweis von Listerien in Lebensmitteln – insbesondere Milcherzeugnissen – zu entwickeln. Dazu arbeiteten Wissenschaftler des Instituts für Lebensmittelwissenschaften, Ernährung und Gesundheit der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) Zürich sowie des Lehrstuhls für Hygiene und Technologie der Milch der Universität München zusammen. Prof. Dr. Martin Loessner, der während des Vorhabens von der Technischen Universität München an die ETH Zürich wechselte, erhielt für die Forschungsergebnisse den Otto von Guericke-Preis 2008, mit dem die AiF herausragende Leistungen in der IGF würdigt. Der Preis wird jährlich vergeben und ist mit 5.000 Euro dotiert.

    Beachtliches Ergebnis


    Listerien


    Unter Federführung von Prof. Loessner entwickelten die Wissenschaftler ein hochinnovatives Verfahren, das zur Separation von Listerien aus Lebensmitteln Enzyme statt der bisher angewandten Antikörper einsetzt. Die kleinen Proteine werden an paramagnetische Partikel – sogenannte Magnet-Beads – gekoppelt, die nach Immobilisierung der Zielzellen auf ihrer Oberfläche einfach und schnell aus Suspensionen und Flüssigkeiten isoliert und in sauberer Form dargestellt werden können. Zur anschließenden Detektion der Bakterien kann das effektive Separierungsverfahren mit zwei unterschiedlichen Methoden kombiniert werden. Die eingesetzten Proteine sind sehr stabil, durch ihre geringe Größe leicht zu handhaben und können preiswert und mit hoher Effizienz hergestellt werden.
    Listerien
    Testreihen zur Validierung des neuen Verfahrens ergaben, dass es nicht nur schneller, sondern auch sensitiver und damit wesentlich leistungsfähiger ist als die bisher verwendeten Standardmethoden.
    Die mit dem Standardverfahren zum Listeriennachweis mindestens fünf, im positiven Fall bis zu zwölf Tage dauernde Untersuchung konnte im Rahmen des IGF-Vorhabens auf nur ein bis zwei Tage verkürzt werden.

    Große Wirkung


    Neben einer beträchtlichen Einsparung an Arbeitszeit, Verbrauchsmaterial und Geräten ergeben sich aus der zeitlichen Verkürzung vielfältige wirtschaftliche Vorteile: Je schneller eine Kontamination nachgewiesen wird, umso schneller kann eine Entscheidung über die weitere Verwendung des betroffenen Produktes gefällt werden. Bei mehrstufiger Produktion werden die Prozesszeiten durch Freigabe des nächsten Arbeitsschritts nach nur einem Tag drastisch verkürzt. Bei kontinuierlicher Produktion wird durch das schnellere Erkennen einer Kontamination das Risiko weiterer Fehlproduktionen wesentlich verringert.

    Breites Einsatzpotenzial


    Die neue Methode ist von einem deutschen Mittelständler – der Profos AG mit Sitz in Regensburg (seit 2009: Hyglos GmbH) – zur Marktreife weiterentwickelt worden. Das Unternehmen, welches die beschichteten Magnet-Beads herstellt, ist aus einem Start-up herausgewachsen und hat mittlerweile mehr als 50 Mitarbeiter (Stand 2008). Damit steht diese effiziente Methode sowohl Betriebslaboren in der Lebensmittelindustrie als auch kommerziellen Untersuchungslaboratorien zur Verfügung.
    Der Transfer in industrielle mikrobiologische Laboratorien und Untersuchungsanstalten ist bereits erfolgt. Außerdem besteht großes Interesse bei weiteren in- und ausländischen staatlichen Untersuchungsstellen und zahlreichen Unternehmen der Milchindustrie. Die Deutsche Milchindustrie ist mit einem Umsatzanteil von etwa 20 Mrd. Euro die leistungsstärkste Branche innerhalb der Ernährungsindustrie und zeichnet sich durch eine große Zahl leistungsfähiger mittelständischer Unternehmen aus. Insgesamt sind in der Milchindustrie rund 35.000 Beschäftigte in über 100 Unternehmen mit etwa 250 Betriebsstätten registriert. In naher Zukunft soll das neue System in Zusammenarbeit mit einem international tätigen Diagnostikunternehmen noch breiter vermarktet werden.
    Produktion


    Doch damit nicht genug. Die Nutzung der innovativen Methode ist nicht auf die Milchindustrie beschränkt, sondern kann ebenso in anderen Bereichen, in denen eine Kontamination mit Listerien relevant ist, eingesetzt werden. Außerdem ist die aus diesem IGF-Vorhaben entstandene neue technologische Plattform bei gezielter Weiterentwicklung auch für den Nachweis von weiteren lebensmittelassoziierten Krankheitserregern geeignet.

    Der Preisträger


    Dr. Thomas Gräbener (re.), AiF-Präsident, überreicht Prof. Dr. Martin Loessner (li.) die Urkunde zum Otto-von-Guericke-Preis 2008
    Prof. Dr. Martin Loessner, Jahrgang 1963, studierte Biologie an der Albert-Ludwigs-Universität in Freiburg und an der Wayne State University in Detroit, USA. Nach seiner Dissertation an der TU München folgten Forschungstätigkeiten an mehreren Universitäten im In- und Ausland. Im Jahr 2000 habilitierte er sich an der TU München. Seit 2003 ist Loessner Inhaber des Lehrstuhls für Lebensmittelmikrobiologie der ETH Zürich, der zu den international führenden in der Entwicklung und Anwendung von Bakteriophagen-basierten Methoden zur Separation und Identifizierung von Mikroorganismen gehört.

    Projektbeteiligte


    Forschungsstellen:

    Industriegruppe:
    • Milchindustrie-Verband e.V., Berlin


    (Stand: September 2008)


    Forschungsvorhaben AiF 13433 N "Verkürzung und Optimierung des Nachweises von Listerien und L. monocytogenes in Milcherzeugnissen"

    ... ein Projekt der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF)

    Förderhinweis

Preisträger 2005
  • Fingerabdruck überführt Mikroben: Identifizierung von schädlichen Mikroorganismen


    Mirkoben
    Verderbniserreger in Lebensmitteln stellen ein Hygienerisiko für den Verbraucher dar und verursachen beträchtliche Schäden in der Industrie. Produkte müssen nicht selten in großem Maßstab vernichtet oder vom Markt zurückgerufen werden. Die jährliche Schadenssumme der Lebensmittelindustrie dürfte dabei mehrere hundert Millionen Euro betragen – nicht eingerechnet die kaum bezifferbaren Imageschäden.
    Bisher war die Identifizierung von verderbniserregenden Mikroorganismen sehr kostspielig und aufwändig. In mehreren Forschungs- vorhaben sollte daher eine neue Technik entwickelt werden, die folgende Kriterien erfüllt: einfache Anwendung, schnelles und sicheres Ergebnis, hoher Probendurchsatz sowie niedrige Kosten für Verbrauchsmaterial.
    Das ist Prof. Siegfried Scherer und Dr. Herbert Seiler vom Zentralinstitut für Ernährungs- und Lebensmittelforschung der Technischen Universität München gelungen, die für diese Arbeiten mit dem Otto von Guericke-Preis 2005 der AiF ausgezeichnet wurden. Der Preis würdigt herausragende Leistungen auf dem Gebiet der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF).

    Fingerabdrücke von Bakterien


    Mirkoben



    Der Lösungsansatz des Forscherteams besteht in einer Weiterentwicklung der so genannten FT-IR-makrospektroskopischen Charakterisierung von Mikroben. Das Verfahrensprinzip ist einfach: Von der getrockneten Suspension der Reinkultur eines unbekannten Mikroorganismus wird ein Infrarot-Spektrum aufgenommen, welches einen individuellen Fingerabdruck der Art darstellt. Dieses Spektrum wird mit Spektren bekannter Mikroben verglichen, die in Referenzspektrenbibliotheken abgelegt sind. Die Forscher haben das Verfahren in mehreren IGF-Projekten für lebensmittelbürtige Keime etabliert und für den Einsatz in der Lebensmittelindustrie adaptiert.

    Erkennungsdienstliche Erfassung


    Labor
    Die methodischen Grundlagen legte Projektleiter Seiler am Beispiel der als Verderbniserreger bedeutsamen Hefen. Das neue Verfahren ermöglichte die Identifizierung von Schadhefen in Betrieben mit einer 97-prozentigen Trefferquote – und stellte damit alle vergleichbaren Methoden in den Schatten. Darüber hinaus zeigte sich, dass die Methode auch für die Stammidentifizierung und damit für eine einfache, betriebsinterne Kontaminationsroutenanalyse geeignet ist. Darauf aufbauend wurde die Methode auf weitere Keimgruppen ausgedehnt. Dabei stand zunächst die Flora oberflächengereifter Käse im Mittelpunkt. Es folgte eine Vielzahl weiterer Referenzspektren produktschädlicher Mikroorganismen, so dass mittlerweile Datenbanken mit etlichen tausend Spektren vorliegen, die als zuverlässige Vergleichsbibliotheken für die Analyse dienen.

    Identifizierung im Turbobetrieb


    Labor
    Eine weitere Optimierung des Verfahrens, insbesondere in Bezug auf die Geschwindigkeit, basiert auf einem Vorschlag von Prof. Dieter Naumann vom Robert-Koch-Institut in Berlin. Bei dieser Variante erfolgt die Analyse Mikrobenkolonien ohne vorherige Gewinnung von Reinkulturen, also unmittelbar von der Produkt- oder Umweltprobe. Dadurch können vorhandene Mikroorganismen innerhalb von nur 24 Stunden identifiziert werden, wenn sie in dieser Zeitspanne auf einem Medium Mikrokolonien bilden. Die Münchner Wissenschaftler haben diese innovative Technik für die Populationsanalyse von industriellen Starterkulturen verwendet und konnten an nur einem Tag 200 Mikrokolonien mit äußerst geringfügigen Verbrauchskosten identifizieren. Diese Kombination von hoher Identifizierungsgeschwindigkeit und niedrigen Kosten war bis dahin durch keine andere Methode am Markt möglich und stellt einen entscheidenden Schritt in der Routine-Identifizierung von Mikroben dar.

    Lernen vom Gehirn


    Um das Verfahren direkt in Lebensmittel verarbeitenden Betrieben einfach und sicher einsetzen zu können, äußerten Industrievertreter in den Projektbegleitenden Ausschüssen immer wieder den Wunsch nach einer weitgehend automatisierten Auswertung der Spektren. Eine solche Möglichkeit wird im Rahmen eines weiteren IGF-Vorhabens untersucht. Ermöglicht werden soll diese Weiterentwicklung durch den Einsatz künstlicher neuronaler Netze, die in anderen Bereichen bereits zur Datenanalyse genutzt werden. Deren Aufbau ist dem Nervensystem von Lebewesen nachempfunden. Durch die Anwendung dieser Technik können die Auswertung vereinfacht und die Identifikationsgüte verbessert werden, weil sehr viel mehr Information als bisher aus den Spektren extrahiert werden kann. Die bisherigen Ergebnisse lassen eine weitere Steigerung der Leistungsfähigkeit und Anwendbarkeit der FT-IR-Technologie erwarten. Außerdem zeichnet sich in der Identifizierungsgüte von sehr ähnlichen Arten sogar eine unerwartet deutliche Verbesserung ab.

    Technologietransfer


    Der Transfer der Ergebnisse in die Industrie erfolgte in zahlreichen Sitzungen der Projektbegleitenden Ausschüsse, in denen Industrievertreter aus verschiedenen Unternehmen kontinuierlich mitarbeiteten. Das Verfahren ist inzwischen in mehreren Laboren lebensmittelverarbeitender Betriebe sowie in zwei mittelständischen und einem staatlichen Untersuchungslabor etabliert, die die Analyse von Verderbniserregern als Dienstleistung anbieten. Gespräche mit weiteren Interessenten aus der Industrie sind geplant und auch das internationale Marktpotenzial ist groß, was nicht zuletzt durch Studienaufenthalte von Gastwissenschaftlern ausländischer Universitäten und Unternehmen an der TU München deutlich wurde. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit der neuen FT-IR-Technologie zeichnet sich außerdem in der Qualitätssicherung von Pharmabetrieben ab.
    Mirkoben

    Projektbeteiligte


    Forschungsstelle:


    (Stand: September 2005)


    ... ein Projekt der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF)

    Förderhinweis