Busch Molekularbiologische Methoden in der Lebensmittelanalytik

Grundlegende Methoden und Anwendungen
1. Auflage 2010
ISBN: 978-3-642-10716-0
Verlag: Springer
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark

E-Book, Deutsch, 317 Seiten

Reihe: Life Science and Basic Disciplines (German Language)

Molekularbiologische Verfahren werden seit Längerem in der Analytik von Lebensmitteln, Saatgut und Futtermitteln angewendet. Das Spektrum reicht vom Nachweis gentechnisch veränderter und allergener Inhaltsstoffe über die Tierartendifferenzierung in Fleischprodukten bis zur Bestimmung pathogener Keime. Das Buch vermittelt in äußerst praxisbezogener Weise die notwendigen molekularbiologischen Techniken und das nötige Hintergrundwissen. Einen Schwerpunkt bildet die Polymerase-Kettenreaktion (PCR), einschließlich Realtime-PCR und Qualitätssicherung.

Der Herausgeber Dr. Ulrich Busch ist Sachbereichsleiter Molekularbiologie am Bayerischen Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit in Oberschleißheim.

Autoren/Hrsg.

Busch, Ulrich

Inhaltsverzeichnis

1;Inhalt;4
2;Autorenverzeichnis;11
3;Abkürzungsverzeichnis;13
4;Kapitel 1;16
4.1;Molekulare Lebensmittelanalytik;16
4.1.1;Inhalt;16
4.1.2;1.1 Einleitung;16
5;Kapitel 2;20
5.1;Kultivierungsverfahren für Bakterien;20
5.1.1;Inhalt;20
5.1.2;2.1 Einleitung;20
5.1.3;2.2 Anreicherungsverfahren;22
5.1.3.1;2.2.1 Nichtselektive flüssige Nährmedien;22
5.1.3.2;2.2.2 Selektive Flüssignährmedien;24
5.1.3.3;2.2.3 Nichtselektive Festnährböden;26
5.1.3.4;2.2.4 Selektive Festnährmedien;27
5.1.4;2.3 Kultivierungsbedingungen;30
5.1.4.1;2.3.1 Temperatur;30
5.1.4.2;2.3.2 Sauerstoffgehalt;31
5.1.4.3;2.3.3 Weitere Wachstumsfaktoren;32
5.1.5;2.4 Qualitätssicherung bei der Kultivierung;32
5.1.6;Literatur;32
6;Kapitel 3;34
6.1;Extraktion von DNA;34
6.1.1;Inhalt;34
6.1.2;Abkürzungen;34
6.1.3;3.1 Einleitung;35
6.1.4;3.2 Grundlagen der DNA-Extraktion;36
6.1.4.1;3.2.1 Lyse;36
6.1.4.2;3.2.2 Entfernung von inhibitorischen Substanzen und Gewinnung reiner DNA;37
6.1.4.3;3.2.3 Nukleinsäurequantität und Qualität;40
6.1.5;3.3 DNA-Extraktion aus tierischen und pflanzlichen Geweben;42
6.1.5.1;3.3.1 DNA-Extraktion aus tierischen Geweben;42
6.1.5.2;3.3.2 DNA-Extraktion aus pflanzlichen Geweben;48
6.1.5.3;3.3.3 Zusammenfassende Bewertung;48
6.1.6;Literatur;49
7;Kapitel 4;50
7.1;PCR und Real-Time PCR;50
7.1.1;Inhalt;50
7.1.2;4.1 Einführung;50
7.1.3;4.2 PCR-Reaktion und Komponenten;51
7.1.3.1;4.2.1 PCR;51
7.1.3.2;4.2.2 Real-Time PCR;52
7.1.3.3;4.2.3 Fluoreszenzfarbstoffe in der Real-Time PCR;54
7.1.3.4;4.2.4 Modifikationen von Sonden;55
7.1.4;4.3 Qualitativer und quantitativer Nachweis;55
7.1.5;4.4 Optimierung und Validierung;58
7.1.6;4.5 Bestätigungsreaktionen;58
7.1.7;4.6 Qualitätssicherung im PCR-Labor und Kontrollen;59
7.1.8;4.7 PCR-basierte Typisierungstechniken;61
7.1.9;4.8 Schlussfolgerung;61
7.1.10;Literatur;61
8;Kapitel 5;63
8.1;Biochips und ihr Einsatz in der Lebensmittelanalytik;63
8.1.1;Inhalt;63
8.1.2;5.1 Einleitung;63
8.1.2.1;5.1.1 Definitionen: Biochip – Microarray;64
8.1.2.2;5.1.2 Vorteile und Limitierungen;64
8.1.2.3;5.1.3 Trägermaterialien;65
8.1.2.4;5.1.4 Herstellung von Biochips;65
8.1.2.5;5.1.5 Trägerformate;66
8.1.2.6;5.1.6 Nachweisverfahren;66
8.1.2.7;5.1.7 Marker;69
8.1.2.8;5.1.8 Messprinzipien/Lesegräte;70
8.1.2.9;5.1.9 Alternative Technologien;71
8.1.2.10;5.1.10 Auswertung/Bioinformatik;71
8.1.3;5.2 Einsatz der Biochips in der Lebensmittelanalytik;72
8.1.3.1;5.2.1 Nachweis von pathogenen Mikroorganismen mittels NUTRI;72
8.1.3.2;-Chip;72
8.1.3.3;5.2.2 Nachweis von gentechnisch veränderten Organismen (GVOs) mittels DualChip;74
8.1.3.4;GMO (V2.0);74
8.1.3.5;5.2.3 Nachweis von Tierarten;75
8.1.4;5.3 Ausblick;78
8.1.5;Literatur;78
9;Kapitel 6;80
9.1;Alternative Nachweisverfahren – nicht PCR-basierende Schnellmethoden;80
9.1.1;Inhalt;80
9.1.2;6.1 Einleitung;80
9.1.3;6.2 Zytometrieverfahren;82
9.1.4;6.3 Varianten der kulturellen Anzucht;82
9.1.5;6.4 Nucleinsäurebasierende Verfahren;84
9.1.6;6.5 Immunologische Verfahren;86
9.1.7;6.6 Nachweis bestimmter Stoffwechselleistung von Mikroorganismen;87
9.1.8;6.7 Biosensoren und Nanotechnologie;92
9.1.9;Literatur;93
10;Kapitel 7;101
10.1;Pathogene Mikroorganismen;101
10.1.1;Inhalt;101
10.1.2;7.1 Die Bedeutung von pathogenen Mikroorganismen;101
10.1.2.1;7.1.1 Pathogene Mikroorganismen und das öffentliche Gesundheitswesen;102
10.1.2.2;7.1.2 Pathogene Mikroorganismen in der Lebensmittelkette;103
10.1.3;7.2 Molekularbiologische Analytik von pathogenen Mikroorganismen;104
10.1.4;7.3 Kleine Entwicklungsgeschichte in der Analytik pathogener Mikroorganismen;105
10.1.5;7.4 Probenvorbereitung;108
10.1.5.1;7.4.1 Probleme des Samplings;108
10.1.5.2;7.4.2 Probengröße und molekularbiologische Analytik;108
10.1.6;7.5 Molekularbiologische Nachweisund Quantifizierungssysteme für pathogene Mikroorganismen;109
10.1.6.1;7.5.1 Polymerase-Kettenreaktion: Eine neue Ära in der mikrobiellen Lebensmittelanalytik?;109
10.1.6.2;7.5.2 Nachweis pathogener Mikroorganismen mittel RT-PCR;109
10.1.6.3;7.5.3 Die Lebend/Tot-Problematik beim molekularbiologischen Nachweis von pathogenen Mikroorganismen;112
10.1.6.4;7.5.4 Kontrollen in der molekularbiologischen Analytik;113
10.1.6.5;7.5.5 Qualitätssicherung in der molekularbiologischen Analytik von pathogenen Mikroorganismen;114
10.1.7;Literatur;116
11;Kapitel 8;119
11.1;Molekularbiologische Methoden zum Nachweis lebensmittelübertragbarer Viren;119
11.1.1;Inhalt;119
11.1.2;8.1 Humanpathogene Viren, die durch Lebensmittel übertragen werden;119
11.1.2.1;8.1.1 Charakterisierung der durch Lebensmittelund Trinkwasser übertragbaren Viren;120
11.1.2.2;8.1.2 Lebensmittel als Virusüberträger;121
11.1.3;8.2 Medizinische Virusdiagnostik;122
11.1.4;8.3 Nachweis von Viren, die durch Lebensmittel übertragen werden;123
11.1.4.1;8.3.1 RT-PCR (Reverse Transkriptase Polymerase-Kettenreaktion);123
11.1.4.2;8.3.2 mRT-PCR (multiplex RT-PCR);124
11.1.4.3;8.3.3 Nested RT-PCR;124
11.1.4.4;8.3.4 ICC-PCR (Integrated Cell Culture-PCR);125
11.1.4.5;8.3.5 AC/IM RT-PCR (Antigen-Capture/Immunomagnetic beads RT-PCR);126
11.1.4.6;8.3.6 Real-time PCR/real-time RT-PCR;126
11.1.4.7;8.3.7 NASBA (Nucleic Acid Sequence-Based Amplification);128
11.1.5;Literatur;129
12;Kapitel 9;133
12.1;Molekularbiologische Speziesdifferenzierung;133
12.1.1;Inhalt;133
12.1.2;Abkürzungen;133
12.1.3;9.1 Einleitung;133
12.1.4;9.2 Molekularbiologische Speziesdifferenzierung;136
12.1.4.1;9.2.1 DNA-Extraktion;137
12.1.4.2;9.2.2 Tierartnachweis durch direkte DNA-Hybridisierung mit spezifischen Sonden;138
12.1.4.3;9.2.3 Speziesnachweis durch Polymerase-Kettenreaktion;139
12.1.5;Literatur;151
13;Kapitel 10;154
13.1;Die Untersuchung auf gentechnische Veränderungen („GVO-Analytik“);154
13.1.1;Inhalt;154
13.1.2;10.1 Einführung;154
13.1.2.1;10.1.1 Gentechnisch veränderte Organismen;154
13.1.2.2;10.1.2 Einsatz der Gentechnik, aktuelle Situation;155
13.1.2.3;10.1.3 Rechtliche Grundlagen und Anforderungen an die Analytik;155
13.1.3;10.2 Mögliche Nachweisstrategien;156
13.1.3.1;10.2.1 Nachweis des Phänotyps;156
13.1.3.2;10.2.2 Nachweis des Genotyps;158
13.1.4;10.3 Probenahme;160
13.1.5;10.4 Molekularbiologische Nachweisverfahren;161
13.1.5.1;10.4.1 DNA-Extraktion;162
13.1.5.2;10.4.2 Nachweis mittels Polymerase-Kettenreaktion (PCR);163
13.1.6;Literatur;175
14;Kapitel 11;179
14.1;Analytik von Lebensmittelallergenen;179
14.1.1;Inhalt;179
14.1.2;Abkürzungen;180
14.1.3;11.1 Lebensmittelallergien;180
14.1.4;11.2 Rechtlicher Hintergrund;181
14.1.5;11.3 Nachweismethoden für Allergene in Lebensmitteln;182
14.1.5.1;11.3.1 Enzyme-Linked Immunosorbent Assay;183
14.1.5.2;11.3.2 Polymerase-Kettenreaktion (polymerase chain reaction, PCR);184
14.1.5.3;11.3.3 Vergleich der Nachweismethoden PCR und ELISA;185
14.1.5.4;11.3.4 Nachweis von Gluten und glutenhaltigem Getreide in Lebensmitteln;185
14.1.5.5;11.3.5 Nachweis von Krebstieren in Lebensmitteln;187
14.1.5.6;11.3.6 Nachweis von Ei in Lebensmitteln;187
14.1.5.7;11.3.7 Nachweis von Fisch in Lebensmitteln;188
14.1.5.8;11.3.8 Nachweis von Soja in Lebensmitteln;189
14.1.5.9;11.3.9 Nachweis von Milch in Lebensmitteln;189
14.1.5.10;11.3.10 Nachweis von Schalenfrüchten in Lebensmitteln;190
14.1.5.11;11.3.11 Nachweis von Erdnüssen in Lebensmitteln;194
14.1.5.12;11.3.12 Nachweis von Sellerie in Lebensmitteln;195
14.1.5.13;11.3.13 Nachweis von Senf in Lebensmitteln;195
14.1.5.14;11.3.14 Nachweis von Sesam in Lebensmitteln;196
14.1.5.15;11.3.15 Nachweis von Lupinen in Lebensmitteln;196
14.1.5.16;11.3.16 Nachweis von Weichtieren in Lebensmitteln;197
14.1.5.17;11.3.17 Multiplex-PCR;197
14.1.6;11.4 Ausblick;197
14.1.7;Literatur;198
15;Kapitel 12;203
15.1;Molekulare Methoden zum Nachweis, zur Quantifizierung und zum Monitoring der Mykotoxinbildung lebensmittelrelevanter Pilze;203
15.1.1;Inhalt;203
15.1.2;12.1 Einleitung;203
15.1.3;12.2 Grundlagen der molekularen Methoden;205
15.1.4;12.3 Zielsequenzen;206
15.1.5;12.4 Sensitivität der PCR-Reaktionen;209
15.1.6;12.5 Molekularer Nachweis mykotoxinbildender Pilze;210
15.1.6.1;12.5.1 Nachweis von aflatoxinbildenden Pilzen;210
15.1.6.2;12.5.2 Nachweis von myotoxinbildenden Fusarien;212
15.1.6.3;12.5.3 Nachweis von ochratoxinbildenden Pilzen;215
15.1.7;12.6 Microarrays zum Nachweis und zur taxonomischen Charakterisierung von Pilzen;218
15.1.8;12.7 Monitoring der Expression mykotoxinbiosynthetischer Gene;220
15.1.9;12.8 Zusammenfassung;223
15.1.10;Literatur;224
16;Kapitel 13;230
16.1;Einsatz molekularer Methoden für Starterkulturen;230
16.1.1;Inhalt;230
16.1.2;13.1 Starterkulturen;230
16.1.3;13.2 Notwendigkeit molekularer Methoden;231
16.1.4;13.3 Methoden für Identifizierung und Nachweis;233
16.1.4.1;13.3.1 Vergleichende Sequenzierung von Markergenen;233
16.1.4.2;13.3.2 Anwendung von Gensonden;237
16.1.4.3;13.3.3 Direkter Nachweis durch PCR-gestützte Techniken;239
16.1.4.4;13.3.4 Verfahren zur Genotypisierung durch DNS-Polymorphismen;239
16.1.4.5;13.3.5 PCR-gestützte Verfahren zur Genotypisierung;244
16.1.5;13.4 Florenmonitoring;246
16.1.5.1;13.4.1 Kulturelle Methoden;246
16.1.5.2;13.4.2 Direkte Verfahren ohne Kultivierung;247
16.1.6;13.5 Charakterisierung funktioneller Eigenschaften;250
16.1.7;Literatur;250
17;Kapitel 14;262
17.1;Quantitative Analysen;262
17.1.1;Inhalt;262
17.1.2;14.1 Einleitung;262
17.1.3;14.2 Grundlegende Anforderungen;263
17.1.3.1;14.2.1 Genauigkeit: Richtigkeit und Präzision;263
17.1.3.2;14.2.2 Bestimmungsund Nachweisgrenze;267
17.1.4;14.3 Analytisches Vorgehen;271
17.1.4.1;14.3.1 Real-Time PCR;271
17.1.4.2;14.3.2 Quantifizierung von GVO;272
17.1.4.3;14.3.3 Quantifizierung von Tierarten in Fleischprodukten;277
17.1.5;14.4 Zusammenfassung;277
17.1.6;Literatur;278
18;Kapitel 15;279
18.1;Qualitätsmanagement in molekularbiologischen Laboratorien;279
18.1.1;Inhalt;279
18.1.2;Abkürzungen;279
18.1.3;15.1 Warum Qualitätsmanagement?;280
18.1.4;15.2 Ein historischer Rückblick;280
18.1.5;15.3 Funktion und Nutzen eines Qualitätsmanagementsystems;281
18.1.6;15.4 Labororganisation;281
18.1.6.1;15.4.1 Räumliche Trennung;281
18.1.6.2;15.4.2 Vermeidung von Kreuzbzw. Querkontaminationen;285
18.1.7;15.5 Erkennen von Querkontaminationen;286
18.1.7.1;15.5.1 Kontrollreaktionen;286
18.1.7.2;15.5.2 Die Tücken des Labor-Alltags;288
18.1.8;15.6 Qualitätssicherung;288
18.1.8.1;15.6.1 Teilnahme an Eignungsprüfungssystemen;288
18.1.8.2;15.6.2 Qualitätsregelkarten;289
18.1.8.3;15.6.3 Beurteilung von Untersuchungsergebnissen;289
18.1.9;15.7 Ausblick;289
18.1.10;Literatur;289
19;Kapitel 16;291
19.1;Die Amtliche Sammlung von Untersuchungsverfahren nach § 64 LFGB, § 35 Vorläufiges Tabakgesetz und § 28b Gentechnikgesetz – ein I;291
19.1.1;Inhalt;291
19.1.2;Abkürzungen;291
19.1.3;16.1 Entstehungsgeschichte;294
19.1.4;16.2 Die Durchführung des § 64 LFGB – Erarbeitung der Methoden;296
19.1.5;16.3 Zusammenarbeit mit DIN;300
19.1.6;16.4 Rechtliche Bedeutung;302
19.1.7;16.5 Zusammenfassung und Ausblick;302
19.1.8;Literatur;303
20;Kapitel 17;304
20.1;Normung (Standardisierung);304
20.1.1;Inhalt;304
20.1.2;17.1 Einführung;304
20.1.3;17.2 Normungsarbeit im DIN;309
20.1.4;17.3 Europäische Normungsarbeit;310
20.1.5;17.4 Normung von Verfahren zum Nachweis gentechnisch modifizierter Lebensmittel;313
20.1.6;17.5 Normung von Verfahren zum Nachweis von Lebensmittelallergenen;316
21;Sachverzeichnis;319