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Qualitätssicherung und Analytik: Ausgabe 7-815/2015, 11.08.2015

Moderne Analytik für facettenreiches Gift

Das Bakterium Bacillus cereus ist ein Erreger, der eine Lebensmittelvergiftung hervorrufen kann. Wissenschaftler am ZIEL der TU München haben jetzt ein Nachweisverfahren entwickelt, mit dem sie 19 Varianten des Toxins Cereulit nachweisen können.

Autor: Redaktion

Bilder: Fotolia und H. Seiler/TUM

Wer schon einmal nach einem Essen Übelkeit oder Erbrechen bekommen hat weiss, wie sich eine im Volksmund bezeichnete «Lebensmittelvergiftung» anfühlt. Die Ursachen dafür sind vielfältig. Oft sind die Auslöser Keime wie Staphylokokkus aureus oder Salmonellen, die sich auf nicht ausreichend erhitzten Lebensmitteln vermehrten und bei Betroffenen zu den unangenehmen Erscheinungen geführt haben. Es gibt aber auch einen Keim, der sich bisher nur unzureichend und mit viel Aufwand nachweisen liess. Das Bakterium Bacillus cereus ist ein Erreger, der sich als ausgesprochen vielseitig erweist. Eine aktuelle Studie in Analytical and Bioanalytical Chemistry zeigt, dass der Erreger 19 Varianten des Giftes Cereulit produziert, das zu Übelkeit und Erbrechen führt. Diese sogenannte emetische Krankheitsform verläuft zum Glück meistens harmlos, doch in gravierenden Fällen kann eine solche Infektion tödlich verlaufen.

Europaweit steigt die Anzahl der durch Bacillus cereus verursachten Infektionen. Um den Nachweis zu vereinfachen, haben Wissenschaftler der Technischen Universität München (TUM) Nachweisverfahren entwickelt, mit denen sie sowohl die toxinbildenden Zellen als auch das Toxin nachweisen können.

Erfolgreiche Partnerschaft.

Wissenschaftler des Lehrstuhls für Lebensmittelchemie und molekulare Sensorik unter der Leitung von Professor Thomas Hofmann und das Team von Professor Siegfried Scherer, Leiter des Lehrstuhls für Mikrobielle Ökologie, haben gemeinsam die Nachweisverfahren entwickelt. «Die Zusammenarbeit ist von uns ausgegangen, da wir schon seit vielen Jahren an Bacillus cereus arbeiten. Wir konnten zeigen, wie der Bacillus überhaupt das Toxin Cereulit synthetisiert. Doch wir standen immer vor der Frage, wie wir das Cereulit zuverlässig messen können. Bis anhin gab es nur die Möglichkeit, mit dem Hep-2-cell-assay zu arbeiten. Doch das ist sehr zeitaufwendig und fehlerbehaftet und war damit recht unbefriedigend. Wir wollten eine brauchbare, zuverlässige Methode und haben daher beschlossen, mit den Kollegen vom Campus zusammenzuarbeiten», sagt Siegfried Scherer.

Isotopologisches Verfahren.

Für den Nachweis des Toxins arbeitete die Forschungsgruppe von Professor Hofmann mit der SIDA-Massenspektroskopie, bei der die Wissenschaftler ein 13C-markiertes Cereulit als Standard einsetzen. Massenspektroskopisch messen die Profis in einer Lebensmittelprobe, wie viel markiertes Cereulit enthalten ist und wie viel nicht markiertes Cereulit. Mit diesen Extraktionskoeffizienten können die Wissenschaftler den absoluten Cereulitgehalt bestimmen. «Je nachdem wie hoch der Gehalt des nicht markierten Toxins ist, können wir sagen, wie gefährlich das Lebensmittel kontaminiert ist. Fachleute könnten sich noch Grenzwerte überlegen, aber das liegt noch in der Zukunft. Denn derzeit ist das Nachweisverfahren in der Evaluation der europäischen Union und der FDA in den USA, die prüfen, ob die Methode als Standardmethode geeignet ist», so der Wissenschaftler.

Gefährdete Lebensmittel.

Obwohl Bacillus cereus auf allen Lebensmitteln vorkommen kann, zeigten die Erkrankungsfälle der letzten Jahre, dass eine Infektion häufig nach dem Verzehr von stärkehaltigen Lebensmitteln wie Reis, Pasta und Kartoffeln auftritt, wie Professor Scherer erklärt: «Die emetischen Toxine, die Erbrechen auslösen, befinden sich sehr häufig in Reisgerichten. Denn die Sporen überleben die Erhitzung von Reis. Wenn dieser nicht hinreichend warm gehalten wird, können die Sporen auskeimen und produzieren das Toxin im Reis. Auch Milchreis und Saucen sind gefährdete Produkte. Warum sich das Bacillus hauptsächlich in Reisgerichten vermehrt wissen wir jedoch nicht genau. Es liegt die Vermutung nahe, dass der Keim besonders gut Stärke verstoffwechseln kann, doch der wissenschaftliche Nachweis für diese Vermutung fehlt noch.»

Einsatz in der Praxis.

Wenn Personen typische Symptome wie Übelkeit und Erbrechen aufweisen, ist es zunächst Aufgabe der Ärzte, die Krankheitserreger einzugrenzen. Lassen sich Erkrankungen mit Noro-Viren ausschliessen, ist eine Untersuchung auf Bacillus cereus und Staphylokokkus aureus sinnvoll. «Bisher haben viele angenommen, dass Personen, die an Erbrechen leiden, sich mit Staphylokokkus aureus infiziert haben. Doch heute wissen wir, dass es in vielen Fällen nicht so ist und in Wirklichkeit ein Bacillus cereus die Erkrankung ausgelöst hat. Denn wir können mittlerweile die Zelle nachweisen. Bei Analysen sind wir in der Lage, sowohl auf den Erreger als auch auf das Toxin zu untersuchen. In Verdachtslebensmitteln ist es jedoch sinnvoller, nach dem Toxin zu suchen. Denn Hitze tötet den Bacillus, sodass eine Untersuchung nach dem Erreger negativ ausfallen kann. Doch das Toxin ist immer noch vorhanden, sodass die Bestimmung des Toxins sichere Ergebnisse liefert», erklärt der Experte.

Quantifizierbares Nachweisverfahren.

Das derzeit in der Evaluation befindliche Verfahren hat grosses Potenzial, als Standardmethode etabliert zu werden. Denn vor dem Projekt, das die Arbeitsgemeinschaft industrielle Forschung (AiF) über den Forschungskreis der Ernährungsindustrie (FEI) förderte, gab es kein befriedigendes Nachweisverfahren für das Cereulit-Toxin in Lebensmitteln. Das auf Massenspektrometrie basierende Verfahren ist quantifizierbar, fehlerarm und lässt sich analytisch durchführen. Es ist kein mikrobielles Labor nötig. Es ist auch nicht nötig Krankheitserreger anzureichern. Es genügt ein chemisch-analytisches Labor. Ist das Massenspektrometer bereits vorhanden, ist das Verfahren nicht nur schnell und unkompliziert, sondern auch kostengünstig, wenn grosse Probenmengen anfallen. «Da sich das Verfahren noch in der Evaluation befindet, ist ein flächendeckender Einsatz in der Praxis noch nicht machbar. Doch er Plan sieht vor, dass Diagnostiklaboratorien das Verfahren anbieten und Untersuchungen für Lebensmittelproduzenten durchführen», sagt Professor Scherer.


Weitere Informationen:
Technische Universität München, ZIEL
http://www.tum.de
http://micbio.wzw.tum.de/index.php