Verbundvorhaben: FMC Fast Meat control

Abstract

Das Verbundprojekt Fast Meat Control (FMC) adressierte die Entwicklung eines schnellen und kostengünstigen Detektionssystems zum Nachweis der zoonotischen Erreger Salmonella spp. und Campylobacter spp. im Umfeld der Geflügelschlachtung. Die ursprüngliche Aufgabenstellung knüpfte an den bestehenden Bedarf der Schlachtindustrie an, relevante mikrobielle Kontaminationen nicht ausschließlich über zeitaufwendige klassische Kulturverfahren, sondern möglichst prozessnah, matrixgeeignet und mit einer Perspektive zur schnelleren Entscheidungsunterstützung erfassen zu können. Im Teilvorhaben des Quh-Lab standen insbesondere Probenahmestrategien aus Spül- und Abwasserströmen, mikrobiologische Referenz- und Anreicherungsverfahren, die Bewertung von geeigneten Prozesspunkten sowie die Entwicklung bzw. Prüfung von Detektionsansätzen auf Basis von Lumineszenz und GC-/Plasma-Ionenmobilitätsspektrometrie im Vordergrund. Der technische Ausgangspunkt war ein Gesamtkonzept, in dem Pathogene aus Spülwasser von Geflügelschlachtkörpern angereichert bzw. separiert und anschließend über ein Detektorbakterium oder alternativ über ein Plasma-/GC-IMS-System nachgewiesen werden sollten. Hierfür wurde zunächst eine Co-Kultur- und Anreicherungsmethodik für Salmonellen und Campylobacter etabliert. In gespikten Tupferproben mit 10, 100 und 1.000 Keimen konnten beide Zielorganismen nach Inkubation in Bolton-Broth grundsätzlich nachgewiesen werden. Diese Arbeiten lieferten die methodische Grundlage für spätere Untersuchungen realer Schlachtprozessproben. Im Projektverlauf wurden an einem industriellen Geflügelschlachtprozess Proben aus unterschiedlichen Maschinen-, Tropf- und Abwasserströmen untersucht. Die Ergebnisse zeigten eine stark heterogene Probenmatrix und erhebliche Unterschiede der Enterobakterienzahlen entlang der Prozesskette. Salmonellen konnten in den untersuchten Praxisproben nicht nachgewiesen werden; in einer Prozesswasserprobe wurde Campylobacter detektiert, eine Isolierung gelang jedoch nicht. Die Arbeiten bestätigten, dass der Prozess nicht sinnvoll über Einzeltiere, sondern herden- bzw. poolbezogen betrachtet werden sollte. Der Innen-/Außenwäscher wurde daher als besonders geeignete Probenahmestelle identifiziert, weil dort Spülwasser aus einem späten Prozessschritt anfällt und mikrobielles Material nachweisbar war. Ergänzend wurden manuelle Spülsysteme bzw. Handprobenahmesysteme betrachtet und erprobt. Für die instrumentelle Detektion wurden GC-/Plasma-IMS-Messungen an Hähnchenschenkelproben aufgebaut. Dabei wurden Proben mit LB-Medium gespült, über 24 Stunden bei 37°C in der Messkammer vermessen und anschließend mikrobiologisch auf Plate-Count-Platten vereinzelt. Die Sequenzierung der Isolate ermöglichte eine Einordnung der auf frischen Hähnchenschenkeln typischerweise vorhandenen Keimflora. Parallel wurde das AI-2/Lsr-basierte Lumineszenzsystem geprüft. Salmonellenüberstände lösten eine messbare, zeitabhängige Lumineszenz aus und erbrachten damit einen Proof-of-Concept für die biologische Signalerzeugung. Zugleich zeigte sich, dass das AI-2-System nicht hinreichend exklusiv für Salmonella ist und dass Hintergrundsignal, Spezifität und Regulierbarkeit des Detektorplasmids zentrale technische Herausforderungen darstellen. Aufgrund dieser Erkenntnisse wurde die Strategie im Projektverlauf fachlich begründet angepasst: Anstelle lebender Detektorbakterien wurde die Verlagerung auf ein zellfreies Detektorsystem vorbereitet. Hierzu waren klonierungstechnische Anpassungen erforderlich, insbesondere die Übertragung von Reporterbausteinen auf für zellfreie Expressionssysteme geeignete Plasmidkontexte. Vorbereitende Konstruktions- und Prüfschritte konnten erfolgreich durchgeführt werden. Die finale Konstruktion für eine vollständige Demonstration des zellfreien Systems konnte innerhalb der Projektlaufzeit jedoch nicht abgeschlossen werden. Wesentliche Ergebnisse des Teilvorhabens sind damit: die Etablierung geeigneter mikrobiologischer Anreicherungs- und Prüfmethoden, die experimentelle Bewertung von Probenahmestellen in einem realen Schlachtprozess, der Proof-of-Concept für die Gewinnung mikrobieller Oberflächenkontaminationen aus Spülwasser, der Aufbau eines GC-/IMS-basierten Messworkflows, die Charakterisierung der mikrobiellen Begleitflora sowie die Validierung und kritische Bewertung eines AI-2/Lsr-regulierten Lumineszenzansatzes. Das Projektziel einer vollständig demonstrierten zellfreien Detektion wurde nicht vollständig erreicht; die geleisteten Arbeiten haben jedoch die wesentlichen technischen Risiken nachvollziehbar aufgeklärt und eine fachlich belastbare Grundlage für eine anschließende Entwicklungsphase geschaffen.