Es gibt eine neue Technologie auf dem Markt: die Genomik, ein neuer Wissenschaftsbereich, in dem das gesamte Genom (das genetische Material) von Organismen oder eine große Anzahl an Genen analysiert und miteinander verglichen werden. Als die Medien über den Erfolg des Humangenom-Projektes berichteten, erwartete jeder von der Genomik eine bedeutende Verbesserung für die Medizin. Jetzt spielt die Genomik auch in der Lebensmittelherstellung und -verarbeitung eine Rolle. In unseren Lebensmitteln spielen Mikroorganismen eine wichtige Rolle. Die mikrobielle Genomik kann uns helfen, die Funktion von Mikroorganismen auf eine Art und Weise nachzuvollziehen, die bislang nicht möglich war. Dadurch verstehen wir auch besser, wie wir sie für unsere Zwecke einsetzen können. In Zukunft werden Lebensmittel von den effektiveren und kostensparenden Verarbeitungsmethoden, von der besseren Qualität, der verbesserten Frische und der längeren Haltbarkeit profitieren.
Die Verbraucher verlangen zunehmend frisch schmeckende Produkten und Fertiggerichte, wie beispielsweise Tiefkühl-Fertigmenüs. Daher werden zunehmend Verarbeitungsmethoden für schonende Konservierung und neuartige, hitze-unabhängige Konservierungsverfahren benötigt. Die klassische mikrobielle Lebensmittelforschung stößt hier jedoch an ihre Grenzen, da der Effekt der Konservierungsstrategien auf Verderbnis bewirkende Mikroorganismen erst nach einigen Tagen und mit getrennten Untersuchungen für jeden Organismus ermittelt werden können. Diese klassische Herangehensweise ist sehr zeitaufwändig, da die Kolonien der überlebenden Mikroorganismen auf Agarplatten gezählt werden müssen.
Daher ist es wichtig, eine breitere Wissensbasis zu schaffen und bessere Methoden zu entwickeln, die eine schnelle und zuverlässige Vorhersage der besten Verarbeitungsbedingungen ermöglichen und einen direkten Einblick in die Wirksamkeit der angewandten Bedingungen erlauben.
Mikrobielle Genomik in der Lebensmittelherstellung und -verarbeitung
Genomik-Technologien bieten eine neue Alternative zum klassischen Ansatz. Sie erlauben eine schnelle Identifizierung der in (rohen) Produkten vorkommenden Mikroorganismen. Und mit ihrer Hilfe könnte die Gesamtreaktion der einzelnen Verderbnis bewirkenden Mikroorganismen auf die angewandten Konservierungsmethoden direkt gemessen werden. Indem man diesen neuen Ansatz der so genannten angewandten mikrobiellen Genomik nutzt, könnte es eines Tages möglich sein, alle wichtigen Reaktionen in nur einem Experiment zu messen. Die dafür verwendeten Werkzeuge sind kleine Chips, die die Informationen Tausender Gene von Lebensmittel verderbenden Mikroorganismen enthalten. Diese sind auf einer festen Oberfläche (beispielsweise einem Objektträger) in einer rasterartigen Anordnung aufgebracht. Diese so genannten „Mikroarrays“ könnten auf lange Sicht die Ergebnisvorhersage einer Konservierungsbehandlung und wenn nötig die Bestimmung von zusätzlichen Konservierungsschritten ermöglichen. Als Ergebnis könnte die Prozesskontrolle bedeutend verbessert und der Energieeintrag bei Konservierungsprozessen reduziert werden. Man hofft, dass dies zu verbesserten sensorischen Eigenschaften, bedeutenden Energieeinsparungen (aufgrund von angepassten Prozessbedingungen) und geringeren Produktverlusten führt.
Ein Beispiel: Campylobacter jejuni
Campylobacter jejuni ist ein bedeutender Krankheitserreger. Es ist eines der weltweit „erfolgreichsten“ Lebensmittelbakterien und wahrscheinlich für doppelt so viele Magen-Darm-Infektionen verantwortlich wie die weitaus bekannteren Salmonellen. Bis kürzlich gab es jedoch nur wenige Untersuchungen darüber, warum das Bakterium so ansteckend ist. Doch Arbeiten in Großbritannien bringen langsam Licht ins Dunkel. Man denkt, dass C. jejuni 1.700 Gene besitzt. Die Genomik wird eingesetzt, um die Funktion der einzelnen Gene zu entschlüsseln und auf die Vielfalt der Proteine zu schauen, die vom Organismus bei unterschiedlichen Umwelteinflüssen produziert werden. Die Anpassungsfähigkeit von C. jejuni stammt aus einer leistungsstarken Menge an regulierenden Genen, die es in die Lage versetzen, je nach Umgebung schnell den Stoffwechsel zu ändern, zum Beispiel in verunreinigtem rohen Hühnchenfleisch oder im menschlichen Darm. Durch Anwendung der mikrobiellen Genomikforschung kann eine Lebensmittelprobe leicht auf das Vorkommen dieser Gene getestet werden, die einen Befall mit C. jejuni anzeigen. Dieser Test ist bedeutend schneller als andere herkömmliche Techniken. Er könnte den Gebrauch von Sterilisierungsmethoden ermöglichen, die das Lebensmittelprodukt weniger beeinträchtigen.
Weitere Einsatzmöglichkeiten
Die Einsatzmöglichkeiten der mikrobiellen Genomik sind nicht auf die Konservierungstechnologie begrenzt. Im Grunde sind alle Prozesse, bei denen lebende (Mikro-)Organismen im Spiel sind, zugänglich für dieses Konzept.
Mit der Genomik von Lebensmittelmikroben wird wichtiges Wissen gewonnen, das für die Stoffwechseltechnik genutzt werden kann. Sie verbessert den Gebrauch von Zellen als Fabriken und die Entwicklung neuartiger Konservierungsmethoden. Darüber hinaus werden pre- und probiotische Studien, die Beschreibung von Stressreaktionen, Studien der mikrobiellen Ökologie und zuletzt auch die Entwicklung von neuartigen Risikobewertungsabläufen ermöglicht. Die Genomik-Technologie kann ebenso zur Rückverfolgbarkeit der Lebensmittel vom Landwirt zum Verbraucher angewendet werden.
Weitere Informationen
FOOD TODAY 04/2005
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