Projekt FutureProteins Neues System erkennt Krankheitserreger in der Insektenzucht

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Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Biover- fahrenstechnik (IGB)

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Insekten eignen sich als Lebensmittel. Doch die Insektenzucht ist anfällig für den Befall von Krankheitserregern. Fraunhofer-Forscher haben ein System entwickelt, das Erreger zuverlässig erkennt.

Egal ob Grillen, Käfer oder Wanderheuschrecken – was für viele erst einmal eklig klingt, ist eine nachhaltige Alternative zu Proteinen aus Fleisch oder Fisch. Insekten-Farmen benötigen deutlich weniger Wasser und Fläche und verwerten bei der Aufzucht bislang ungenutzte Nebenströme der Lebensmittelindustrie. Doch wie alle Monokulturen ist auch die Insektenzucht anfällig für den Befall von Krankheitserregern.

Um die Sicherheit der industriellen Produktion und ihrer Folgeprodukte zu garantieren, entwickelten Forscher der Fraunhofer-Institute für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik (IGB) und für Molekularbiologie und Angewandte Ökologie (IME) im Projekt „FutureProteins“ ein System, das Krankheitserreger parallel, schnell und zuverlässig erkennt. 

Insektenzucht am Beispiel des Mehlkäfers

Um bei einem Befall wirksam gegenzusteuern, muss in der Insektenzucht schnell und kosteneffizient gehandelt werden. Aktuell übliche, kulturbasierte Nachweise können das nicht leisten. „Von der Probenentnahme bis zur Analyse im Labor vergehen mehrere Stunden – die Befundung benötigt bis zu zwei Tage“, erläutert Projektleiter Jens Wetschky, Experte für Virus-basierte Technologien am Fraunhofer IGB. Diese Zeitspanne könne den Ausfall einer gesamten Anlage zur Folge haben.

Die Fraunhofer-Forscher entwickeln ihr System am Beispiel des Mehlkäfers. Eine Herausforderung: die Bandbreite der möglichen Erreger. Diese können die Mehlkäfer in verschiedenen Stadien direkt befallen oder etwa über das Futter eingetragen werden und sich sowohl für die Zucht selbst als auch für die mit den Proteinen gefütterten Tiere als gefährlich erweisen. Um dieser Vielfalt effektiv entgegenzutreten, trafen die Experten des Fraunhofer IME eine breit gefächerte Auswahl von elf relevanten Organismen –  von Bakterien über Pilze bis zu Parasiten – und fügten zur Qualitätssicherung drei zusätzliche Prozesskontrollen ein.

Orientierung am Corona-Test

Um all diese Zielspezies in der Insektenzucht nachzuweisen, orientierten sich die Fachleute des Fraunhofer IGB an Corona-Tests und damit einer Methodik auf molekularbiologischer Basis, die Infektions-Auslöser über ihr Erbgut identifiziert. Einzige Problematik: die zugrundeliegende Technologie ist limitiert in der Anzahl gleichzeitig nachzuweisender Erreger. In Anbetracht des von ihnen abzudeckenden Panels kombinierten die Forscher das Verfahren daher mit der DNA-Microarray-Technologie.

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Die Experten fahren einen sogenannten Multiplex-Ansatz mit 14 parallel ablaufenden Reaktionen und standen damit vor der bioinformatischen Herausforderung, in den Genomen der ausgewählten Erreger einzigartige Sequenzen zu finden, die sie in der PCR-Reaktion gleichzeitig vervielfältigen konnten, ohne dass diese miteinander interagierten.

Das Ergebnis überzeugt nicht nur im Labormaßstab – das System wurde auch in der Anwendungsumgebung bereits erfolgreich etabliert und validiert. Die Geräte lassen sich ohne spezifisches Fachwissen bedienen.Für eine Beprobung können Betreiber einfach ein paar Tiere aus ihrer Anlage entnehmen. Die Probe wird in der DNA-Extraktion aufgeschlossen und einer PCR-Reaktion zugeführt. Hierbei werden die DNA-Sequenzen vervielfältigt, zugleich fluoreszenzmarkiert und über eine Sonde auf einem Mikroarray gebunden. Der Array liest die einzelnen Abschnitte optisch aus und macht vorhandene Erreger durch die Markierung kenntlich.