GMO-Tests: 4 wichtige Fragen

Testen Sie Protein oder DNA? Wie unterscheiden sich die Methoden zum Testen von Rohstoffen von denen für verarbeitete Materialien? Dies sind nur zwei Überlegungen, die jeder, der auf GVO testen will, berücksichtigen muss. Produktmanagerin Christina Huber gibt Ihnen einige praktische Antworten.

Wie im vorangegangenen Artikel erläutert, gibt es in den verschiedenen Ländern unterschiedliche Vorschriften für die Genehmigung des Handels mit gentechnisch veränderten Pflanzen oder deren Anbau in ihrem Hoheitsgebiet. Daher unterscheiden sich die Kriterien für Tests von Land zu Land erheblich. In diesem Artikel werden einige grundlegende Überlegungen zur Wahl des richtigen Testformats dargelegt, um festzustellen, ob eine Probe von einer gentechnisch veränderten Pflanze stammt. Unter genetischer Veränderung versteht man jede künstliche Veränderung der DNA in einer Pflanze, entweder durch Bearbeitung des Genoms oder durch Einfügen fremder DNA-Fragmente. Das veränderte Gen vermittelt eine neue Eigenschaft, wie z.B. Insektenresistenz, Herbizidresistenz oder andere landwirtschaftlich relevante Merkmale. Eine der ersten Fragen, die sich Ihnen stellt, ist, ob Sie DNA oder Proteine testen wollen. Ergänzend zu dieser Entscheidung müssen Sie entscheiden, ob die Rohware oder das verarbeitete Material getestet werden soll. Ein dritter Punkt ist Ihr Ziel: Suchen Sie nach einem bestimmten GVO-Merkmal oder wollen Sie einfach nur wissen, ob Ihre Ernte GVO-frei ist? Schließlich spielen auch Faktoren wie Empfindlichkeit, Geschwindigkeit und Benutzerfreundlichkeit eine große Rolle. All diese Entscheidungen helfen Ihnen bei der Auswahl des richtigen Formats unter den am häufigsten verwendeten Testoptionen: Polymerase-Kettenreaktion (PCR), Enzymimmunoassay (ELISA) oder Lateral Flow Devices (LFD).

1) DNA oder Protein?

Bei der Veränderung der Pflanze wird ihre DNA-Sequenz verändert. Die Veränderung kann durch die Identifizierung der künstlichen Veränderung der DNA selbst oder durch den Nachweis des exprimierten Proteins, das in der betreffenden Pflanze nicht natürlich vorkommt, festgestellt werden. Nukleinsäurebasierte Testverfahren wie die PCR amplifizieren eine Region des Pflanzengenoms, die von Interesse ist, um Milliarden von Kopien kleiner DNA-Fragmente mit Hilfe sogenannter Primer und DNA-Polymerase als Enzym zu erhalten. Früher konnten diese DNA-Fragmente aufgetrennt und auf einem Agarosegel sichtbar gemacht werden. Heutzutage ermöglichen ausgefeiltere Instrumente die direkte Messung der Amplifikationsreaktion auf der Grundlage von Fluoreszenztechniken. Ein PCR-Ansatz ist nicht nur qualitativ, sondern ermöglicht auch die Quantifizierung von GV-Material in einer Probe. Für den Nachweis von Proteinen werden Immunoassays verwendet. Diese immunologischen Tests verwenden spezifische Antikörper, die das Protein binden können. Es stehen zwei verschiedene Testformate zur Verfügung - Lateral Flow Device (LFD) und Enzyme-Linked Immunosorbent Assay (ELISA). Beide Systeme arbeiten im Sandwich-Format, d.h. ein Antikörper wird auf einer Oberfläche immobilisiert, die das betreffende Protein spezifisch bindet. Sobald das Protein an den immobilisierten Antikörper gebunden hat, kann ein markierter sekundärer Antikörper binden, wodurch ein Sandwich gebildet wird und ein Farbsignal entsteht. Wenn das Protein von Interesse nicht vorhanden ist, kann kein Sandwich gebildet werden und daher ist auch keine Farbe sichtbar, was darauf hinweist, dass die getestete Pflanze GVO-frei ist. In den meisten Fällen wird beim ELISA eine 96-Well-Platte verwendet, die mit dem spezifischen Antikörper beschichtet ist und die gleichzeitige Analyse mehrerer Proben ermöglicht. LFDs sind Streifen mit einer Test- und einer Kontrolllinie, die mit dem spezifischen Antikörper beschichtet sind, um das gewünschte Protein zu erfassen. Wenn die Testlinie erscheint, ist das Ergebnis positiv und zeigt das Vorhandensein des Zielproteins an. Diese Tests gibt es in einem quantitativen oder qualitativen Format; für die Quantifizierung des Ergebnisses ist ein LFD-Reader erforderlich. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der DNA-Test die veränderte DNA-Sequenz liest, während der Proteintest das neue, von dieser spezifischen DNA-Sequenz abgeleitete Protein identifiziert. Die spezifischen Eigenschaften der zu analysierenden Probe spielen ebenfalls eine Rolle bei der Entscheidung, ob eine DNA-basierte oder eine proteinbasierte Methode am besten für Ihre Bedürfnisse geeignet ist. Im Folgenden werden wir uns die unterschiedlichen Anforderungen bei der Untersuchung von Rohstoffen und verarbeiteten Materialien ansehen.

2) Wie unterscheidet sich das Testen von Rohstoffen von dem von verarbeiteten Materialien?

Wenn es darum geht, die geeignete Testmethode zu bestimmen, stellt sich neben dem Ziel (DNA oder Protein) eine weitere Frage: Besteht die Matrix aus rohem oder verarbeitetem Material? Dies ist besonders wichtig für Proteintests. Rohmaterialien exprimieren das intakte Protein, so dass sowohl PCR- als auch immunologische Tests verwendet werden können. Sobald ein Rohmaterial jedoch verarbeitet wurde, denaturieren seine Proteine mit dem Ergebnis, dass sie ihre natürliche Struktur verändern und in den meisten Fällen nicht mehr durch immunologische Tests nachgewiesen werden können. Die Wärmebehandlung ist zum Beispiel ein Prozess, der zur Denaturierung von Proteinen führen kann. Dieser Prozess verändert jedoch nicht die DNA-Sequenz. Daher kann die PCR verwendet werden, um das eingefügte Gen sogar in einigen verarbeiteten Materialien nachzuweisen. Wenn es sich bei Ihrer Probe um eine Rohware handelt, stehen Ihnen mehr Testmöglichkeiten zur Verfügung: Sowohl DNA- als auch proteinbasierte Ansätze können die genetische Veränderung nachweisen. Handelt es sich bei Ihrer Probe jedoch um ein stark verarbeitetes Material, in dem das Protein möglicherweise denaturiert wurde, sind Ihre Möglichkeiten auf DNA-Tests beschränkt.

3) Gibt es ein bestimmtes Merkmal in meiner Probe? Ist sie GVO-frei? Was genau müssen Sie wissen?

Manchmal ist es notwendig, eine Probe auf bestimmte Merkmale zu testen, um festzustellen, ob sie Pflanzen enthält, die in bestimmten Regionen nicht zugelassen sind. Es kann auch notwendig sein, festzustellen, ob die Probe unabhängig von einem bestimmten Merkmal völlig frei von GVO ist. Um auf das Vorhandensein eines bestimmten GVO zu testen, ist es wichtig zu wissen, welche Proteine in dem betreffenden GVO exprimiert werden. Diese Informationen erhalten Sie vom Hersteller oder von Quellen wie der ISAAA-Webseite (http://www.isaaa.org/), auf der alle zugelassenen GVOs aufgeführt sind. Der nächste Schritt besteht darin, das gewünschte Testformat (PCR, ELISA oder LFD) auf der Grundlage der gewünschten Spezifität, der Zeit bis zum Ergebnis, der Art des Materials und der verfügbaren Laborausrüstung zu bestimmen. Analysten müssen hier vorsichtig sein, denn es gibt viele GVO-Produkte, die nicht nur ein eingefügtes Gen enthalten, sondern mehrere (so genannte "stacked events"). Wenn Sie also auf einen bestimmten GVO testen wollen, müssen Sie auf alle eingefügten Gene (oder exprimierten Proteine) testen, die mit dieser bestimmten Pflanze verbunden sind. Eine andere Strategie für GVO-Tests besteht darin, festzustellen, ob die Pflanze überhaupt GVO-Material enthält. Diese Art von Test ist nicht spezifisch für ein bestimmtes Ereignis. Um festzustellen, ob eine Probe völlig frei von GVO ist, reicht es aus, nur auf ein Ereignis jeder Pflanze zu testen. Dies ist auch bei GVO-Pflanzen mit mehreren Ereignissen wirksam, da der Nachweis eines einzigen Ereignisses ausreicht, um das Vorhandensein eines GVO zu beweisen. Alle drei Techniken sind für diese Art von Test geeignet. Die PCR würde die größte Reichweite bieten, da zum Beispiel der NOS-Terminator oder der 35S-Promotor sehr häufig eingefügt werden. Beim Test mit LFD-Streifen kann ein Kombinationsstreifen mehrere Proteine auf einmal nachweisen. Diese beiden Ansätze hängen einzig und allein von den Bedürfnissen des Kunden ab, denn für einige ist es vielleicht wichtiger, ob die Pflanze GVO-frei ist (z.B. in einem Land, in dem der Anbau verboten ist, in dem aber möglicherweise illegal angebaut wird). Andere möchten vielleicht genau wissen, welche Pflanze sie angepflanzt haben.

4) Wie können Sie die richtige Testmethode wählen, wenn Sie andere Faktoren wie die Testumgebung berücksichtigen?

Ein weiterer Faktor, der bei der Wahl des richtigen Testformats eine Rolle spielt, ist die Testumgebung. Stehen Ihnen ein Labor und geschultes Personal zur Verfügung oder möchten Sie lieber einen Schnelltest durchführen, für den keine Laborausrüstung erforderlich ist? Tabelle 1 fasst die verfügbaren Testformate und ihre Vor- und Nachteile zusammen. Lassen Sie uns die Tabelle Schritt für Schritt durchgehen. Als Referenzmethode für GVO-Tests ist die PCR die geeignetste Methode, wenn Sie jegliches verarbeitetes Material testen möchten. Diese Technik bietet auch den höchsten Grad an Empfindlichkeit und weist praktisch jeden GVO nach. Ein wesentlicher Nachteil ist jedoch, dass eine Laborausrüstung und geschultes Personal erforderlich sind. Für die Durchführung einer PCR, insbesondere wenn eine Quantifizierung erwünscht ist, sind exakte Pipettierfähigkeiten unerlässlich, da ungenaues Pipettieren zu falschen oder nicht schlüssigen Ergebnissen führen kann. Der größte Vorteil eines ELISA ist die Möglichkeit, mehrere Proben gleichzeitig zu testen. Dies ist wichtig, wenn Sie Einzeltests durchführen möchten. Da es sich jedoch um einen proteinbasierten Test handelt, kann er nur für Rohmaterialien verwendet werden. Wenn Sie alle drei Techniken in Bezug auf die Zeit bis zum Ergebnis vergleichen, ist LFD die schnellste Methode. LFD-Streifen können vor Ort verwendet werden und erfordern keine ausgefeilte Instrumentierung. Wenn Sie also eine eingehende Lieferung testen wollen und schnelle Ergebnisse benötigen, wäre es sehr vernünftig, sich für einen LFD-Test zu entscheiden, da die Ergebnisse innerhalb von 10 Minuten vorliegen; es wird kein Laborpersonal und wenig Ausrüstung benötigt. Diese Technik erfordert auch keine Laborkenntnisse, da das Verfahren so konzipiert ist, dass es einfach anzuwenden ist. Welche Methode ist also die beste? Ihre Entscheidung hängt letztlich von der gewünschten Zeit bis zum Ergebnis und den Einrichtungen, der Ausrüstung und dem Personal ab, die Ihnen zur Verfügung stehen.