MyToolBox – Mykotoxin-Management - intelligent und integriert!

Was wäre, wenn es ein Instrument gäbe, mit dem man das Auftreten von Mykotoxinen in Getreidespeichern vorhersagen, relevante Wetterdaten analysieren, kontaminierte Pflanzen für andere Zwecke verwenden und Vorschriften besser einhalten könnte? Wissenschaftler haben sich an die Herausforderung gewagt: im Projekt „MyToolBox“. Die Gastautoren Birgit Poschmaier und Rudolf Krska berichten.

Die Europäische Union schätzt, dass 5-10% der weltweiten Pflanzenproduktion aufgrund von Mykotoxinverunreinigungen in der Tonne landet.1 Diese Verluste sorgen für hohe finanzielle Belastungen, nicht nur wegen der Ertrags- und Ernteausfälle, sondern auch durch die Inspektions- und Analysekosten. Extreme Wetterereignisse komplizieren die globale Mykotoxinlandschaft weiter, sodass Vorhersage- und Nachweismethoden erforderlich sind, um sich an diese neue und sich verändernde Realität anzupassen. Innovative Lösungen zur Bewältigung dieser neuen Herausforderungen sind unerlässlich und auch die Integration der vorhandenen Expertise und Fachkenntnisse ist ein wichtiger Baustein für alle Mitwirkenden entlang der Lebens- und Futtermittelkette, um das Mykotoxinproblem nachhaltig zu bekämpfen. Dies ist der Kern eines großen Projekts, das derzeit von der Europäischen Kommission finanziert wird: das MyToolBox-Projekt (Zuschussvereinbarung Nr. 678012).

Integration der Benutzerbedürfnisse in eine Online-Entscheidungshilfe

Durch die jahrzehntelange Forschung gibt es enorme Fortschritte beim Nachweis von Mykotoxinen in der gesamten Produktionskette von den Rohstoffen bis zu den von uns konsumierten Lebensmitteln. Natürlich wurden auch Methoden zur Verringerung des Risikos einer Mykotoxinkontamination entwickelt und in die Praxis umgesetzt. Diese reichen von der Ernteverwaltung bis zur Probenahme, Lagerung und Verarbeitung. Letztendlich spiegeln auch die Vorschriften einen Großteil dieses Wissens wider, wenn auch in einer Sprache und einem Format, die schwer zu verstehen und nachzuschlagen sind.

MyToolBox wandelt dieses Wissen in leicht verständliche Texte um, die den neuesten Stand der Datenerfassungstechniken widerspiegeln: Anstatt sich durch Listen von Mykotoxinen und deren Umgang in verschiedenen Kulturen zu wühlen, können MyToolBox-Benutzer zunächst die Kultur auswählen und dann herausfinden, wie die Mykotoxinbelastung in verschiedenen Produktionsstadien begrenzt werden kann. Zum Beispiel unterscheiden sich die EU-Höchstwerte für Deoxynivalenol (DON) in Weizenmehl zur Weiterverarbeitung von den Höchstwerten für DON in Rohweizen zur Weiterverarbeitung.

Außerdem ist die zulässige DON-Konzentration in Weizen für den menschlichen Verzehr niedriger als die von Weizen für Tierfutter. Die e-Plattform MyToolBox kehrt diesen Schwerpunkt um: Hier kommt zuerst die Kultur und anschließend kann der Benutzer für jeden Verarbeitungsschritt die maximal zulässige Mykotoxinkontaminationen einsehen – unterstützt durch neue Erkenntnisse aus speziellen Experimenten. Neben der Umwandlung vorhandener Informationen in leicht verständliche Formate dient MyToolBox auch als Entscheidungshilfe. Sie enthält zum Beispiel Echtzeit-Entscheidungshilfen für Landwirte und Leiter von Getreidespeichern, um schnell auf potenzielle Mykotoxinbedrohungen reagieren zu können.

Benutzerfreundliches Mykotoxin-Management für Landwirte

In Europa sind die am weitesten verbreiteten Mykotoxine in Weizen DON und Zearalenon (ZEN), die im Allgemeinen von Pilzen der Gattung Fusarium spp. produziert werden. In Mais sind die häufigsten Mykotoxine Fumonisine (FUM) und Aflatoxine (AF), die hauptsächlich von den Pilzen Fusarium spp. bzw. Aspergillus produziert werden. Unabhängig von der Verfügbarkeit und geschwächter Wirte oder Kulturen hängen die Pilzentwicklung und die Toxinproduktion weitgehend von Wetterparametern wie Temperatur und Feuchtigkeit ab. Es ist beispielsweise bekannt, dass warme Temperaturen und Regen während der Maisblüte das Risiko einer Aflatoxinkontamination in der Pflanze erhöhen. MyToolBox enthält Empfehlungen für Landwirte, die Weizen, Mais, Gerste und Hafer anbauen. Diese Empfehlungen reichen von der Behandlung von Ernterückständen und der Fruchtfolge über den Einsatz von Biopestiziden und resistenten Sorten bis hin zu einer Echtzeitunterstützung während der Vegetationsperiode.

Die Echtzeitunterstützung basiert auf Vorhersagemodellen von Wetterstationen in ganz Europa. In MyToolBox kann ein Landwirt zum Beispiel ein Feld markieren, die nächstgelegene Wetterstation auswählen und grundlegende Daten zur Kultur wie das Datum der Aussaat eingeben. Nach minimalen Aktualisierungen, wie dem Einsatz von Pestiziden oder Unkrautbekämpfung, erhält der Landwirt dann eine Risikokarte des Feldes, die ein geringes (grün), mittleres (gelb) oder hohes (rot) Risiko einer Mykotoxinbelastung in der Kultur anzeigt. In MyToolBox findet er dann Maßnahmen zur Verringerung dieses Risikos oder Optionen zum Umgang mit kontaminiertem Material sowie Warnungen und Empfehlungen.

Im Rahmen des Projekts testete MyToolBox die Wirksamkeit neuartiger Biopestizide, die die DON-Kontamination in Weizen (Großbritannien) und Hafer (Norwegen) mildern, sowie die Effektivität atoxigener Aspergillus-Stämme, die die Aflatoxine in Mais in Serbien eindämmen sollen. Letztere Methode erwies sich in ersten Versuchen als besonders erfolgreich. Ähnliche Ergebnisse wurden beim Einsatz lokaler atoxigener Aspergillus-Stämme in einigen Staaten Afrikas nachgewiesen. Obwohl der wirtschaftliche Wirkungsgrad noch weiter verbessert werden muss, erwies sich der Einsatzes atoxigener Stämme als eine wertvolle Methode zur Bekämpfung der Aflatoxinkontamination bei Mais in Europa.

Nutzung stark kontaminierter Kulturen

Wenn die Kontamination alle Höchstwerte überschreitet, auch denjenigen für Futtermittel, wurden alternative Verwendungsmöglichkeiten getestet, um ansonsten unbrauchbare Kulturen für einen anderen Zweck zu verwenden. Pilotexperimente zeigten, dass rekombinante Enzyme gleichzeitig bis zu 100% bzw. 90% von FB1 und ZEN abbauen können. Diese Biotransformation wurde durch die Bildung der nicht toxischen Abbauprodukte hydrolysiertes FB1 und hydrolysiertes ZEN bestätigt. Andererseits erwies sich auch die Biogasproduktion als sinnvoll, um stark kontaminierten Weizen und Mais für einen anderen Zweck zu verwenden: Obwohl die Methanproduktion leicht verzögert war, konnten keine signifikanten Unterschiede in der Methanausbeute zwischen stark und minimal kontaminiertem Substrat gefunden werden. Die Mykotoxinbelastung des Gärrestes lag unterhalb der Nachweisgrenze. Diese Ergebnisse wurden in die e-Plattform MyToolBox integriert, um Betriebsleiter, Leiter der Futtermittelproduktion und Leiter von Bioethanol-/Biogasanlagen gleichermaßen zu informieren.

Alarmsystem zur Überwachung von Getreidespeichern

Neben den Landwirten müssen auch die Leiter von Getreidespeichern die Sicherheit ihrer Kulturen überwachen, da sich Lagerpilze schnell ausbreiten und das gelagerte Getreide mit Mykotoxinen kontaminieren können. Die derzeitige Praxis im Getreidespeicher-Management besteht darin, die Temperatur und die relative Feuchtigkeit entweder periodisch oder aus der Ferne zu messen. Im Rahmen des MyToolBox-Projekts wurden Sensoren entwickelt, die CO2 als Frühwarnparameter verwenden. Durch die Einbeziehung von CO2 in das Vorhersagemodell kann eine potentielle Kontamination drei bis fünf Tage früher vorhergesagt werden, als mit rein temperaturempfindlichen Sensoren. Dies ermöglicht eine schnellere Reaktion auf die Gefahr einer Kontamination. Die MyToolBox-Sensoren alarmieren den Benutzer über einen potentiellen Anstieg von ZEN (für gelagerten Weizen) und Aflatoxin (für gelagerten Mais) in der Nähe bestimmter Sensorknoten im Getreidespeicher, sodass der Benutzer die Kontaminationsgefahr an einer bestimmten Stelle im Getreidespeicher lokalisieren kann.

Die Endnutzer beteiligen

Neben der Echtzeitprognose von Mykotoxinen auf Feldern und in Getreidespeichern wurde eine Gruppe potenzieller Endnutzer in den Niederlanden, Serbien, Italien, Großbritannien, der Türkei und Norwegen um ihr Feedback zu einer integrierten Mykotoxin-Management-Plattform gebeten. Um so viele Antworten wie möglich zu erhalten, wurde das Projekt sehr weit gestreut. Dies beinhaltete auch die gemeinsame Nutzung der Ergebnisse in Forschungsgemeinschaften und -programmen, um die Industrie und die Endbenutzer durch gezielte Workshops zu erreichen. Wir nutzten auch Präsentationen auf Messen und Konferenzen sowie Verbindungen zu anderen Netzwerken und Projekten (wie MycoKey und ISM) in Europa und China. Dies half uns nicht nur bei der Erstellung einer benutzerfreundlichen Plattform mit verwertbaren Informationen für die Zielgruppe, sondern auch bei der Risikobewertung.

Im Gegensatz zu früheren Projekten und Standards nutzt das MyToolBox-Projekt einen vollständig integrierten Multi-Akteur-Ansatz mit einem hohen Grad an Beteiligung der Endbenutzer, um die Probleme durch Mykotoxine in der Lebens- und Futtermittelkette zu lösen. Ein geringeres Mykotoxinrisiko bei Nutzpflanzen führt zu geringeren Verlusten entlang der Lebensmittelkette. Durch rückverfolgbare Informationen entlang der Lieferkette mit Hilfe der gängigen IT-Technologie wird MyToolBox einen wesentlichen Beitrag zur Gesundheit, Sicherheit und zum Wohlbefinden der Verbraucher leisten.

Quellen

1 Europäische Kommission (11. Dezember 2013). Biological contamination of crops and the food chain. Abgerufen unter: https://ec.europa.eu/info/funding-tenders/opportunities/portal/screen/opportunities/topic-details/sfs-13-2015.

Dieser Artikel wurde in unserem Spot On Magazin #11 veröffentlicht

Andere interessante Themen in dieser Ausgabe:

  • Anpassung der Methoden zum Schnellnachweis von Mykotoxinen an ein sich änderndes Klima

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