Dezentrale Wasseranalyse Keimbelastung vor Ort analysieren – statt im Labor

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Fraunhofer ICT-IMM

Haus der Technik e.V.

TURCK GmbH

K.A. Schmersal GmbH & Co. KG

Mit der InBaDtec-Plattform präsentiert das Fraunhofer IMM ein vollautomatisiertes System für qPCR-basierte Wasseranalysen direkt beim Betreiber. Statt tagelangem Warten auf Laborergebnisse gibt es binnen maximal zwei Stunden Gewissheit über mikrobielle Belastungen.

Wenn Wasserproben heute auf mikrobiologische Belastungen untersucht werden, führt der Weg oft noch immer ins Labor: Probe entnehmen, transportieren, analysieren, Ergebnis abwarten. Genau diesen Ablauf will die „InBaDtec“-Plattform des Fraunhofer IMM grundlegend verändern. Das System bringt die Analyse dorthin, wo sie gebraucht wird – direkt an den Ort des Bedarfs.

Herzstück der Plattform ist eine vollautomatisierte Prozesskette, in der die Probenvorbereitung direkt im System erfolgt. Statt mehrerer manueller Arbeitsschritte übernimmt die Plattform die Verarbeitung der Wasserprobe selbstständig und bereitet sie für den qPCR-basierten Nachweis auf. Damit wird aus einem bislang laborgebundenen Verfahren eine kompakte, dezentrale Lösung, die schnelle Entscheidungen unmittelbar vor Ort ermöglicht. Die Zeit von der Probennahme bis zum Ergebnis beträgt etwa ein bis zwei Stunden. Gerade in der Wasserwirtschaft, in industriellen Prozessen oder in hygienisch sensiblen Umgebungen kann diese Zeitersparnis abhängig von der Kontamination entscheidend sein. Betreiber erhalten schneller Klarheit darüber, ob eine mikrobielle Belastung vorliegt, und können früher reagieren.

Offen für marktübliche PCR-Systeme

Ein wesentlicher Vorteil dieser Entwicklung liegt im modularen Aufbau. Die Plattform ist so konzipiert, dass sie sich an unterschiedliche Anwendungen und Anforderungen anpassen lässt. Dazu gehört auch, dass das System mit handelsüblichen PCR-Geräten integrierbar ausgelegt werden kann. Für Betreiber bedeutet das mehr Flexibilität und geringere Einstiegshürden als bei geschlossenen Komplettsystemen, die nur innerhalb ihrer eigenen Gerätewelt funktionieren. Zugleich sinkt der personelle Aufwand deutlich: Die Analyse kann durch das Personal des Betreibers selbst durchgeführt werden. Es ist kein zusätzlich spezialisiertes Laborpersonal erforderlich. Gerade für Anwendungen, bei denen schnell reagiert werden muss, ist das ein entscheidender Schritt.

Etabliertes Verfahren identifiziert und quantifiziert Mikroorganismen

Für den Nachweis setzt die Plattform auf die weltweit etablierte qPCR. Das Verfahren eignet sich besonders dann, wenn bestimmte Mikroorganismen schnell, empfindlich und gezielt identifiziert und quantifiziert werden sollen. Im Vergleich zu klassischen kulturbasierten Verfahren liefert qPCR in vielen Fällen signifikant schneller Ergebnisse und ist deshalb vor allem für zeitkritische Anwendungen attraktiv, etwa bei hygienisch besonders relevanten Keimen. Ohne zusätzliche Viabilitätsstrategien kann jedoch nicht eindeutig zwischen lebensfähigen und nicht mehr lebensfähigen Zellen unterschieden werden.

Die fluoreszenzbasierte Durchflusszytometrie ist sehr schnell und besonders stark im Screening sowie in der Erfassung von Gesamtzell- und Intaktzell-Zahlen. Sie eignet sich grundlegend hervorragend für Trendbeobachtungen und Prozessüberwachung. Im direkten Vergleich zur qPCR ist sie jedoch oft weniger spezifisch, apparativ aufwendiger und nicht für alle Einsatzgebiete weltweit zugelassen.

Kulturbasierte Verfahren sind etabliert und regulatorisch vielfach verankert. Sie liefern Aussagen über kultivierbare Organismen, benötigen aber oft deutlich mehr Zeit und personellen Aufwand. Außerdem erfassen sie bestimmte lebensfähige, aber nicht kultivierbare Zellen nicht zuverlässig. Somit droht eine Unterschätzung der gefährlichen Keimbelastung.

Erweiterbar um die Differenzierung von VBNC-Zellen

An diesem Punkt eröffnet die „InBaDtec“-Plattform zusätzliche Perspektiven. Durch ihren modularen Aufbau kann sie perspektivisch bei Bedarf auch so erweitert werden, dass eine Unterscheidung zwischen lebensfähigen, aber nicht kultivierbaren Zellen (VBNC) und der Gesamtzellzahl möglich wird. Das ist insbesondere für Anwendungen relevant, in denen, wie zuvor erwähnt, klassische Kulturverfahren an ihre Grenzen stoßen, weil gesundheitlich relevante Zellen vorhanden sein können, ohne im Kultursystem sichtbar zu werden.

Dank des Plattformansatzes ist InBaDtec nicht nur eine Lösung für die dezentrale qPCR-Analytik, sondern kann zu einem anwendungsspezifisch erweiterten Gesamtsystem für verschiedene Einsatzgebiete ausgebaut werden. Dazu gehören Kühlwasser, Trinkwasser, Abwasser, Schwimm- und Badewasser, Bioreaktoren, Lebensmittel- und Getränkeindustrie und die Pharmazeutische Industrie.

„InBaDtec“ live auf der IFAT erleben: Halle B2, Stand 115.

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