Bio-Hähnchen aus Freilandhaltung oder Massentierhaltung? Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums (DKFZ) haben eine neue Nachweismethode entwickelt, die solche Haltungsunterschiede aufdecken kann. Die sogenannte epigenetische Methode basiert auf der Analyse der charakteristischen Muster chemischer Marker auf dem Genom der Tiere.
Wurde der Lachs zum Abendessen mit Freunden wirklich wild gefangen oder stammt er aus Aquakultur? Was ist von der angeblichen „Biolabel-Qualität“ der Shrimps für den Seafood-Salat zu halten? Und durfte das Huhn für den Sonntagsbraten sein Leben wirklich im Freien verbringen?
Lebensmittelanalytische Labore können solche Fragen nur bedingt beantworten. Sie erfordern normalerweise zeitaufwändige Tests, die mehrere verschiedene Assays kombinieren. Eine möglicherweise einfachere Lösung stellt nun ein Team um Frank Lyko vom DKFZ zusammen mit Kollegen des Chemiekonzerns Evonik vor. Ihr neuer Ansatz: Sie analysieren den charakteristischen Fingerabdruck chemischer Marker auf dem Genom von Tieren.
„Die Frage nach der Herkunft von Lebensmitteln wird für Verbraucher immer mehr zum Kaufargument – gerade bei tierischen Produkten und damit auch zum Wohl der Tiere“, sagt Lyko. „Wir haben jetzt ein erstaunlich sensitives Nachweisverfahren etabliert, das viele der für das Tierwohl relevanten Umweltfaktoren abbildet.“
Unser genetisches Material, die DNA, ist übersät mit Millionen chemischer Marker. Das sind sogenannte Methylgruppen, die wichtige biologische Funktionen erfüllen. Sie entscheiden, welche Gene in Proteine übersetzt werden.
Im Gegensatz zur lebenslang stabilen Abfolge von DNA-Bausteinen können die Methyl-Markierungen wieder angebracht oder wieder entfernt werden. Dies geschieht in Anpassung an biologische Erfordernisse. Beim Menschen verändert sich beispielsweise das Methylmuster, das sogenannte „Methylom“, im Krankheits- oder Altersverlauf. Die Gesamtheit dieser reversiblen Kontrollelemente auf dem Genom wird als Epigenetik bezeichnet.
Der Einfluss von Umweltfaktoren auf das Methylom ist nicht immer einfach nachzuweisen. Das Labor von Frank Lyko am DKFZ hat im Marmorkrebs einen idealen Modellorganismus gefunden, um umfassende Expertise zu dieser Frage zu sammeln: „Alle Marmorkrebse haben ein identisches Genom, sind also ein einziger Klon Methylierungsmuster wird nicht durch abweichende genetische Faktoren verfälscht“, erklärt Biologin Lyko.
Für die Methylom-Analyse verwenden die Forscher eine spezielle DNA-Sequenzierungstechnik, mit der sie jeden methylierten DNA-Baustein identifizieren können. Lyko und Kollegen konnten so Populationen von Marmorkrebsen aus verschiedenen Teilen der Welt eindeutig identifizieren. Sie konnten Tiere aus sauberen oder eutrophen Gewässern oder aus Laborhaltung unterscheiden. Den Forschern gelang es außerdem, den zeitlichen Verlauf der Anpassung des Methylierungsmusters beim Wechsel zwischen zwei Haltungsformen zu verfolgen.
Ermutigt durch diese eindeutigen Ergebnisse weitete das Team die Methylomanalysen erfolgreich auf Tiere aus, die Teil der menschlichen Ernährung sind. Sie haben dieses Projekt gemeinsam mit Kollegen von Evonik durchgeführt.
Die Forscher konnten Garnelen aus verschiedenen Aufzuchtanlagen unterscheiden. Das Methylom von Lachsen aus langsam fließenden Flüssen unterscheidet sich von dem ihrer Artgenossen, die in Gebirgsbächen lebten. Bei Hühnern beeinflussten der Betrieb und sein Futterangebot das Methylierungsmuster. „Die Umwelt- und Lebensbedingungen hinterlassen im Methylom aller untersuchten Organismen einen spezifischen Fingerabdruck. Dieser fällt bei einem Freilandhuhn anders aus als in einer Massentierhaltung“, sagt Frank Lyko.
„Methyl-Fingerabdrücke könnten die Möglichkeiten der Lebensmittelanalytik als wichtiger Biomarker erweitern“, sagt DKFZ-Forscherin Sina Tönges, eine der Autorinnen der Studie. „Allerdings ist die Sequenzierung, wie wir sie in dieser Studie angewendet haben, ein aufwändiges Verfahren, das in der Lebensmittelanalytik nicht routinemäßig durchgeführt werden kann. Deshalb entwickeln wir gemeinsam mit Evonik ein Testsystem für das Methylom-Fingerprinting, das auch flächendeckend Einzug in Labore halten kann .“
Die Arbeit wird in der Zeitschrift veröffentlicht Umwelt-Epigenetik.
Mehr Informationen:
Geetha Venkatesh et al, Kontextabhängige DNA-Methylierungssignaturen in Nutztieren, Umwelt-Epigenetik (2023). DOI: 10.1093/eep/dvad001