planar-YES-Labor-Testkit (Entwicklung zur Marktfähigkeit des planar-YES-Labor-Testkit)

• Forschungsstelle: BAFU
• Projektnummer: UTF 650.29.20

Schlüsselwörter (Deutsch)

wirkungsbasierter Test, Biotest, Dünnschicht-Chromatographie, Dünnschicht-Chromatographie, HPTLC-Platte, Hefe

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Im Vorgängerprojekt UTF 496.26.14 wurde der Biotest planar-YES (Yeast Estrogen Screen) zu einem breit anwendbaren praxistauglichen Test weiterentwickelt. Der Test kombiniert einen Biotest mit Dünnschicht-Chromatographie. In diesem Projekt soll das Testkit zu einem markttauglichen Produkt entwickelt werden. Seit der letzten Projektphase wurde die Firma planar4 gegründet. Sie entwickelt das Testkit weiter, betreibt und optimiert die Auswertungs-Software, berät die Anwender und wird das planar-YES-Labor-Testkit vertreiben. Zielgruppe sind Labors, die Umweltanalytik machen, aber keine mikrobiologische Ausstattung haben. Der wirkungsbasierte Test (WBT) weist mit Hilfe von Hefezellen die östrogene Aktivität in wässrigen Proben nach. Dafür wird die Wasserprobe auf eine HPTLC-Platte aufgetragen. Anschliessend wird der Testorganismus, eine modifizierte Hefezelle, aufgetragen und für eine bestimmte Zeit kultiviert. Sie bringt Banden mit östrogener Aktivität zum Leuchten. WBT erfassen auch Stoffe, die diese Aktivität aufweisen, aber keine Hormone sind (z.B. Weichmacher). Mögliche Anwendungen sind das Monitoring von Gewässern entlang des Fliessverlaufs oder die Qualitätsüberwachung bei Wasser, das in einem Betrieb im Kreislauf geführt wird. Die Testtechnologie kann später noch weiterentwickelt werden für andere Wirkungsmechanismen (z.B. Gentoxizität).

 

Das Projekt wurde aufgrund des Beitragsgesuchs vom 01.05.2020 an der Sitzung der Koko UT vom 11.06.2020 genehmigt.

Ergebnisse gemäss Vertrag (Deutsch)

1. Die Reagenzien sowie die Herstellung der Hefezellen und deren Versand sind optimiert. Deren Stabilität ist überprüft.
2. Das digitale Auswerte-Programm inkl. intuitiver Benutzeroberfläche steht bereit.
3. Die Arbeitsvorschrift liegt vor. Das ganze Verfahren ist validiert.
4. Die sicherheitstechnischen Vorgaben (insbesondere Einschliessungsverordnung ESV) sind abgeklärt, deren Einhaltung bei der späteren Produktion und Handhabung des planar-Yes-Testkits ist sichergestellt und alle notwendigen Bewilligungen sind eingeholt.
5. Ein Zwischenbericht mit Darstellung der erreichten Ergebnisse aus 3.1 bis 3.4 und dem weiteren Vorgehen ist redigiert und dem BAFU abgegeben. Meilenstein 1
6. Ein Schlussbericht mit Darstellung der Ergebnisse aus 3.1 bis 3.4 und dem weiteren Vorgehen ist redigiert und dem BAFU abgegeben
7. Textbausteine, Illustrationen und mindestens 3 Fotografien (genauere Angaben s. Beilage 3) für die Verwendung in öffentlichen Publikationen sind bereitgestellt und dem BAFU abgegeben.
8. Eine Präsentation der Ergebnisse mit entsprechender Power-Point Darstellung ist dem BAFU abgegeben und kann auf Nachfrage beim BAFU vorgetragen werden.

Projektziele (Deutsch)

Das planar-YES-Labor-Testkit liegt in markttauglicher Form und als validiertes Verfahren vor. Die sicherheitstechnischen Aspekte im Umgang mit modifizierten Hefezellen werden berücksichtigt. Die Auswertungssoftware kann in der Praxis eingesetzt werden.

Beschreibung der Resultate (Deutsch)

Wirkungsbasierte Methoden (WBM) sind grundsätzlich in der Lage, die biologischen Aktivitäten bestimmter Stoffgruppen, wie z.B. Östrogenität oder Gentoxizität, in komplex zusammengesetzten Proben – z.B. aus der Umwelt - bei sehr tiefen Konzentrationen zu messen. Besonders interessant sind in diesem Kontext die planar-chromatographischen Methoden (Kombination von Biotests mit Dünnschichtchromatographie), weil hier vorgängig eine Stofftrennung der Proben stattfindet. Damit sinkt die Gefahr, dass sich Substanzen in einer Probe gegenseitig in Wirkung oder biologischer Zugänglichkeit beeinflussen.

 

Das Start-Up «planar4», gegründet Dez. 2017, hat sich zum Ziel gesetzt, den planar-YES und andere wirkungsbasierte Tests zur Marktreife zu entwickeln und zu kommerzialisieren.

 

Im Projekt «planar-YES-Labor-Testkit» wurde ein wirkungsbasierter Biotest, der «Yeast Estrogen Screen» (YES), zu einem markttauglichen Produkt entwickelt. Zielgruppe des planar-YES-Labor-Testkit sind Laboratorien, die Analysengeräte zur Dünnschichtchromatographie in ihren Laboratorien haben und mikrobiologische Infrastruktur betreiben. Der Test kombiniert den YES Biotest mit Dünnschicht-Chromatographie und erlaubt es, Proben (z.B. aus Abwässern, Verpackungsmigraten oder Baustoffextrakten) mit grosser Empfindlichkeit auf östrogene Aktivität hin zu messen.

Das Testkit wurde intern validiert und Stabilitätsstudien der im Kit bis Verwendung gelagerten Reagenzien sowie ein Versandtest durchgeführt. Der Testkit wurde zuletzt an der ILMAC Basel 2023 der Öffentlichkeit an einem Messestand und in einem Start-up Pitch präsentiert.

Umsetzung und Anwendungen (Deutsch)

Im vorliegenden Projekt wurde ein versandfertiges Testkit entwickelt, validiert und eine standardisierte Arbeitsvorschrift verfasst. Zusätzlich wurde eine webbasierte Auswertungssoftware zur interaktiven Bildauswertung mit Bandenerkennung als «Cloud Anwendung» konzipiert und als minimal viable product (MVP) umgesetzt. Ein erster Entwurf eines interaktives Benutzerinterface steht zur Verfügung.

Eine interne  Validierung wurde durchgeführt – eine externe Validierung konnte mangels Partner mit entsprechender Laborausstattung noch nicht durchgeführt werden. Nähere Informationen zum Produkt sind bei www.planar4.ch verfügbar.

Weiteres Vorgehen (Deutsch)

Planare Wirkungsbasierte Methoden können die Sensitivität, verglichen mit existierenden WBM um einen Faktor 100 erhöhen (Bergman et al. 2020 https://doi.org/10.1007/s00216-020-02701-w, eigene Daten). Diese Eigenschaften machen sie zu kostengünstigen und ökotoxikologisch umfassenden Methoden zur Beurteilung der Wasserqualität, die mit chemischer Analytik oder mit herkömmlichen Biotests nicht erreichbar sind.

 

Der grösste Hinderungsgrund, der dem breiten Einsatz der WBM entgegensteht, ist das Fehlen einer regulatorischen Notwendigkeit. Diese Situation hat sich seit Beginn der Entwicklung planarer WBM nicht verändert. Gemäss einer kürzlich veröffentlichten Studie von Simon et al. (2022, https://doi.org/10.1016/j.envint.2021.107033 ) bietet die Überarbeitung der Liste der prioritären Stoffe in der EU Wasserrahmenrichtlinie jetzt die Möglichkeit, neben der chemisch-analytischen Überwachung von Einzelsubstanzen auch ganzheitlichere WBM einzubeziehen. Das in diesem Projekt entwickelte planar-YES-Testkit liesse sich relativ einfach auch für andere Wirkungsmechanismen (z.B. Gentoxizität) modifizieren, sobald die Tests obligatorisch sind.

 

Publikationen / Ergebnisse (Deutsch)

In diesem Projekt wurden bisher keine wissenschaftlichen Publikationen, sondern lediglich Vorträge und Poster an Tagungen veröffentlicht. Das fertige Testkit wurde an der ILMAC 2023 in Basel der Öffentlichkeit präsentiert.