Ziel der Entwicklung

Die Fälschung von Produkten ist ein großes Problem im globalen Handel. Um Fälschungen zu erkennen und nachzuweisen, werden Verfahren gebraucht, mit denen Gegenstände und Materialien sicher markiert werden können. Markierungs­systeme können unter anderem auf der Basis von DNA entwickelt werden.
Die Markierung von Produkten zum Schutz vor zum Beispiel Piraterie ist bisher vor allem auf kleinvolumige Gegenstände ausgelegt. Ein kostengünstiges Verfahren zur Herstellung von großen Mengen DNA ermöglicht die Markierung von flächigem Material wie beispielsweise Leder, Kunstleder, Textilien und Papier.
Zur Entwicklung und Anwendung solcher Systeme werden große Mengen DNA gebraucht. Es besteht daher Bedarf, DNA in großem Maßstab preiswert herzu­stellen.
Die biotechnologische Herstellung von DNA (in Form von Plasmiden) mit Hilfe von gentechnisch veränderten Mikro­organismen ist gut etabliert und relativ kosten­günstig. Bisher wird die hergestellte DNA für medizinische Zwecke verwendet. Aus Sicherheits­gründen können die verwendeten Stämme nicht für die Produktion von DNA zur Markierung von Material eingesetzt werden.
Im Projekt sollten deshalb ein neuer bakterieller Produktions­stamm, Produktions­plasmide und ein Verfahren für die Herstellung großer Mengen spezifischer DNA-Markierungs­moleküle entwickelt werden.

Vorteile und Lösungen

Es wurden 20 DNA-Markierungs­moleküle ausgewählt und die Nachweis­barkeit mit den designten Primern bestätigt. Die Moleküle konnten über das PCR-Verfahren, nicht aber über die Integration in ein Plasmid vermehrt werden. Damit lassen sich klein­technische Versuche, nicht aber die groß­volumige Markierung von Produkten realisieren. Zur Entwicklung eines Verfahrens wurde das Wachstum plasmid­tragender E. coli-Stämme und ihre Plasmid­produktion unter verschiedenen Bedingungen analysiert. Es wurde unter anderem der Einfluss des Mediums, der Kohlen­stoff­quelle und des Temperatur­regimes untersucht. Die erzielten Plasmid­ausbeuten entsprachen den Mengen, wie sie für Schüttel­kolben­versuche durch­schnitt­lich erreicht werden. In diesen Versuchen enthielten die Plasmide nicht die gewünschte DNA. Die Versuche können jedoch als Basis für die Entwicklung von Fermentations­prozessen genutzt werden. Da es im Lauf des Projektes trotz zahl­reicher Versuche mit unter­schied­lichen Methoden nicht gelang, die Plasmide mit Ziel-DNA zu konstruieren, konnte der letzte Schritt, die Deletion eines essen­tiellen Gens und die Stamm­konstruktion, nicht durch­geführt werden. Die Entwicklung eines Verfahrens zur Herstellung großer Mengen DNA-Markierungs­moleküle blieb deshalb unvoll­ständig.

Zielgruppe und Zielmarkt

Die Markierung von Produkten zum Schutz vor zum Beispiel Piraterie ist bisher vor allem auf kleinvolumige Gegenstände ausgelegt. Ein kostengünstiges Verfahren zur Herstellung von großen Mengen DNA ermöglicht die Markierung von flächigem Material wie beispielsweise Leder, Kunstleder, Textilien und Papier. Damit eröffnen sich für Produzenten der DNA neue Zielmärkte. Produzenten sind vor allem kleine und mittlere Unternehmen, die in der weißen oder industriellen Biotechnologie angesiedelt sind. In der weißen Biotechnologie werden Industrieprodukte, zum Beispiel Chemikalien oder Lebensmittel, mit nachhaltigen biotechnologischen Verfahren erzeugt. Dabei werden Zellen (oft Mikroorganismen) oder Enzyme eingesetzt.
Die Ausstattung eines Produktes mit einer Markierung ermöglicht Herstellern von flächigen Produkten aus Leder und Kunstleder eine verbesserte Rückverfolgbarkeit der markierten Produkte und damit eine Kosteneinsparung durch die Zurückweisung von ungerechtfertigten Reklamationsansprüchen. Weiterhin lassen sich Verbesserungen des Qualitätsmanagements im Produktionsprozess erzielen, wenn Produkte eindeutig verfolgbar sind. Bisher existiert kein Verfahren zur preiswerten biotechnologischen Produktion großer Mengen DNA für Markierungszwecke. Es besteht daher nach wie vor Bedarf für ein geeignetes Produktionsverfahren.