Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGBUnternehmen in Landwirtschaft, Lebensmittelproduktion und Kosmetik stehen vor der Aufgabe, mikrobiologische Sicherheit zuverlässig zu gewährleisten, ohne Produktqualität, Sensorik, erwünschte Mikroorganismen oder nachhaltige Rezepturkonzepte unnötig zu beeinträchtigen. Klassische Maßnahmen wirken häufig zu breit und stoßen an Grenzen, wenn es darum geht, einzelne Problemkeime gezielt zu kontrollieren. Das Fraunhofer IGB bietet einen spezifischen biologischen Lösungsansatz: Bakteriophagen werden gezielt gegen bakterielle Kontaminanten isoliert, charakterisiert und zu passenden Anwendungskonzepten weiterentwickelt. Dadurch lassen sich unerwünschte Bakterien selektiv reduzieren, während Starterkulturen, Probiotika, natürliche Mikrobiota oder empfindliche Produktmerkmale möglichst erhalten bleiben.
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Bakteriophagen zur gezielten Kontrolle bakterieller Kontaminanten
Mikrobiologische Sicherheit von Lebensmitteln und Kosmetika
In Landwirtschaft, Lebensmittelproduktion und Kosmetik müssen für Produkte und Prozesse definierte mikrobiologische Anforderungen eingehalten werden. Häufig stehen dabei konkrete Problemkeime im Vordergrund – etwa Pathogene oder Verderbniserreger, die in bestimmten Rohstoffen, Prozessen oder Produktkategorien immer wieder auftreten.
In vielen Fällen ist nicht eine »generelle Keimreduktion« das Ziel, sondern die gezielte Kontrolle einzelner Bakterienspezies oder -gruppen, zum Beispiel:
- Pathogene und Verderbniserreger in Agrar- und Post‑Harvest‑Ketten,
- unerwünschte Bakterien in Lebensmitteln, bei denen Geschmack, Geruch und Konsistenz erhalten bleiben müssen,
- unerwünschte Bakterien in Produkten mit Starterkulturen oder Probiotika, ohne diese erwünschten Kulturen zu beeinträchtigen,
- bakterielle Kontaminationen in Rohstoffen, Produktionsanlagen und bei der Abfüllung reduzieren – insbesondere bei kosmetischen Produkten mit geringem Konservierungsmitteleinsatz.
Limitierungen klassischer Maßnahmen zur Keimreduktion
Klassische Maßnahmen wie Breitband‑Konservierung, Desinfektion, Hitze oder pH‑Anpassung sind technisch etabliert, stoßen aber in der Praxis auf verschiedene Grenzen:
- Sie wirken unspezifisch und beeinflussen häufig auch erwünschte Mikroorganismen (z. B. Starterkulturen, Probiotika, nützliche Pflanzenmikroben).
- Sie lassen sich nicht in jeder Matrix oder Rezeptur in beliebiger Intensität einsetzen, ohne Produktqualität, Sensorik oder technologische Funktion zu beeinträchtigen.
- In bestimmten Anwendungen besteht der Wunsch, den Einsatz bestimmter chemischer Stoffe zu begrenzen oder gezielt zu ersetzen, etwa in Bio‑Produkten, Naturkosmetik oder »Clean‑Label«-orientierten Sortimenten.
Klassische Maßnahmen sind in vielen Anwendungen wirksam und unverzichtbar. Bakteriophagen können sie dort gezielt ergänzen, wo einzelne bakterielle Kontaminanten selektiv kontrolliert werden sollen.
Unser Lösungsansatz: Bakteriophagen zur selektiven Inaktivierung von Bakterien
Bakteriophagen (Phagen) sind hochspezifische Viren, die nur Bakterien befallen. Sie können gezielt Problemkeime angreifen, während erwünschte Mikroorganismen und die natürliche Mikrobiota erhalten bleiben. Das Fraunhofer IGB entwickelt, isoliert und charakterisiert Phagen als chemiefreie, biologische Werkzeuge zur gezielten Reduktion unerwünschter Bakterien in Agrarwirtschaft, Food und Kosmetik.
Unser Phagen-Screening- und Entwicklungsworkflow umfasst:
- Gezielte Isolierung und Screening
- Gewinnung lytischer Phagen aus natürlichen Quellen (z. B. Abwässer, Böden, Lebensmittelumgebungen, Pflanzenoberflächen) gegen Ihre spezifischen Problemkeime
- Primär-Screening (Lysenachweis) auf bereitgestellten Zielstämmen
- Charakterisierung für den praktischen Einsatz
- Bestimmung der Wirtsspezifität (Host-Range): Welche Bakterienstämme werden erfasst, welche bleiben unbeeinträchtigt?
- Prüfung der Stabilität in der Zielmatrix (Lebensmittel, kosmetische Formulierung, Pflanzenoberfläche etc.)
- Analyse der Lyse-Effizienz unter praxisnahen Bedingungen
- Sicherheitsanalyse durch Genomsequenzierung (keine Toxine, keine Antibiotikaresistenz-Gene, keine Lysogenie-Marker)
- Phagen-Cocktails und Formulierung
- Zusammenstellung maßgeschneiderter Phagen-Cocktails, um ein breiteres Spektrum relevanter Bakterienstämme abzudecken
- Beratung zur Integration in bestehende Prozesse (z. B. Sprühbehandlungen, Eintauchprozesse, Einmischung in Produkte) und zu geeigneten Formulierungen
Je nach Fragestellung entwickeln wir charakterisierte Phagenkandidaten und Phagen-Cocktails als mögliche Ergänzung bestehender Hygiene-, Konservierungs- oder Prozesskonzepte.
Vorteile der Phagen-Technologie
Hochspezifisch und schonend
Phagen greifen nur ausgewählte Zielbakterien an. Die übrige Mikrobiota des Produkts oder Systems bleibt weitgehend erhalten – ideal z. B. bei fermentierten Lebensmitteln oder naturbasierten Formulierungen.
Chemiefrei und nachhaltig
Der Einsatz von Phagen hinterlässt keine Rückstände klassischer Konservierungsstoffe, vermeidet den Einsatz breit wirkender Desinfektionschemie und unterstützt damit »Clean‑Label«‑ und Bio-Konzepte.
Branchenspezifisch optimiert
Wir passen unsere Phagenformulierungen spezifisch an die Anforderungen von Agrar-/Landwirtschaft (Pflanzengesundheit, Post-Harvest), Food (Haltbarmachung, Produktsicherheit) oder Kosmetik (natürliche Konservierung, sensibler Hautkontakt) an.
Sicherheitsgeprüfte Phagen
Für unsere Phagenlösungen wählen wir strikt lytische Phagen aus. Durch vollständige Genomsequenzierung zur Identifizierung unerwünschter Gene schließen wir das Vorkommen von Toxinen, Resistenzfaktoren oder von Lysogenie aus.
Ganzheitliche Unterstützung aus einer Hand
Mit unserem Know-how decken wir am Fraunhofer IGB den kompletten Prozess ab – von der Problemdefinition über das Screening und die Charakterisierung bis zur Empfehlung von Cocktails und zur anwendungsnahen Validierung – ergänzt durch weitere IGB-Kompetenzen (Formulierung, Stabilität, Prozessentwicklung).
Anwendungsfelder
Agrar & Pflanzenbau
- Biologische Kontrolle bakterieller Pflanzenkrankheiten im Feld.
- Reduktion bakterieller Verderbniserreger in Post-Harvest-Prozessen (z. B. beim Waschen, Lagern oder Verpacken).
- Zielgerichtete Beeinflussung und Reduktion bakterieller Biofilme auf Pflanzenoberflächen sowie in Bewässerungs- und Post-Harvest-Anlagen.
Food & Getränke
- Gezielte Reduktion von Pathogenen und Verderbniskeimen (z. B. Listeria, Salmonella, Pseudomonas) in Fleisch- und Milchprodukten, pflanzlichen Alternativen oder Ready-to-Eat-Produkten.
- Verlängerung der Haltbarkeit mit gezielter Bakterienkontrolle – insbesondere in Produkten mit sensibler Sensorik oder aktiven Kulturen.
- Einsatz gegen biofilmbildende Bakterien auf Prozess- und Anlagenoberflächen (z. B. Tanks, Leitungen, Abfüllanlagen) als Ergänzung zu Reinigung und Desinfektion.
Kosmetik & Naturkosmetik
- Biologische Kontrolle unerwünschter bakterieller Kontaminanten in sensiblen, chemiereduzierten Formulierungen.
- Unterstützung natürlicher bzw. chemiereduzierter Konservierungskonzepte bei gleichzeitig hoher mikrobiologischer Sicherheit.
- Reduktion biofilmbildender Bakterien in Produktionsumgebungen, z. B. in Rohrleitungen, Misch- und Füllanlagen.
- Einsatz überall dort, wo spezifische Bakterien biologisch kontrolliert werden sollen, z. B. in Fermentationsprozessen, Probiotika-Produktion oder in Produkt- und Prozesshygiene.
- Zielgerichtete Kontrolle bakterieller Biofilme in technischen Systemen, etwa in Wasser-, Kühl- oder Prozesskreisläufen.
Weitere Bereiche
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Leistungsangebot und Zusammenarbeit
Ihr Partner für Phagen-Technologien
Das Fraunhofer IGB entwickelt für Kunden aus unterschiedlichen Branchen Phagen für spezifische Fragestellungen. Der Schwerpunkt liegt darin, Bakteriophagen gezielt als maßgeschneidertes Werkzeug für den jeweiligen Einsatz zu nutzen. Anwendungsfokus ist der Einsatz von Bakteriophagen zur gezielten Keimreduktion. Leistungen sind hierbei die Identifikation, das Engineering, die Kultivierung, Lagerung und Formulierung von Phagen.
Leistungsangebot im Überblick
- Isolierung und Screening lytischer Phagen gegen branchenspezifische Problemkeime (Agrar, Food, Kosmetik)
- Host-Range-Analysen (Wirtsbereich) und Bestimmung der Lyse-Effizienz
- Stabilitätsprüfungen und Wirksamkeitstests in relevanten Matrizes (Lebensmittel, kosmetische Produkte, Pflanzenoberflächen)
- Genomsequenzierung und bioinformatische Sicherheitsbewertung der Phagen
- Entwicklung maßgeschneiderter Phagen-Cocktails mit definiertem Wirkspektrum
- Beratung zu Formulierung, Prozessintegration und anwendungsnaher Validierung
- Verknüpfung mit weiteren IGB-Kompetenzen (z. B. Bioprozessentwicklung, Formulierung, Stabilitätsstudien)
Zusammenarbeit – Vorgehen Schritt für Schritt
Eine Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IGB ist modular aufgebaut und orientiert sich an Ihrer konkreten Fragestellung.
Typische Ausgangsfragen
- Wir möchten bestimmte Problemkeime in Produkt oder Prozess biologisch bekämpfen – welche Rolle können Phagen hier spielen?
- Gibt es Phagen, die gezielt gegen unsere Bakterienstämme wirken, ohne erwünschte Mikroorganismen zu beeinträchtigen?
Ablauf in der Praxis (Beispiel):
- Klärung der Zielsetzung Gemeinsame Definition der Zielbakterien, Zielmatrix und der gewünschten Wirkung (z. B. Reduktion eines Pathogens um eine bestimmte Stufe, Erhalt bestimmter Starterkulturen).
- Machbarkeits- und Screening-Phase Isolierung und Screening geeigneter Phagen gegen Ihre Zielstämme, erste Einschätzung zu Spezifität, Wirksamkeit und Stabilität.
- Vertiefte Charakterisierung Ausgewählte Phagen werden detailliert charakterisiert (Host-Range, Lyse-Effizienz, Stabilität, Genom-Analyse).
- Entwicklung von Phagen-Cocktails und Applikationskonzepten Konzeption maßgeschneiderter Phagen-Cocktails und Vorschläge zur Integration in Ihren Prozess bzw. Ihr Produkt.
- Anwendungsnahe Tests und Skalierung Validierung in praxisnahen Versuchen; auf Wunsch Begleitung bei weiteren Schritten (z. B. Formulierung, Scale-up, Vorbereitung regulatorischer Dokumentation).
Kommen Sie mit Ihren Fragen gerne auf uns zu. In einem ersten unverbindlichen Gespräch klären wir Ihre Fragestellungen und erörtern Lösungsmöglichkeiten. Wir freuen uns auf Ihren Anruf oder Ihre E-Mail.
Ausstattung
Ausstattung
- BSL‑2-Laboratorien für Arbeiten mit Bakterien und Bakteriophagen
- Infrastruktur für Hochdurchsatz-Screening (Lyse- und Host-Range-Tests)
- Plattformen für Genomsequenzierung und bioinformatische Auswertung
- Labore für Stabilitätsprüfungen und Tests in anwendungsnahen Matrizes
- Einrichtungen für Prozessentwicklung und Scale-up in Zusammenarbeit mit weiteren IGB-Bereichen
FAQ
Hier finden Sie Antworten auf häufig gestellte Fragen.
Was sind Bakteriophagen und wie wirken sie?
Bakteriophagen (Phagen) sind Viren, die ausschließlich Bakterien infizieren. Ein Phage bindet an eine passende Bakterienzelle, schleust sein Erbgut ein und nutzt den Stoffwechsel des Bakteriums zur Vermehrung. Am Ende platzt die Zelle auf (Lyse), und neue Phagen werden freigesetzt.
Für Anwendungen in Agrar, Food und Kosmetik werden bevorzugt lytische Phagen genutzt, die diesen Zyklus konsequent durchlaufen und Bakterien gezielt abbauen.
Worin unterscheiden sich Phagen von klassischen Maßnahmen wie Konservierungsstoffen oder Antibiotika?
- Spezifität: Phagen sind in der Regel eng auf bestimmte Bakterienarten oder -stämme ausgerichtet. Damit können gezielt Problemkeime adressiert werden, während andere Mikroorganismen – z. B. Starterkulturen oder Probiotika – weitgehend unbeeinträchtigt bleiben.
- Wirkprinzip: Phagen vermehren sich nur dort, wo passende Wirtsbakterien vorhanden sind, und werden anschließend mit abgebaut.
- Einsatzkontext: Phagen können vorhandene Strategien (Reinigung, Desinfektion, Konservierung) ergänzen, insbesondere wenn eine selektive Bakterienkontrolle gewünscht ist oder Rezepturen/Prozesse nur begrenzt chemisch angepasst werden können.
Was bedeutet Phagen-Screening?
Unter Phagen‑Screening verstehen wir die systematische Suche nach geeigneten Phagen gegen Ihre spezifischen Problemkeime.
Typischer Ablauf des Screenings:
- Sie definieren Zielbakterien und Matrix (z. B. Lebensmittel, Pflanzenoberfläche, kosmetische Formulierung) und stellen repräsentative Bakterienstämme bereit.
- Aus passenden Umweltproben reichern wir Phagen an, die spezifisch diese Bakterien infizieren können.
- In Laborversuchen wird geprüft, welche Phagenkandidaten Ihre Zielstämme lysieren und wie effizient dies geschieht.
- Geeignete Kandidaten werden weiter charakterisiert (Host‑Range, Stabilität, Genom, Sicherheit) und können zu Phagen‑Cocktails kombiniert werden.
Wie wird die Spezifität (Host Range) von Phagen geprüft?
Die Spezifität wird getestet, indem Phagen gegen ein Panel unterschiedlicher Bakterienstämme eingesetzt werden:
- Zielstämme aus Ihrem Produkt oder Prozess (unterschiedliche Isolate, Produktionschargen etc.),
- bei Bedarf auch Stämme, die erhalten bleiben sollen (z. B. Starterkulturen, Probiotika, nützliche Pflanzenmikroben).
Aus den Ergebnissen entsteht eine Host‑Range‑Matrix, die zeigt,
- welche Stämme zuverlässig lysiert werden,
- bei welchen Stämmen kein Effekt beobachtet wird,
- ob erwünschte Mikroorganismen verschont bleiben.
Wie wird die Sicherheit der Phagen bewertet?
Für einen möglichen Einsatz in Agrar, Food und Kosmetik werden Phagen umfassend charakterisiert:
- Lytischer Lebenszyklus: Es werden ausschließlich strikt lytische Phagen eingesetzt. Hinweise auf Lysogenie (Integration in das bakterielle Genom) führt zum Ausschluss des Phagen.
- Genomsequenzierung: Die Genome ausgewählter Phagen werden vollständig sequenziert und bioinformatisch analysiert, um unerwünschte Gene (z. B. Toxine, bekannte Resistenzfaktoren, Lysogenie‑Marker) zu identifizieren und auszuschließen.
- Hostrange-Analyse: die isolierten Phagen werden hinsichtlich Ihrer Spezifität und Unbedenklichkeit für nicht Zielbakterien untersucht.
Können Phagen auch gegen Biofilme eingesetzt werden?
Ja, bestimmte Phagen können biofilmbildende Bakterien adressieren. Im Screening kann gezielt nach Phagen gesucht werden, die:
- Bakterien in Biofilmen auf Oberflächen (z. B. Anlagen, Leitungen, Post‑Harvest‑Anlagen) lysieren,
- Biofilme in Kombination mit üblichen Reinigungs‑ und Desinfektionsschritten erleichtert abbaubar machen.
Wie stabil sind Phagen in Produkten oder Prozessen?
Die Stabilität ist matrix‑ und phagenspezifisch und wird experimentell bestimmt:
- Test unter typischen Bedingungen (Temperaturprofile, pH‑Wert, Wasseraktivität, Rezepturbestandteile)
- Prüfung der Wirksamkeit nach Lagerung oder Prozessschritten (z. B. Kühlung, bestimmte Produktionsschritte)
Auf Basis dieser Daten lassen sich geeignete Anwendungsfenster und Formulierungsansätze ableiten, z. B. für Sprühanwendungen, Kurzzeit‑Behandlungen oder Einmischung in bestimmte Prozessschritte.
Was erhalten wir am Ende eines Phagen-Projekts?
Je nach Aufgabenstellung können Ergebnisse u. a. umfassen:
- identifizierte Phagenkandidaten mit Host‑Range‑Profil,
- Daten zur Lyse‑Effizienz und Stabilität in relevanten Matrizes (inkl. Biofilm‑Modellen, falls untersucht),
- eine Zusammenfassung der Sicherheitsbewertung (Genom‑Analyse, lytischer Charakter),
- Vorschläge für mögliche Phagen‑Cocktails und Applikationskonzepte,
- Empfehlungen für weitere Schritte (z. B. vertiefende Validierung, Formulierung, Prozessintegration).