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DNA-Analyse Kaschmir-Nachweis durch PCR-Analytik

Autor / Redakteur: Björn Seidel* und Gisela Böhle* / Dipl.-Chem. Marc Platthaus

Hundert Prozent Kaschmir – Realität oder leeres Werbeversprechen? Ein Herkunftsnachweis durch eine DNA-Analyse der Wolle verrät, ob im Pullover wirklich die kostbaren Flaumhaare der Kaschmirziege stecken oder ob der teure Rohstoff durch herkömmliche Schafwolle ersetzt wurde.

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Abb. 1: Warm, weich und hochwertig – Kleidung aus Kaschmirwolle. Mit einer neuen DNA-Analyse kann deren Echtheit untersucht werden.
Abb. 1: Warm, weich und hochwertig – Kleidung aus Kaschmirwolle. Mit einer neuen DNA-Analyse kann deren Echtheit untersucht werden.
( Archiv: Vogel Business Media )

Kleidung aus Wolle der Kaschmirziege ist nicht nur edel, sondern auch warm und weich und daher beim Konsumenten zunehmend gefragt. Da der Rohstoff teuer ist, gehen Experten inzwischen davon aus, dass bis zu 30 Prozent aller Kaschmir-Erzeugnisse auf dem Weltmarkt das Gütesiegel „100 Prozent Kaschmir“ zu Unrecht trägt. Doch wie können Beimischungen von Schafwolle oder synthetischen Fasern erkannt werden?

Stoffe und Gewebe werden derzeit meist mittels Raster-Elektronen-Mikroskopie auf Kaschmirwolle hin untersucht. Dabei sind die Anforderungen an Material, Technik und Personal hoch und nur wenige Laboratorien sind weltweit von der IWTO (International Wool Textile Organisation) für den Nachweis von Wollfasern zertifiziert. Entsprechend teuer ist eine Untersuchung auf mögliche Verfälschungen: zwischen 350 und 450 Euro kostet derzeit eine einzelne Analyse. Doch die mikroskopische Methode hat auch Vorteile. So ermöglicht sie die Quantifizierung und auch die Zugabe synthetischer Fasern lässt sich nachweisen.

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Entwicklung einer alternativen Methode

Jetzt entwickelt das Fraunhofer Institut für Molekularbiologie und Angewande Ökologie eine kostengünstigere und weniger aufwändige Alternative auf molekularbiologischer Basis, die es ermöglicht, mit einer einzigen Analyse gleichzeitig alle verarbeiteten Wollarten einer Probe nachzuweisen. Ein solcher Ansatz ließe sich standardmäßig von zahlreichen molekularbiologischen Laboratorien im Hochdurchsatz durchführen.

Die Grundlage des neuen Verfahrens stellt eine bereits 2002 vom Fraunhofer IME entwickelte Methode zur Tierartendifferenzierung dar, die seitdem erfolgreich zur Analyse von Lebensmitteln eingesetzt wird. Die Methode basiert auf der so genannten T-RFLP (Terminal Restriction Fragment Length Polymorphism), einer molekularen Fingerprint-Technik. Die T-RFLP wurde ursprünglich zur vergleichenden Analyse von Bakteriengemeinschaften im Boden entwickelt. Da sie fluoreszenzmarkierte Oligonukleotide verwendet, detektiert sie im Gegensatz zur herkömmlichen RFLP nur spezifisch markierte Genabschnitte. Mit degenerierten Universalprimern zur Speziesdifferenzierung lässt sich in Lebensmitteln die DNA von mehr als sieben Tierarten in einer einzelnen PCR-Probe nachweisen.

Geringe DNA-Konzentration sind problematisch

Ein Problem bei der DNA-Analyse von Wolle und Wollfasern besteht darin, dass in diesem Probenmaterial – anders als beispielsweise in Lebensmitteln – nur sehr geringe Mengen intakter DNA enthalten sind. Diese noch vorhandene DNA wird durch chemische und physikalische Verfahren, wie Bleichen oder Färben der Wolle, noch weiter zerstört. Um dennoch eine verlässliche T-RFLP-Analyse durchführen zu können, bedarf es einer Optimierung insbesondere der Probenvorbereitung (Zerkleinerung des Materials), der DNA-Extraktion und der PCR. Für die Zerkleinerung des Probenmaterials kam eine Kugelmühle zum Einsatz.

Vielversprechende erste Ergebnisse und Ausblick

Durch die verbesserte Probenzerkleinerung (Abb. 2) mittels Kugelmühle in Verbindung mit einer effizienten DNA-Extraktion ließ sich zwar DNA isolieren, die anschließende PCR lieferte jedoch keine zufrieden stellenden Ergebnisse. Mithilfe einer Nested-PCR konnte die Empfindlichkeit jedoch gesteigert und unterschiedliche Wollproben erfolgreich analysiert werden. So zeigt Abb. 3, dass auf diese Weise in einem Wollerzeugnis verarbeitete tierische Rohstoffe analysiert werden konnten. Auch andere Tierhaare wie beispielsweise Yak- oder Kamelfasern konnten mithilfe der neuen Methode in einer einzigen Reaktion nachgewiesen werden.

Trotz dieser vielversprechenden Ergebnisse besteht weiterhin Forschungsbedarf. So lässt sich beispielsweise DNA von Proben schwarzgefärbter Wolle derzeit noch nicht mittels PCR amplifizieren. Vermutlich wird die PCR bei diesen Proben durch Inhibitoren gestört, die sich bislang nicht ohne deutlichen Verlust an DNA entfernen lassen. Durch eine Modifikation der DNA-Extraktion wird nun versucht, auch aus schwarzgefärbten Proben DNA in ausreichender Qualität und Reinheit zu gewinnen. Auch im Hinblick auf die Quantifizierung der eingesetzten Rohstoffe sind noch weitere Forschungen notwendig. Hierzu wird das Fraunhofer IME mit einem chinesischen Partner kooperieren. Durch die Nested-PCR und die Auswertung mittels Kapillargelelektrophorese ist bisher lediglich eine semiquantitative Aussage über die verwendeten Inhaltsstoffe möglich. Die Zugabe interner Standards in Form genau definierter Spezies-DNA könnte eine exakte Quantifizierung möglich machen. Durch die Kooperation mit dem chinesischen Partner ist davon auszugehen, dass spätestens in zwei Jahren mit einem marktfähigen Kit gerechnet werden kann.

Hintergrund: Wann ist Kaschmir echt?

Nach dem U.S. Wool-Products-Labeling-Act von 1939 ist klar definiert, wann der Begriff Kaschmir verwendet werden darf:

  • Echte Kaschmirwolle muss aus den unteren Flaumhaaren der Kaschmirziege (capra hircus laniger) ausgekämmt werden.
  • Der durchschnittliche Durchmesser der Fasern soll 19 Mikrometer nicht überschreiten und
  • es dürfen nicht mehr als drei Gewichtsprozent von Kaschmirfasern enthalten sein, die einen Durchmesser von mehr als 30 Mikrometer aufweisen.

Von einem Tier lässt sich vergleichsweise wenig Wolle gewinnen, die diesen Anforderungen genügt. Häufig werden dem teuren Rohstoff daher synthetische Fasern oder recycelte Wolle beigemischt oder gar preisgünstige Schafwolle beziehungsweise die Wolle anderer Tiere verwendet. Und trotzdem: ausgelobt werden die Erzeugnisse meist mit 100 Prozent Kaschmiranteil.

*Fraunhofer Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie (IME), 57392 Schmallenberg

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