Zoologische Biobank per 2D-Barcode-Probentechnologie Wächter der Vergangenheit

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In den zoologischen Sammlungen dieser Welt lagern unzählige Behälter mit faszinierenden Inhalten: alten biologischen Proben. Das Problem: die Biobank-Proben wollen gepflegt und entsprechend katalogisiert werden, sonst sind sie für die Nachwelt in absehbarer Zeit wertlos. Bei der Zoological Society of London (ZSL) geht man dieses Thema nun mit 2D-Barcode-Probentechnologie an.

Es ist eine Sammlung ziemlich alter und vernachlässigter Gläser, Kisten und Kunststoffbehälter – das Archiv der britischen Zoological Society of London (ZSL). Ihr faszinierender Inhalt: gespendete Proben ganz unterschiedlicher Herkunft, darunter Gewebebiopsien von Tieren mit außergewöhnlichen Erkrankungen; vom Grenzschutz Border Force oder von der Polizeibehörde Metropolitan Police Force beschlagnahmte Gegenstände, mit denen Ermittlungen zufolge unter Verstoß gegen das Washingtoner Artenschutzübereinkommen gehandelt werden sollte; oder einfach Exemplare, die irgendein langjähriger Zoologe einmal für aufbewahrenswert erachtete. Viele der eingelagerten Proben sind teilweise schon über 40 Jahre alt.

Die Beschäftigten am ZSL-Institut für Zoologie waren sich nicht nur bewusst, welchen Wert diese beeindruckende Sammlung für die Forschung bedeutete. Sie erkannten auch, wie wichtig es war, den ständig wachsenden Bestand zu katalogisieren, zu bearbeiten und aufzubewahren, um so die Unversehrtheit der Proben sicherzustellen und diese unschätzbare Ressource Forschern zugänglich zu machen. Finanzierungsmittel für eine solche Biobank sind allerdings mitunter schwer zu bekommen, weshalb derzeit ebenso kostengünstige wie effiziente Lösungen entwickelt werden, um den Aufbau der Biobank vorantreiben zu können.

Louise Gibson, die für das Vorhaben zuständige Leiterin der ZSL-Biobank am Institut für Zoologie, dazu: „Unser Ziel ist, die angesammelten Exemplare durchzugehen, korrekt zu bestimmen sowie zu katalogisieren und biologisch relevante Proben Forschern anderer akademischer Einrichtungen weltweit zur Verfügung zu stellen, zumal diese Proben für die Zoonosen-Forschung von immensem Wert sind und vielleicht eines Tages für die menschliche Gesundheit relevant werden.“

Die Bedeutung des Aufbaus einer veterinärmedizinischen oder zoologischen Biobank kann nicht oft genug betont werden. Die Menschen dringen zunehmend in bislang noch unberührte Gebiete der Erde vor, und kommen so wild lebenden Tieren immer näher. Wenn Menschen und Tiere an denselben Orten nebeneinander leben, ohne dass Maßnahmen zur Verhinderung der Übertragung von Krankheitsvektoren zwischen ihnen ergriffen werden, kann es zu Seuchen kommen. COVID-19 stammt vermutlich von wild lebenden Tieren. So waren u. a. Schuppentiere und Flughunde an der Übertragung auf Frischmärkten für Wildtiere beteiligt, auf denen Buschfleisch und lebende Tiere gehandelt werden. Auf diesen Märkten besteht ein hohes Risiko für eine einfache Ausbreitung von Krankheiten, insbesondere wenn keine Hygienestandards eingehalten werden. Krankheitsvektoren werden dann problemlos von einer Art auf eine andere sowie auf Menschen übertragen.

Da sich diese Situation mit Blick auf die verstärkte Globalisierung und den Klimawandel erwartungsgemäß in den kommenden Jahren nicht verbessern wird, ist die Gefahr einer Ausbreitung von Zoonosen durchaus real. Eine Biobank der wichtigsten Wildtierarten aus der gesamten Welt zu haben, ist daher eine äußerst sinnvolle Ergänzung zur Entwicklung von Strategien und Behandlungsmöglichkeiten für den Umgang mit künftigen Pandemien.

Wie geht man an den Aufbau einer zoologischen Biobank heran?

Gibson und ihr Team von Freiwilligen waren sich bewusst, wie wichtig ein stabiles Probenverwaltungssystem ist, um die Handhabung der Proben sicherstellen zu können. Aufgrund der Vielzahl der in der Sammlung befindlichen Proben mussten sie darauf achten, das System sowohl kostengünstig als auch effizient zu gestalten. „Wir brauchten ein einfaches und verlässliches Verfahren, um die von diesen Exemplaren stammenden DNA- und Gewebeproben aufzubewahren, sodass sich diese problemlos lagern und einfach entnehmen lassen sowie die Zeiten überdauern würden. In Abstimmung mit den Probenverwaltungsspezialisten von Ziath sowie insbesondere deren Geschäftsführer Neil Benn entschieden wir uns für den Einsatz von Probenröhrchen mit 2D-Barcodes, die in einem Tiefkühlschrank in Gestellen aufbewahrt werden können. Darüber hinaus können wir mit der Samples-Software von Ziath wirkungsvoller erfassen, wo sich die gelagerten Proben befinden. Da einige unserer Proben tiefgefroren werden müssen, bedarf es eines für uns zuverlässigen Systems, durch das die Etiketten nicht beschädigt werden. Zumal wir es uns nicht leisten können, Proben aufgrund nicht mehr lesbarer Etiketten vernichten zu müssen.“

Hierfür stattet Ziath die ZSL mit Röhrchen mit 2D-Barcodes sowie einem Einzelröhrchen-Barcodeleser aus, der in Verbindung mit der Samples-Software von Ziath zum Einsatz kommt. Anhand dieser Technologie kann das Team auf Anfrage Forschender schnell und einfach Proben aus der Sammlung entnehmen.

Effektive Probenverwaltungslösung für wertvolle biologische Proben

Bei den Ziath-Probenröhrchen mit 2D-Barcodes wurde der Barcode per Laser in den Polypropylenboden jedes Röhrchen eingraviert. So wird gewährleistet, dass diese sicher sind und weder entfernt werden noch abfallen können. Dank ihrer chemischen und mechanischen Beständigkeit lassen sich die Proben sorgenfrei handhaben und aufbewahren. Die Probenkenndaten können dann in ein Probenverwaltungssystem hochgeladen und die Daten der 2D-Barcodes den Proben zugeordnet werden. Wird eine bestimmte Probe benötigt, werden der individuelle Röhrchen-Barcode, der Barcode des Gestells und die Position innerhalb des Gestells angezeigt, wodurch sich die benötigten Proben im Handumdrehen entnehmen lassen. An einem Tiefkühler hunderte von Röhrchen zu durchsuchen, bis das richtige gefunden ist – nicht mehr notwendig.

Neil Benn von Ziath meint: „Viele derzeit erhältliche Lesegeräte haben Schwierigkeiten, mit Eis überzogene Röhrchen zu lesen. Durch die niedrigen Temperaturen kann das Fenster des Lesers innen mit Kondenswasser ,beschlagen', das sich nur schwer entfernen und verhindern lässt. Der Ziath-Einzelröhrchenleser ist mit einer speziellen Kälteschutzbeschichtung versehen, was dieser Kondensatbildung erfolgreich vorbeugt.“

Katalogisiert werden die Proben anhand der Samples-Software von Ziath. Da viele der Proben am Institut für Zoologie noch nicht katalogisiert sind, sieht sich das Team nun mit der enormen Aufgabe konfrontiert, Tausende von Exemplare im eigenen Besitz zu bearbeiten.

„Unser Glück ist, dass wir ein Team an Freiwilligen zusammenstellen konnten, das die ZSL und das Naturkundemuseum beim Aufbau ihrer Biobanken unterstützt“, sagt Gibson. Die Freiwilligen schätzen die vielen tausend gesammelten Exemplare ein und unterziehen die Proben einer grundlegenden Klassifizierung. Eine dieser Einordnungen besteht darin, sie nach den in Anhang A des Washingtoner Artenschutzübereinkommens aufgeführten Arten und in „alle anderen“ einzuteilen. Anhang A enthält die wichtigsten vom Aussterben bedrohten Arten, hinsichtlich derer Holzeinschlag, Wilderei und Handel als größte Gefahren für deren Überleben verboten sind. Bei einer weiteren Klassifizierung wird geprüft, ob ein ganzes Tier oder nur ein bestimmter Teil eines Tieres konserviert wurde.

Bedeutung einer veterinärmedizinischen oder zoologischen Biobank

Bei den meisten der heute zum Aufbau einer Biobank eingesetzten Anwendungen muss lediglich eine Gewebeprobe oder ein kleiner Teil des Tieres aufbewahrt werden. Entscheidend für modernste Forschungen und Schwerpunkt der meisten Biobanken ist der Zugriff auf die DNA. Beim Institut für Zoologie werden den angesammelten und korrekt bestimmten Exemplaren DNA- oder komplette Gewebeproben entnommen. Die neue Probe kommt in ein mit einem 2D-Barcode versehenes Röhrchen, während die Exemplardaten zwecks Bestandssicherung mit dem Ziath-Einzelröhrchenleser in das Ziath-Probenverwaltungssystem aufgenommen werden, um die Informationen des 2D-Barcodes richtig auslesen zu können. „Das wird ein langwieriger und aufwändiger Prozess, bei dem wir uns überwiegend auf das Bestimmen und Katalogisieren der vielen tausend Exemplare konzentrieren, die sich bei der ZSL im Laufe der Jahre angesammelt haben“, sagt Gibson und ergänzt: „Durch das Platzieren der Proben in organisierten, festgelegten und mit 2D-Barcodes versehenen Röhrchen in Gestellen mit 1D-Codes, die sich einfach in Tiefkühlern aufbewahren und für weitere Untersuchungen entnehmen lassen, wird dieses faszinierende Archiv zoologischer Exemplare allerdings auch zum allerersten Mal Forschern weltweit offenstehen.“ (ott)

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