Qualitätssicherung

Für die Umweltprobenbank des Bundes (UPB) werden jährlich unterschiedliche pflanzliche und tierische Proben aus einer Vielzahl marinen, limnischen und terrestrischen Ökosystemen in ganz Deutschland gesammelt (z.B. Algen, Blätter, Fische, Muscheln, Vogeleier, Regenwürmer und Rehe). Außerdem werden auch abiotische Proben genommen, etwa Schwebstoffproben und Bodenproben, sowie Menschliche Proben (Blut, Urin und Haare). Eine hochstandardisierte Probenahme, Probenbearbeitung und Archivierung ist für die Analyse dieser Zeitreihen mit hochsensitiven Methoden unbedingt notwendig. Unterschiede in der Probenahme, Prozessierung oder der Archivierung können die analytischen Ergebnisse beeinflussen und so die Vergleichbarkeit behindern. Aufgrund dessen besitzt die UPB strikte Protokolle, die den gesamten Arbeitsablauf genauestens festlegen (Abbildung 1).

Im TrendDNA Projekt nutzen wir die Tatsache, dass die Proben der UPB die DNA verschiedenster Organismen beinhaltet, die in oder um die Proben gelebt haben. Hier ist es jedoch absolut notwendig zu garantieren, dass die DNA wirklich aus der entsprechenden Probe stammt und nicht während der Prozessierung aus anderen Proben oder der Umwelt eingetragen wurde. Eine der größten Stärken PCR-basierter Techniken ist die Sensitivität der Methode. Aus einem einzelnen Molekül werden Millionen bis Milliarden von Kopien nach 32 Amplifikationszyklen erzeugt. Diese Sensitivität ist ein hervorragendes Werkzeug für die Analyse von Umweltproben mit niedriger DNA-Konzentration, kann allerdings auch dazu führen, dass kleinste DNA-Mengen, die im Nachhinein in die Probe gelangen ebenfalls vervielfältigt werden, wenn keine ausreichende Qualitätsstandards angewendet werden.

Im Falle der Proben der UPB definieren wir DNA-Kontamination als das Einbringen von DNA in die Probe während oder nach der Probennahme. Die Kontamination kann dabei zu jedem Zeitpunkt der nachfolgenden Phasen erfolgen:

a) Probenahme (im Gelände) bei der das Probenahmeteam für die Auswahl der Probe, die Entnahme, das Verpacken, die Lagerung und den Transport zuständig ist (Abb. 1, Schritt 1)

b) Die Prozessierung der Probe in der UPB bei der die Proben auf die Archivierung vorbereitet werden (Abb. 1, Schritte 2-4)

Die Kontamination kann auf folgenden Wegen erfolgen:

1. Vom Personal im Feld oder dem Labor in die Probe

2. Von kontaminiertem Equipment oder Verbrauchsgegenständen wie z.B. Tupfer, Behälter, Schutzausrüstung in die Probe

3. Von Probe zu Probe

Abb. 1: Schematische Darstellung der Verarbeitung von Jahresproben, vom Transport bis zur Kryokonservierung. Kontaminationsgefährdete Schritte sind durch rote Ausrufezeichen gekennzeichnet. Linke Seite: Schwebstoffproben; rechte Seite: alle anderen.

Einige Arten von DNA-Kontamination sind leicht zu identifizieren und bereiten keine Probleme in der weiteren Analyse der Proben (z.B. menschliche DNA der Probensammler). Andere Kontamination (z.B. zwischen Proben) sind ein großes Risiko für die Interpretation der Ergebnisse.

Im TrendDNA-Projekt wollen wir eine Strategie entwickeln, die Untersuchung von eDNA in die Routineanalysen der UPB zu integrieren. Das Verfahren wird eine Kombination von Ansätzen zur Minimierung des Risikos (Einführung von DNA-Dekontaminationsprotokollen, Änderung bestehender Protokolle für die Probenahme und Verarbeitung) und zur Maximierung der Fähigkeit, Kontaminationen zu erkennen (z. B. geeignete Kontrollreaktionen, Negativkontrollen in allen Schritten usw.) beinhalten.