Hintergrund und Zielsetzung

Die Nachfrage nach Fisch und Fischereiprodukten wächst stetig, denn für viele Menschen ist Fisch wichtiger Bestandteil einer gesunden Ernährung. Das hat zur Folge, dass viele Fischbestände bereits überfischt sind. Um die Bestände dauerhaft zu sichern, regulieren internationale Fischerei- und Handelsabkommen die Fangaktivitäten und den Handel zwischen den Nationen.

Allein nach Deutschland werden Hunderte Fischarten aus aller Welt importiert. Dieser importierte Fisch macht zusammen einen Marktanteil von mehr als 80 % aus. Immer wieder kommt dabei Ware auf den Markt und letztlich auf unseren Teller, die falsch deklariert wurde, oder die aus illegaler oder unregulierter Fischerei stammt. Zum Beispiel wird die stark ölhaltige Buttermakrele, die nach dem Verzehr bei empfindlichen Personen starke Magen-Darm-Störungen hervorrufen kann, regelmäßig als hochpreisiger Thunfisch ausgegeben. Oder Piratenfischer bedienen sich mit ihren Netzen in Fangverbotszonen, die eigentlich zur Erholung der Bestände dienen. Die in den Abkommen festgelegten Maßnahmen zur Bestandssicherung können so nicht greifen. Derartige Praktiken tragen damit zum Rückgang sensibler Wildfischbestände bei. Zudem ist die Sicherheit der Verbraucher durch Fehldeklaration von Fisch gefährdet.

Um diesen Entwicklungen etwas entgegenzusetzen, müssen Artzugehörigkeit und Herkunft der Fische feststellbar sein. Die Bestimmung der Arten erfolgt traditionell über morphologische Merkmale der Flossen, der Körperform und der Färbung. Sich ähnelnde Arten und geografische Herkunft der Fische lassen sich so allerdings nur eingeschränkt bestimmen. Die Artbestimmung gestaltet sich bei verarbeiteten Fischprodukten wie Filets noch schwieriger, da die morphologischen Bestimmungsmerkmale nicht mehr zur Verfügung stehen.

Molekulargenetische Verfahren bieten äußerst effiziente Möglichkeiten, den Fischartennachweis und Herkunftskontrollen durchzuführen, denn alle Tier- und Pflanzenarten unterscheiden sich in der Basenabfolge ihrer Erbinformation, der DNA. Viele der nach Europa importierten Fischarten sind jedoch nur unzureichend genetisch charakterisiert. Das hat zur Folge, dass molekulargenetische Techniken bislang nur eingeschränkt Anwendung in der Lebensmittelkontrolle finden. Um dies in Zukunft zu ermöglichen, entwickelt das Thünen-Institut für Fischereiökologie zusammen mit Partnern aus Wissenschaft und Wirtschaft eine kombinierte DNA- und Bilddatenbank zur Fischartenidentifizierung, die bereits unter www.aquagene.org online verfügbar ist, und nun wesentlich erweitert werden soll.

Ein weiterer Projektteil widmet sich der regionalen Herkunftskontrolle von Fisch und Fischereiprodukten. Am Beispiel zweier Thunfischarten, dem Großaugenthun (Thunnus obesus) und der Wahoo-Makrele (Acanthocybium solandri), sollen hochauflösende genetische Marker entwickelt werden, die es erlauben, die Bestandsstruktur dieser Arten besser zu verstehen und damit eine Herkunftskontrolle zu ermöglichen. Beide Arten sind rund um den Globus in tropischen und subtropischen Meeresgebieten verbreitet und stehen aufgrund ihrer wirtschaftlichen Bedeutung unter hohem Fischereidruck. Während der Großaugenthun als klassische Wanderfischart weite Strecken im Ozean zurücklegt, ist die Wahoo-Makrele vor allem küstennah verbreitet. Zu entschlüsseln, wie sich das unterschiedliche Verhalten der Fische auf ihre Bestandsstruktur auswirkt und damit auch eine Herkunftskontrolle limitiert, ist ein wichtiger Aspekt dieser Studie.

Vorgehensweise

Die DNA- und Bilddatenbank zur Fischartenerkennung soll möglichst viele der ca. 500 Arten umfassen, die in Deutschland derzeit legal gehandelt werden dürfen. Mindestens zwei repräsentative Vertreter jeder Art werden ausgewählt und mit Belegfoto und Gewebeprobe archiviert. Ein Teil der Arten ist bereits in der Sammlung des Thünen-Instituts für Fischereiökologie vorhanden, oder wird von unseren Partnerforschungseinrichtungen zur Verfügung gestellt. Weitere Arten müssen erst noch in ihren Herkunftsländern gesammelt werden.

Für die DNA-Datenbank werden universelle DNA-Abschnitte, die zwar in allen Fischarten vorkommen, sich aber in der Zusammensetzung des genetischen Codes von Art zu Art unterscheiden, für jede Art charakterisiert. Die so ermittelten artspezifischen genetischen Fingerabdrücke werden in einer ständig erweiterten und öffentlichen Online-Datenbank (www.aquagene.org) zur Verfügung gestellt. Unklare Artzugehörigkeiten von Fischen oder Fischereiprodukte können so mithilfe eines einfachen DNA-Abgleichs zuverlässig geklärt werden. Eine direkte Nutzung der Datenbank ist durch wissenschaftliche Einrichtungen, Lebensmittelbehörden oder eben auch bei der Einfuhrkontrolle vorgesehen. Zusätzlich sollen im Rahmen einer direkten Zusammenarbeit mit der Einfuhrkontrolle am Flughafen Frankfurt praxisnahe Methoden entwickelt werden, um Fehldeklarationen von Fisch und Fischereiproduktion rasch zu entdecken. 

Um Genmarker für die Bestandstrennung von Großaugenthun und Wahoo-Makrele zu entwickeln, wird zunächst die gesamte DNA dieser Arten mit modernster Sequenziertechnologie aufgeschlüsselt und dann zu einem Referenzgenom zusammengesetzt. Anschließend werden für jede Art die Genome von Dutzenden Individuen aus verschiedenen Meeresgebieten mit dem Referenzgenom abgeglichen, um diejenigen genetischen SNP-Marker (Single Nucleotide Polymorphism) herauszufiltern, die bestandstypisch sind. Darüber hinaus können die SNP-Marker mit Daten zur Meeresumwelt, wie z.B. Temperatur und Salzgehalt, in Verbindung gebracht werden, um so Aufschluss über die Anpassung der Arten an lokale Umweltbedingungen zu erhalten. 

Daten und Methoden

DNA-Extraktion, Amplifikation von mitochondrialen und nukleären Genabschnitten mittels Polymerase-Chain-Reaction (PCR); Sanger-Sequenzierung der PCR-Produkte; Erweiterung der DNA-Referenzdatenbank zur Artidentifizierung; Erstellung eines Entscheidungshilfetools für die Einfuhrkontrolle; Erstellung von de novo assemblierten Referenzgenomen für den Großaugenthun und die Wahoo-Makrele mit Next-Generation Sequencing Technologie (PacBio, Illumina HiSeq);  Genomresequenzierung (Whole-genome low coverage) von Dutzenden Individuen beider Arten und Entwicklung von SNP-Markern zur Bestandstrennung.

Ergebnisse

Deutschland zählt mit einer Importquote von über 80% bei einem Gesamtkonsum von über 1 Million t zu den wichtigsten Importländern von Fisch und Fischereiprodukten und trägt damit auch Verantwortung, mit einer soliden Einfuhrkontrolle nicht nur für Lebensmittelsicherheit für Verbraucher*innen, sondern auch für den Erhalt der biologischen Vielfalt durch Schutz vor illegaler, unregulierter und undokumentierter Fischerei zu sorgen. Die Weiterentwicklung und Optimierung von Methoden zur Artidentifizierung und Rückverfolgbarkeit von Fisch und Fischereiprodukten ist dafür ein zentrales Element.

Die Ergebnisse aus MarineFood leisten dabei einen wichtigen Beitrag. Während die Veröffentlichung der frei zugänglichen kombinierten Gensequenz- und Bilddatenbank www.aquagene.org signifikant zu einer zweifelsfreien Speziesauthentifizierung beiträgt, wurden mit der Anwendung eines Gesamtgenomsequenzierungsansatzes für die Generierung von SNP-Markern für den Großaugen-Thun (Thunnus obesus) und die Wahoo-Makrele (Acanthocybium solandri) neue Methoden zur geographischen Herkunftsbestimmung und damit Rückverfolgbarkeit erfolgreich getestet. Mit der Validierung von 1000 Handelsproben aus der Einfuhrkontrolle des Flughafens Frankfurt wurden konkrete Defizite beim Fischimport nach Deutschland aufgezeigt, vor allem weil mit dem Import falsch deklarierter Fische aus den Tropen und Subtropen auch das Risiko von Ciguatera-Vergiftungen für Konsument*innen steigt.