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Ein Probiotikum ist mehr als eine hohe Zellzahl

Die Entwicklung eines probiotischen Produkts erscheint auf den ersten Blick überschaubar. Geeignete Bakterienstämme werden ausgewählt, kultiviert, miteinander kombiniert und in eine Darreichungsform überführt. Anschließend wird kontrolliert, ob die geforderte Zahl lebensfähiger Mikroorganismen im Produkt enthalten ist.

In der Praxis ist dieser Prozess wesentlich komplexer.

Probiotische Bakterien unterscheiden sich in ihren Wachstumsbedingungen, ihrer Stabilität, ihrer Empfindlichkeit gegenüber Sauerstoff, ihrer Stoffwechselaktivität und ihrem Verhalten in Mischkulturen. Sie reagieren auf Produktionsbedingungen, Trocknung, Lagerung, Verpackung und die Zusammensetzung der Produktmatrix.

Deshalb beginnt eine zuverlässige Analytik nicht erst beim fertigen Produkt. Sie sollte bereits während der Entwicklung eingesetzt werden.

vermicon unterstützt Hersteller von Probiotika, Pharmaunternehmen, CDMOs und Forschungseinrichtungen entlang des gesamten Entwicklungsprozesses. Das Leistungsspektrum reicht von der Identifizierung und Charakterisierung einzelner Bakterien über die Untersuchung komplexer Mischungen bis zur Stabilitätsprüfung und routinemäßigen Qualitätskontrolle. 

Die richtigen Bakterien eindeutig identifizieren

Am Anfang jeder Produktentwicklung steht die Frage, welche Mikroorganismen tatsächlich eingesetzt werden.

Das klingt selbstverständlich. In der Praxis können jedoch eng verwandte Bakterienarten mit klassischen mikrobiologischen Verfahren nur schwer voneinander unterschieden werden. Besonders anspruchsvoll wird die Identifizierung bei komplexen Mischungen oder bei Bakterien, die unter den gewählten Bedingungen schlecht kultivierbar sind.

Eine unspezifische Gesamtzellzahl kann diese Frage nicht beantworten. Sie zeigt lediglich, wie viele Zellen oder Partikel gemessen werden. Sie zeigt nicht, welche Spezies tatsächlich vorhanden sind.

vermicon setzt deshalb spezifische molekularbiologische Verfahren ein. Mit Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung, kurz FISH, lassen sich Bakterien anhand charakteristischer Bereiche ihrer ribosomalen RNA direkt erkennen. Die Zielzellen werden dabei mit fluoreszenzmarkierten Gensonden sichtbar gemacht.

Dadurch können einzelne Spezies oder definierte Bakteriengruppen auch innerhalb komplexer Probiotikamischungen identifiziert werden.

Das schafft eine wichtige Grundlage für die Entwicklung. Denn nur wenn die Zusammensetzung einer Mischung sicher bekannt ist, lassen sich spätere Veränderungen zuverlässig bewerten.

Mischkulturen gezielt entwickeln

Viele Probiotika bestehen nicht aus einem einzelnen Stamm, sondern aus mehreren Bakterienarten. Dabei reicht es nicht aus, die gewünschten Mikroorganismen lediglich miteinander zu vermischen.

Die einzelnen Populationen können sich während der Herstellung und Lagerung unterschiedlich entwickeln. Eine Art kann besonders stabil sein, während eine andere schneller an Viabilität verliert. Manche Bakterien reagieren empfindlicher auf Sauerstoff, Feuchtigkeit oder Temperatur. Andere können durch Bestandteile der Matrix geschützt oder geschädigt werden.

Auch die analytische Trennung der einzelnen Spezies ist anspruchsvoll. Kultivierungsverfahren können an Grenzen stoßen, wenn verschiedene Stämme ähnliche Koloniemorphologien zeigen oder unterschiedliche Wachstumsansprüche besitzen. Eine unspezifische Durchflusszytometrie liefert zwar schnell eine Gesamtzellzahl, unterscheidet aber nicht automatisch zwischen den enthaltenen Bakterienarten.

Die von vermicon entwickelte Flow VIT® Technologie kombiniert FISH mit Durchflusszytometrie. Dadurch können lebensfähige Zellen spezifisch identifiziert und quantifiziert werden. Auch mehrere Zielpopulationen innerhalb einer komplexen Mischung lassen sich getrennt erfassen. 

Für die Produktentwicklung bedeutet das: Der Hersteller sieht nicht nur, wie viele Zellen insgesamt vorhanden sind. Er erkennt, wie sich die einzelnen Bestandteile einer Rezeptur verhalten.

Viabilität ist nicht dasselbe wie Kultivierbarkeit

Die klassische Bestimmung probiotischer Zellzahlen beruht häufig auf der Kultivierung. Dabei wird erfasst, wie viele Bakterien unter definierten Bedingungen Kolonien bilden können.

Diese Methode ist etabliert, bildet den biologischen Zustand einer Population aber nicht immer vollständig ab.

Bakterien können lebensfähig sein, ohne unter den gewählten Laborbedingungen unmittelbar eine Kolonie zu bilden. Umgekehrt können Aggregationen dazu führen, dass mehrere Zellen nur als eine koloniebildende Einheit gezählt werden. In Mischprodukten kommt hinzu, dass sich einzelne Spezies nicht immer zuverlässig voneinander differenzieren lassen.

Für die Entwicklung eines Probiotikums ist deshalb eine differenziertere Betrachtung sinnvoll.

Stabilität muss für jede Spezies geprüft werden

Ein Probiotikum muss nicht nur am Tag der Herstellung funktionieren. Die deklarierten Bakterien müssen während der vorgesehenen Haltbarkeitsdauer in ausreichender Zahl und in einem geeigneten physiologischen Zustand erhalten bleiben.

Bei einem Multispeziesprodukt reicht eine Gesamtzellzahl dafür nicht aus.

Eine stabile Gesamtzahl kann darüber hinwegtäuschen, dass eine robuste Spezies nahezu unverändert bleibt, während eine empfindlichere Zielart stark abnimmt. Die Gesamtzahl erscheint weiterhin plausibel, obwohl sich die Zusammensetzung des Produkts deutlich verändert hat.

Die spezifische Quantifizierung einzelner Spezies ermöglicht deshalb eine wesentlich präzisere Stabilitätsbewertung.

vermicon kann Hersteller bei der Planung und Durchführung von Stabilitätsstudien begleiten. Dabei lässt sich untersuchen, wie sich einzelne Zielpopulationen unter verschiedenen Lagerbedingungen, über unterschiedliche Zeiträume und in unterschiedlichen Produktmatrices entwickeln. Die Viabilität kann über die gesamte Haltbarkeitsdauer verfolgt und die Zusammensetzung des Endprodukts validiert werden. 

Solche Daten helfen nicht nur bei der Qualitätskontrolle. Sie können bereits während der Entwicklung zeigen, ob eine Rezeptur, ein Herstellungsverfahren oder eine Verpackung angepasst werden sollte.

Die Produktmatrix entscheidet mit

Probiotische Bakterien befinden sich selten in einer analytisch einfachen Umgebung. Kapseln, Pulver, Lebensmittel, Suspensionen oder pharmazeutische Formulierungen enthalten Hilfsstoffe, Proteine, Fette, Pflanzenbestandteile oder andere Partikel.

Diese Matrix kann die Messung beeinflussen. Sie kann fluoreszierende Hintergrundsignale erzeugen, Zellen binden, die Probenaufarbeitung erschweren oder einzelne Nachweisverfahren beeinträchtigen.

Ein Verfahren, das mit einer Reinkultur funktioniert, muss deshalb nicht automatisch für das fertige Produkt geeignet sein.

vermicon entwickelt und optimiert Probenvorbereitungen sowie Nachweisprotokolle für konkrete Produkte und Matrices. Ziel ist nicht eine theoretisch funktionierende Analyse, sondern eine robuste Methode, die unter realen Bedingungen reproduzierbare Ergebnisse liefert.

Gerade bei neuen Formulierungen ist diese methodische Anpassung ein wichtiger Teil der Produktentwicklung.

Bakterien direkt in ihrer räumlichen Struktur untersuchen

Sequenzierungsverfahren liefern wertvolle Informationen über die Zusammensetzung mikrobieller Gemeinschaften. Dabei wird das biologische Material jedoch extrahiert. Die ursprüngliche räumliche Organisation geht verloren.

FISH bietet einen anderen Zugang. Die Bakterien werden direkt in der Probe sichtbar gemacht. Dadurch kann untersucht werden, ob Zielorganismen einzeln vorliegen, Aggregate bilden, an Oberflächen haften oder mit anderen Populationen räumlich verbunden sind.

Diese Information kann bei der Entwicklung probiotischer Produkte relevant sein. Zellaggregate können beispielsweise die Kultivierung und Zellzahlbestimmung beeinflussen. Auch die Verteilung von Bakterien in komplexen Matrices oder Modellsystemen lässt sich direkt untersuchen.

vermicon verbindet damit molekulare Identifizierung und Visualisierung. Die Bakterien werden nicht nur über ein extrahiertes Signal erkannt, sondern in ihrem tatsächlichen mikrobiologischen Kontext betrachtet. 

Kontaminationen frühzeitig erkennen

Während der Entwicklung und Produktion probiotischer Produkte muss nicht nur überprüft werden, ob die gewünschten Bakterien vorhanden sind. Ebenso wichtig ist die Frage, ob unerwünschte Mikroorganismen in den Prozess gelangt sind.

Kontaminationen können aus Rohstoffen, Produktionsanlagen, Umgebung, Verpackung oder dem Herstellungsprozess stammen. Sie können die Stabilität verändern, die Aussagekraft von Zellzahlbestimmungen beeinträchtigen oder die Produktqualität gefährden.

vermicon bietet deshalb auch spezifische Untersuchungen zur Überwachung der mikrobiellen Qualität und zur Kontrolle von Kontaminationen an. Bei ungewöhnlichen Befunden können Mikroorganismen identifiziert und mögliche Ursachen eingegrenzt werden. 

Der Vorteil einer spezifischen Analytik liegt darin, dass nicht nur ein unspezifischer Anstieg der Keimzahl festgestellt wird. Es kann gezielt untersucht werden, welcher Organismus für die Veränderung verantwortlich ist.

Von der Dienstleistung zur eigenen Routineanalytik

Nicht jeder Hersteller benötigt die gleiche Form der Unterstützung.

In einer frühen Entwicklungsphase kann es sinnvoll sein, spezielle Fragestellungen zunächst als Laborprojekt bei vermicon bearbeiten zu lassen. Dazu können Machbarkeitsuntersuchungen, Methodenentwicklung, Rezepturvergleiche, Stabilitätsstudien oder die Charakterisierung komplexer Mischungen gehören.

Sobald ein Produkt in die routinemäßige Herstellung übergeht, kann die Analytik in das eigene Labor übertragen werden.

Für zahlreiche Lactobacillus und Bifidobacterium Spezies sowie für Streptococcus thermophilus stehen standardisierte Flow VIT® Testkits zur Verfügung. Die Kits sind mit gängigen Durchflusszytometern kompatibel und können in bestehende Laborabläufe integriert werden. Der Workflow ist darauf ausgelegt, den manuellen Aufwand zu reduzieren und reproduzierbare Ergebnisse zu ermöglichen. 

Damit kann vermicon sowohl als Entwicklungspartner als auch als Anbieter einer dauerhaften internen Analyselösung eingesetzt werden.

Individuelle Lösungen für neue Stämme und neue Produkte

Der Probiotikamarkt entwickelt sich weiter. Neue Stämme, komplexere Kombinationen, neue Darreichungsformen und lebende Biotherapeutika stellen die Analytik vor neue Aufgaben.

Standardmethoden passen nicht immer zu diesen Fragestellungen.

vermicon entwickelt deshalb auch kundenspezifische Nachweislösungen. Neue Gensonden können für definierte Zielorganismen entworfen, spezifisch geprüft und an die jeweilige Probenmatrix angepasst werden. Methoden lassen sich für einzelne Produkte optimieren und in bestehende Entwicklungs- oder Qualitätsprozesse integrieren.

Das ist besonders dann relevant, wenn ein Hersteller einen neuen Stamm entwickelt, eine besondere Kombination von Bakterien untersucht oder sich mit vorhandenen Verfahren keine eindeutigen Ergebnisse erzielen lassen.

Qualitätskontrolle ist das Ergebnis einer guten Entwicklung

Natürlich bleibt die Qualitätskontrolle ein zentraler Bestandteil der Probiotikaherstellung. Hersteller müssen sicherstellen, dass ihre Produkte die vorgesehene Zusammensetzung besitzen, ausreichend lebensfähige Bakterien enthalten und während der Haltbarkeitsdauer stabil bleiben.

Doch eine belastbare Qualitätskontrolle entsteht nicht erst am Ende der Produktion.

Sie beginnt mit der eindeutigen Identifizierung der eingesetzten Mikroorganismen. Sie setzt sich fort mit der Entwicklung geeigneter Nachweisverfahren, der Untersuchung von Mischkulturen, der Bewertung von Viabilität und Aktivität sowie der Analyse von Matrixeffekten und Stabilität.

Genau hier liegt der umfassendere Ansatz von vermicon.

Das Unternehmen liefert nicht nur einzelne Messwerte. Es unterstützt Hersteller dabei, ihre Bakterien, ihre Prozesse und ihre Produkte mikrobiologisch besser zu verstehen. Mit knapp 30 Jahren Erfahrung, eigener Technologieentwicklung sowie leistungsfähigen Dienstleistungen begleitet vermicon Projekte von der ersten Fragestellung bis zur routinemäßigen Produktkontrolle. 

Wer ein probiotisches Produkt entwickelt, sollte deshalb nicht erst dann über Analytik sprechen, wenn die erste Charge produziert ist.

Je früher die richtigen mikrobiologischen Fragen gestellt werden, desto gezielter lassen sich Entwicklungsrisiken erkennen, Rezepturen optimieren und zuverlässige Prüfverfahren etablieren.

vermicon ist dabei nicht nur ein Labor für Qualitätskontrolle, sondern ein mikrobiologischer Entwicklungspartner.