Dr. Thomas Hackl

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Dr. Thomas Hackl

Universität Hamburg
Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften; Fachbereich Chemie; wissenschaftlicher Service; NMR-Spektroskopie

Dr. Thomas Hackl

Universität Hamburg
Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften; Fachbereich Chemie; wissenschaftlicher Service; NMR-Spektroskopie

About

Für das Vertrauen in die Echtheit und Reinheit von Lebensmittelprodukten ist es fundamental, dass die Inhaltsangaben mit dem Produkt übereinstimmen. Jedoch kommt es immer wieder zum Lebensmittelbetrug, dem sogenannten ‚Food Fraud‘: Durch diese Täuschung der Verbrauchenden versprechen sich Herstellende oder auch Vertreibende einen finanziellen und wirtschaftlichen Vorteil, indem sie beispielsweise grün gefärbtes Sonnenblumenöl als teures Olivenöl verkaufen. Um Authentizität und Integrität der Lebensmittelkette zu schützen, forscht Dr. Thomas Hackl vom Fachbereich Chemie an der Universität Hamburg im Bereich Lebensmittelechtheit, wodurch er einen wichtigen Beitrag zur Transparenz zwischen Lebensmittelunternehmen, Konsumierenden und Händlern leistet.

Chemischer Fingerabdruck hilft Lebensmittelbetrug aufzudecken

Zur Authentifizierung von Lebensmitteln eignen sich verschiedene Technologien, die im Bereich der Omics-Disziplinen angesiedelt sind. Hierzu zählen Beispielsweise Genomics, die Analyse der Gesamtheit der Gene eines Organismus, Proteomics, die Analyse der Gesamtheit der Proteine, oder Metabolomics, die Gesamtheit der Stoffwechselprodukte (Metabolite). Genomics eignet sich insbesondere zur Verifizierung der Sortenreinheit, während die Zusammensetzung der Proteine oder Metabolite von exogenen Faktoren wie dem Wetter oder der Bodenbeschaffenheit abhängt.  Dr. . Hackl und sein Team nutzen das klassische chemische Analyseverfahren der Kernspinresonanzspektroskopie, kurz NMR-Spektroskopie, um die für ein Produkt charakteristischen chemischen Inhaltstoffe (Metabolite) aufzuschlüsseln. Daraus resultiert ein einzigartiger metabolischer Fingerabdruck, anhand dessen sich ein Produkt eindeutig identifizieren lässt. Dies erlaubt nicht nur, verschiedene Arten von einem Produkt zu unterscheiden, um beispielsweise Lebensmittelallergien durch heimlich zugesetzte Inhaltsstoffe wie beispielsweise Erdnüsse zu verhindern, sondern auch das jeweilige Herkunftsgebiet zu bestimmen. Durch das in der Lebensmittelanalytik angewandte Verfahren von Thomas Hackl ist es also möglich, Nahrungsmittel genau zu klassifizieren, die sich auf den ersten Blick äußerlich ähneln. Lebensmittelunternehmen und Händler können sich mithilfe dieses Verfahrens absichern, um korrekt gekennzeichnete Ware zu erhalten.

Durch genaue Herkunftsangaben zur Transparenz in millionenschwerem Handel

Mithilfe der NMR-Methode ist es Thomas Hackl möglich, die genaue Herkunft von Haselnüssen zu bestimmen. Da insbesondere die Herkunft der Nüsse aussagekräftig für deren Qualität und Preis ist, ist die Herkunftsangabe ein attraktives Ziel für Lebensmittelfälscher. Angesichts der etwa 1 Million Tonnen jährlichen Produktion ist Fälschungssicherheit von großer wirtschaftlicher Relevanz für Haselnuss verarbeitende Unternehmen. Herausragend an der Herangehensweise von Thomas Hackl ist zudem, dass er seine Methode aufgrund seiner innovativen Versuchsmethodik (Design of Experiments) schnell für die Analyse unterschiedlichster Lebensmittel adaptieren kann. So gelang ebenfalls die Herkunftsbestimmung von Wallnüssen und weißem Spargel.

Vielfältige Anwendbarkeit der Metabolom-NMR Methode

Dr. Hackl ist insbesondere an Anwendungsproblemen interessiert, für die sich neue Methoden für die Metabolom-NMR entwickeln lassen. Solche Projekte innerhalb der Lebensmittelanalytik erfordern im Vorfeld die Planung des Experimental Designs und die Entwicklung von Standardprotokollen (SOPs). Die Datenanalyse erfolgt unter Anwendung moderner statistischer Auswerteverfahren. Für die Analyse und Klassifikation der NMR-Spektren setzt Dr. Hackl Algorithmen des maschinellen Lernens ein, um neue Einsichten zu gewinnen. Dies eröffnet verschiedene Kooperationsmöglichkeiten und Anwendungsgebiete für die Analyse mittels NMR im Bereich der Lebensmittelindustrie. Auch für den medizinisch-pharmazeutischen Bereich entwickeln Thomas Hackl und sein Team Lösungen durch NMR-Methoden.

Aktuelle
Forschungsprojekte /
Aktivitäten

Fingerprints screenen - non targeted NMR

Die NMR Spektroskopie zeichnet sich durch eine einfache Probenaufarbeitung, kurze Messzeiten und eine hohe Reproduzierbarkeit aus. Damit lassen sich eine hohe Zahl an Proben vermessen und auch geringe Unterschiede in den Konzentrationen der Metabolite mit hoher Zuverlässigkeit detektieren. Anwendungen liegen in der Authentizität von Lebensmitteln, beispielsweise in der geographischen Herkunft oder in der Unterscheidung von Produkten durch konventionellen oder biologischen Anbau. Im medizinisch-pharmazeutischen Bereich eignen sich solche Metabolom-basierten Ansätze zur Diagnostik und zur Untersuchung der Entwicklung von Krankheiten.

Fingerprints differenzieren – targeted NMR

Um die Unterschiede in den Konzentrationen von Metaboliten biologisch nachzuvollziehen und bewerten zu können ist eine Identifizierung der zugrundeliegenden chemischen Strukturen unabdingbar. Eine Isolierung von Einzelkomponenten ist zeit- und ressourcenaufwendig, eine Identifizierung – insbesondere von unbekannten Strukturen – aus einem komplexen Extrakt nahezu unmöglich. Thomas Hackl und sein Team verringern die Komplexität der Gemische durch chromatographische Trennung und setzen die Korrelation von Massenspektrometrie und NMR-Spektroskopie über den zeitlichen Verlauf einzelner Signale ein. Diese Methode ermöglicht in Zukunft vielfältigere Proben untersuchen zu können und Metaboliten zeit- und ressourceneffektiv zu identifizieren.

NMR-Lösungen für den medizinisch-pharmazeutischen Bereich

Viele Metabolite oder Wirkstoffe entfalten ihre biologische Wirkung durch die Wechselwirkung mit Rezeptoren oder Enzymen und steuern so intra- und interzelluläre Prozesse. Ein Verständnis hierfür ist insbesondere in der Entwicklung von Medikamenten relevant, da nachvollzogen werden muss, wie diese im Körper wirken. Thomas Hackl nutzt dafür einerseits die Saturation Transfer Difference (STD) NMR, um die Bindung eines Effektormoleküls an einen molekularen Rezeptor zu analysieren, und andererseits die zeitaufgelöste NMR, um chemische oder enzymatische Reaktionen zu betrachten. Hieraus ergeben sich Einblicke in die zugrundeliegenden Mechanismen, die Rückschlüsse auf die weitere Entwicklung eines Wirkstoffes geben können.

Zukunftsvision

Thomas Hackl will die NMR-Methode für das Analysieren metabolischer Fingerprints weiter ausbauen und über die Fusion der Daten mehrerer Methoden noch höhere Erkennungswahrscheinlichkeiten erzielen. Zusätzlich strebt er an, das NMR-Fingerprinting weiter für medizinisch-pharmazeutische Fragestellung zu erschließen.

Schwerpunkte

  • NMR (Lösung)
  • Biologische Chemie
  • Metabolomics
  • Food Profiling
  • Strukturaufklärung von Naturstoffen/Metaboliten
  • NMR Kinetik

Kooperationen

  • Vernetzung mit Untersuchungsämtern der Bundesrepublik
  • Zusammenarbeit mit dem Institut für Lebensmittelchemie der UHH und der HAMBURG SCHOOL OF FOOD CHEMISTRY
  • Max-Rubner-Institut
  • UKE
  • DESY

Interessiert an

  • Lebensmittelunternehmen
  • Lebensmittelhändler und –Importeure
  • Pharmaunternehmen
  • Behörden

Für die Zukunft hat Thomas Hackl auch Interesse an Partnern mit medizinisch-pharmazeutischen Herausforderungen. Auftragsforschung ist möglich. Ihm ist es wichtig, dass Partner klare anwendungsbezogene Fragen mitbringen, sodass Hackls Team sich hierfür auf die Entwicklung der Methode zur Problemlösung fokussieren kann. Angestrebt ist die Anbahnung langfristiger Kontakte, um gemeinsame Projekte anzutreiben und zu publizieren.

Durch die langjährige Erfahrung in der NMR-Spektroskopie und die Leitung einer Abteilung mit zurzeit 8 NMR-Spektrometern ist Thomas Hackl auch ein besonders guter Ansprechpartner für die Optimierung und das Management eines NMR-Geräteparks.

Digital Leadership

Ein Gespräch über das Silicon Valley Mindset, Innovation durch Kooperation...

Wissen entdecken, Expertise finden &

gemeinsam Ideen verwirklichen