Digital Technologies for Food Safety Decision Support (FoodDecide)

06/2021-05/2024

Förderprogramm / Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung

Förderkennzeichen: 01DS21013A

Internetseite des Drittmittelprojektes: -

Beschreibung des Projektes:

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung von Softwarelösungen zur datengestützten Entscheidungsfindung in montenegrinische Lebensmittelunternehmen und Regierungsbehörden, die einerseits die Lebensmittelsicherheit erhöhen und andererseits Untersuchungen im Fall eines lebensmittelbedingten Krankheitsausbruches beschleunigen. Die neu zu entwickelnden Softwaretools sollen als open source Software auch für deutsche oder europäische Interessengruppen verfügbar sein. Dazu baut das Projekt auf Forschungsarbeiten des BfR und der KLU auf, die bereits erste open source Softwarelösungen als auch Algorithmen und Modelle von Lebensmittellieferketten entwickelt haben. Im FoodDecide-Projekt können die deutschen Projektpartner BfR und KLU mit dem monteneginischen Partner University of Donja Gorica (UDG) zusammen die bereits bestehenden Softwaretechnologien, Algorithmen und Informationsaustauschkonzepte derart weiterentwickeln, dass diese an die montenegrinischen Bedürfnisse angepasst sind und in der montenegrinischen Praxis getestet werden können. Damit unterstützt das FoodDecide-Projekt auch die bestehenden open-source Softwareprojekte wie PMM-Lab und FSK-Lab. Zudem werden bei Bedarf effiziente Datenaustauschprotokolle etabliert, die eine Verbindung zwischen bestehenden IT- oder Laborsystemen und den neu zu entwickelnden benutzerfreundlichen Softwaretools zur Entscheidungsunterstützung erlauben.

Die erzeugten digitalen Innovationen (Software-Tools, Algorithmen) bilden die Grundlage für eine mögliche Ausgründung eines IT Start-Up aus dem UDG-Exzellenzzentrum "Food Hub". Eine solche Ausgründung würde in einem ersten Schritt montenegrinische Lebensmittelunternehmer und Regierungsbehörden als Kunden adressieren. In einer zweiten Phase könnten die entwickelten Softwarelösungen aber auch an deutsche oder europäische Interessengruppen (insbesondere Handelsunternehmen und Lebensmittelproduzenten) vermarktet werden, für welche die erfolgreiche Pilotierung in Montenegro als ein wichtiger Nachweis für die Machbarkeit dienen würden. Darüber hinaus könnte das BfR einen Teil der Lösungen in sein Portfolio an open-source Software-Ressourcen integrieren und bei der langfristigen Wartung und Entwicklung unterstützen. Die im Projekt beschäftigten DoktorandInnen und wissenschaftlichen MitarbeiterInnen werden ihre wissenschaftlichen Forschungsergebnisse als „Gold“ Open-Access Artikel in Peer-Review-Zeitschriften veröffentlichen.

Der Landwirtschafts- und der Lebensmittelsektor gehören zu den drei wichtigsten Sektoren der montenegrinischen Wirtschaft und tragen mit einem erheblichen Anteil zum Bruttoinlandsprodukt bei (8 % im Jahr 2018). Die vollständige Umsetzung der europäischen Gesetzgebung zur Lebensmittelsicherheit ist in Montenegro noch nicht abgeschlossen. Im derzeitigen montenegrinischen Rechtsrahmen ist festgelegt, dass montenegrinische wissenschaftliche Forschungseinrichtungen Risikobewertungen durchführen und die notwendigen Instrumente zur Untersuchung von Ausbrüchen in der Lebensmittelproduktionskette entwickeln sollen (siehe Artikel 11 des montenegrinischen Gesetzes über Lebensmittelsicherheit). Bisher gab es jedoch keine Aktivitäten in diesem Bereich, da es an entsprechenden Kapazitäten, Kenntnissen und einer angemessenen Vernetzung mangelt. Dies führt zu einer teilweisen Fehlfunktion des Systems für Lebensmittelsicherheit, da die wissenschaftlich fundierte Unterstützung fehlt, die für den Schutz der Gesundheit der Bevölkerung erforderlich ist.

Im November 2019 hat Montenegro der EG die neue nationale Strategie für "Lebensmittelsicherheit, Veterinär- und Pflanzenschutz" zusammen mit der Planung der entsprechenden administrativen und finanziellen Kapazitäten vorgelegt. Es ist geplant, in den kommenden fünf Jahren vollständig EU-konforme Systeme für die Lebensmittelsicherheit zu schaffen, einschließlich der Schaffung der Grundlagen für ein effizientes System zur Aufklärung von lebensmittelbedingten Krankheitsausbrüchen und Methoden zur Risikobewertung der Lebensmittelsicherheit im Land. Darüber hinaus sind funktionale Lebensmittelsicherheitssysteme wichtig, da der nationale Lebensmittel- und Agrarsektor eng mit dem montenegrinischen Tourismussektor verknüpft ist, der einen noch höheren Beitrag zum Bruttoinlandsprodukt leistet (23 % im Jahr 2018).

Auch für Deutschland ist die Lebensmittelsicherheit von hoher Bedeutung. Mehrere große lebensmittelbedingte Krankheitsausbrüche, wie der EHEC-Ausbruch im Jahr 2011 oder der Norovirus-Ausbruch im Jahr 2012, liefern Belege dafür. Auch gibt es in Deutschland jedes Jahr zahlreiche kleine Ausbrüche, z.B. allein im Jahr 2018 416 lebensmittelbedingte Krankheitsausbrüche mit mindestens 2476 Erkrankten und 11 Todesfällen.

Die Etablierung einer internationalen Zusammenarbeit zwischen BfR, KLU und UDG ist von gemeinsamem Interesse und schafft eine echte „Win-Win“ Situation für alle Projektpartner. Für den montenegrinischen Partner UDG bietet diese Zusammenarbeit die Möglichkeit, von vorhandenem Software- und algorithmischem Wissen zu profitieren, das in den letzten zehn Jahren beim BfR und der KLU aufgebaut wurde. Darüber hinaus unterstützt die Kooperation die Ausbildung und Weiterbildung von Mitarbeitern und Hochschulabsolventen, die langfristig in der Lage sind, das UDG Exzellenzzentrum FoodHub zu gestalten und weiterzuentwickeln. Für die deutschen Projektpartner bietet die Zusammenarbeit mit der UDG die einmalige Chance, eigene innovative Algorithmen und Software-Tools auf reale Daten anzuwenden und zu verbessern, die von den über die UDG eingebundenen montenegrinischen Lebensmittelunternehmern bereitgestellt werden. Die deutschen Partner profitieren zudem von dem interdisziplinären Team der UDG, das wertvolle Beiträge zur Softwareentwicklung und zum Systemdesign liefern kann, als auch vom Expertenwissen aus den Bereichen der Lebensmittelqualität, Lebensmitteltechnologie und Ernährungswissenschaft. Wie die Erfahrungen des BfRs aus früheren Forschungsprojekten gezeigt hat, ist es insbesondere für die Entwicklung von Software zur Entscheidungsunterstützung im Kontext der Lebensmittelsicherheit und Ausbruchsaufklärung zwingend erforderlich, ein interdisziplinäres Team einzubinden, wozu dieses Projekt ideale Rahmenbedingungen liefert. Auch ist es das erklärte Ziel des Exzellenzzentrums der UDG sich für die Förderung nationaler Start-up und Spin-off Aktivitäten einzusetzen, so dass das Potenzial der im Projekt entwickelten Softwarelösungen in der montenegrinischen Lebensmittelproduktion und im Tourismus genutzt werden kann.

Die vorgeschlagene internationale Zusammenarbeit wird daher zur weiteren Integration der UDG (und ihrer Partner) in den Europäischen Forschungsraum (EFR) und damit zur Verhinderung einer fortwährenden Abwanderung von Fachkräften aus Montenegro beitragen. Die UDG wird mit dem erlangten Know-How zudem auch neue Möglichkeiten erhalten, sich an kommenden europäischen F&E-Projektverbünden aktiv zu beteiligen.

Dieses Projekt baut auf umfangreichen Forschungsarbeiten von BfR und KLU im Bereich lebensmittelbedingter Krankheitsausbrüche, mathematischer Modellierung und Softwareentwicklung auf. Die Kernfrage für dieses Projekt lautet: "Wie können Lebensmittelunternehmer bzw. Regierungsbehörden anhand von Daten zu eigenen bzw. makroökonomischen Lieferketten ein kontaminiertes Lebensmittelprodukt oder eine Lebensmittelcharge, die einen Krankheitsausbruch verursacht, effizient identifizieren?" Selbst unter Einbeziehung jüngsten Forschungsergebnissen müssen hierzu noch einige Forschungsfragen geklärt werden. Diese Forschungsergebnisse können dann in die Entwicklung prototypischer Softwaretools zur Entscheidungsunterstützung integriert werden, die von Endbenutzern getestet und später kommerzialisiert werden können.

Unter Federführung der KLU wird das BfR daran mitwirken, die Vorhersagegenauigkeit verfügbarer Data-Mining-Algorithmen zu verbessern, die "kontaminierte" Lebensmittelkategorien in einer frühen Phase einer Untersuchung von lebensmittelbedingter Krankheitsausbrüche identifizieren. Hier werden nationale makroökonomische Modelle von Lieferketten verwendet und mit dem beobachteten räumlichen Verteilungsmuster von Fallberichten verglichen. Die geplante Forschungsarbeit befasst sich auch mit der Optimierung der Effizienz und Skalierbarkeit von Rechenressourcen. Der Projektpartner UDG wird mit Unterstützung durch das BfR untersuchen, wie Lebensmittelunternehmer eigene Lebensmittellogistik- und Labordaten nutzen können, um selbst Bewertungen durchzuführen und die eigene und staatliche Entscheidungsfindung zu unterstützen. Die Verfügbarkeit derartiger Logistik- und Labordaten aus dem etablierten Kooperationsnetzwerk der UDG, das Lebensmittelunternehmer und Regierungsbehörden miteinander verbindet, ist eine einzigartige Chance für diese Art von Forschung. Die Forschungsarbeiten der KLU und des BfR befassen sich zudem auch mit der Frage, wie verrauschte oder fehlende Lieferkettendaten durch den Einsatz innovativer Datenanalysetechnologien genutzt bzw. kompensiert werden können. Schließlich wird ein erheblicher Teil der verfügbaren Ressourcen der UDG und des BfR für die Entwicklung einer intuitiven, benutzerfreundlichen Software zur Entscheidungsunterstützung eingesetzt, die die rechnerische und algorithmische Komplexität vor Endbenutzern verbirgt und stattdessen intuitive Visualisierungen von Lebensmittelnetzwerken ermöglicht.

Derartige Lösungen sind besonders hilfreich, um Endnutzer dabei zu unterstützen, in Krisensituationen Entscheidung auf Basis von gesicherten Daten zu treffen. Das BfR übernimmt zudem die Projektkoordination, organisiert projektbezogene Kommunikationsaktivitäten (inkl. Einbindung des Projektbeirats) und leitet die Entwicklung der benötigten Datenstandards und der Wissensdatenbank.

Projektpartner

• University of Donja Gorica