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Für die menschliche Gesundheit hat β-Carotin – auch bekannt als Provitamin A – vielfältige Funktionen. Es bremst Zellschäden durch freie Radikale und ist an Wachstum, Zellbildung, Fortpflanzung sowie Sehkraft beteiligt. Doch auch in Pflanzen haben Carotinoide vielfältige Funktionen. So zeigten frühere Studien, dass die genetische Integration des entsprechenden Gens LCYB aus der Karotte in die Tabakpflanze die Entwicklung der Pflanze fördert und ihre Resistenz gegen abiotische Stressfaktoren wie Trockenheit erhöht. Im Fachjournal „Metabolic Engineering“ beschreiben Forschende vom Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie nun einen Ansatz, der diesen Zusammenhang ausnutzt, um Ertrag und Nährwert von Tomaten zu erhöhen.

Resistenz und Nährwert statt bloßer Masse

Die Pflanzenzüchtung hat in den vergangenen Jahren den Ertrag von Pflanzen vornehmlich gesteigert, indem sie deren Aufnahme von Kohlenstoff und damit das Massewachstum verbessert hat. Der Nährwert der Pflanzen bleibt dabei ebenso oft auf der Strecke wie deren Widerstandsfähigkeit gegen Umwelteinflüsse. Spätestens seit die Klimakrise zunehmend zu Ernteverlusten führt, hat sich dieser Fokus verschoben. Dem Team um Juan Moreno vom Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie zufolge könnten Carotinoide an dieser Stelle eine wichtige Rolle spielen. Die wichtigsten Vertreter der Carotinoide – β-Carotin und Xanthophylle –, sind in Pflanzen nachweislich an der Photosynthese, dem Schutz gegen abiotischen Stress und am Hormonhaushalt beteiligt.

Transgene Tomaten mit veränderter Carotinoid-Synthese

„Aufbauend auf diese früheren Experimente mit Tabak wollten wir herausfinden, ob andere LCYB-Gene, die von anderen Pflanzen oder Bakterien stammen, eine wirtschaftlich wichtige Kulturpflanze wie die Tomate beeinflussen würden“, erläutert Moreno die nun vorgestellte Studie. Die Fachleute haben daher in Tomatenpflanzen unterschiedliche Gene für Carotinoide integriert, die aus anderen Tomatenlinien, der Narzisse sowie einem Bakterium stammten. Tatsächlich zeigte sich, dass bereits eines dieser Gene ausreichte, um einen ähnlichen Effekte hervorzurufen, wie er in den früheren Experimenten bei Tabakpflanzen beobachtet worden war. Das zusätzliche Gen veränderte sowohl die Synthesewege bestimmter Carotinoide als auch mancher Pflanzenhormone.

77 Prozent mehr Ertrag, 20-mal mehr Provitamin A

Mit Blick auf die Landwirtschaft war jedoch am wichtigsten, was das für die Früchte und den Ertrag bedeutet. Die Pflanzen erwiesen sich gegenüber unveränderten Pflanzen als toleranter gegenüber Stress durch Trockenheit, Salz und Licht. Sie produzierten bis zu 77 % mehr Früchte, die zudem noch einen 20-fach erhöhten Gehalt an Provitamin A aufwiesen. Nicht zuletzt waren die Tomaten länger haltbar. Was das langfristig bedeuten könnte, resümiert Moreno so: „Die Ergebnisse aus unserer Studie ebnen den Weg für die Entwicklung einer neuen Generation von Nutzpflanzen, die eine hohe Produktivität mit einer verbesserten Nährstoffzusammensetzung auf sich vereinen und zudem besser mit den durch den Klimawandel verursachten Umweltveränderungen zurechtkommen.“

Für die im Auftrag des WWF vom Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) erstellte Meta-Studie „Impacts of plastic pollution in the oceans on marine species, biodiversity and ecosystems“ wurden 2.592 Studien ausgewertet, die zwischen 1960 und 2019 durchgeführt wurden.

Die Plastikverschmutzung des Ozeans wächst exponentiell und wird weiter zunehmen. Heute gelangen etwa 19-23 Mio. Tonnen Plastikmüll pro Jahr vom Land in die Gewässer – das entspricht fast zwei LKW-Ladungen pro Minute. Bis zum Ende dieses Jahrhunderts könnten Meeresgebiete von der zweieinhalbfachen Fläche Grönlands ökologisch riskante Schwellenwerte der Mikroplastikkonzentration überschreiten, da die Menge des marinen Mikroplastiks bis dahin um das 50-fache zuzunehmen droht, so die Prognose.

Mit Blick auf Arten und Ökosysteme offenbart die Studie eine ernste und sich rasch verschlimmernde Situation: „Plastikmüll durchringt das gesamte System des Ozeans - vom Plankton bis zum Pottwal. Für alle Artengruppen des Meeres sind bereits negative Auswirkungen von Kunststoffmüll nachweisbar“, sagt Heike Vesper, Leiterin des Fachbereiches Meeresschutz beim WWF Deutschland.

Angesichts der allgegenwärtigen Verschmutzung ist fast jede Art heute mit Plastik konfrontiert. Die schädlichen Auswirkungen wurden bislang nur für wenige Arten erforscht, zeigen allerdings eine deutliche Tendenz: Bei fast 90% der untersuchten marinen Arten wurden negative Auswirkungen von Plastik festgestellt.

Der WWF fordert Gespräche über ein internationales Abkommen, das globale Produktionsstandards und eine echte "Recyclingfähigkeit" festlegt.

For the meta-study, commissioned by WWF and carried out by the Alfred Wegener Institute (AWI), 2,592 studies were evaluated that were conducted between 1960 and 2019.

Plastic pollution in the ocean is growing exponentially and will continue to increase. Every year, about 19-23 million tonnes of plastic waste end up in the waters - the equivalent of almost two truckloads per minute. By the end of this century, marine areas two and a half times the size of Greenland could exceed ecologically risky microplastic concentration thresholds, as the amount of marine microplastics threatens to increase 50-fold by then, according to the forecast.

In terms of species and ecosystems, the study reveals a serious and rapidly deteriorating situation. Plastic waste already permeates the entire ocean system - from plankton to sperm whales. Given the ubiquitous pollution, almost every species is now confronted with plastic. The harmful effects have only been researched for a few species so far, but they show a clear trend: negative effects of plastic were found in almost 90% of the marine species studied.

WWF calls for talks on an international agreement that sets global production standards and true "recyclability".

Kohlenstofffasern zählen zu den Hightech-Fasern der Industrie: Sie sind sehr leicht, aber extrem belastbar und zudem hitzebeständig. Die technischen Anwendungen für die sogenannten Carbonfasern sind daher breit gefächert. Vor allem im Fahrzeugbau sowie in der Luft- und Raumfahrt werden sie als Teil von Faserverbundwerkstoffen eingesetzt.

Doch die gängige Herstellung der Carbonfasern beruht auf dem erdölbasierten Stoff Polyacrylnitril. Dieser ist nicht nur selbst giftig, auch bei seiner Produktion entstehen giftige Abgase, die gereinigt werden müssen. Das Herstellungsverfahren ist daher wenig ökologisch und zudem teuer. Doch es geht auch anders, wie Forschende vom Kompetenzzentrum Biopolymerwerkstoffe am Deutschen Institut für Textil- und Faserforschung (DITF) Denkendorf beweisen. Das DITF gehört zur Zuse-Gemeinschaft.

Preis für Cellulosefasern

Das von ihnen entwickelte und patentierte Verfahren namens HighPerCellCarbon wurde Anfang des Jahres im Rahmen der „International Conference on Cellulose Fibres 2022“ zum Gewinner des „Cellulose Fibre Innovation of the Year 2022 Award” gekürt. Mit dem Preis würdigt das nova-Institut für Ökologie und Innovation bereits zum zweiten Mal herausragende wissenschaftliche Forschungen, die nachhaltige Lösungen für die Wertschöpfungskette von Cellulosefasern liefern.

Umweltfreundliche Produktion biobasierter Carbonfasern

Das preisgekrönte Verfahren der DITF-Forschenden überzeugte in puncto Nachhaltigkeit gleich mehrfach: So nutzen die Forschenden statt Erdöl Holz – unter anderem Zellstoff und Lignin aus Buchenholz –, um die begehrte Hightech-Faser herzustellen. Zum anderen haben sie damit ein Verfahren geschaffen, das weder Abgase noch andere giftige Nebenprodukte verursacht, sondern sämtliche Lösungsmittel und Vorläuferfasern auch vollständig recycelt.

Alternative zu fossilen Produktionsverfahren

Das HighPerCellCarbon-Verfahren umfasst das Nassspinnen von Cellulosefasern unter Verwendung ionischer Flüssigkeiten als Direktlösungsmittel. Das Filamentspinnverfahren stellt den zentralen technischen Teil. Es erfolgt in einem umweltfreundlichen und geschlossenen System. Das Lösungsmittel wird dabei vollständig rezykliert.

Die auf diesem Wege erzeugten Cellulosefasern werden in einem weiteren Entwicklungsschritt durch einen Niederdruck-Stabilisierungsprozess direkt in Carbonfasern umgewandelt, gefolgt von einem geeigneten Carbonisierungsprozess. Das von Forschenden um Frank Hermanutz weiterentwickelte und nun prämierte Verfahren ist somit eine umweltfreundliche und nachhaltige Alternative zum fossilen Produktionsverfahren. Am neuen Technikum Laubholz soll das Verfahren der DITF-Forschenden zur Marktreife geführt werden.

Clariant treibt den Ausbau des Produktsortiments an nachhaltigen Chemikalien voran. Jetzt hat der in der Schweiz beheimatete Spezialchemiekonzern Tenside und Polyethylenglycole (PEGs) vorgestellt, deren Kohlenstoff komplett aus pflanzlichen Quellen stammt. Den Renewable Carbon Index (RCI) beziffert das Unternehmen auf mindestens 98-%. Gegenüber vergleichbaren Produkten aus fossilen Rohstoffen entstünden bis zu 85 % weniger CO₂-Emissionen. Im ersten Quartal 2022 soll die Produktion bereits im zweistelligen Kilotonnenbereich liegen und mehr als 70 unterschiedliche biobasierte Tenside umfassen.

Vergleichbar leistungsfähig und wirtschaftlich

Chemisch gleichwertig bei gleicher Leistungsfähigkeit und gleicher Wirtschaftlichkeit – das verspricht das Unternehmen für die neuen Biotenside und PEGs der Vita-Produktreihe: „Der Umstieg auf biobasierte Carbonchemie ist immer noch eine große Herausforderung für Hersteller, doch mit unseren neuen Vita-Tensid- und PEG-Produkten bieten wir eine technisch und wirtschaftlich gangbare Lösung, um dieses Ziel zu erreichen“, sagt Christian Vang, Global Head of Business Unit Industrial & Consumer Specialties bei Clariant.

Für Haushalt, Industrie und Landwirtschaft

Als Anwendungen für die Biotenside und PEGs nennt Vang Konsumgüter wie Waschmittel, Haushaltsreiniger und Shampoos, aber auch Lacke, industrielle Lösungsmittel sowie Pflanzenschutzmittel. „Von der Verpackung bis hin zu den zahlreichen Inhaltsstoffen basieren viele Industrie-, Agrar- und Konsumgüter nach wie vor auf Petrochemikalien und damit fossilem Kohlenstoff“, kritisiert Vang den Status quo der Branche.

Zuckerrohr und Mais als Rohstoffe

Grundlage der neuen Produkte sind dem Unternehmen zufolge Zuckerrohr und Mais. Damit befinden sie sich in Anbaukonkurrenz mit Nahrungs- und Futtermitteln. In Deutschland hingegen produziert Clariant in einer Bioraffinerie nachhaltige Chemikalien auf Basis von Stroh. Auch die Cellulose-Ethanol-Produktion in Rumänien betreibt Clariant ausgehend von Agrarreststoffen.

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unterstützt seit vielen Jahren im Rahmen der Projektförderung die Qualifizierung des Nachwuchses für die Bioökonomie, sowohl für einen akademischen Werdegang als auch für erfolgreiche Karrierewege in der Wirtschaft. Die Förderung des wissenschaftlichen sowie unternehmerischen Nachwuchses wird durch das BMBF-Konzept „Nachwuchsförderung für eine nachhaltige Bioökonomie“ mit der in der Bioökonomiestrategie verankerten Nachhaltigkeitsagenda verbunden. Damit macht das BMBF den Nachhaltigkeitsbezug zu einem zentralen Kriterium seiner Nachwuchsförderung in der Bioökonomie. Im vergangenen Jahr wurde daher die Förderinitiative „Kreativer Nachwuchs forscht für die Bioökonomie aufgelegt. Nun ist die zweite Auswahlrunde gestartet.

Nachhaltigkeit von Beginn an mitdenken

Die Förderinitiative zielt darauf ab, mithilfe des wissenschaftlichen Nachwuchses neuartige Anwendungsfelder und innovative Anwendungen für die Bioökonomie aufzuzeigen, in denen der Nachhaltigkeitsgedanke von Beginn an stringent mitgedacht wird. Die von den Teams aufgezeigten Lösungsansätze zur Realisierung der Bioökonomie müssen sich dabei deutlich an den Zielen für nachhaltige Entwicklung (SDGs) orientieren und diese aufgreifen.

Natur-, IT- und Ingenieurwissenschaften im Fokus

Gefördert werden erneut neue und risikorreiche Forschungs-, Entwicklungs- und Innovationsvorhaben von Nachwuchsgruppen aus den Natur-, Informationstechnologie- und Ingenieurwissenschaften an Hochschulen, außerhochschulischen Forschungseinrichtungen sowie an Unternehmen der gewerblichen Wirtschaft. Die Zusammensetzung der Nachwuchsgruppen ergibt sich aus der jeweiligen Themenstellung. Sozial-, Politik- und/oder Wirtschaftswissenschaftler/-innen können bei Bedarf in die Gruppe integriert werden.

Dabei sollen neue Synergien zwischen dem kreativen Nachwuchs und etablierten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern erzeugt werden, um den Nachwuchsgruppen Unterstützung und Stärkung bei zu erwartenden organisatorischen und thematischen Herausforderungen zu bieten. Darüber hinaus wird die Ausbildung und Qualifizierung des forschenden Nachwuchses im Bereich der Bioökonomie angestrebt. Die Fördermaßnahme adressiert Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, die promoviert sind, aber noch keine Professur oder eine sonstige leitende Funktion innehaben.

Bis 15. Juli bewerben

Im Rahmen der Fördermaßnahme sind bis 2023 insgesamt drei Auswahlrunden vorgesehen. In der Regel werden Einzelprojekte oder im Ausnahmefall Verbundprojekte – auch mit internationalen Partnern – bis zu fünf Jahre gefördert. Pro Projekt kann die Förderung bis zu drei Millionen Euro betragen. Die Größe der Nachwuchsgruppe sollte mindestens vier und maximal sieben Personen umfassen.
Projektskizzen für die zweite Auswahlrunde können bis zum 15. Juli 2022 eingereicht werden. Der Projektträger Jülich wurde mit der Abwicklung der Fördermaßnahme beauftragt. Ansprechpartnerin ist Eva Graf (ptj-biokreativ@fz-juelich.de).

Die Schwarze Soldatenfliege ist längst als wertvoller Baustein einer biobasierten Kreislaufwirtschaft identifiziert: Sie kann eine große Vielfalt von Rest- und Abfallstoffen als Futter verwenden, ihre Larven gewinnen schnell an Gewicht und beinhalten hochwertige Proteine. Als Futtermittelzusatz und Sojaersatz sind sie daher in der Schweine- und Hühnerzucht bereits zugelassen. Weitere Anwendungen – auch für Lebensmittel – sind in der Entwicklung. Am Forschungsinstitut für Nutztierbiologie (FBN) in Dummerstorf untersucht ein Forschungsteam nun, welche Reststoffzusammensetzung die Larven zu besonders wertvollem Proteinfutter macht.

Vielseitige Reststoffverwerter

„Die Larven sind ausgesprochen vielseitig in der Wahl ihres Futters, anders als beispielsweise Mehlwürmer“, begründet Manfred Mielenz vom FBN die Entscheidung für die Schwarze Soldatenfliege. Kollege Gürbüz Daş erläutert das Ziel des BMBF-geförderten Forschungsprojekts „RüBio“: „Wir analysieren die verschiedensten Reststoffe und finden heraus, wie sie kombiniert werden müssen, damit ihre Nährstoffe optimal für das Wachstum der eiweißreichen Larven genutzt werden können.“

Dabei ist die Wahl der Reststoffe nicht beliebig: Das Projekt ist eingebettet in den Innovationsraum „Bioökonomie auf Marinen Standorten“. In Bergen auf Rügen entsteht derzeit eine einzigartige Kreislaufanlage. Darin wachsen Fische in einer Aquakultur. Algen klären deren Wasser und wachsen dadurch. Mit dem geklärten Wasser bewässern die Forschenden Heilkräuter und Obstkulturen. Die Reststoffe aus dem Obstanbau dienen – neben Reststoffen aus Brauerei, Bäckerei sowie Heu – der Schwarzen Soldatenfliege als Nahrung. Die wiederum wird zum Fischfutter und ersetzt so Fischmehl in der Aquakultur.

Ersatz für Palmkern- und Kokosöl?

Neben der Frage, welche Reststoffmischung das optimale Futter für die Fliegenlarven ist, untersucht das Forschungsteam auch Fragen der Nachhaltigkeit. „Je nach Zusammensetzung des Futters werden unterschiedliche Mengen klimarelevanter Gase freigesetzt“, schildert Mielenz einen wichtigen Aspekt. Nicht zuletzt beschäftigen sich die Fachleute damit, wie die Schwarze Soldatenfliege noch gewinnbringender genutzt werden könnte. Denkbar wäre, in ihr enthaltene Fette für hochwertige Kosmetika zu verwenden. Denn das Öl der Larve ähnelt Palmkern- und Kokosöl, ist aber in der Produktion wesentlich nachhaltiger und klimafreundlicher.

Die Fertigstellung der gesamten Kreislaufanlage ist bis 2024 geplant. Dann soll der Modellstandort zugleich ein Zentrum werden, an dem die angewandte Wissenschaft rund um die Bioökonomie für Besucherinnen und Besucher erlebbar wird.

The black soldier fly has long been identified as a valuable building block of a bio-based circular economy: it can use a wide variety of residual and waste materials as feed, its larvae gain weight quickly and contain high-quality proteins. As a feed additive and soy substitute, they are therefore already approved in pig and chicken farming. Other applications - including for food - are under development. At the Research Institute for Farm Animal Biology (FBN) in Dummerstorf, a research team is now investigating which residue composition makes the larvae particularly valuable protein feed.

Versatile residue recyclers

"The larvae are extremely versatile in their choice of food, unlike mealworms, for example," says Manfred Mielenz from the FBN, explaining the decision to use the black soldier fly. Colleague Gürbüz Daş explains the aim of the BMBF-funded research project "RüBio": "We analyze a wide variety of residues and find out how they have to be combined so that their nutrients can be optimally used for the growth of the protein-rich larvae."

The choice of residual materials is not arbitrary: The project is embedded in the innovation area "Bioeconomy on Marine Sites". A unique recirculation plant is currently being built in Bergen on the island of Rügen. In it, fish grow in an aquaculture. Algae clarify the water and grow as a result. The researchers use the clarified water to irrigate medicinal herbs and fruit crops. The residues from fruit cultivation - along with residues from breweries, bakeries and hay - serve as food for the black soldier fly. This in turn becomes fish food and replaces fish meal in aquaculture.

Substitute for palm and coconut oil?

In addition to the question of which residue mixture is the optimal feed for the fly larvae, the research team is also investigating sustainability issues. "Depending on the composition of the feed, different amounts of climate-relevant gases are released," says Mielenz, describing an important aspect. Last but not least, the experts are looking into how the black soldier fly could be used even more profitably. It would be conceivable to use the fats it contains for high-quality cosmetics. The oil of the larva is similar to palm kernel and coconut oil, but its production is much more sustainable and climate-friendly.

Completion of the entire closed-loop plant is planned by 2024. At that time, the model site will also become a center where visitors can experience applied science related to the bioeconomy.

Marktanalysen zeigen: Die Welt der fossilen Kunststoffe wird langsam kleiner. Auch wenn Produkte aus Bioplastik noch immer eine Nische sind, rechnen Fachleute mit einem deutlichen Zuwachs in den kommenden Jahren. Doch Biokunststoffe sind nur nachhaltig, wenn sie aus nachwachsenden Roh- und Reststoffen hergestellt werden. Landwirtschaft, Futter- und Lebensmittelindustrie, Genussmittelproduktion oder Abfallverwertung produzieren täglich riesige Mengen biogenen Abfalls, dessen Potenzial für die nachhaltige und kreislauffähige Bioökonomie nach und nach erschlossen wird.

Farb- und Füllstoffe aus Spargelschalen

Grünschnitt, Kaffeesatz oder Stroh stehen längst auf der Agenda von Forschenden bei der Biokunststoff-Entwicklung. Forschende am Institut für Biokunststoffe und Bioverbundwerkstoffe (IfBB) nehmen nun einen neuen Kandidaten unter die Lupe: Spargelreste. Im Forschungsprojekt „SpaPlast – Untersuchung der Aufbereitung und Nutzbarmachung von Spargelsekundärprodukten für biobasierte Extrusionshalbzeuge“ will das Team untersuchen, inwiefern sich dieser Reststoff als Füllstoff für Bioverbundwerkstoffe eignet.

Technische Voraussetzungen für Reststoffnutzung schaffen

Im Projekt sollen vor allem die technischen Voraussetzungen für die Verwendung biogener Reststoffe wie eben Spargelschalen geschaffen werden. Dafür werden die Spargelschalen zunächst technisch aufbereitet, um dann mittels Extrusion und Spritzgießtechnik verarbeitet und charakterisiert zu werden. Darüber hinaus werden die Reststoffe auch hinsichtlich ihrer Marktfähigkeit und Nachhaltigkeit untersucht. Bisher werden Spargelschalen oft als Dünger wieder in den Boden eingebracht. Im Rahmen des Projektes soll daher auch geklärt werden, inwieweit damit die Reduzierung des Stickstoffeintrages landwirtschaftliche Böden und Grundwasser beeinflusst.

Akzeptanz von Biowerkstoffen nachhaltig steigern

Ein Hauptanliegen der Forschenden ist, den Einsatz biogener Reststoffe für Biowerkstoffe zu fördern, um Absatzmärkte zu vergrößern, Kosten zu sparen, Abfälle zu vermeiden und die gesellschaftliche Akzeptanz von Biowerkstoffen nachhaltig zu steigern. Das Projekt wird vom Land Niedersachsen durch das Ministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz im Rahmen der Landesstrategie Biologisierung „Neue Wege für ein zukunftsfähiges Niedersachsen" gefördert.

Market analyses show: Fossil plastics are slowly becoming less common. Even if products made from bioplastics are still a niche, experts expect significant growth in the coming years. But bioplastics are only sustainable if they are made from renewable raw and residual materials. Agriculture, the feed and food industry, luxury food production or waste recycling produce huge amounts of biogenic waste every day, the potential of which is gradually being tapped for the sustainable and circular bioeconomy.

Colorants and fillers from asparagus peels

Green waste, coffee grounds or straw have long been on researchers' agendas for bioplastics development. Researchers at the Institute for Bioplastics and Biocomposites (IfBB) are now taking a closer look at a new candidate: asparagus residues. In the research project "SpaPlast - Investigation of the Processing and Utilization of Asparagus Secondary Products for Biobased Extrusion Semi-finished Products", the team wants to investigate the extent to which this residual material is suitable as a filler for biocomposites.

Creating technical conditions for the use of residual materials

The main aim of the project is to create the technical conditions for the use of biogenic residual materials such as asparagus peels. To this end, the asparagus peels will first be technically prepared and then processed and characterized by means of extrusion and injection molding technology. In addition, the residual materials are also examined with regard to their marketability and sustainability. Up to now, asparagus peels have often been reintroduced into the soil as fertilizer. The project will therefore also clarify the extent to which the reduction of nitrogen input thus influences agricultural soils and groundwater.

Lasting increase in the acceptance of biomaterials

A main concern of the researchers is to promote the use of biogenic residues for biomaterials in order to increase sales markets, save costs, avoid waste and sustainably increase the social acceptance of biomaterials. The project is funded by the state of Lower Saxony through the Ministry of Food, Agriculture and Consumer Protection as part of the state strategy Biologization "New Ways for a Sustainable Lower Saxony".

Die Entwicklung und Herstellung von Enzymen und die Entwicklung von Bioprozessen sind die Stärken des Leipziger Biotech-Unternehmens c-LEcta. Im Jahr 2018 legte eine Finanzierungsrunde die Basis dafür, die Großproduktion von Enzymen aufzubauen. Im vergangenen Jahr knackten die Leipziger die Umsatz-Marke von 10 Mio. Euro und kündigten den Umzug in ein noch zu errichtendes Biotechnologie-Campus-Gebäude an.

Jetzt schlägt das Management für viele Branchen-Beobachter überraschend einen neuen Kurs ein, um das Wachstum des rund einhundert Mitarbeitende zählenden Unternehmens voranzutreiben: c-LEcta schließt sich mit der Kerry-Gruppe, einem weltweit aktiven Anbieter von Aromen und Inhaltsstoffen für die Lebensmittel- und die Pharmaindustrie, zusammen. Wie der global agierende Konzern mit Hauptsitz im irischen Tralee am 15. Februar mitteilte, habe man vereinbart, etwa 92% der Anteile der c-LEcta GmbH zu einem Preis von 137 Mio. Euro zu erwerben. Das bisherige Management von c-LEcta bleibt weiter an Bord. Die Investoren von c-LEcta wie der High-Tech Gründerfonds (HTGF) oder die Tübinger SHS zeigen sich hocherfreut über den Exit und die weitere Perspektive für das Unternehmen.

Enzyme für Lebensmittel- und Pharmabranche

„Wir freuen uns sehr, Mitglied der Kerry Group zu werden“, so Marc Struhalla, Gründer und CEO von c-LEcta. „Ihre globale Präsenz im Lebensmittel- und Pharmasektor eröffnet uns den Zugang zu weiteren Märkten. Gleichzeitig passt ihre Expertise im Bereich der Ingredients-Technologien und -Anwendungen perfekt zu uns, um unser Wachstumspotenzial in Zukunft noch besser auszuschöpfen.“

Die Zusammenarbeit mit den bestehenden Industriepartnern werde das Unternehmen fortsetzen und auch die eigenen Produkte weiterhin herstellen und vertreiben. Neben vielen anderen maßgeschneiderten Enzymen zählt dazu das Enzym Denarase, das in der pharmazeutischen Industrie dazu genutzt wird, in der Produktion ungewollte Nukleinsäuren von Pharmazeutika und Impfstoffen abzutrennen. Außerdem verfügt c-LEcta über Enzyme, um eine pflanzliche Zuckeralternative ohne Kalorien für die Getränkeindustrie herzustellen.

Präzisionsfermentation ausbauen

Für die Kerry-Gruppe betonte CTO Albert McQuaid, neue Entwicklungen in der Biotechnologie, der Synthetischen Biologie und der Präzisionsfermentation veränderten die Lebensmittel- und Pharmabranche radikal. „c-LEcta ist führend in diesen neuen Technologien, zu denen auch fermentationsbasierte Produkte, wie beispielsweise bahnbrechende neue Enzyme, gehören.“

Der Zusammenschluss werde Kerrys Innovationsfähigkeiten in den Bereichen Enzym-Engineering, Fermentation und Bioprozessentwicklung stärken. „Gleichzeitig wird unsere breite Marktpräsenz in den Lebensmittel- und Pharmamärkten, kombiniert mit unserem tiefgreifenden Know-how in der Anwendung von Enzymen und der Entwicklung von Ingredients-Lösungen, das Wachstumspotenzial des starken Portfolios und der technologischen Fähigkeiten von c-LEcta aktivieren und vorantreiben – und uns gleichzeitig dabei unterstützen, schmackhaftere, nachhaltigere und gesündere Produkte zu entwickeln.”

bl/pg

The development and production of enzymes and bioprocesses are the strengths of the Leipzig-based biotech company c-LEcta. In 2018, a financing round laid the foundation for establishing large-scale production of enzymes. Last year, the Leipzig-based company cracked the €10 million revenue mark and announced a move to a yet-to-be-built biotechnology campus building.

Surprisingly for many industry observers, management is now charting a new course to drive the company's growth: c-LEcta is joining forces with the Kerry Group, a globally active supplier of flavors and ingredients for the food and pharmaceutical industries. The global group, headquartered in Tralee, Ireland, announced on February 15 that it had agreed to acquire approximately 92% of the shares in c-LEcta GmbH for a price of €137 million. The current management of c-LEcta will remain on board. The investors of c-LEcta such as the High-Tech Gründerfonds (HTGF) or the Tübingen SHS are very pleased about the exit and the further perspective for the company.

Enzymes for food and pharmaceutical industries

"We are very excited to become a member of the Kerry Group," said Marc Struhalla, founder and CEO of c-LEcta. "Their global presence in the food and pharmaceutical sectors gives us access to additional markets. At the same time, their expertise in ingredients technologies and applications is a perfect fit for us to better leverage our growth potential in the future."

The company will continue to work with its existing industrial partners and will also continue to manufacture and market its own products. Among many other customized enzymes, these include the enzyme denarase, which is used in the pharmaceutical industry to separate unwanted nucleic acids from pharmaceuticals and vaccines during production. In addition, c-LEcta has enzymes to produce a plant-based sugar alternative without calories for the beverage industry.

Expanding precision fermentation

For Kerry Group, CTO Albert McQuaid emphasized new developments in biotechnology, synthetic biology and precision fermentation are radically changing the food and pharmaceutical industries. "c-LEcta is a leader in these new technologies, which include fermentation-based products such as breakthrough new enzymes."

The merger will strengthen Kerry's innovation capabilities in enzyme engineering, fermentation and bioprocess development, he said. "Our broad market presence in the food and pharmaceutical markets, combined with our deep expertise in enzyme application and ingredient solution development, will activate and drive the growth potential of c-LEcta's strong portfolio and technological capabilities - while helping us develop tastier, more sustainable and healthier products."

bl/pg

Ob Hering, Zander oder Lachs: Fisch rangiert auf der Liste der gesunden Lebensmittel ganz oben. Doch auch als Futter- und Nahrungsergänzungsmittel sind aquatische Organismen gefragt. Längst kann die Fischerei den steigenden Bedarf nicht mehr allein decken, da viele Bestände überfischt sind. Die Fischzucht in Aquakulturanlagen ist daher eine tragende Säule, um die kontinuierlich wachsende Nachfrage bedienen zu können. Doch auch der Ausbau der Aquakultur stößt an Grenzen und verlangt nach Innovationen, die nachhaltig und umweltgerecht sind. Um die Forschung an innovativen und nachhaltigen Lösungen weiter voranzutreiben, bekommt die Fraunhofer-Gesellschaft nun Verstärkung: Seit Januar gehört das Forschungsteam der GMA – Gesellschaft für Marine Aquakultur mbH aus Büsum zur Fraunhofer-Einrichtung für Individualisierte und Zellbasierte Medizintechnik IMTE in Lübeck.

Potenziale der Aquakultur besser ausschöpfen

„Mit der Aufnahme des Forschungsteams der GMA – Gesellschaft für Marine Aquakultur mbH werden die Kompetenzen und Infrastrukturen an der Fraunhofer IMTE durch die Bereiche Futtermittelentwicklung, Anlagenoptimierung und Tierwohl erweitert und komplementär ergänzt. Auf diese Weise können wir Unternehmen entlang der gesamten Wertschöpfungskette der Aquakultur noch besser dabei unterstützen, vorhandenes Potential auszuschöpfen und im internationalen Wettbewerb erfolgreich zu sein“, so Reimund Neugebauer, Präsident der Fraunhofer-Gesellschaft.

Die GMA beschäftigt sich mit dem Betrieb einer Forschungsanlage zum Aufbau einer Aquakultur am Standort Büsum (SH), um Projekte der angewandten Forschung und Entwicklung sowie des Wissens- und Technologietransfers zur Zucht und Haltung von Organismen in Süß- und Seewasser sowie zur Biomasseproduktion zu unterstützen und durchzuführen. Neben ihrem Know-how auf dem Gebiet der Zucht und Haltung von Fischen sowie anderen Wasserorganismen verfügt die Gesellschaft über eine moderne Forschungsinfrastruktur für Aquakultur.

Fokus auf Fischernährung und Gesundheit

Mit der Einbindung der GMA in die Fraunhofer-Einrichtung können die Kompetenzen und Kapazitäten beider Standorte nun effektiv für den Entwicklungsprozess der Aquakultur und der zugehörigen angewandten Forschung eingesetzt und so die Forschungsfelder signifikant erweitert werden. „Die Ergänzung der Fraunhofer IMTE in Lübeck durch einen zweiten Standort in Büsum wird in den Bereichen der Fischernährung und vor allem der Gesundheit von Fischen durch das Zusammenwirken mit den Lübecker Cross-Innovation-Bereichen der intelligenten Instrumentierung mit den Arbeitsbereichen Bildgebung, Additive Fertigung sowie Künstliche Intelligenz gezielt Innovationen fördern“, sagt Thorsten Buzug, Geschäftsführender Direktor der Fraunhofer-Einrichtung.

Impulse für die Blaue Bioökonomie

Die GMA habe sich immer als Schnittstelle der angewandten Aquakulturforschung mit der Privatwirtschaft verstanden, sagt Carsten Schulz, wissenschaftlicher Leiter der GMA. „Durch die Integration des Forschungsteams der GMA in die Fraunhofer IMTE werden innovative Forschungsbereiche zusammengeführt und es wird eine einzigartige Einrichtung für die Forschung und wissenschaftliche Ausbildung in der Aquakultur geschaffen. Dadurch können neue Potentiale für die Blaue Bioökonomie identifiziert und dem Sektor entscheidende Weiterentwicklungsimpulse gegeben werden.“

Auch für das Land Schleswig-Holstein hat das neue Bündnis wissenschaftspolitisch große Bedeutung, wie Wirtschaftsministerin Karin Prien betont: „Es stärkt die Aquakulturforschung in Schleswig-Holstein und fördert die Weiterentwicklung der Fraunhofer-Einrichtung in Lübeck. Zugleich wird die strategische Zusammenarbeit der Universität zu Kiel mit der Fraunhofer-Gesellschaft intensiviert und die Präsenz der Fraunhofer-Gesellschaft in Schleswig-Holstein insgesamt erhöht.“

Fraunhofer-Zentrum für Aquakulturforschung geplant

Mit der Förderung des Technologienetzwerkes „Hansenetz“ will die Landesregierung nicht nur die Forschung zur Aquakultur im norddeutschen Raum vorantreiben, sondern auch Kompetenzen auf dem Gebiet der maritimen Wirtschaft zusammenbringen, um innovative Technologien zur Verbesserung der ökologischen und wirtschaftlichen Bilanz der Aquakultur zu entwickeln. Die Kompetenzen der GMA werden in das Hansenetz einbezogen. Perspektivisch ist die Gründung eines „Fraunhofer-Zentrums für Aquakulturforschung“ geplant, das die Netzwerkbeteiligten unter einem neuen Dach vereint.

Sonne, Wasser, Luft und Nährstoffe: Das sind die Grundbedürfnisse von Pflanzen, um zu wachsen. Weil es nicht immer einfach ist, aus dem Boden hinreichend Nährstoffe zu beziehen, haben mehr als 80 % aller Pflanzen eine Symbiose mit bestimmten Pilzen gebildet, eine sogenannte arbuskuläre Mykorrhiza. Wie Pflanzen diese Symbiose initiieren und deren Aktivität regulieren, hat jetzt ein Forschungsteam unter Führung der TU München aufgeklärt und berichtet darüber im Fachjournal „Nature Communications“.

Phosphat im Austausch gegen Kohlenstoff

Bei der arbuskulären Mykorrhiza wächst der Pilz in die Wurzelrindenzellen der Pflanze hinein und bildet zugleich im Boden ein großes Netz aus sogenannten Hyphen. Über diese Hyphen nimmt der Pilz Nährstoffe auf, darunter das für Pflanzen bedeutsame Phosphat, und leitet diese direkt in die Pflanze. Die Pflanze teilt im Gegenzug den über die Photosynthese gewonnenen Kohlenstoff mit ihrem Symbionten.

Schon vor Jahrzehnten ist Forschenden jedoch aufgefallen, dass die Pflanze bei dieser Symbiose klar den Ton angibt: Mangelt es der Pflanze nicht an Phosphat, fährt sie die Symbioseaktivität herunter – vermutlich um den eigenen Kohlenstoff zu sparen. Nimmt der Phosphatmangel jedoch zu, verstärkt die Pflanze die Symbioseaktivität. Bislang war jedoch unklar, wie diese Regulation gesteuert ist. Jetzt konnte das Forschungsteam zeigen, dass ein Protein namens PHR der Schlüssel ist.

PHR reguliert die Aktivität der Symbiose

PHR ist ein sogenannter Transkriptionsfaktor und beeinflusst die DNA dahingehend, ob und in welcher Menge ein bestimmtes Protein in der Zelle gebildet wird. „Wir wollten herausfinden, wie die Ausbildung der arbuskulären Mykorrhiza in Abhängigkeit von der Phosphatverfügbarkeit reguliert wird und stellten die Hypothese auf, dass PHR dafür verantwortlich sein könnte“, erläutert Caroline Gutjahr, Professorin für Pflanzengenetik an der TU München. Dazu veränderten die Fachleute Reispflanzen und die Modellpflanze Lotus japonicus so, dass diese kein PHR bilden konnten. Und tatsächlich waren diese Pflanzen dann nicht in der Lage, auf Änderungen in der Phosphatverfügbarkeit zu reagieren, indem sie ihre Mykorrhiza-Aktivität anpassten.

Das Ausschalten des Gens für das PHR-Protein hatte jedoch noch mehr Folgen. Auch andere Proteine, die an der Funktion der Mykorrhiza beteiligt sind, waren jetzt nicht mehr aktiv, darunter ein Hormon, das wesentlich dafür verantwortlich ist, die Symbiose mit dem Pilz überhaupt erst zu initiieren.

Bessere Nährstoffversorgung als Züchtungsziel

„Auf der Grundlage unseres neuen Wissens könnte durch Züchtung oder Genom-Editierung die Phosphatempfindlichkeit von Pflanzen verändert werden“, beschreibt Gutjahr die Bedeutung der Entdeckung. Da die Symbiose die Pflanze noch mit weiteren Nährstoffen unterstützt, wäre denkbar, die Aktivität der Mykorrhiza grundsätzlich zu verstärken, erklärt die Genetikerin: „Durch ‚tuning‘ von PHR könnte man zum Beispiel die Phosphatempfindlichkeit der Pflanze herabsetzen und bei höheren Phosphatkonzentrationen im Boden die Ausbildung der Symbiose fördern und somit ihre anderen Vorteile für die landwirtschaftliche Produktion nutzen.“

Sun, water, air and nutrients are the basic requirements for plant growth. Since it is not always easy to obtain sufficient nutrients from the soil, more than 80 % of all plants have formed a symbiosis with certain fungi, a so-called arbuscular mycorrhiza. How plants initiate this symbiosis and regulate its activity has now been elucidated by a research team led by the Technical University of Munich and reported in the journal „Nature Communications“.

Phosphate in exchange for carbon

In arbuscular mycorrhiza, the fungus grows into the root bark cells of the plant and also forms a large network of so-called hyphae in the soil. Through these hyphae, the fungus takes up nutrients, including phosphate, which is important for plants, and directs them directly into the plant. In return, the plant shares the carbon obtained via photosynthesis with its symbiont.

However, researchers noticed decades ago that the plant clearly sets the tone in this symbiosis: If the plant is not deficient in phosphate, it shuts down symbiotic activity - presumably to save its own carbon. However, if the phosphate deficiency increases, the plant increases the symbiotic activity. Until now, however, it was unclear how this regulation is controlled. Now the research team has been able to show that a protein called PHR is key.

PHR regulates the activity of symbiosis

PHR is a so-called transcription factor and influences DNA in terms of whether and in what quantity a certain protein is produced in the cell." We sought to find out how arbuscular mycorrhiza form and hypothesized that PHR could be responsible for this. "We tried to find out how the formation of arbuscular mycorrhiza is regulated as a function of phosphate availability and hypothesized that PHR could be responsible for this," explains Caroline Gutjahr, Professor of Plant Genetics at TU Munich. For this, the experts modified rice plants and the model plant Lotus japonicus so that they could not form PHR - and indeed, the plants were consequently unable to respond to changes in phosphate availability by adjusting their mycorrhizal activity.

However, silencing the gene for the PHR protein had even more consequences. Other proteins involved in the function of the mycorrhiza were now also no longer active, including a hormone that is essentially responsible for initiating the symbiosis with the fungus in the first place.

Better nutrient supply as a breeding goal

"Based on our new knowledge, the phosphate sensitivity of plants could be changed through breeding or genome editing," Gutjahr describes the significance of the discovery. Since the symbiosis still supports the plant with other nutrients, it would be conceivable to fundamentally enhance the activity of the mycorrhiza, the geneticist explains: "By 'tuning' PHR, for example, one could lower the plant's phosphate sensitivity and promote the formation of the symbiosis at higher phosphate concentrations in the soil, thus exploiting its other advantages for agricultural production."

Die Bioökonomie kann einen entscheidenden Beitrag zur Umsetzung der globalen Nachhaltigkeitsziele der Vereinten Nationen leisten. Ein biobasiertes Wirtschaften ist aber nicht per se nachhaltig und es existieren in vielen Fällen Zielkonflikte. Maßnahmen und Prozesse müssen ständig beobachtet und hinterfragt werden, um den Weg in eine Bioökonomie nachhaltig zu gestalten und um Fehlentwicklungen vorzubeugen oder gegenzusteuern.

Für ein Monitoring der deutschen Bioökonomie wurde 2016 unter anderem das vom Bundesforschungsministerium geförderte Verbundvorhaben „Systemisches Monitoring und Modellierung der Bioökonomie", kurz SYMOBIO ins Leben gerufen. Hier haben die Forschenden im Laufe der Jahre Werkzeuge entwickelt, mit denen sich Wege in eine nachhaltige, biobasierte Wirtschaft messen und bewerten lassen. Die wichtigsten Stoffströme in der Land- und Forstwirtschaft wurden hinsichtlich ihres ökologischen Fußabdruckes analysiert, damit verbundene nationale und globale Auswirkungen aufgezeigt und Lösungsansätze für Probleme benannt.

Ein Knotenpunkt für das Bioökonomie-Monitoring

Das im Januar 2022 gestartete Verbundvorhaben SYMOBIO 2.0 soll nun die Ergebnisse des Vorgängerprojekts präzisieren und erweitern und eine zentrale Plattform schaffen, die alle Informationen zum Bioökonomie-Monitoring bündelt. Koordiniert wird das Konsortium vom Center for Environmental Systems Research (CESR) an der Universität Kassel.

„SYMOBIO soll der Knotenpunkt für ein Monitoring der deutschen Bioökonomie werden“, sagt Projektleiter Stefan Bringezu. „Wir bereiten die Daten und Kernindikatoren anschaulich auf, bewerten sie und stellen Links zu weiterführenden Informationen bereit.“ Zur Erstellung eines einheitlichen Bildes der Bioökonomie nutzt das Forschungsteam Methoden wie Fußabdruckanalysen, Fernerkundung, Stakeholder-Befragungen, Fallstudien, Modellsimulationen und Patentanalysen.

Klare Kommunikation politisch relevanter Ergebnisse

Dabei betrachten die Forschenden in SYMOBIO nicht nur Deutschland, sondern nehmen eine globale Perspektive ein. Ein wichtiges Anliegen der Forschenden ist es, jene Ergebnisse, die politisch relevant sind, auch klar zu kommunizieren, wie Bringezu betont. „Wir müssen über das Niveau einer reinen Forschungsübersicht hinausgehen und Aussagen treffen, die über die Performanz der Bioökonomie und die Erfordernisse hinsichtlich der Nachhaltigkeit informieren.“

Schnittstellen zu anderen Monitoring-Systemen schaffen

Die Entwicklung der Landwirtschaft nimmt im Bioökonomie-Monitoring zwar eine besondere Stellung ein. Doch die Projektpartner verstehen das Monitoring als ein „lernendes System“. Daher soll es auch Schnittstellen zu anderen Monitoring-Systemen wie dem allgemeinen Rohstoffmonitoring und dem Monitoring der Energiewende geben sowie Nutzer mit einbezogen werden. An dem bis 2024 laufenden Vorhaben SYMOBIO 2.0 sind neben dem CESR weitere zehn deutsche Forschungsinstitute beteiligt: