Aktuelle Veranstaltungen

Die Haut ist das größte Organ der Menschen und erfüllt zahlreiche wichtige Funktionen für den gesamten Organismus. Doch sie wird auch täglich angegriffen – durch Sonnenstrahlen oder Feuchtigkeit sowie durch Allergene in Kleidungsstücken oder Cremes. Um Allergene beispielsweise in neuen Kosmetika von vornherein auszuschließen, werden diese in Zellkulturen an Hautmodellen getestet. Die Hochschule Mannheim und die BRAIN AG entwickeln deswegen gemeinsam ein neues dreidimensionales Hautmodell zum besseren Verständnis der Physiologie der Haut und mit dem Ziel der Erschließung neuer Einsatzmöglichkeiten in der Gesundheits- und Kosmetikbranche.

Industrie und Forschung entwickeln neue Hautmodelle

Das Forschungsprojekt „Multimodale Analytik und Intelligente Sensorik für die Gesundheitsindustrie (M²Aind)" ist ein öffentlich-privates Partnerschaftsprojekt und wird  vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) für mindestens vier Jahre mit 6 Mio. Euro gefördert. Bei positiver Zwischenbilanz kann die Förderung sogar um weitere vier Jahre verlängert werden. Der Startschuss für das Projekt fiel im Januar 2017. Derzeit sind 37 Partner aus Industrie und Forschung an dem Projekt beteiligt. Die Projektpartner konnten bereits einen Übersichtsartikel im Fachmagazin „Journal of Cellular Biotechnology“ publizieren. Darin sind die Zusammensetzung und die grundlegenden Merkmale und Funktionen der menschlichen Haut beschrieben. Auch werden Aufbau und Voraussetzungen sowie Vor- und Nachteile der derzeitigen In-vitro-3D-Hautmodelle besprochen und in einer umfassenden Übersichtstabelle miteinander verglichen.

3D-Hautmodelle stellen Realität besser dar

Der heutige Stand der Forschung und Entwicklung für neue Anwendungen in der Hautforschung basiert teilweise noch immer auf 2D-Zellkulturen. Der multizellulare Aufbau der 3D-Modelle erleichtert die Interaktion der Zellen allerdings sowohl miteinander, als auch mit der extrazellulären Matrix. Somit können die 3D-Modelle die In-vivo-Umgebung der menschlichen Haut viel genauer darstellen. Mit den neuesten Technologien werden die Zellen in kugelförmigen Gefügen von Mikrogewebe angeordnet, was einen höheren Standardisierungsgrad und verbesserte Automatisierungsmöglichkeiten für industrielle Anwendungsgebiete bedeutet.

Visualisierung in Echtzeit

Allerdings ist die industrielle Nutzung der 3D-Sphäroide noch sehr begrenzt, da die Methoden zur Analyse der schnell ablaufenden biologischen Prozesse in der Zelle noch nicht ausgereift sind. Im Rahmen des Projektes „M²Aind" sollen diese Beschränkungen überwunden werden. Das Ziel: Die in unterschiedlichen Hautschichten der 3D-Sphäroide stattfindenden molekularen Prozesse sollen in Echtzeit und hoher Auflösung visualisiert werden. In Zukunft sollen so auch neuartige Technologien zur Verwendung und Nutzung menschlicher Stammzellen in der personalisierten Diagnostik, zur Entwicklung von Therapien sowie für die regenerative Medizin entwickelt werden.

jmr

The skin is the largest organ of the human body and fulfils a number of vital functions. However, the skin is also under constant “attack” – by the sun, water or allergens in clothing and cosmetics. In order to minimise or even exclude allergens in such products, they are tested on skin models in cell culture. For a better understanding of skin physiology the Mannheim University of Applied Sciences (MUAS) and BRAIN AG are developing a new three-dimensional skin model with the aim to provide new insights for health care and cosmetic applications.

Research and industry band together

The research project Multimodal Analytics and Intelligent Sensorics for the Health Industries (M²Aind) is a Public-Private-Partnership project led by MUAS and sponsored by the German Federal Ministry of Education and Research (BMBF). Kick-off was in January 2017 and the funding amounts to €6 million for four years, with the option for another four years, depending on positive midterm reviews. Currently there are 37 partners from research and industry taking part in the project, and the project partners already published their first review article in the “Journal of Cellular Biotechnology”. The article details the composition as well as principal features and functions of human skin. It discusses the setup, prerequisites, advantages, and disadvantages of currently available in vitro 3D skin models, and compares them in a comprehensive overview table.

3D models allow for more realistic insight

Breakthroughs in 3D skin modelling are perceived as potential game changers for various market segments, because many research and development activities for new skin applications are still partly based on 2D cell culture. However, the multicellular setting of 3D models allows for a much better interaction of cells with each other and with the extracellular matrix. They are therefore much more representative of the in vivo environment of human skin. Newer technologies focus on organising the cells in spherical micro-tissues with the advantage of allowing better standardisation and automatisation for industrial applications.

Visualising molecular processes in real-time

However, application for industry is still quite restricted due to limited methods available to analyze the fast biological processes that take place within the cell. The goal of the M²Aind project of MUAS and BRAIN is to overcome this limitation by developing new technologies that can visualise the molecular processes that are ongoing in the different skin layers in 3D spheroids in real-time and with high-resolution. The future aim is to develop and apply novel technologies using human stem cells in personalised diagnostics and therapies as well as for the field of regenerative medicine.

jmr

Raps ist in vielerlei Hinsicht eine ganz besondere Kulturpflanze. Zum einen ist sie noch verhältnismäßig jung – Raps entstand erst vor etwa 1.000 Jahren durch eine zufällige Kreuzung aus Rübsen (Chinakohl) und Gemüsekohl. Zum anderen besitzt Brassica napus mit 38 Chromosomen ein sehr großes und komplexes Genom, über das bis vor wenigen Jahren noch kaum etwas bekannt war. Die gelbblühende Ölsaat findet in immer mehr industriellen Bereichen Verwendung, doch es besteht die Gefahr, dass heutige Rapssorten den Ernte- und Umweltanforderungen bald nicht mehr gerecht werden.

Forschungsverbund für mehr Raps-Diversität

Aufgrund seiner vielseitigen Nutzungsformen wird der Raps heute in ganz Europa angebaut und unter anderem in der humanen Ernährung, der Tierfütterung oder in der Herstellung von Biodiesel verwendet. Um die Rapszüchtung zu optimieren und zu stabilisieren, haben sich sieben Züchtungsbetriebe aus ganz Deutschland sowie sieben Forschungseinrichtungen unter der Federführung von Gunhild Leckband, Geschäftsführerin der NPZ Innovation GmbH, und Amine Abbadi in Holtsee zusammengeschlossen. Das Forschungskonsortium namens Pre-Breed-Yield wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Förderinitiative „Pflanzenbiotechnologie der Zukunft“ von 2011 bis 2015 mit rund 4 Mio. Euro gefördert.

Flaschenhälse in der Rapszüchtung

Trotz seines großen Genoms weisen heutige Rapssorten nur eine sehr geringe genetische Vielfalt auf. „Diese geringe Diversität entstand, weil sich Züchter auf zwei bestimmte Zuchtziele konzentriert haben“, sagt Abbadi. Auf der einen Seite sollte die ernährungsphysiologisch bedenkliche Erucasäure aus dem Raps verschwinden, und auf der anderen Seite sollte der Gehalt an Glucosinolaten im Rapsschrot reduziert werden, damit er sich besser für die Tierfütterung eignet. Diese zwei „züchterischen Flaschenhälse“ hätten schließlich zu der genetischen Verarmung geführt. „Heute wird europaweit eigentlich nur noch der sogenannte 00-Raps angebaut, also ohne Erucasäure und niedrig Glucosinulate“, sagt Abbadi.

Das Ziel des Forschungsverbunds: Mehr genetische Diversität in der Rapszüchtung schaffen, um aktuellen und zukünftigen Anbauproblemen neue Sorten entgegensetzen zu können. „Wir wollten für mehr Ertrag, für eine höhere Toleranz gegen abiotischen Stress wie Trockenheit und für mehr Stickstoffeffizienz sorgen“, erläutert Abbadi.

Verwandtschaftsverhältnisse von Rapspflanzen untersucht

Um ihrem Ziel näher zu kommen, führte das Konsortium zunächst eine große Literaturrecherche durch. Alte Gen- und Datenbanken wurden durchforstet und schließlich etwa 1.500 verschiedene Rapslinien zusammengetragen, deren genetisches Profil teilweise nicht bekannt war.

„Anschließend haben wir diese auf etwa 500 Linien, welche für einen Anbau im europäischen Raum geeignet waren, reduziert“, sagt Abbadi. Diese 500 Linien wurden dann mithilfe von molekularen Markern untersucht, um ihre genetische Diversität zu erfassen. Bis dato waren die verfügbaren genetischen Informationen über Raps sehr begrenzt. Also verglichen die Forscher die Verwandtschaftsbeziehungen zwischen verschiedenen Rapslinien – ein Verfahren, das „Fingerprinting“ genannt wird. Schließlich fokussierten sich die Genetiker auf 50 Linien, die dennoch die gesamte genetische Bandbreite der ursprünglich 1.500 Linien abdeckten.

Durch Kreuzungen entstanden 2.500 Rapsfamilien

„Diese 50 Linien haben wir dann alle mit einer sogenannten Elitelinie gekreuzt, die bereits in der Züchtung eingesetzt wird“, berichtet Abbadi. Ein Mammutprojekt: Durch die Kreuzungen entstanden insgesamt 2.500 Rapsfamilien, deren Genom auf die Merkmale Ernteeigenschaften, Stresstoleranz und Stickstoffeffizienz untersucht werden musste. „Das war wirklich eine Materialschlacht“, sagt Abbadi heute. „Es war gar nicht so einfach genügend Pflanzenmaterial herzustellen und allen Züchtern zur Verfügung zu stellen, um anschließend aussagekräftige Daten für alle 2.500 Familien zu erhalten.“

Eine Datenbank für die Forschergemeinde

Natürlich galt es auch einige andere Herausforderungen zu meistern. „14 Projektpartner zu koordinieren, deren Arbeiten aufeinander aufbauen, ist keine einfache Aufgabe.“ Auch die molekularen Analysemethoden für die rekombinierten Genomabschnitte waren anfangs gar nicht vorhanden. Unterschiede in einzelnen DNA-Bausteine zwischen den Linien, sogenannte Single Nucleotide Polymorphisms (SNPs), wurden mithilfe der Genomsequenzierung der 50 Linien und Genotypisierungschips analysiert. „Das Konsortium hat diesen speziellen Chip mitentwickelt. So konnten wir auch bestimmen, welche Marker analysiert werden.“ Die größte Herausforderung sei jedoch das Datenmanagement gewesen. „Alle Partner mussten zu jeder Zeit auf alle Daten zugreifen können. So ist die Pre-Breed-Yield-Datenbank entstanden“, erzählt Abbadi. Inzwischen ist die Datenbank für die gesamte Forschergemeinde zugänglich und wird noch immer stetig aktualisiert.

Mehr Ertrag als die Elitelinie

Aus den 2.500 Rapsfamilien wurden schließlich basierend auf den Daten aller Projektpartner 1.000 Familien ausgesucht. Diese wurden wiederum mit einer sterilen Mutterlinie weitergekreuzt, um Hybriden zu erzeugen. „Die meisten heute verwendeten Rapssorten sind Hybriden“, erklärt Abbadi. „Wir wollten den sogenannten Heterosis-Effekt nutzen, der zur Folge hat, dass Kreuzungsnachkommen ertragreicher sind als die Elternpflanzen.“ Die entstandenen Experimentalhybriden bauten die Pflanzenforscher an 12 verschiedenen Standorten an und ermittelten deren Ertrag. Das Ergebnis: Es wurden Linien identifiziert, die in Sachen Ertrag und Stickstoffeffizienz noch besser sind als die ursprüngliche Elitelinie. „Diese besonders ertragreichen Rapslinien sind heute für alle Züchter in Deutschland frei zugänglich“, berichtet Abbadi.

Zahlreiche Nachfolger-Projekte

„Wir sind sehr dankbar für die Unterstützung und Förderung durch das BMBF“, betont Abbadi. „Kein Züchter hätte so ein Projekt alleine bewerkstelligen können.“ Nach dem Vorbild des deutschen Großprojektes sind seither weltweit zahlreiche Ableger und Weiterführungen entstanden, die beispielsweise den Raps für den Anbau in Nordamerika optimieren.

Autorin: Judith Reichel

In many ways, rapeseed is a very special crop. For one thing, it is still relatively young - oilseed rape originated only about 1,000 years ago by a random cross between turnip (Chinese cabbage) and cabbage. On the other hand, with its 38 chromosomes Brassica napus has a very large and complex genome, with little of it known until a few years ago. Now, the yellow-flowering oilseed is used in many industrial areas, but there is a risk that today's rape varieties will soon no longer meet the harvest and environmental requirements.

Research network for more rapeseed diversity

Because of its versatile uses, rapeseed is now cultivated all over Europe and used – among other things – in human nutrition, animal feed or in the production of biofuel. In order to optimize and stabilize rapeseed breeding, seven breeding companies across Germany and seven research institutes have joined forces and are coordinated by Gunhild Leckband, Managing Director of NPZ Innovation GmbH, and Amine Abbadi in Holtsee. The research consortium, called Pre-Breed-Yield, was funded by the Federal Ministry of Education and Research (BMBF) from 2011 to 2015 with aproximately €4 million as part of the funding initiative „Pflanzenbiotechnologie der Zukunft“.

Bottlenecks in rapeseed breeding 

Despite its large genome, today's rape varieties have very little genetic diversity. "This low diversity was created because breeders focused on two specific breeding goals," says Abbadi. On the one hand, the nutritionally questionable erucic acid should disappear from the rapeseed, and on the other hand, the content of glucosinolates in rapeseed meal should be reduced so that it is better suited for animal feeding. These two "breeding bottle necks" eventually led to genetic depletion. "Today, only the so-called 00 rape is cultivated in Europe. It contains no erucic acid and low glucosinulate," says Abbadi. 

The goal of the research network: To create more genetic diversity in rapeseed breeding in order to be able to counteract current and future cultivation problems with new varieties. "We wanted to increase yields, increase tolerance to abiotic stressors such as dryness, and increase nitrogen efficiency," explains Abbadi.

Relationships of oilseed rape plants

The first step towards that goal was a large literature search. Old gene and databases were scoured and eventually collected about 1,500 different rapeseed lines, with some of their genetic profiles unknown. 

"Subsequently, we reduced it to about 500 lines that were suitable for cultivation in Europe," says Abbadi. These 500 lines were then examined using molecular markers to capture their genetic diversity. So far, the available genetic information about oilseed rape has been very limited. Therefore, researchers compared family relationships between different rapeseed lines - a process called fingerprinting. Finally, the geneticists focused on 50 lines that nonetheless covered the entire genetic range of the original 1,500 lines.

Crossings generated 2,500 rapeseed families

"We then crossed every one of these 50 lines with  the so-called elite line, which is already used in breeding," says Abbadi. A gigantic project: A total of 2,500 rapeseed families emerged from the crossbreeds. Afterwards, every genome had to be examined for their crop characteristics such as stress tolerance and nitrogen efficiency. "In hindsight, it was difficult to produce enough plant material and make it available to all breeders, and then provide meaningful data for all 2,500 families", says Abbadi.

A database for the research community

In addition, there were a number of other challenges to master: "Coordinating 14 project partners whose work builds on each other is not an easy task." The molecular analysis methods for the recombined genome segments were also had to be established first. Differences in single DNA building blocks between the lines, so-called single nucleotide polymorphisms (SNPs), were analyzed by means of genome sequencing of the 50 lines via genotyping chips. "The consortium co-developed this special chip. This also allowed us to determine which markers to analyze. "The biggest challenge, however, was data management. "All the partners needed access to all data at all times. This is how the Pre-Breed-Yield database came about," says Abbadi. By now, the database is accessible to the entire research community and is still being updated constantly.

More yield than the elite line 

From the 2,500 rape families, in the end 1,000 families were selected based on the data of all project partners. These were in turn further crossed with a sterile maternal line to produce hybrids. "Most rape varieties used today are hybrids," explains Abbadi. "We wanted to use the so-called heterosis effect, which results in crossbred progeny being more productive than the parent plants." The resulting experimental hybrids were established by plant researchers at 12 different sites who also determined their yield. The result: They identified lines, which are even better in terms of yield and nitrogen efficiency than the original elite line. "These particularly productive rapeseed lines are now freely accessible to all breeders in Germany," says Abbadi. 

Numerous successor projects 

"We are very grateful for the support and funding by the BMBF," emphasizes Abbadi. "No one breeder could have managed such a project by themself." Following the example of the German large-scale project, numerous offshoots and continuations have since sprung up, optimizing rape seed for cultivation in North America, for example.

Author: Judith Reichel

Die Bundesregierung hat mit der Nationalen Forschungsstrategie BioÖkonomie die Vision einer nachhaltigen, biobasierten Wirtschaft formuliert. Die Sicherung der Welternährung, die Produktion von gesunden und sicheren Lebensmitteln, die nachhaltige Gestaltung der Agrarproduktion sowie die industrielle und energetische Nutzung nachwachsender Rohstoffe erfordern intensive Forschungsanstrengungen zur Nutzbarmachung biologischen Wissens, zur Weiterentwicklung biobasierter Verfahren und zur optimalen Verwertung biologischer Ressourcen.

Internationale Kooperationen stärken

Zur Realisierung der Bioökonomie bedarf es einer weltweiten Zusammenarbeit. Hier setzt die Fördermaßnahme „Bioökonomie International“ (Bioeconomy International) an. Ihr Ziel ist es, durch die Förderung von Forschungs- und Entwicklungsprojekten in enger Zusammenarbeit mit relevanten ausländischen Partnern zu zentralen Fragestellungen der Bioökonomie internationale Kooperationen zu stärken und Partnerschaften aufzubauen. Hierbei sind neben den technologischen Fragestellungen und Entwicklungszielen auch sozioökonomische Aspekte und ganzheitliche Ansätze von Bedeutung.

Ein Fokus liegt diesmal auf Argentinien und Brasilien

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) hat nun eine neue Ausschreibungsrunde für „Bioökonomie International“ gestartet. Sie zielt auf Verbundprojekte insbesondere mit Partnern aus den Ländern Argentinien, Brasilien, Chile, China, Indien, Kanada, Malaysia, Russland und Vietnam ab.

Die diesjährige Fördermaßnahme ist in drei Module untergliedert:

• Modul 1: Basis Bioökonomie International: hier wird die Zusammenarbeit mit Partnern aus Nicht-EU-Ländern gefördert. Projektvorschläge können in diesem Modul zu allen fünf Handlungsfeldern der Nationalen Forschungsstrategie eingereicht werden.
• Modul 2: Bioökonomie Deutschland – Argentinien: hier wird die Zusammenarbeit mit Partnern aus Argentinien gefördert. Relevante Themenfelder sind Technologieplattformen für zukünftige Anwendungen in der Pflanzenzüchtung, die Aufwertung von Abfällen aus der Landwirtschaft, sowie biotechnologische Produkte und Produktionstechnologien zur Reduktion des ökologischen Fußabdrucks landwirtschaftlicher Nutzflächen (Ökoeffizienz).
• Modul 3: Bioökonomie Deutschland – São Paulo: hier wird speziell die Zusammenabeit mit Partnern aus dem brasilianischen Bundesstaat São Paulo, Brasilien, gefördert. Hier soll es um nachhaltige Landwirtschaft, Lebensmittelproduktion, Produkte aus nachhaltig produzierter Biomasse und andere Bio-Produkte.

Antragsberechtigt sind Hochschulen, außeruniversitäre Forschungseinrichtungen, Landes- und Bundeseinrichtungen mit Forschungsaufgaben sowie Unternehmen der gewerblichen Wirtschaft in der Europäischen Union, darunter ­insbesondere auch kleine und mittlere Unternehmen (KMU), der Zuwendungsempfänger muss seinen Sitz in Deutschland haben.

Projektskizzen können im Internet-Portal www.bioeconomy-international.de bis zum 16. April 2018 hochgeladen werden. Das Antragsverfahren ist zweistufig. Ansprechpartner beim Projektträger Jülich sind Veronika Jablonowski und Christian Breuer.

Mehr als zwei Jahre ist es her, als internationale und nationale Akteure aus Politik und Wissenschaft beim „Global Bioeconomy Summit“ (GBS) erstmals gemeinsam über die weltweite Bedeutung der Bioökonomie debattierten. Mehr als 700 Gäste aus 82 Länder kamen nach Berlin, um im Rahmen des zweitägigen Treffens über zentrale Themen wie Klimaschutz, Dekarbonisierung und den Kampf gegen den Hunger zu diskutieren. Im Ergebnis des ersten Weltgipfels zur Bioökonomie wurde ein Abschluss-Communiqué zu fünf Prioritäten einer internationalen politischen Agenda auf dem Weg in die biobasierte Wirtschaft verabschiedet. Die Veranstaltung wurde vom Bioökonomierat organisiert und von der Bundesregierung unterstützt.

Mit Studenten die Bioökonomie von Morgen gestalten

Vom 19. bis 20. April 2018 findet nun in der Berlin zum zweiten Mal der Global Bioeconomy Summit statt. Dieses Mal will der Kongress der jungen Generation eine Bühne für ihre Zukunftsvisionen bieten. Mit der „Bioeconomy Art Competition“ hat der Bioökonomierat Mitte Dezember den Kreativwettbewerb gestartet. Junge, kreative Menschen aus der ganzen Welt sollen motiviert werden, ihre Ideen einer zukünftigen Bioökonomie darzustellen. 

Der Grund: Die Bioökonomie wurde bisher hauptsächlich von Forschern und politischen Entscheidungsträgern als Vision oder Konzept beschrieben. Erzählungen und Visualisierungen darüber, wie die zukünftige Bioökonomie aussieht, müssen noch entwickelt werden. Diese Bilder oder visuellen Definitionen sind dem Rat zufolge wichtig, um Emotionen und Visionen der Bioökonomie zu vermitteln und öffentliche Dialoge zu führen. „So entstand die Idee, Hochschulen anzusprechen, um mit Studenten zusammen zu arbeiten“, sagt  Jurymitglied und Professor für Illustration an der University of Applied Sciences Europe in Berlin, Hans Baltzer, im Gespräch mit bioökonomie.de.

Zukunftsvisionen mit Bildern und Comics vermitteln

Studierende, die sich für das Thema interessieren, sind daher aufgerufen, ihre Illustrationen zur Bioökonomie von Morgen bis zum 31. Januar 2018 an das Gremium online zu senden. Neben Zukunftsvisionen zur Bioökonomie geht es um Ideen, die Fragen aufgreifen, wie die Bewerber selbst in Zukunft leben wollen, wie die Bioökonomie dazu aber auch zur Bewältigung der globalen Herausforderungen im direkten Lebensumfeld des Bewerbers beitragen könnte. „Die Illustrationen können weit gefächert sein. Die Bilder sollen vor allem Geschichten erzählen. Das können Zeichnungen, Skizzen aber auch Comics sein“, sagt Baltzer.

Die besten drei sind beim GBS dabei

Eine Jury wird die eingereichten Vorschläge prüfen. Die drei besten Beiträge erhalten dann die Gelegenheit ihre Ideen beim Weltgipfel im April 2018 vorzustellen. „Es geht vor allem darum, diese Ansätze einem internationalem Fachpublikum zu präsentieren und damit andere Gespräche zu provozieren“, sagt Baltzer.

Bewusstsein zur Bioökonomie schärfen

Der Experte für Illustrationen ist überzeugt: Mithilfe der Kunst kann das Bewusstsein der jungen Generation für die Bioökonomie weiter geschärft werden. „Zu Beginn jedes Wandels steht ein Gedanke. Und da kommt die Kunst ins Spiel.“

bb

It’s been more than two years since international and national players across policy and science discussed the meaning of bioeconomy at the „Global Bioeconomy Summit“ (GBS). More than 700 guests from 82 countries came to Berlin for the two-day meeting in order to talk about such pivotal topics as global warming, protecting the environment, decarbonisation, and the fight against world hunger. As a result of the first global bioeconomy summit, the participants agreed on a final communiqué that highlighted five priorities of an international political agenda towards a biobased economy. The event was organised by the German Bioeconomy Council and was supported by the German government.

Creating the bioeconomy of tomorrow

The second Global Bioeconomy Summit will take place April 19 and 20, once again in Berlin. This time, the meeting will also offer the stage to the next generation and their vision of the future: Last December the Bioeconomy Council started the creative “Bioeconomy Art Competition”. Young, creative people from all over the world are asked to present their ideas for a future bioeconomy.

The competition was initiated, because - thus far - most concepts were developed by scientists or policy makers. Visualisations and realisations of a future bioeconomy have yet to be developed. According to the council, such images and visual definitions are important in order to transport the emotions and visions of the bioeconomy and initiate a public discourse. “This is how the idea to talk to universities and work with students came about,” says Hans Baltzer, juror and professor for illustration at the University of Applied Sciences Europe in Berlin.

Visions of the future in pictures and comics

Interested students are invited to send their illustrations regarding the bioeconomy of tomorrow to the jury until January 31. Aside from future visions of bioeconomy, the competition asks how the participants themselves want to live in the future and how bioeconomy can contribute to that as well as to the many global challenges that are directly affecting the participants. “The illustrations can cover a wide array of topics. The pictures are supposed to tell a story in drawings, sketches or comics,” says Baltzer.

The top three will be presented at the GBS

A jury will assess the proposals. The three best contributions will be presented during the global summit in April 2018. “It’s about presenting these ideas and approaches to an international expert audience and thereby initiate new conversations,” says Baltzer.

Sharpening the awareness for bioeconomy

The illustration-expert is convinced: By using art, the awareness of the young generation regarding bioeconomy can be further enhanced. “Every change has to be imagined first. This is where art comes into play.”

jmr/bb

Bioniker schauen sich Strukturen von der Natur ab und entwickeln daraus technische Lösungen. Für Leandra Hamann waren im Wasser lebende Organismen die Vorlage für einen Mikroplastik-Filter. In Rahmen ihrer Masterarbeit hat die Biologin erfolgreich nach einer Lösung gesucht, um die Abwasserbelastung durch Kunststoffpartikel, die kleiner als 5 Millimeter sind, mit Filtern zu reduzieren. Dafür wurde die Forscherin kürzlich mit den Alfred-Kärcher-Förderpreis ausgezeichnet.

Pflanzen brauchen Licht zum Wachsen. Dabei konkurrieren sie jedoch oft mit Nachbarn, die größer sind und sie somit in den Schatten drängen. Um dennoch ausreichend Licht einzufangen, haben Pflanzen verschiedene Strategien entwickelt, zwischen denen sie je nach Konkurrenzsituation wählen, wie Forscher der Universität Tübingen herausfanden. Wie das Team im Fachjournal „Nature Communications“ berichtet, orientieren sich die Pflanzen dabei jeweils an Höhe und Wuchsdichte der Konkurrenz.

Pflanzen und ihre Ausläufer im Visier

So erkennen Pflanzen beispielsweise die Anwesenheit anderen Pflanzen an einer reduzierten Lichtmenge oder an den veränderten Anteilen von hellroten zu dunkelroten Wellenlängen, wenn Licht durch die Blätter gefiltert wird. Sie reagieren darauf entweder mit Konfrontation, indem sie über ihre Konkurrenten hinauswachsen und diese beschatten oder mit Toleranz, welche erlaubt auch im Schatten zu gedeihen. Klonale Pflanze, die sich über Ausläufer fortpflanzen können, zeigen noch eine weitere Reaktion: Sie wachsen seitlich aus dem Umfeld der Nachbarn und gehen so Konkurrenz ums Licht buchstäblich aus dem Weg.  „Wir haben nun untersucht, ob Pflanzen zwischen diesen Reaktionsmöglichkeiten wählen und damit passend auf Größe und Dichte der Konkurrenz reagieren können,“ sagt die Tübinger Biologin Michal Gruntman.

Pflanzen passen sich Konkurrenz an

Die Studienergebnisse offenbaren, dass Pflanzen die Dichte und die Wettbewerbsfähigkeit ihrer Nachbarpflanzen einschätzen und ihre Reaktionen entsprechend anpassen können. Die Fähigkeit, je nach Ergebnis zwischen verschiedenen Reaktionen zu wählen, könnte den Forschern zufolge vor allem in einem heterogenen Umfeld wichtig sein. Denn hier wachsen Pflanzen möglicherweise neben Nachbarn, die sich in Größe, Alter oder Dichte unterscheiden, und sollten deshalb in der Lage sein, die angemessene Strategie zu wählen.

Wettbewerb ums Licht simuliert

Im Rahmen der Studie simulierte das Team um Gruntman für das Kriechende Fingerkraut Potentilla reptans verschiedene Szenarien eines Wettbewerbs um Licht. Sie verwendeten Hochkantstreifen als transparente Grünfilter, die sowohl Lichtmenge als auch das Verhältnis von hellroten zu dunkelroten Wellenlängen veränderten und somit Konkurrenz mit Nachbarn um Licht realistisch simulierten. Ferner variierten sie in einigen Fällen Höhe und Dichte der vermeintlich konkurrierenden Nachbarn.

Optimale Reaktion gewählt

Die Versuche der Tübinger zeigen: Das Fingerkraut kann tatsächlich die optimal angepasste Reaktion wählen. Die Pflanze investierte ins Längenwachstum, wenn die Simulation kurz- und dichtwachsende Nachbarspflanzen vorgab. Wurden dagegen hoch- wie auch dichtwachsende Nachbarspflanzen simuliert, bei denen weder Flucht noch Konfrontation möglich war, entwickelten sie die höchste Schattentoleranz. Bei hohen aber licht wachsenden Vegetationen reagierte das Fingerkraut stattdessen mit seitwärts gerichteten Ausläufern. Die Studie der Tübinger Forscher zeigt einmal mehr, welche Fähigkeiten Pflanzen besitzen, um komplexe Informationen über ihre Umgebung zu integrieren und darauf optimal zu reagieren.

bb

Competition is part of the natural environment: animals compete for food sources while plants mainly compete for light, which is essential to their growth. Similar to animals, plants have several options of how to react in the face of competition. Biologists from the University of Tübingen have now demonstrated that plants can in fact choose between alternative competitive responses according to the stature and densities of their opponents. A new study by researchers from the Institute of Evolution and Ecology reveals that plants can evaluate the competitive ability of their neighbours and optimally match their responses to them. The results were published in the journal “Nature Communications”.

Vertical growth, shade tolerance, or avoidance behaviour

Given the necessity of light for their growth and subsequent survival, plants have developed mechanisms to detect the presence of other competing plants through various cues, such as the reduction in light quantity or in the ratio of red to far-red wavelengths, which occurs when light is filtered through leaves. Such competition cues are known to induce two types of responses: confrontational vertical elongation, by which plants try to outgrow and shade their neighbours, and shade tolerance, which promotes performance under limited light conditions. Moreover, some plants, such as clonal plants, can exhibit avoidance behaviour as a third response type: they grow away from their neighbours. “These three alternative responses of plants to light competition have been well-documented in the literature”, says Michal Gruntman, lead author of the paper. “In our study we wanted to learn, if plants can choose between these responses and match them to the relative size and density of their opponents.”

Simulating different light-competition settings

In order to answer this question, the researchers used the clonal plant Potentilla reptans in an experimental setup that simulated different light-competition settings. They used vertical stripes of transparent green filters that reduce both light quantity and the ratio of red to far-red wavelengths to provide a realistic simulation of light competition. By changing both the height and density of this simulated vegetation, the researchers could present different light-competition scenarios to the plants.

Plants can choose their optimal response

The result: Potentilla reptans can indeed choose its response to competition in an optimal way. When the plants where under treatments simulating short-dense neighbours, Potentilla reptans showed the highest confrontational vertical growth. However, under simulated tall-dense neighbours, which could not be outgrown either vertically or laterally, plants displayed the highest shade tolerance behaviour. Lastly, under tall-sparse neighbours, plants exhibited the highest lateral-avoidance behaviours.

The findings of this study reveal that plants can evaluate the density and competitive ability of their neighbours and tailor their responses accordingly. “Such an ability to choose between different responses according to their outcome could be particularly important in heterogeneous environments, where plants can grow by chance under neighbors with different size, age or density, and should therefore be able to choose their appropriate strategy” says Gruntman. This study provides new evidence for the ability of plants to integrate complex information about their environment and respond to it in an optimal way.

jmr

Gefragt sind originelle Geschäftsideen für eine biobasierte Zukunft: Im Rahmen der Nationalen Forschungsstrategie BioÖkonomie 2030 hat das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Jahr 2013 den Ideenwettbewerb „Neue Produkte für die Bioökonomie“ ins Leben gerufen. Der Ideenwettbewerb schafft eine unkomplizierte Fördermöglichkeit mit einer niedrigen Eintrittsschwelle insbesondere für originelle und neue Visionen. In der ersten Ausschreibungsrunde wurden damals mehr als 200 Ideenskizzen eingereicht, aus denen es 32 in die Sondierungsphase schafften. Darunter sind Ideen wie smarte Spürsonden für Bioreaktoren, Lebensmittelfolie aus Lupinen oder ein Dünger aus Pilzen und Biokohle. Im Jahr 2016 gab es eine zweite Ausschreibungsrunde des Ideenwettbewerbs. Nun hat das BMBF eine neue Ausschreibungsrunde gestartet - mit einem etwas überarbeitetem Konzept.

Risikoreiche Ideen gefördert

Im Fokus des aktuellen Ideenwettbewerbs steht auch dieses Mal die Förderung sehr früher und risikoreicher Produktideen für die Bioökonomie. Gefördert werden neuartige Ideen für biobasierte Produkte, Verfahren und Dienstleistungen, die zur Umsetzung der Vision einer biobasierten Wirtschaftsweise in Deutschland beitragen. Thematisch sind den Antragstellern keine Grenzen gesetzt. Die Konzepte können alle Bereiche der Bioökonomie im Sinne der Nationalen Forschungsstrategie BioÖkonomie 2030 betreffen. Antragsberechtigt sind Hochschulen und außerhochschulische Forschungs- und Wissenschaftsinstitute, Bundes- und Landeseinrichtungen mit Forschungsaufgaben, Technologietransfer-Einrichtungen sowie Innovationsmittler, forschungsorientierte physische oder virtuelle Kooperationseinrichtungen aber Unternehmen aus der Wirtschaft vor allem kleine und mittlere Unternehmen (KMU), die ihren Sitz in Deutschland haben.

Fast alle Materialien werden heute mit Farben oder Lacken behandelt – zum einen, um deren Optik aufzubessern und zum anderen, um sie vor Korrosion zu schützen. Allerdings sind nur wenige der Anstriche biobasiert. Forscher der Fraunhofer-Institute für Angewandte Polymerforschung IAP in Potsdam-Golm sowie  für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart haben deshalb eine Beschichtung auf Basis nachwachsender Rohstoffe entwickelt: der Kartoffelstärke. Bisher waren Lacke und Farben mit biobasiertem Bindemittel oder Filmbildner meist zu teuer oder konnten den Anforderungen nicht stand­halten. Doch durch den Einsatz modifizierter Stärke haben die Fraunhofer-Wissenschaftler eine nachhaltige und kostengünstige Lösung geschaffen.

Nachhaltige Beschichtungen für den Innenraum

Im Fokus der Forschung stand die Beschichtung von Metallen im Innenraum, beispielsweise von Aluminium, das etwa für Feuertüren, Computergehäuse oder Fensterrahmen genutzt wird. „Bisher sind klassische industrielle Anwendungsfel­der der Stärke die Papier-, Wellpappen- und Klebstoffindustrie“, sagt Christina Gabriel vom Fraunhofer IAP. Aber auch bei der Herstellung von Beschichtungsmitteln wie Farben und Lacken sind nachhaltige Produktionsprozesse auf dem Vormarsch.

Die Verwendung von Stärke als Hauptkomponente für Farben und Lacke stellte die Wissenschaftler allerdings vor etliche Herausforderungen: „Filmbildner müssen verschie­dene Aufgaben erfüllen. Sie müssen einen zusammenhängenden Film ausbilden, der eine gute Haftfestigkeit auf dem Untergrundmaterial besitzt, kompatibel mit zusätzli­chen Schichten und Additiven ist sowie Pigmente und Füllstoffe einbetten kann“, erläutert Gabriel. Allerdings gibt sie auch zu bedenken, dass Stärke in ihrer natürlichen Form einige Eigenschaften aufweist, die der Verwendung als Filmbildner entgegenstehen: So ist sie weder kaltwasserlöslich, noch bildet sie zusammenhängende, nicht brüchige Filme aus.

Stärke wird verestert und vernetzt

Die Stärke musste also erst einmal modifiziert werden: Dazu wurde sie zunächst abgebaut, um so Wasserlöslichkeit und Feststoffgehalt der Stärke in Wasser als auch ihr Filmbildevermögen zu verbessern. Für eine spätere Anwendung als Beschichtungsmaterial darf sich die Stärke nicht mehr in Wasser auflösen und muss dementsprechend weiter modifiziert werden. Dies geschieht durch eine chemische Veresterung. Die dabei entstehenden Stärkeester sind wasserdispergierbar, bilden geschlossene Filme und weisen eine sehr gute Haftfestigkeit auf Glas- und Aluminiumflächen auf. Anschließend wurde die veresterte Stärke „vernetzt“, und somit weniger wasserlöslich.

Alternative zu erdölbasierten Beschichtungen

Im nächsten Schritt wollen die Fraunhofer-Forscher die Korrosionsbeständigkeit und Haftfestigkeit der modifizier­ten Stärke auf unterschiedlichen Metalluntergründen untersuchen. „Neben dem bisher getesteten Aluminium sollen mit Stahl und verzinktem Stahl zwei weitere wichtige Gebrauchsmetalle getestet werden,“ sagt Gabriel. „Unsere Untersuchungen zeigen, dass Stärkeester mit ihren guten Filmbildungs- und sehr guten Haftungseigenschaften auf verschiedenen Materialien das Potenzial besitzen, zukünftig eine Alternative zu erdölbasierten Filmbildnern in der Beschichtungsindustrie darzustellen.“

jmr

Almost all materials and surfaces are coated with a coat of paint or varnish today. It improves appearances and protects the material from corrosion. However, very few are bio-based. And in the past, paints and varnishes with bio-based binders or film formers have either been too expensive or could not meet the requirements. But through the use of modified starch, scientists at the Fraunhofer IAP in Potsdam-Golm and the Fraunhofer IPA in Stuttgart have found a sustainable and cost-effective solution.

Using starch for coating metal

"Until now, traditional industrial fields of application of starch have been the paper/cor­rugated cardboard and adhesives industries," says Christina Gabriel, a scientist at the Fraunhofer IAP. "In the field of paints and varnishes on the other hand, starch was usually only used as a additive. With starch as the main component of a water-based dispersion, we now have very promising adhesion results." At the centre of the research is the coating of metals for indoor use, for example aluminium, which can be used, for instance for fire doors, computer housings or window frames.

Starch has to be modified to meet requirements

The use of starch as the main component of paints and varnishes posed various challenges to the Fraunhofer experts. "Film formers must fulfil several tasks. They must form a continuous film, which adheres well to the substrate material, is compatible with additional layers and additives and can embed pigments and fillers as well," explains Christina Gabriel. "In its natural form, however, starch exhibits several proper­ties, which stand in the way of its use as a film former. For example, it is not soluble in cold water and neither does it form continuous, non-brittle films. We therefore had to modify the starch to adapt it to the requirements, as in spite of all the challenges, as a renewable and cost-effective raw material, starch is of great interest for many sectors."

A chemical process enables use of starch

The solution by the Potsdam scientists involves an initial degradation step of the starch in order to improve its solubility in water and the subsequently associated solids content of the starch in water, as well as its film forming ability. However, in order to produce a starch-based coating material, in the end, the coating must no longer dissolve in water.

Thus, the starch had to be modified even further. This takes place by way of a chemical process known as esterification. The resulting starch esters are dispersible in water, form continuous films and have very good adhesive properties on glass and aluminum surfaces. Subsequently, the esterified starch is cross­linked and the sensitivity of the coating to water is reduced even further.

Alternative to petroleum-based paints and varnishes

Next, the resistance to corrosion and adhesion of the modified starch on different metal substrates will be examined. New "recipes" are also being tested, which are intended to optimize the properties of the coating even further. "Apart from the already tested aluminum, two other important metals, steel and galvanized steel, are to be tested" states Gabriel. "Our investigations show that with its good film forming and very good adhesion properties on various substrates, starch esters have the potential to be future alternatives to petroleum-based film formers in the coatings industry."

jmr

Laktobazillen haben viele Talente: Sie sind gesundheitsfördernd, wirken antibakteriell und desinfizierend. Die zur Gattung der Milchsäure-Bakterien gehörenden Mikroorganismen sind zudem für die Herstellung von Lebensmitteln und Bier unverzichtbar. Auch sind sie ein bedeutender Kandidat für die Entwicklung biobasierter und biologisch abbaubarer Materialen. Aufgrund ihrer Bedeutung für Ökologie, Gesundheit, Ernährung und Wirtschaft hat die Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM) die Laktobazillen nun zur Mikrobe des Jahres 2018 gewählt.

Gut für Körper und Seele

Schon am Tag der Geburt, beim Passieren des Geburtskanals, sorgen Laktobazillen dafür, dass Neugeborene vor Krankheitserregern geschützt sind. Es gibt Hinweise, dass sie auch Allergien und Autoimmunkrankheiten wie Diabetes oder Morbus Crohn positiv beeinflussen können. Außerdem sind sie ein fester Bestandteil der menschlichen Darmflora. Mithilfe bestimmter Enzyme machen Laktobazillen für den Menschen unverdauliche Kohlenhydrate nutzbar. Laktobazillen sind zudem wichtig für die Funktion der Darmschleimhaut, um die Nährstoffe vom Darm ins Blut zu transportiert und das Immunsystem zu stärken. Bestimmte Lactobacillus-Stämme in Mäusen sollen sogar ängstliches und depressives Verhalten verringern können, wie neuste Studien zeigen.

Kandidat für biobasierte Materialien

Die unsichtbaren Winzlinge sind aber nicht nur gesundheitsfördernd. Aufgrund ihrer antibakteriellen und desinfizierenden Wirkung sind Laktobazillen auch in Kosmetikartikeln wie Seifen, Cremes oder Haushaltsreinigern und Spülmitteln enthalten. In der Biotechnologie werden die Mikroben außerdem genutzt, um Milchsäure im industriellen Maßstab für die Lebensmittelproduktion herzustellen. Als Lebensmittelzusatzstoff E 270 erhöht Milchsäure zudem die Haltbarkeit von Back- und Süßwaren sowie Limonaden.

Und es gibt noch eine weitere Anwednugsmöglichkeit: Durch die Verknüpfung mehrerer Milchsäure-Moleküle entstehen Milchsäure-Ketten, sogenannten Polylactide, aus denen biobasierte und biologisch abbaubare Materialien hergestellt und zum 3D-Druck genutzt werden können. Medizintechniker verwenden Polylactide außerdem für Nähte und Implantate, die sich nach einiger Zeit im Körper auflösen.

bb

In der Tierwelt sind spitze Stacheln und scharfe Zähne als Verteidigungsmechanismen weit verbreitet. Doch auch Pflanzen wehren sich gegen Fressfeinde mit stacheligen Haaren. Wie Botaniker der Universität Bonn nun herausfanden, lagern wesentlich mehr Pflanzen das besonders harte und stabile Calciumphosphat zur Abwehr in ihre Haare ein, als zuvor gedacht.

Neue Details einer alten Modellpflanze

Mit elektronenmikroskopischen Aufnahmen konnten die Forscher zeigen, dass die Stacheln der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) beispielsweise Blattläuse abwehren. Ihre Ergebnisse haben sie im Fachjournal „Planta“ veröffentlicht. Die Ackerschmalwand gilt in der Landwirtschaft zwar als Unkraut, ist zugleich aber eine äußerst beliebte Modellpflanze der Pflanzengenetiker. „Sie ist mit Sicherheit die am besten untersuchte Pflanze überhaupt“, sagt Maximilian Weigend vom Nees-Institut für Biodiversität der Pflanzen an der Universität Bonn. „Umso überraschender ist es, dass das Calciumphosphat in den Spitzen der Arabidopsis-Haare erst jetzt entdeckt wurde.“

„Zähne“ bei Pflanzen weiter verbreitet als gedacht

Calciumphosphat ist auch Hauptbestandteil von Zähnen und Knochen und aufgrund seiner Härte, ähnlich wie Silikat, dem weit verbreiteten Kalk hoch überlegen. Weigend und seine Forscherkollegen entdeckten die erstaunliche große Verbreitung der zahnartigen Substanz nun mithilfe der Elektronenmikroskopie und dem Raman-Spektroskop. Bereits zuvor hatten Botaniker um Hans-Jürgen Ensikat solche „Verteidigungszähne“ an Blumennesselgewächsen (Losaceae) bemerkt. Daraufhin weiteten die Wissenschaftler vom Nees-Institut ihre Forschung auf andere Pflanzenordnungen aus und wurden bei mehreren Dutzend Pflanzenarten verschiedenster Verwandtschaftskreise fündig; unter anderem auch bei den Kreuzblütlerartigen (Brassicales), zu denen auch die Ackerschmalwand gehört.

Besonders harte Haarspitzen

„Von vielen Pflanzen war bekannt, dass sie in ihren Haaren glasartiges Silikat oder Kalk zur Versteifung einlagern“, berichtet Weigends Mitarbeiter Adeel Mustafa. „Es war nun sehr überraschend zu sehen, dass auch viele Arten das besonders harte Calciumphosphat nutzen und dass dies bis vor Kurzem übersehen wurde.“ Bei Arabidopsis ist das besonders harte, zahnartige Kalziumphosphat nur in den Spitzen der Härchen eingelagert. „Das Biomineral scheint genau dort abgelagert zu werden, wo es zu einer besonders großen mechanischen Beanspruchung kommt“, erklärt Weigend. So wehrt sich die Ackerschmalwand mit ihren harten Haarspitzen vor allem gegen Kleinstinsekten, wie Blattläuse.

Elektronenmikroskopische Aufnahmen der Wissenschaftler zeigen, dass der Parcour aus gehärteten Haaren und Dornen in der Tat ein unüberwindliches Hindernis für die Schädlinge darstellt. „Es handelt sich also um kleinskalierte Abwehrwaffen, die zahlreiche Insekten von einer Schädigung der Pflanze abhalten“, sagt Weigend.

Genetische Grundlage der Abwehrzähne

Laut Mustafa sei es demnach eigentlich erstaunlich, dass nicht noch mehr Gewächse das Biomineral Calciumphosphat nutzen. Denn die Fähigkeit, die Härchen mit Calciumphosphat zu verstärken, scheint im genetischen Bauplan festgelegt. „Die Entschlüsselung der genetischen Basis der Ausbildung dieser Waffen wäre der notwendige nächste Schritt – dann könnte man solche sich selbst verteidigenden Pflanzen auch als Vorbilder für die Zucht insektenresistenterer Kulturarten nutzen“, so Weigend.

jmr

Sharp teeth and spiky stings are a common defense mechanism across the animal kingdom. However, plants are using thorns and spikes as well, to ward off herbivores and insects. And now botanists of Bonn University found out that the use of calcium phosphate incrustations to strengthen their defences is far more widespread among plants than previously thought.

By way of electron microscopy and Raman-spectroscopy the researchers were able to identify that even thal cress (Arabidopsis thaliana) uses trichomes hardened with an incrustation of this biomineral to defend itself against enemies such as aphids. The results are published in the journal “Planta”.

Hidden secrets of a model organism

Although thal cress is considered a weed in agriculture, it is botany’s favourite model organism. "It is certainly the most well investigated plant of all“, says Maximilian Weigend of the Nees-Institut for Plant Biodiversity of Bonn University. "The more surprising, that calcium phosphate in the tips of the trichomes of Arabidopsis was discovered only now.“

Calcium phosphate is a typical component of teeth and bones. Due to their hardness and strength, silica and calcium phosphate are far superior to calcium carbonate – the most common biomineral overall.

Widespread use of calcium phosphate

Hans-Jürgen Ensikat and his colleagues had previously described such teeth-like structures for the rock nettle family (Losaceae). And subsequently Weigend and his team could demonstrate the presence of calcium phosphate biomineralisation in several plant species, including the Brassicales – the family of thal cress: „It has long been known that many plants use glass-like silica or calcium carbonate to stiffen their trichomes“, reports Adeel Mustafa of the Weigend working group. „The surprising thing was that very hard calcium phosphate is also used by a whole range of species and has yet been overlooked completely until recently.“

Biomineral deposits for maximum mechanical stability

However, thal cress lacks the spectacular spines or stinging hairs like stinging nettles. In Arabidopsis the trichomes are small and comparatively soft – only the tiny tips are incrusted with the particularly hard substance calcium phosphate. „The biomineral is apparently deposited in precisely the place where maximum mechanical stability is required“, explains Weigend. Thal cress uses its hairs to defend itself mostly against small insects such as aphids.

Genetic basis for hardened hairs

„In some way it is surprising that not all plants use calcium phosphate in structural biomineralization,“ concludes Mustafa. Calcium and phosphate are nearly universally present in plants in the form of other chemical compounds, but the use as a biomineral is not universal. The ability to harden hairs with calcium phosphate appears to have a genetic basis. Looking into the future Weigend says: „Unravelling the genetic basis for the productions of these defense weapons would be the next logical step. This would enable us to use these self-defending plants as models for breeding more insect resistant crops.“

jmr

Bei der Suche von Naturstoffen für eine nachhaltige und biobasierte Wirtschaft geraten Moose zunehmend in den Fokus der Forschung. Die eher unscheinbaren Grünlinge faszinieren vor allem als Überlebenskünstler, die sich auch an extreme Umweltbedingungen anpassen können. Ihr Potenzial für die Pharma-, Agrar-, Lebensmittel- oder Kosmetikindustrie schätzen Experten als vielfältig ein, ist aber noch weitestgehend unerschlossen. Es gibt allerdings erste vielversprechende Erfolge.

Moos-Medikament gegen Stoffwechselkrankheit

Die Greenovation Biotech GmbH hat soeben mit einem moosbasierten Medikament die erste Hürde zur Zulassung eines solch Moos-basierten Arzneimittels genommen.  „Wir freuen uns sehr, dass die Phase I-Studie unsere vorklinischen Untersuchungen bestätigt hat“, sagt Geschäftsführer Thomas Frischmuth. Bei dem auf pflanzlichen Zellen basierenden Wirkstoff handelt es sich um ein Therapeutikum zur Behandlung der seltenen Krankheit Morbus Fabry. Bei dieser genetisch bedingten Stoffwechselstörung kommt es unter anderem zu Ablagerungen der Fettsäure Gb3 in Blutgefäßen, was langfristig zu Organversagen führen kann.

Proteine aus genetisch veränderten Mooszellen

Greenovation, einem Portfoliounternehmen des Zukunftsfonds Heilbronn ZFHN, entwickelte dafür ein Verfahren, bei dem genetisch veränderte Mooszellen in Bioreaktoren menschliche Proteine herstellen, die für neue Medikamente genutzt werden können. Dieses Medikament wurde in Kliniken in Mainz und Ungarn als Einmaldosis an sechs Patienten getestet und dessen Wirkung 28 Tage beobachtet. Das Ergebnis: Bei allen Probanden wurde eine Reduktion des Fettsäure-Wertes Gb3 im Urin gemessen, was den Entwicklern zufolge für eine „gute Wirksamkeit des Medikaments“ spricht.

Moosfabriken sind sicher und kostengünstig

Der Einsatz von Moosen als Arzneifabriken hat gegenüber Produktionssystemen, die auf tierischen Zellen basieren, gleich mehrere Vorteile: Neben den geringeren Herstellungskosten, sind Verunreinigungen durch tierische Produkte oder Krankheitserreger, die dem Menschen schaden können, ausgeschlossen. Auch brauchen Moose zum Wachsen keine Antibiotika, welche Resistenzen hervorrufen könnten.

Frischmuth zufolge geht es nun mit „Hochdruck“ an die Vorbereitung der kombinierten Studien-Phasen II/III. Bei diesem klinischen Test soll das Moos-Medikament an 60 Patienten mit dem Fabry Syndrom untersucht werden. Spätestens Anfang des kommenden Jahrzehnts will das Greenovation-Team das pflanzenbasierte Arzneimittel in Europa auf den Markt bringen.

bb