Aktuelle Veranstaltungen

Es ist eine Frage der Perspektive: Einerseits ist Klärschlamm ein Abfallprodukt der Abwasseraufbereitung. Andererseits könnte er ein wertvoller Rohstoff sein. Denn Klärschlamm enthält das für Düngemittel wichtige Element Phosphor und hat in getrockneter Form einen ähnlichen Brennwert wie Holzkohle. Ein hessischer Projektverbund möchte diese beiden Eigenschaften systematisch nutzen.

Problematische Stoffe landen derzeit auf dem Acker

Rund die Hälfte des heute anfallenden Klärschlamms wird in Deutschland zum Düngen der Felder genutzt. Das ist problematisch, da im Klärschlamm beispielsweise Schwermetalle oder Arzneimittelrückstände enthalten sein können. Entsprechend wurden zuletzt die zulässigen Grenzwerte für eine Nutzung als Düngemittel verschärft. Größere Kläranlagen werden mittelfristig verpflichtet, den Phosphor zurückzugewinnen.

Phosphor für Dünger, Wärme fürs Fernwärmenetz

Das Kompetenzzentrum für Energie- und Umweltsystemtechnik der TH Mittelhessen, das Institut für Pflanzenernährung der Universität Gießen, die Stadtwerke Gießen und die Mittelhessischen Wasserbetriebe möchten gemeinsam ein Konzept entwickeln, das „für alle Kläranlagen der Partner-Kommunen in der erweiterten Region Mittelhessen unabhängig von der Größenklasse eine zukunftsweisende, sehr weitgehende energetische und stoffliche Verwertung mit Phosphor-Rückgewinnung realisiert und den Phosphor als Dünger in der regionalen Landwirtschaft nutzt“, erläutert Ulf Theilen von der TH Mittelhessen. Nach der Abtrennung des Phosphors soll der getrocknete Klärschlamm in einem Heizwerk in Gießen verbrannt und die Wärme ins Fernwärmenetz eingespeist werden.

Millionenförderung in Aussicht gestellt

Aktuell sind neben den technischen vor allem rechtliche, wirtschaftliche und logistische Fragen zu klären. Dafür hat das Bundesforschungsministerium (BMBF) bis Juli 2019 125.000 Euro zur Verfügung gestellt. Steht dann ein überzeugendes Konzept, will das BMBF die Realisierung mit 5 bis 7 Mio. Euro fördern. Dann könnten jährlich rund 75.000 Tonnen Klärschlamm aus Kläranlagen von 35 mittelhessischen Kommunen auf diese Weise verwertet werden.

bl

Die biologische Vielfalt ist Grundlage unserer Existenz: Sie versorgt uns mit Nahrung, Wasser und Medizin, trägt zur Regulierung des Klimas sowie der Luft- und Wasserqualität bei und dient unserer Erholung. Der weltweite ökonomische Gesamtwert dieser sogenannten Ökosystemleistungen wird auf 125 Billionen US-Dollar pro Jahr geschätzt. Doch die globale Biodiversität ist auch bedroht: 26.500 Tier- und Pflanzenarten stehen weltweit vor dem Aussterben. In Deutschland ist davon fast jede dritte Wildpflanze betroffen, darunter die bekannte Heilpflanze Arnika. Auch viele Tiere wie Wildbienen oder der Feldhamster sind hierzulande inzwischen eine Seltenheit geworden. Für das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) ist das Artensterben mittlerweile eine „unterschätzte Bedrohung und ein ebenso drängendes Problem wie der Klimawandel“. Gründe für den Verlust der Biodiversität gibt es viele, und einige sind auch bekannt. Um das Artensterben zu stoppen, reicht das allerdings nicht aus.

Lösungen für nachhaltigen Artenschutz

Mit der neuen „Forschungsinitiative zum Erhalt der Artenvielfalt" will das BMBF die Wissenslücken zum Rückgang der Biodiversität in Deutschland schließen und mit neuen Lösungen zum nachhaltigen Artenschutz beitragen. „Wir wollen die biologische Vielfalt schützen. Dafür können wir bereits auf einer guten Wissensbasis über den Zustand einzelner Arten aufbauen. Nun gilt es, dieses Wissen zusammenzuführen, zu erweitern und die Zusammenhänge des Artenverlustes näher zu untersuchen“, betont Bundesforschungsministerin Anja Karliczek. Wichtiges Aktionsfeld ist die Förderung von Monitoring-Aktivitäten zur kontinuierlichen Erfassung der Artenvielfalt mithilfe innovativer Technologien. Die Ursachen für den Biodiversitätsrückgang sind ebenfalls noch unzureichend erforscht. Das soll in einem zweiten Aktionsfeld der Initiative adressiert werden. Für die „Forschungsinitiative zum Erhalt der Artenvielfalt“ stellt das BMBF im Rahmen der „Forschung für Nachhaltige Entwicklung“ (FONA) in den kommenden Jahren 200 Mio. Euro zur Verfügung. 

Forschungsaktivitäten bündeln 

Neben der Forschungsförderung geht es vor allem um die stärkere Bündelung bestehender Forschungsaktivitäten und Kompetenzen. Wissenschaftler sollen hier gemeinsam mit Vertretern aus Politik, Wirtschaft und mit interessierten Bürgern zusammenarbeiten, um Lösungen zum Erhalt der Artenvielfalt zu entwickeln. Auf Basis der Erkenntnisse sollen Handlungsoptionen und konkrete Entscheidungs- und Managementinstrumente zum Umgang mit biologischer Vielfalt in Politik, Verwaltung und Wirtschaft entwickelt werden.

bb/pg

Der Membran- und Polymerforscher Matthias Wessling ist Leibniz-Preisträger 2019 und erhält damit den hochrangigsten Forscherpreis, den die deutsche Wissenschaft zu vergeben hat. Er ist mit 2,5 Mio. Euro dotiert, das Preisgeld ist forschungsgebunden. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) würdigt damit Wesslings wegweisende Arbeiten zum Verständnis und zur Herstellung semipermiabler – also teilweise durchlässiger – synthetischer Membranen. Im Interview erläutert er, wie sich innovative Membrantechnologien nutzen lassen und für welche industriellen Anwendungen das relevant ist.

Methan ist nach Kohlendioxid das zweitwichtigste Treibhausgas, das zur Klimaveränderung beiträgt. Dass es nur den zweiten Platz belegt, liegt an der geringeren Konzentration, mit der es im Vergleich zu CO₂ in die Erdatmosphäre entweicht. In den vergangenen 150 Jahren hat sich der Methananteil in der Luft jedoch verdreifacht, was nur zum Teil auf industrielle Veränderungen zurückzuführen ist. Experten zufolge stammt das Gros aus biogenen Quellen wie Rindern. Hinzukommen zahlreiche natürliche Quellen wie Moore und Sümpfe, wo Methan durch Bakterien gebildet oder verzehrt wird.

Mikrobielles Schlüsselenzym steuert Methan-Umsetzung

Methan ist aber nicht nur ein Klimakiller, sondern auch ein wichtiger Energieträger, der daher von speziellen Mikroorganismen, sogenannten Archaeen, auch für den Stoffwechsel genutzt wird. Dabei ist es immer das gleiche Enzym, das Mikroben dabei unterstützt, Methan zu produzieren oder zu metabolisieren: die Methyl-Coenzym-M-Reduktase (MCR). Forscher vom Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie in Bremen und der Jiao-Tong-Universität in Shanghai (China) fanden nun heraus, dass dieses Schlüsselenzym in Archaeen weiter verbreitet ist, als bisher angenommen. Wie das Team im Fachjournal „Nature Micobiology“ berichtet, wird MCR von wesentlich mehr Mikroben als bekannt für Stoffwechselprozesse und damit zur Umsetzung von Methan genutzt.

Neue Methan-Mikroben mit variablem Stoffwechsel

In weltweiten Genom-Datenbanken hatten die Wissenschaftler nach neuen Methan-Organismen gesucht und sich dabei auf das Schlüsselenzym MCR konzentriert. „Diese MCRs lassen sich grob in drei Gruppen einteilen“, erklärt der Erstautor der Studie, Yinzhao Wang. „Eine Gruppe umfasst die bekannten Gensequenzen. Die anderen beiden Gruppen sind völlig neu.“ Mithilfe der neuen Sequenzen konnten die Forscher zahlreiche neue Methan-Mikroben identifizieren. Dabei stellten sie fest, dass sich diese Mikroorganismen vom Genom her grundlegend von den bekannten Methan-Mikroben unterscheiden.

Einfluss auf globales Klima

In welcher Form die Mikroben den Stoffwechselweg genau nutzen, ist noch unklar. Der Studie zufolge gibt es unter den Methan erzeugenden Organismen aber auch Mikroben, die Methan oxidieren. „Unsere Ergebnisse sind sehr spannend. Vermutlich haben wir die ersten Archaeen entdeckt, die Methan ohne Partnerbakterien mit Sulfat veratmen können“, sagt Gunter Wegener vom Bremer Max-Planck-Institut. „Andere ernähren sich offensichtlich nicht von Methan, sondern von anderen Kohlenwasserstoffen.“ Als nächstes will das deutsch-chinesische Forscherteam die von ihnen identifizierten neuen Methan-Mikroben im Labor kultivieren, um seine These zu untermauern. Die Studienergebnisse deuten jedoch darauf hin, dass die neuen Methan-Mikroben auf Grund ihrer variablen Stoffwechselwege einen großen Einfluss auf die weltweite Kohlenstoffbilanz haben könnten.

bb

Neue Technologien wie Feldroboter machen die Landwirtschaft schon heute effizienter und nachhaltiger. Mit Blühstreifen oder Mischanbau von Nutzpflanzen werden neue Lebensräume für Insekten und andere Tiere geschaffen. Das trägt zum Schutz der biologischen Vielfalt bei. Doch können all diese Maßnahmen den weltweiten Verlust der Biodiversität aufhalten? Offenbar nicht. Zu diesem Ergebnis kommt eine Studie, die Forscher vom Deutschen Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) und der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) im Fachjournal „Nature Ecology & Evolution“ vorstellen.

Umweltzerstörung steigt trotz effektiver Landnutzung 

Zwar ist die Landnutzung mit den Jahren effektiver geworden, doch auch die Umweltzerstörung insgesamt ist gestiegen. „Weltbevölkerung und Wirtschaft wachsen einfach so schnell, dass sie die erzielten Verbesserungen kompensieren“, erklärt Alexandra Marques vom Forschungszentrum iDiv und der Uni Halle. Das Team um Alexandra Marques und Henrique Pereira hat ermittelt, wie sich in den Jahren 2000 und 2011 die Landnutzung auf die biologische Vielfalt und die Ökosystemleistungen ausgewirkt, und wie sich das über die Jahre verändert hat. Dafür wurden Daten zu Vogelbeständen, zur Landnutzung und zur Bindung von CO₂ mit ökonomischen Modellen verknüpft.

Steigende Landnutzung durch wachsenden Konsum 

Untersucht wurde vor allem, welche Rolle dabei das Bevölkerungs- und Wirtschaftswachstum spielt. Das Ergebnis: Das Wachstum von Bevölkerung und Wirtschaft hat überall auf der Welt zu einer verstärkten Landnutzung geführt. Grund dafür ist der damit verbundene steigende Konsum. Die Produktion der entsprechenden Güter benötigt immer mehr Land. Die Folge: Die Natur muss Äckern und Plantagen weichen, was wiederum zu Lasten der biologischen Vielfalt geht und Ökosystemleistungen gefährdet.

Tropen von Artenverlust am stärksten betroffen 

Fast jeder Kauf eines Nahrungsmittels, so die Forscher, würde indirekt die Natur in der Ferne beeinflussen. Die entwickelten Länder würden so 90% der durch den Konsum von Agrarprodukten erzeugten Zerstörungen in andere Erdteile auslagern. Der Studie zufolge erhöhte sich die Zahl der durch Landnutzung vom Aussterben bedrohten Vogelarten zwischen 2000 und 2011 um bis zu 7%. Der Verlust der Artenvielfalt findet dabei fast ausschließlich in den Tropen statt, wie die Forscher feststellen.

Ökosysteme binden weniger CO₂ 

Im gleichen Zeitraum schrumpfte aber nicht nur die Biodiversität. Durch den Flächenverlust ging das weltweite Potenzial der Ökosysteme, CO₂ aus der Luft zu binden, um 6% zurück. Ein Viertel des Schwundes ist dabei auf die veränderte land- und forstwirtschaftliche Nutzung von Flächen in Europa und Nordamerika zurückzuführen. Die Forscher sehen hier die Industrieländer in der Pflicht. Sie müssten stärker die Fernverantwortung bei der Zerstörung von Biodiversität sowie die Auswirkungen der eigenen Klimapolitik berücksichtigen, heißt es. „Wir brauchen eine Umweltpolitik, die den Klimawandel und den Wandel der biologischen Vielfalt gemeinsam denkt“, empfiehlt Pereira.

Konzepte gegen Bevölkerungswachstum  

Nicht nur in den Industriestaaten, sondern auch in den anderen Ländern der Erde ist der Konsum im Untersuchungszeitraum gestiegen und hat somit das Bild der „Schuldigen“ am Biodiversitätsverlust korrigiert: „Es ist nicht entweder der Norden oder der Süden - es sind beide. Die Schwellenländer überholen die Industriestaaten gerade als Hauptverursacher des Biodiversitätsschwundes“, sagt Pereira. Die Forscher kommen zu dem Schluss: Zum Schutz der biologischen Vielfalt braucht die Naturschutzpolitik Konzepte gegen das Bevölkerungswachstum und für einen nachhaltigen Konsum.

bb

New technologies such as field robots are already making agriculture more efficient and sustainable. New habitats for insects and other animals are being created with flower strips or mixed cultivation of crops. This contributes to the protection of biological diversity. But can all these measures halt the global loss of biodiversity? Apparently not. This is the result of a study presented by researchers from the German Centre for Integrative Biodiversity Research (iDiv) and the Martin Luther University Halle-Wittenberg (MLU), published in the journal "Nature Ecology & Evolution".

Environmental degradation increases despite effective land use

Although land use has become more effective over the years, overall environmental degradation has also increased. "The world's population and economy are growing so fast that they are compensating for the progress made," explains Alexandra Marques from the iDiv research centre and the University of Halle. The team led by Alexandra Marques and Henrique Pereira has been investigating how land use has affected biodiversity and ecosystem services in 2000 and 2011, and how this has changed over the years. Data on bird populations, land use and CO2 sequestration were linked to economic models.

Growing land use through growing consumption

The main focus was on the role of population and economic growth in this context. The result: the growth of population and economy has led to increased land use all over the world. The reason for this is the associated increase in consumption. The production of the corresponding goods requires more and more land. As a result, nature has to give way to fields and plantations, which in turn is detrimental to biological diversity and endangers ecosystems.

Tropics hardest hit by species loss

According to the researchers, almost every purchase of a food product would indirectly influence nature from a distance. The developed countries are outsourcing 90% of the destruction caused by the consumption of agricultural products to other parts of the world. According to the study, the number of bird species threatened with extinction by land use increased by up to 7% between 2000 and 2011. The loss of biodiversity takes place almost exclusively in the tropics, as the researchers state.

Ecosystems bind less CO2

During the same period, the loss of land reduced the global potential of ecosystems to absorb CO2 from the air by 6%. The loss of land reduced the global potential of ecosystems to absorb CO2 from the air by 6%. A quarter of the decline is due to changes in the use of land for agriculture and forestry in Europe and North America. The researchers believe that the industrialized countries must take responsibility. They need to pay greater attention to the long-distance responsibility for the destruction of biodiversity and to the effects of their own climate policy, they say. "We need an environmental policy that considers climate change and the change in biological diversity together," recommends Pereira.

Concepts against population growth 

Consumption increased not only in the industrialized countries, but also in other countries of the world during the period under study, thus correcting the image of the "culprits" of biodiversity loss: "It is not either the North or the South - it is both. The emerging countries are currently overtaking the industrialized countries as the main cause of biodiversity loss," says Pereira. The researchers come to the conclusion that in order to protect biological diversity, nature conservation policy needs concepts against population growth and for sustainable consumption.

Das Food Accelerator Network geht in die nächste Runde: Wieder einmal winken Start-ups aus der Agrar- und Ernährungswirtschaft neben praktischer Unterstützung auch finanzielle Spritzen. Die Zielgruppe sind junge Unternehmen, die mit ihren Geschäftsideen das Vertrauen in die Ernährungswirtschaft stärken, die Gesundheit der Menschen adressieren oder die Nachhaltigkeit der Branche verbessern wollen. Die Firmen dürfen bislang nicht mehr als 500.000 Euro Kapital gesammelt und in den vergangenen zwölf Monaten einen Erlös von maximal 1 Mio. Euro erwirtschaftet haben. Bewerbungen sind noch bis zum 13. März 2019 möglich.

Leistungen im Wert von 100.000 Euro

Eine Jury aus Experten von Unternehmen der Branche wird bis Mai die besten Bewerber auswählen. Die Gewinner werden an einen der fünf Accelerator-Standorte eingeladen: München, Haifa (Israel), Bilbao (Spanien), Lausanne (Schweiz) und Cambridge (UK). Vier Monate lang können die Start-ups dann auf eine große Auswahl an Werkzeugen, Netzwerken, Erfahrungen und Mentoren zurückgreifen und erhalten Zugang zu Pilotanlagen und internationalen Märkten. In einer finalen Wertungsrunde werden im Oktober die besten drei Jungunternehmen gekürt, die im Anschluss auch finanziell unterstützt werden – mit Geld und Leistungen im Wert von 100.000 Euro je Start-up.

Umfangreiches Feedback für alle Teilnehmer

Alle Teilnehmer des Halbfinales erhalten außerdem ein umfangreiches Experten-Feedback zu ihren persönlichen Pitches. Die Teilnahme ist kostenlos. Finanziert wird das Programm von Partnern aus Industrie und Forschung.

Koordiniert vom European Institute of Innovation and Technology

Hinter dem Förderprogramm steht das European Institute of Innovation and Technology (EIT). EIT Food wurde ins Leben gerufen, um die Ernährungswirtschaft zu transformieren. Es soll Verbraucher, Unternehmen, Forscher und Studenten aus ganz Europa zusammenbringen, um innovative und wirtschaftlich nachhaltige Initiativen zu entwickeln, die die öffentliche Gesundheit, den Zugang zu hochwertigen Lebensmitteln und den Zustand der Umwelt verbessern.

bl

The Food Accelerator Network is entering the next round: once again, start-ups from the agricultural and food industries have the opportunity to receive not only practical assistance but also financial injections. The target group are young companies whose business ideas are aimed at strengthening confidence in the food industry, addressing people's health or improving the sustainability of the sector. The companies must not have collected more than 500,000 euros in capital so far and have generated revenues of up to 1 million euros in the past twelve months. Applications are still possible until 13 March 2019.

Services worth 100,000 euros

A jury of experts from companies in the sector will select the best applicants by May. The winners will be invited to one of the five Accelerator locations: Munich, Haifa (Israel), Bilbao (Spain), Lausanne (Switzerland) and Cambridge (UK). For four months, the start-ups will have access to a wide range of tools, networks, experience and mentors and will have access to pilot plants and international markets. In a final round of evaluation in October, the three best young companies will be selected and subsequently financially supported - with money and services worth 100,000 euros per start-up.

Extensive feedback for all participants

All participants in the semi-final will also receive extensive expert feedback on their personal pitches. Participation is free of charge. The program is financed by partners from industry and research.

The funding programme is backed by the European Institute of Innovation and Technology (EIT). EIT Food was created to transform the food industry. It aims to bring together consumers, businesses, researchers and students from across Europe to develop innovative and economically sustainable initiatives that improve public health, access to quality food and the state of the environment.

bl/um

Das alte Dogma der Genetik – ein Gen kodiert für ein Protein – ist schon lange hinfällig. Unter anderem das alternative Spleißen, bei dem die Zelle Teilabschnitte eines Gens unterschiedlich kombiniert, sorgt dafür, dass die Zelle verschiedene Produkte auf Grundlage eines einzigen Gens herstellen kann. Es gibt aber noch einen weiteren, wenig erforschten Mechanismus, der einen ähnlichen Effekt hat: die RNA-Edierung, meist als RNA-Editing bezeichnet. Molekularbiologen der Universität Bonn haben jetzt eine dafür wichtige Gruppe von Proteinen näher untersucht.

Aus C wird U

Die sogenannten PPR-Proteine sind dafür bekannt, dass sie in der Boten-RNA jene Stellen identifizieren, an denen im Zuge des RNA-Editing bestimmte Enzyme den Austausch einer Base vornehmen. Diese Veränderung der Boten-RNA führt dazu, dass ein Protein entsteht, das in dieser Form in den Genen gar nicht angelegt ist. Bei Pflanzen tritt dieses Phänomen häufig auf. Besonders weit verbreitet ist der Umbau der RNA-Base Cytidin (C) in die Base Uridin (U) durch das Enzym Cytidin-Desaminase.

Protein mit Doppelbegabung

Weil die Struktur der PPR-Proteine in einem bestimmten Bereich sehr stark der Struktur dieser Desaminase ähnelt, wollten die Bonner Forscher testen, ob PPR-Proteine möglicherweise nicht nur die zu edierende Stelle identifizieren, sondern sie auch gleich selbst umbauen können. Dazu haben die Wisenschaftler das Gen für ein PPR-Protein sowie die Gene für die von diesem Protein edierte RNA aus einem Laubmoos in das Bakterium E. coli übertragen. Das Bakterium kann den Umbau von C in U aus eigener Kraft nicht vornehmen. Sollte er nach der Übertragung der pflanzlichen Gene also dennoch erfolgen, wäre das der Beweis, dass das PPR-Protein dafür verantwortlich ist. Genau das konnten die Biologen beobachten, wie sie im Fachjournal „Communications Biology“ berichten.

RNA-Editing besser verstehen

„Tatsächlich konnten wir zeigen, dass diese Gruppe von PPR-Proteinen die RNA von E. coli editieren kann“, resümiert Mareike Schallenberg-Rüdinger von der Universität Bonn. „Sie benötigt dazu also keine separate Desaminase.“ Den Prozess des RNA-Editings wollen die Forscher nun mit weiteren Experimenten untersuchen, wie Volker Knoop erläutert, der gemeinsam mit Schallenberg-Rüdinger die Studie geleitet hat: „Dabei hilft uns vor allem auch der Modellorganismus E. coli, denn in Pflanzen wären sie nur mit viel größerem Aufwand durchzuführen.“ Nicht zuletzt möchte das Team verstehen, wie das RNA-Editing evolutionär überhaupt ent- und bestehen konnte. Ihre Theorie: Durch die nachträgliche Veränderung der RNA können die Pflanzen mit Mutationen experimentieren, ohne dass sie Teil des Erbguts sind, was eventuell fatal sein könnte.

bl

Es gibt viele Theorien, doch keine Gewissheit: Wie genau nahm das Leben auf der Erde seinen Anfang? Der Schlüssel dazu ist die Frage, wie die ersten Organismen Energie gewonnen und ihren Metabolismus versorgt haben. Die urzeitliche Atmosphäre bot dafür Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Stickstoff. Jetzt haben Wissenschaftler der Universität Frankfurt am Main demonstriert, dass Kohlenmonoxid als Antwort in Frage kommt.

Urtümliches Bakterium an Kohlenmonoxid gewöhnt

„Kohlenmonoxid ist das energiereichste Gas in diesem Gemisch und daher wurde schon lange vermutet, dass die ersten Bakterien es verwerteten, um wachsen zu können“, erklärt Volker Müller aus der Abteilung Molekulare Mikrobiologie und Bioenergetik der Goethe-Universität. Seine Doktorandin Marie Schölmerich hat daher das hitzeliebende Bakterium Thermoanaerobacter kivui in den Blick genommen. Warum es ausgerechnet dieses Bakterium sein sollte, erläutert Müller so: „Es erfüllt alle Voraussetzungen, sich an die primitiven Lebensbedingungen dieser Zeit anzupassen: Bei 70 Grad wächst es optimal, ernährt sich nur von Gasen und kann Zellmaterial allein aus Kohlendioxid und Stickstoff aufbauen. Nur leider war es bisher noch niemandem gelungen, das Bakterium an Kohlenmonoxid zu gewöhnen.“

Bisher. Denn Schölmerich brachte viel Geduld mit, die schließlich zum Erfolg führte. Sie bot dem Bakterium, das sich von Kohlendioxid ernährt, auch Kohlenmonoxid an. Schritt für Schritt verringerte sie den Kohlendioxidanteil zugunsten des Kohlenmonoxids. Am Ende wuchs das Bakterium in einer reinen Kohlenmonoxidatmosphäre.

Enzym oxidiert Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid

Im Folgenden untersuchte die Mikrobiologin, wie genau es dem urtümlichen Bakterium gelingt, aus Kohlenmonoxid Energie zu gewinnen. Ihre Erkenntnisse stellte sie im Fachjournal „PNAS“ vor. Demnach wird das Kohlenmonoxid in der Zelle zu Kohlendioxid umgewandelt, wobei Elektronen freiwerden. Ein Enzym namens Hydrogenase überträgt diese Elektronen auf Protonen, wodurch Wasserstoff entsteht. Gleichzeitig nutzt das Enzym die Elektronen dazu, ATP zu erzeugen, den universellen Energieträger der Zellen.

Bakterien, die auf diese Weise Kohlenmonoxid verstoffwechseln, könnten damit auch die Grundlage für den Stoffwechsel anderer Mikroorganismen bilden. „Bis heute hat sich der Stoffwechsel auf der Basis von Wasserstoff in wenigen Bakterien und Archaeen gehalten“, erklärt Schölmerich, „allerdings haben diese Organismen inzwischen auch gelernt, wohlschmeckendere Nährstoffe zu verwerten.“

bl

Quallen als Delikatesse – dieser Gedanke wird zumindest in Westeuropa das ein oder andere Kopfschütteln auslösen. Doch in der asiatischen Küche werden die schwabbeligen Meerestiere seit Jahrhunderten verzehrt und gelten als exklusive Leckerbissen. Ein Grund dafür ist sicherlich die zeitaufwendige Zubereitung, die sich über mehrere Wochen hinzieht. Chemiker des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung in Mainz und der Universität von Süddänemark haben nun untersucht, was dabei chemisch mit dem Quallengewebe geschieht, und eine Alternative zu der zeitraubenden Variante entwickelt.

Nicht roh, nicht gekocht, nicht gebraten

Die Schwierigkeit bei der Zubereitung der wirbellosen Quallen ist ihr Körperbau. Sie bestehen aus Mesogloea – einer gelartigen Masse aus Collagen und Elastin –, die zwischen Schichten aus Epithel angeordnet ist. Beide Substanzen sind für den Menschen in roher Form unverdaulich. Quallen zu kochen oder zu braten ist jedoch keine Option: Das Kochen verwandelt die Nesseltiere nur in eine unappetitliche schleimige Masse, beim Braten zerfallen sie zu Pulver. Bei der traditionellen asiatischen Zubereitungsmethode wird die Qualle deshalb über mehrere Wochen in einer Mischung aus Kochsalz (Natriumchlorid) und Tonerdesalz (Alaun) eingelegt. Das transformiert das Quallengewebe nicht nur in eine genießbare Form, es gibt ihm auch noch eine knackige Textur.

Einlegen in spezieller Salzmischung

„Wir konnten in unserer Forschung zeigen, dass beide Salze notwendig sind“, schildert Max-Planck-Forscher Thomas Vilgis. Nutzten die Forscher nur eines der Salze, schlug die Zubereitung fehl. Dafür fanden die Chemiker auch eine Erklärung, wie Vilgis berichtet: „Wir führen die Zubereitungsmethode darauf zurück, dass Aluminium dreifach geladen auftritt, während Natrium nur einfach geladen vorliegt.“ Dabei sorgen die großen, mehrfach geladenen Ionen des Aluminiums dafür, dass die Moleküle der Qualle während des Einlegens gebunden und stabilisiert werden. Das ermöglicht später die knackige Textur.

Behandlung mit Ethanol als Alternative

Bei der Untersuchung der chemischen Struktur der Qualle stießen die Chemiker auch auf eine Idee für eine alternative Zubereitungsmethode. Behandelt man die Qualle mit Ethanol, lösen sich die wasserunlöslichen Proteine der Qualle und bilden gemeinsam mit Mehrfachzuckern zunächst ein gummiartiges Gel. Sobald sich der Alkohol verflüchtigt hat, wird die Textur jedoch knusprig. Dahinter steckt der aus der Polymerchemie bekannte sogenannte Glasübergang. Wie das Forscherteam im Fachjournal „International Journal of Gastronomy and Food Science“ berichtet, verkürzt sich die Zubereitungsdauer so auf zwei Tage. Vilgis ist mit der neuen Zubereitungsweise sehr zufrieden: „Von einem gastronomischen Standpunkt her gesehen erwarten wir, dass dies ein sehr interessantes Mundgefühl ergibt.“

bl

Jellyfish is a delicacy. At least in Western Europe, this thought will cause some bewilderment. But in Asian cuisine, the wobbly sea animals have been on the menu for centuries and are considered exclusive delicacies. One reason for this is certainly the time-consuming preparation, which takes several weeks. Chemists from the Max Planck Institute for Polymer Research in Mainz and the University of Southern Denmark have now investigated what happens chemically to jellyfish tissue during this process and developed an alternative to the slow variant.

Not raw, not cooked, not fried

The difficulty in preparing the invertebrate jellyfish is their physique. They consist of mesogloea – a gel-like mass of collagen and elastin – arranged between layers of epithelium. Both substances are indigestible to humans in their raw form. However, cooking or frying jellyfish is not an option: cooking only transforms the cnidarians into an unappetizing slimy mass; when frying, they disintegrate into powder. In the traditional Asian preparation method, the jellyfish is therefore soaked for several weeks in a mixture of common salt (sodium chloride) and alum salt. This not only transforms the jellyfish tissue into an edible form, it also gives it a crunchy texture.

Pickling in a special salt mixture

"Our research has shown that both salts are necessary," says Max Planck researcher Thomas Vilgis. If the researchers only used one of the salts, the preparation failed. The chemists also found an explanation for this, as Vilgis reports: "We attribute the preparation method to the fact that aluminium is triple-charged, while sodium is only single-charged." The large, multiple-charged ions of the aluminum ensure that the molecules of the jellyfish are bound and stabilized during the insertion process. This allows for a crisp texture later on.

Treatment with ethanol as an alternative

When investigating the chemical-physical structure of the jellyfish, the chemists also came up with an idea for an alternative preparation method. If the jellyfish is treated with ethanol, the water-insoluble proteins of the jellyfish dissolve and form a rubber-like gel along with multiple sugars. As soon as the alcohol has evaporated, the texture becomes crispy. This is due to the so-called glass transition known from polymer chemistry. As the research team reports in the specialist journal "International Journal of Gastronomy and Food Science", the preparation time is reduced to two days. Vilgis is very satisfied with the new method of preparation: "From a gastronomic point of view, we expect this to give a very interesting mouthfeel."

bl/um

Ob Tomate, Apfel oder Kartoffel: Viele Lebensmittel, die im Einkaufskorb landen, sind das Ergebnis jahrelanger Züchtungen. Dass Eigenschaften wie die Süße eines Apfels, die Festigkeit der Kartoffel oder die Haltbarkeit der Tomaten auf bestimmte Veränderungen in ihrem Erbgut zurückzuführen sind, gerät leicht in Vergessenheit. Doch woran orientieren sich Kunden beim Einkauf von Lebensmitteln im Supermarkt? Sind Art und Weise der Züchtung überhaupt bei der Kaufentscheidung relevant? Der Supermarkt „ErbUndGut“ im Berliner Museum für Naturkunde will darauf Antworten finden und zugleich aufklären.

Öffentliche Debatte um Genome Editing fördern 

Die neu eröffnete Supermarkt-Installation ist Bestandteil eines Experimentierfeldes im Naturkundemuseum, das am 7. März seine Pforten öffnete. Die Aktion ist Teil des vom Bundesforschungsministerium geförderten Projektes GenomELECTION, das sich mit ethischen, juristischen und kommunikationswissenschaftlichen Aspekten der Genom-Editierung befasst. Genome Editing (deutsch: Genom-Editierung) ist der Sammelbegriff für verschiedene molekularbiologische Verfahren, mit denen sich das Erbgut sehr präzise bearbeiten und verändern lässt. Dazu zählt auch die Genschere CRISPR-Cas, die im Sturm die Forschungslabore in Wissenschaft und Wirtschaft erobert hat. „Das Thema Genom-Editierung ist ein politisches Thema. Und ich glaube, dass es wichtig ist, über solche Begrifflichkeiten auch mit der Öffentlichkeit zu diskutieren“, sagt die Leiterin der Abteilung Forschung und Gesellschaft am Naturkundemuseum Berlin, Katrin Vohland.

Hinter die Fassade der Züchtungsmethoden schauen

Mit seinen rund 750.000 Besuchern im Jahr ist das Museum ein geeigneter Ort für solch ein ungewöhnliches Experiment. Im Supermarkt werden am Beispiel von Weizen, Apfel, Kartoffel, Milch und Tomate sowie der Ackerschmalwand als pflanzlicher Modellorganismus, die Geschichte der Züchtung, die Eingriffstiefe verschiedener Züchtungsverfahren, aber auch die Sortenvielfalt und Kennzeichnungspflichten der Lebensmittel genau beleuchtet. „Wir wollen damit eine Möglichkeit bieten, quasi hinter die Fassade zu schauen, wollen Interesse stiften und sensibilisieren“, sagt Julia Diekämper, die das Projekt GenomELECTION leitet.

Das jüngste Urteil des Europäischen Gerichtshofes zur Gentechnik ist umstritten. Die obersten Richter entschieden, dass Organismen, deren Erbgut mit den neuen Genome-Editing-Methoden wie CRISPR-Cas9 verändert wurden, als gentechnisch veränderte Organismen (GVO) einzustufen sind. Damit fallen sie unter die strengen Regulierungen des Gentechnikrechts. Die Entscheidung wird seither kontrovers diskutiert.

Zu süß, zu salzig, zu fett: Viele Lebensmittel enthalten Inhaltsstoffe, die bei übermäßigem Konsum ungesund sind. Die Lebensmittelindustrie steht seit langem unter Druck bei der Suche nach Alternativen: Denn die Kosten für die Behandlung ernährungsbedingter Krankheiten wie Herz-, Kreislauf- und Stoffwechselstörungen betragen jährlich etwa 17 Mrd. Euro.

Europäisches Getränkeunternehmen wird DOLCE-Mitglied

Mit dem Fokus auf die Entwicklung neuer natürlicher Süßstoffe und Geschmacksverstärker wurde 2016 die strategische Partnerschaft DOLCE geschlossen. Initiatoren der Süßstoff-Allianz sind das Bioökonomie-Unternehmen Brain AG, der Naturstoffspezialist Analyticon Discovery GmbH sowie der französische Speziallebensmittelhersteller Roquette. Nun hat das Trio Verstärkung bekommen: Wie Brain Mitte März verkündet, hat sich ein weiteres Unternehmen aus dem Konsumgüterbereich dem DOLCE-Team angeschlossen. Dabei handelt es sich um ein global agierendes europäisches Getränkeunternehmen. Der Name des Unternehmens sowie weitere Details der Partnerschaft wurden nicht genannt.

Mehr als 25 natürliche Süßstoffe verfügbar 

Als neues Mitglied stehen dem Unternehmen für die Produktion nunmehr die im DOLCE-Programm speziell für Getränke entwickelten natürlichen Süßstoffe zur Verfügung. Mehr als 25 natürliche Saccharose-Süßgeschmacksverstärker sowie natürliche hochintensive Süßstoffe wurden Brain zufolge seit Gründung der Allianz identifiziert und charakterisiert. Diese Süßstoffe können an das jeweilige Produktportfolio des Unternehmens angepasst werden. Auf das umfangreiche Angebot haben Mitglieder im DOLCE-Team Zugriff. Wie Brain mitteilt, laufen derzeit Verhandlungen mit weiteren potenziellen Partnern aus der Lebensmittel- und Getränkeindustrie.

Nationale Stategie für gesunde Ernährung 

Die Förderung einer gesunden Ernährung steht auch auf der politischen Agenda der Bundesregierung und wurde im vergangenen Jahr in einer nationalen Strategie verankert. Diese zielt unter anderem auch auf die Reduzierung von Zucker, Salz und Fett in Lebensmitteln sowie auf Innovationen, die Nahrungsmittel gesünder machen.

bb

Too sweet, too salty, too fatty: Many foods contain ingredients that are unhealthy when consumed in excess. The food industry has long been under pressure to find alternatives: The cost of treating diet-related diseases such as heart, circulatory and metabolic diseases is around 17 billion euros a year.

European beverage company becomes a DOLCE member

In 2016, the strategic partnership DOLCE was formed with the focus on the development of new natural sweeteners and flavor enhancers. The initiators of the sweetener alliance are the bioeconomy company Brain AG, the natural products specialist Analyticon Discovery GmbH and the French specialty food manufacturer Roquette. The trio has now been expanded: As Brain announced in mid-March, another company from the consumer goods sector has joined the DOLCE team: a globally active European beverage company. The name of the company and further details of the partnership were not disclosed.

More than 25 natural sweeteners available

As a new member, the company now has access to the extensive range of natural sweeteners specially developed for beverages. According to Brain, more than 25 natural sucrose sweet flavor enhancers and natural high-intensity sweeteners have been identified and characterized since the alliance was formed. These sweeteners can be adapted to each company's product portfolio. As Brain stated, negotiations are currently underway with other potential partners from the food and beverage industry.

National strategy for healthy nutrition

The promotion of a healthy diet is also on the political agenda of the German government and was anchored in a national strategy last year. Among other things, this strategy aims to reduce the amount of sugar, salt and fat in foods and to develop innovations that make foods healthier.

bb/um

Sie sind außergewöhnlich, und das soll sich jetzt auch durch einen eigenen Namen zeigen: 13 Bakterienarten, die Mikrobiologen bislang zur Gattung Azoarcus zählten oder noch nicht klassifiziert hatten, bilden ab jetzt die Gattung Aromatoleum. Sie können etwas, das andere Bakterien nicht beherrschen – sehr stabile chemische Verbindungen abbauen, und das an Orten, an die praktisch kein Sauerstoff gelangt. Damit sind sie perfekte Kandidaten für die Umweltbiotechnologie, wie Meeresforscher der Universität Oldenburg in den Fachjournalen „International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology“ und „Applied and Environmental Microbiology“ berichten.

Schatztruhe für die Biotechnologie

„Diese Gruppe von Bakterien ist wie eine Schatztruhe für neue biochemische Reaktionen, die bei der Sanierung belasteter Böden helfen könnten. Aber sie sind auch für Grundlagenforschung und Biotechnologie interessant“, schildert Ralf Rabus, Mikrobiologe am Oldenburger Institut für Chemie und Biologie des Meeres. Die beschrieben Arten leben in sauerstofffreien Bodenschichten und Gewässersedimenten. Ähnlich wie die Vertreter der Gattung Azoarcus, die im pflanzlichen Wurzelraum vorkommen, können sie organische Verbindungen abbauen und verwerten. Aufgrund ihres Lebensraumes benötigen sie für diese Reaktionen jedoch keinen Sauerstoff.

Abbau aromatischer Verbindungen ohne Sauerstoff

Die Bakterien der Gattung Aromatoleum sind dabei in der Lage, auch chemisch robuste Umweltgifte abzubauen, die zur Gruppe der Aromaten zählen. Darunter verstehen Chemiker Ringe aus sechs Kohlenstoffatomen mit unterschiedlichen Seitengruppen. „Der aromatische Ring ist chemisch sehr stabil. Daher dachte man noch vor wenigen Jahrzehnten, dass Mikroben ohne Sauerstoff überhaupt nicht in der Lage wären, solche Moleküle abzubauen“, erinnert sich Rabus. Beispiele für problematische Aromaten sind Toluol und Ethylbenzol, die in Erdölprodukten, Lösungsmitteln, Lacken und Zigarettenrauch vorkommen.

Bislang unbekannte Stoffwechselwege

Die Mikrobiologen haben inzwischen einige dieser besonderen Stoffwechselwege der neuen Bakteriengattung aufgeklärt und die beteiligten Enzyme und Gene identifiziert. Dabei stellte sich heraus, dass viele davon noch gänzlich unbekannt waren und in keinem anderem Mikroorganismus beschrieben wurden. Deswegen und wegen weiterer genetischer Unterschiede halten die beteiligten Forscher es für gerechtfertigt, einen neuen Gattungsnamen zu vergeben.

Potenzial für weitere Anwendungen

Neben dem Potenzial zur Bodensanierung entdeckten die Oldenburger bei ihrer Arbeit noch zwei andere bemerkenswerte Aspekte der neuen Gattung: Zum einen stellen die Bakterien bestimmte Zwischen- und Abbauprodukte stereospezifisch her, also nur in einer der möglichen räumlichen Molekülanordnungen. Das macht sie interessant für biotechnologische Produktionsprozesse. Außerdem können die Bakterien bestimmte organische Verbindungen bereits in sehr geringer Konzentration detektieren – selbst dann noch, wenn diese einem aufgelösten Stück Würfelzucker in einem olympischen Schwimmbecken entspricht. Damit könnten diese Mikroorganismen die Grundlage für hochempfindliche Biosensoren bilden.

Die Studien wurden im Rahmen der DFG-geförderten Graduiertenkollegs „Aktivierung chemischer Bindungen“ und „Molecular Basis of Sensory Biology“ durchgeführt.

bl

Er ist mindestens 3.500 Jahre alt und doch kannte bislang niemand seine Eltern: Der Safran-Krokus wird vor allem im Mittelmeerraum und in Asien schon lange angebaut. Seine Blütenfäden sind die Quelle des wertvollen Gewürzes Safran, das mit einem Kilopreis von bis zu 30.000 Euro durchaus mit Gold konkurrieren kann. Auch als Heilpflanze und Färbemittel wird der Safran-Krokus seit Jahrhunderten geschätzt. Trotz seines Wertes konnte die Pflanze in all den Jahren nie züchterisch verbessert werden.

Vermehrung bislang nur durch Tochterknollen

Alle weltweit kultivierten Safran-Krokusse stammen aus Tochterknollen, weil die Pflanze selbst steril ist und daher nicht gezüchtet werden konnte. Der Grund: Die Elternpflanzen waren bisher unbekannt, aus deren Kreuzung der Safran-Krokus einst hervorgegangen ist. Das Rätsel der Abstammung haben nun Biologen der Technischen Universität (TU) Dresden gelöst und damit die Voraussetzungen für mögliche Neuzüchtungen mit optimierten Eigenschaften geschaffen.

Eltern sind zwei Pflanzen einer Wildart

„Wir haben die Entstehung des Safran-Krokus nachvollzogen und die Elternarten mit molekularen und cytogenetischen Methoden aufgeklärt“, berichtet Thomas Schmidt, Molekularbiologe am Institut für Botanik der TU Dresden. Die Arbeit ist das Titelthema des Fachjournals „New Phytologist“. Demnach bilden nicht etwa zwei Krokusarten die Eltern des Safran-Krokus Crocus sativus, sondern zwei leicht unterschiedliche Pflanzen, der in Griechenland heimischen Wildart Crocus cartwrightianus. 

Anbau auch in Deutschland

Bedeutung könnte die Entdeckung auch für Deutschland haben, denn seit einigen Jahren wird Safran im Raum Dresden angebaut. Die Anbauer sind überzeugt, dass der leichte Frost, dem die Pflanzen hier ausgesetzt sind, das Aroma noch verstärkt. Überhaupt ist der Safran-Krokus eine recht robuste Pflanze: Er wächst auf Böden, die ansonsten nicht für den Ackerbau geeignet sind. Der hohe Preis erklärt sich anders: Um ein Kilo Safran zu erzeugen, müssen 150.000 bis 200.000 Blüten geerntet, die jeweils drei Blütenfäden isoliert und getrocknet werden – und das von Hand.

bl

It is at least 3,500 years old and yet so far no one knew its parents: the saffron crocus has been cultivated for a long time, especially in the Mediterranean region and in Asia. Its flower threads are the source of the valuable spice saffron, which can compete with gold at a price of up to 30,000 euros per kilo. The saffron crocus has also been appreciated for centuries as a medicinal plant and coloring agent. Despite its value, the plant has never been improved by breeding in all these years.

Reproduction so far only by daughter tubers

All saffron plants cultivated worldwide originate only from daughter bulbs, as the plant itself is sterile and therefore could not be bred. The reason: Until now, the plants crossed to create saffron were unknown. Biologists from the Technical University (TU) Dresden have now solved the mystery of the ancestry and thus created the conditions for inserting optimised properties into the crocus genome.

"We have managed to understand the origins of the saffron crocus and shed light on the parent species using molecular and cytogenetic methods," says Thomas Schmidt, Professor of Plant Cell and Molecular Biology at TU Dresden’s Institute of Botany. The paper is the title topic of the journal "New Phytologist". According to the study, the saffron crocus therefore is descended from two plants of only one wild species: Crocus cartwrightianus, which is found in Greece.

Cultivation also in Germany

The discovery could also have significance for Germany, as saffron has been cultivated in the Dresden area for several years. The growers are convinced that the slight frost to which the plants are exposed further enhances the aroma. In general, the saffron crocus is a rather robust plant: it grows on soil not otherwise suitable for agriculture. The high price has another reason: in order to produce one kilogram of saffron, 150,000 to 200,000 flowers have to be harvested, each of the three flower threads isolated and dried - all by hand.

bl/um

Cellulose, der Hauptbestandteil vieler Pflanzen, ist ein bedeutender nachwachsender Rohstoff. Aus den langen Kohlenstoffketten lassen sich Grundstoffe der chemischen Industrie ebenso herstellen wie Treibstoffe. Beide Produktgruppen werden sonst aus Erdöl erzeugt, was mit entsprechenden Folgen für das Klima verbunden ist. Doch die chemische Auftrennung der Cellulose ist zeit- und energieaufwendig. Chemiker der Universität Münster berichten nun im Fachjournal „Angewandte Chemie“ von einem neuen Verfahren, das schneller und nachhaltiger ist.

Mechanischer Einfluss auf die chemische Reaktion

Chemiker sprechen von einer Hydrolyse, wenn der Mehrfachzucker Cellulose chemisch in seine begehrten Einzelzucker zerbrochen wird. Bislang erfordert diese durch Säure katalysierte Aufspaltung drei Reaktionsschritte, denen ein hohes Maß an Energie zugeführt werden muss, damit sie ablaufen. In jüngerer Zeit hatte sich allerdings gezeigt, dass die Homogenisierung in einer Kugelmühle die Umsatzrate verbessert. Was genau dabei auf molekularer Ebene geschieht, war jedoch wenig untersucht. Genau das haben die Münsteraner Forscher geändert.

Hocheffizienter Reaktionsweg entdeckt

Sie haben analysiert, welche mechanischen Kräfte während der Reaktion in welchen Bereichen der Cellulosemoleküle wirken. Daraus folgerten sie, wie sich diese Kräfte auf den Energiebedarf der jeweiligen chemischen Reaktionsschritte auswirken. Übten die Forscher mechanische Kraft auf das molekulare Gerüst der Cellulose aus, veränderte das stark die Hydrolyse-Reaktion. „Mithilfe unserer atomistischen Rechnungen konnten wir explizit den Einfluss einer mechanischen Zugkraft auf den Reaktionsmechanismus untersuchen“, erläutert Erstautor Dr. Saeed Amirjalayer, Gruppenleiter am Physikalischen Institut der Universität Münster. „Dies ermöglichte es uns, einen bisher unbekannten und vor allem hocheffizienten Reaktionsweg für die Umwandlung von Cellulose aufzuzeigen.“

Potenzial für neuartige, gut zu recycelnde Kunststoffe

Tatsächlich verkürzt sich damit die Aufspaltung der Cellulose in ihre Bausteine auf einen einzigen Reaktionsschritt. Dieser erfordert außerdem nur einen Bruchteil der bisher benötigten Energie. Dieser Ansatz soll nun als Grundlage für ein neues effizientes und umweltfreundliches Verfahren für die Umwandlung von Cellulose dienen. Darüber hinaus könnten mit diesem Prinzip neuartige Kunststoffverbindungen hergestellt werden, die auf mechanischem Weg einfach zu recyceln wären.

bl