Aktuelle Veranstaltungen

Der Ruf nach einem nachhaltigen Wassermanagment wird auch in Deutschland immer lauter. Nicht nur in Afrika zehrt langanhaltende Dürre an den Trinkwasserreserven. Auch hierzulande sprudeln die Trinkwasserquellen nicht mehr so stark, wenn der Regen ausbleibt. Abwässer gewinnen so immer mehr an Bedeutung. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unterstützt im Rahmen des Förderprogramms „Forschung für nachhaltige Entwicklungen“ (FONA) die Entwicklung neue Technologien, um kommerzielle und industrielle Abwässer wieder nutzbar zu machen. 40 Prozent des Abwassers sind dabei Konzentrate wie Salze, organische Verbindungen oder Schwermetalle. Diese werden hierzulande jedoch fast ausschließlich in Kläranlagen geleitet.

Industrieabwässer wiederverwenden

Im Verbundvorhaben HighCon wollen Forscher gemeinsam mit Industriepartnern nun nach Wegen suchen, diese Konzentrate besser zu verwerten und so als Rohstoffquelle nutzen. Im Rahmen des vom BMBF geförderten Projektes sollen neue Prozesse entwickelt werden, um kommunale und industrielle Abwässer wiederzuverwerten. Hier gibt es jedoch keine Lösung für alle. Die Wasserwiederverwendung muss auf die jeweilige Branche angepasst werden. Daher wollen die HighCon-Forscher branchenspezifische Lösungen für die im Projekt beteiligten Unternehmen aus Chemie, Biotechnologie und Lebensmittelproduktion entwickeln.

Branchenspezifische Lösungen

Basierend auf deren Anforderungen sollen bestehende Technologien wie die Membrandestillation, selektive Niedertemperatur-Destillation-Kristallisation und die monoselektive Elektrodialyse weiterentwickelt und an die speziellen Anwendungen der Industriepartner, einer Kaffeerösterei, einem Bioethanolproduzenten und einer Berufskleidungswäscherei, angepasst werden. Anliegen ist es, problematische Stoffe so aus dem Wasserkreislauf fernzuhalten und wertvolle Substanzen zurückzugewinnen. Dazu zählen unter anderem Soda, Schwefelsäure oder Trockensalze wie Tausalz oder andere Salzarten.

Prozess der Wasserwiederverwendung optimieren

Erstmalig soll auch der Wasserwiederverwendungsprozess ganzheitlich optimiert werden. Dafür soll ein Simulationswerkzeug entwickelt werden, dass die komplexen Zusammenhänge von den Rohwasserströmen bis hin zur Konzentratverwertung abbildet. Nach entsprechenden Labortests mit synthetischen und realen Abwässern werden die Technologien am Ende bei den Industriepartnern den Praxistest durchlaufen.

Das Verbundprojekt HighCon wird von der Technischen Universität Berlin koordiniert. Neben Partnern aus der Wirtschaft sind die DECHEMA Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e.V., das Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme ISE und die DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie beteiligt.

bb

Die Wiederbelebung ausgestorbener Arten ist schon seit Langem ein Traum vieler Forscher, und auch Hollywood hat mit Jurassic Park schon Dinosaurier auferstehen lassen. So märchenhaft und hollywoodreif die Idee auch erscheinen mag – wissenschaftlich gesehen gab es in den letzten Jahren so große Fortschritte im Bereich der Molekularbiologie und Stammzellforschung, dass das Prozedere der genetischen Wiederherstellung ausgestorbener Arten durchaus in greifbare Nähe gerückt ist. Allerdings denken die Wissenschaftler hierbei eher an ausgestorbene Arten wie Mammut, Wandertaube oder Auerochse. Und auch für viele Arten, die zwar noch nicht ausgestorben aber stark bedroht sind, könnte diese „De-Extinction“ genannte Technik das Überleben sichern. Doch wie sollen die wiederauferstandenen Arten bezeichnet werden? Umweltjuristen und Biogeografen der Universität Trier haben diese Frage und mögliche juristische Konsequenzen in einem Artikel für das Fachjournal „Science“ diskutiert.

Trotz neuester Gentechnik nur ungenaue Kopien

Der Mensch ist der Hauptgrund für das Aussterben vieler Tierarten im Laufe der letzen Jahrtausenden. Inzwischen ist die Wissenschaft soweit, dass sie einige dieser Arten wiederbeleben könnte. Allerdings können nur Arten wiederbelebt werden, die in den letzten etwa 20.000 Jahren verschwunden sind, da sich die DNA von älteren Arten nicht ausreichend wiederherstellen lässt. Eine Wiederbelebung der vor etwa 65 Millionen Jahren ausgestorbenen Dinosaurier à la Jurassic Park bleibt also pure Fiktion. Ein wesentlich reelleres Problem für die Wissenschaftler hingegen ist die Frage: Wie sollen die wiederbelebten Organismen benannt werden? Selbst mit den neuesten genetischen Methoden werden sie maximal eine ungenaue Kopie der Originale sein. Denn zum einen wird in den meisten Fällen zusätzliche genetische Informationen einer Wirtsart verwendet werden müssen, zum anderen sind bestimmte Merkmale wie etwa erlerntes Verhalten nicht in den Genen enthalten.

Namenszusatz „recr“ für künstliche Organismen

Tierarten sind in unterschiedliche Listen klassifiziert, von „nicht-bedroht“ über „geschützt“ bis „ausgestorben“. Wenn eine wiederbelebte Art denselben Namen trägt wie die ursprüngliche Art, wäre es also nicht nur biologisch ungenau, sondern auch rechtlich verwirrend. Daher, so argumentieren die Wissenschaftler von der Universität Trier, sollten wiederbelebte Arten mit einem eigenen Namen versehen werden. Dieser sollte die Arten durch den Zusatz „recr“ für „recrearis“ klar als künstliches Produkt kennzeichnen. Diese Kennzeichnung würde juristische Unsicherheiten beseitigen und auch den praktischen Umgang mit solchen Organismen erleichtern.

Die Wissenschaftler weisen zudem darauf hin, dass aufgrund der gentechnischen Entstehung solcher Arten eine Ansiedlung in Europa dem Gentechnikrecht unterliegen würde. Das wäre zwar unabhängig von der Benennung der Arten, unterliege jedoch deutlich strengeren Auflagen und bedürfe ebenfalls juristischer Klärung.

jmr

Resurrecting formerly extinct animal species has been a utopian dream for many researchers, and even Hollywood used this idea to resurrect dinosaurs in Jurassic Park. As implausible and surreal it may seem – scientifically speaking we’re not that far off from being able to bring back extinct species. The recent huge breakthroughs in the area of genetic engineering and stem cell biology have turned this utopia into a not-so-distant reality. However, researchers are not planning to resurrect dinosaurs anytime soon, rather, they are considering to bring back the mammoth, the aurochs, or the wild pigeon. Moreover, for many species that are not yet extinct, but severely endangered, this technique dubbed “de-extinction” could secure their survival. But what should the newly resuscitated species be called? Environmental lawyers and biogeographic scientists at the university in Trier have discussed this question and possible legal repercussions in an article for the journal “Science“.

Vague copies of the originals

Humans have caused mass extinctions over the course of the last several millennia. By now scientific progress has made it possible to resurrect some of these species. Nevertheless, only organisms that have vanished within the last 20.000 years or so could be revived – the DNA of species that died out before that would be too degraded by now to be used to resurrect the organism. Thus, reviving dinosaurs, which went extinct roughly 65 million years ago, à la Jurassic Park remains pure science fiction. A far more pressing issue however is, how the newly revived organisms should be named. Even using the most advanced genetic and molecular methods to bring these species back – at best – they would be a rough copy of the original. This is due to two major limitations: in most cases in order to resurrect a species, genetic information of a host species will have to be used as well. Moreover, certain distinct features such as learned behaviour are not present in the genes.

Special name tag for new organisms

Plant and animal species are categorized on several lists from “not-endangered” to “endangered” or “extinct”. In case a species can be revived and would carry the same name as the original, it would not only be biologically misleading but might also be within a legal grey area. The researchers at Trier university argue as follows: resurrected species should carry their own name. It should be marked by the affix “recr” for “recrearis” in order to clearly classify them as artificially reintroduced. This label would identify them clearly in a biological as well as legal context and thus greatly simplify their handling.

The scientists furthermore point out that due to their origin in genetic engineering, settling these species in Europe would also fall under the genetic engineering laws. Although this issue is very much independent of the question regarding nomenclature, it nonetheless also requires legal clarification.

jmr

Pflanzen, die wachsen wo und wie man will und bei Licht-, Nährstoff- oder Wassermangel auf sich aufmerksam machen: Solch intelligente Pflanzen sind zwar noch Zukunftsmusik. Doch die Vision ist keinesfalls unrealistisch. Im Gegenteil: Im EU-Projekt „Flora Robotics“ arbeiten polnische, dänische und österreichische Forscher unter der Leitung von Wissenschaftlern der Universität Paderborn seit 2015 an Robotern, die den Traum der Pflanzenarchitektur von Morgen Wirklichkeit werden lassen.  

Roboterschwärme lassen Pflanzen wachsen

"Diese intelligenten Pflanzen sollen künftig - von Roboterschwärmen angeleitet - unsere Städte architektonisch beleben: Von der kontrolliert begrünten Wand bis hin zu ganzen Häusern aus lebender Biomasse", erläutert Heiko Hamann vom Heinz Nixdorf Institut und Institut für Informatik der Universität Paderborn das Projekt. Das Projekt, an dem Informatiker, Robotiker, Zoologen, Zellbiologen, Mechatroniker und Architekten beteiligt sind, wird durch den Forschungsrahmen der Europäischen Union „Horizon 2020“ mit rund 3,6 Mio. Euro gefördert.

Damit die Kommunikation zwischen Menschen, Pflanzen und Maschine auf hohem Niveau möglich wird, entwickeln die Forscher "biohybride Gesellschaften" aus Roboterschwärmen und Pflanzen. Neben Hochintensitäts-LEDs und Vibrationsmotoren, welche das Pflanzenwachstum kontrollieren, nutzen die Forscher blaues Licht als Lockmittel, um die Wachstumsspitze der Pflanzen in die gewünschte Richtung zu lenken. Im Gegenzug nutzen sie Licht im sogenannten "far-red"-Bereich oder Vibrationstöne, um Pflanzen abzuschrecken oder im Zaun zu halten.

Enzyme sind hochspezialisierte Eiweißstoffe, die chemische Reaktionen beschleunigen. Dabei verfügen sie über eine besondere Eigenschaft: Sie funktionieren nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip. Nur wenn ein Molekül exakt zu dem Enzym passt, erfolgt die chemische Reaktion. Dies haben sich Forschende von der Universität Rostock und der Greifswalder Firma Enzymicals AG zunutze gemacht, um einen neuen Syntheseweg zu entwickeln.

Enzyme als Biokatalysatoren

Bei komplexeren chemischen Verbindungen gibt es die Möglichkeit, dass die gleichen chemischen Bausteine in verschiedenen Winkeln miteinander verbunden werden. Es entstehen sogenannte Enantiomere, die spiegelsymmetrisch sind – ähnlich einer rechten und linken Hand. Will man auf chemischem Weg nur eine Form des Enantiomers erhalten - sogenannte „optisch reine Produkte“ - so ist die Synthese extrem aufwendig. Hier helfen Enzyme als Biokatalysatoren mit dem Schlüssel-Schloss-Prinzip weiter. Enzyme unterscheiden zwischen den Enantiomeren und steuern deshalb nur die Produktion einer von mehreren Varianten.

Die Tier- und Pflanzenwelt hat sich in den letzten vier Jahrzehnten weltweit stark verändert. Klimawandel oder internationaler Schiffsverkehr sorgen dafür, dass verschiedenste Arten von Flora und Fauna auswandern. Das Ausmaß der Bioinvasion zeigte erst kürzlich eine internationale Studie, an der Forscher der Universität Konstanz beteiligt waren. Ihre Analyse ergab, dass jährlich 585 gebietsfremde Arten registriert werden. Ein internationales Forscherteam unter Mitwirkung Konstanzer Wissenschaftler zeigt nun erstmals auf, in welchen Gegenden der Erde besonders viele eingebürgerte Arten zu finden sind. Die Liste der Hotspots der sogenannten Neobiota ist im Fachjournal „Nature Ecology and Evolution“ erschienen.

Globale Verteilung erstmals aufgelistet

Bei ihrer Analyse konzentrierten sich die Forscher auf acht Tier- und Pflanzengruppen und hielten in einer Datenbank fest, wo sich diese Arten außerhalb ihres Heimatgebiets angesiedelt haben. Danach wurde die Verbreitung nicht heimischer Säugetiere, Vögel, Amphibien, Reptilien, Fische aber auch Spinnen, Ameisen und Gefäßpflanzen auf 186 Inseln und 423 Regionen erfasst. Die Liste, ist die erste ihrer Art, die eine solche globale Verteilung von Neobiota der wichtigsten Organismengruppen überhaupt darstellt.

Neobiota bei Inseln und Küstenregionen besonders stark

Die Auswertung ergab: Inseln und Küstenregionen weisen die höchsten Zahlen eingebürgerter Neobiota auf. Platz eins der Hotspots belegt Hawai, gefolgt von Neuseeland und den kleinen Sunda-Inseln in Indonesien. Hawaii und Neuseeland waren der Studie zufolge bei allen untersuchten Artengruppen im Spitzenfeld. „Beide Regionen sind abgelegene und ursprünglich sehr isolierte Inseln, in denen manche Organismengruppen von Natur aus fehlten – wie etwa Säugetiere. Heute liegen beide Regionen in ökonomisch hochentwickelten Ländern mit intensiven Handelsbeziehungen und dementsprechend massiven Folgen für die Einschleppung und Einbürgerung von Neobiota“, erklärt der Wiener Ökologe Franz Essl.

Im Rahmen der Studie untersuchten die Forscher auch, welche Faktoren für Einbürgerung der Arten entscheidend waren. In dicht besiedelten Regionen sowie Gebieten mit hoher ökonomischer Entwicklung war danach die Anzahl eingebürgerter Neobiota besonders hoch. „Der Grund dafür ist, dass diese Faktoren die Wahrscheinlichkeit erhöhen, dass der Mensch viele neue Arten in ein Gebiet ‚einschleppt‘. Die dadurch mitverursachte Zerstörung von Lebensräumen begünstigt die Ausbreitung von Neobiota. Inseln und Küstenregionen scheinen daher besonders anfällig zu sein, da sie im globalen Fernhandel eine dominierende Rolle einnehmen“, so Dietmar Moser von der Universität Wien.

Neue Gesetze zum Schutz der Artenvielfalt nötig

Ökologen warnen seit langen vor den Folgen der Bioinvasion, die auf Inseln jedoch besonders problematisch ist. Die Verdrängung einheimischer Pflanzen- und Tierarten scheint da nur ein Problem zu sein. „Viele der fremden Pflanzen und Tiere, die in unseren Häusern und Gärten gehalten werden und sich bisher noch nicht wild lebend etabliert haben, könnten dies in Zukunft tun. Dies gilt insbesondere in Anbetracht des zunehmenden Klimawandels“, so der Konstanzer Ökologe Mark van Kleunen. Mit ihrer Studie wollen die Forscher auch deutlich machen, dass bisherige Anstrengungen zum Schutz der Biodiversität nicht „effektiv genug waren“. „Es ist daher dringend erforderlich, effektivere gesetzliche Maßnahmen zu implementieren, besonders für Inseln“, betont Essl. Die Forscher sehen hier Neuseeland als Vorbild. Hier wurden bereits vor Jahrzehnten entsprechende Regelungen erlassen, um die Einschleppung fremder Arten zu stoppen.

bb

The rainforest in Brazil with its famous Amazon basin is home to countless animals and plants that function as earth’s green lungs and play an important part for the global climate. However, deforestation and developing new and more sources for raw material severely endangers the biodiversity of that area. Marcello Tabarelli has been investigating for years, exactly how mankind affects the biodiversity within the rainforest. For his pioneering work the biologist at the Brazilian Universidade Federal de Pernambuco now received the Humboldt Research Award by the Alexander von Humboldt Foundation.

Endangered diversity within rainforests

Tabarelli has been working with Burkhard Büdel and Rainer Wirth at the Technical University Kaiserslautern for years. The German-Brazilian research project „Anthropogenic disturbances and the regeneration of the semiarid Caatinga - Brazil's threatened Dry Forest Biome“ is examining, to what extent agriculture and climate change affect and already have affcted the dry forests in the north-east of Brazil – the Caatinga.

Awarding sustainable excellence

From June to September the Brazilian biodiversity expert will visit the TU Kaiserslautern as part of the award in order to continue the research project together with his German colleagues.

The Alexander von Humboldt foundation is granting their annual research awards to “academics whose fundamental discoveries, new theories, or insights have had a significant impact on their own discipline and who are expected to continue producing cutting-edge achievements in the future”. German President Frank Walter Steinmeier will award the Humboldt Research Award in Berlin at the end of June.

bb/jmr

Environmentally-conscious customers demand drinking containers that are reusable as well as made of sustainable materials. Evonik and the Taiwanese company Sungo have combined their expertise to manufacture a handy but sturdy drinking bottle made of high-quality sustainable material: the Ludavi bottle. The bottle is made of the transparent microcrystalline polyamide Trogamid Terra biopolymer by Evonik Industries. The biopolymer consists of more than 50 percent renewable raw materials, such as palm kernel and coconut oil.

A lightweight and indestructible biopolymer

The biopolymer Trogamid Terra by Evonik is lightweight and abrasion-proof, as well as resistant to heat and chemicals. That makes Ludavi equally suitable to hold either hot tea or carbonated sodas, and helps the product withstand the mechanical stress a drinking bottle typically encounters in its life cycle. Evonik and Sungo praise the innovative material of their product as well as the high-class appearance that makes it suitable for exercise and business environments alike. “It is no longer sufficient to offer functional design products”, says Ken Lu, General Manager at Sungo. He emphasizes the need for a two-sided benefit of new products: it should benefit the customer as well as planet earth.

One bottle for different countries and customs

Moreover, Evonik also considered the different requirements for the bottle performance in different countries and cultures. In Asia for example, many people drink hot beverages, so the material has been tested to be just as good in boiling-hot conditions, and chemically stable for all kinds of beverages. German specialty chemical company Evonik has a proven track record of generating mechanically stable plastics that are resistant to heat and chemicals as well as being environmentally friendly. “The combined properties of appearance and environmental aspects set our materials apart,” says Alexander Richter, head of the Consumer Goods market segment at Evonik. With this environmentally friendly as well as practical approach, Sungo and Evonik have created optimal conditions to establish Ludavi as a popular product in international sports departments and set a sustainable example for future manufacturers of every-day accessories.

jmr

Laut Bundesverband der deutschen Bioethanolwirtschaft (BDBe) ist die Produktion von zertifiziert nachhaltigem Bioethanol für Kraftstoffanwendungen in Deutschland 2016 mit 738.169 Tonnen nahezu konstant hoch geblieben. Der Verbrauch stieg leicht um 0,2 Prozent auf rund 1,2 Mio. Tonnen. Dies zeigen die Marktdaten für 2016, die der BDBe kürzlich veröffentlichte.

738.169 Tonnen Bioethanol wurden 2016 in Deutschland hergestellt. Davon 12.310 Tonnen aus sonstigen Stoffen, wie zum Beispiel Resten und Abfällen aus der Lebensmittelindustrie. Das ist die größte Menge seit dem Jahr 2009 in diesem Segment.

Zusätzlich zu Bioethanol werden aus den übrigen pflanzlichen Inhaltsstoffen wie Proteinen, Ballaststoffen, Mineralien und Vitaminen hochwertige Co-Produkte gewonnen: Eiweißfuttermittel aus Getreide, Kraftfutter aus Industrierüben und sonstige Produkte für die Lebens- und Futtermittelindustrie wie beispielsweise Hefe, Gluten oder biogene Kohlensäure.

Der BDBe geht davon aus, dass sich die hohe CO₂-Minderung von Bioethanol positiv auf den Einsatz als Beimischung auswirken wird. Bioethanol minderte den CO₂-Ausstoß gegenüber dem fossilen Referenzwert im Jahr 2016 um 70%. Mit weiteren Effizienzsteigerungen wird gerechnet.

Pflanzen haben im Laufe der Evolution verschiedene Taktiken entwickelt, um sich vor Fressfeinden zu schützen. Mit Dornen, scharfkantigen Blättern oder Gift verteidigen sie sich im Stillen gegen die Angreifer. Fast ein Drittel aller Landpflanzen haben sich dafür kleine Drüsenhaare auf der Blatt- oder Stengeloberfläche zugelegt, die wirksame Abwehrstoffe produzieren und so Fraßfeinde wie Insekten vertreiben. Die sogenannten glandulären Trichome sind hocheffiziente pflanzliche Wirkstofffabriken.

Energie- und Stoffwechselflüsse geklärt

Woher die Drüsenhaare für die Synthese der Inhaltsstoffe Energie und Kohlenstoff beziehen war bisher unklar. Forscher am Hallenser Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie haben die Quelle nun aufgespürt. Wie das Team im Fachjournal „Plant Cell“ berichtet, konnte es konkret die Energie- und Stoffwechselflüsse innerhalb der glandulären Trichome von Tomatenpflanzen nachverfolgen. Das Wissen um den trichomalen Stoffwechsel ist eine wichtige Voraussetzung für die Züchtung neuer resistenter Kultursorten, ist aber auch für die biotechnologische Herstellung wichtiger Pflanzenstoffe in Bakterien und Hefen bedeutsam.

Im Rahmen der Studie untersuchten die Hallenser sowohl Wildtomaten als auch deren kultivierten Verwandten. Dafür verglichen sie die Drüsenhaare der Tomate zunächst mit normalen haarlosen Blättern und untersuchten jeweils deren aktivierten Gene, als auch die vorhandenen Proteine, vor allem die dafür benötigten Stoffwechselenzyme sowie die produzierten Substanzen.

Erdölbasierte Farben, Lacke, Kunststoffe oder Benzin durch neue biobasierte Komponenten zu ersetzen, gehört zu den wichtigsten Aufgaben unsere Zeit. Vielversprechende Ansätze gibt es durchaus. So haben Orangenschalen oder Algen durchaus das Potenzial für neue Biokunststoffe, ohne in Konkurrenz zur Lebensmittelindustrie zu stehen wie es etwa beim Mais der Fall ist. Auch Hanf und Schilfgras könnten sich als Basis für neue Biokunststoffe als auch Biomasse zur Energiegewinnung eignen. Diese Optionen will ein europäischer Verbund aus Universitäten, Agrarunternehmen und Industrie in den kommenden Jahren ausloten.

Anbau neuer robuste Sorten

Das Projekt “Growing Advanced industrial Crops on Marginal Lands for Biorefineries (GRACE)” wird bis 2022 von der Europäischen Union sowie Partnern aus der Industrie mit insgesamt 15 Mio. Euro gefördert und von der Universität Hohenheim in Stuttgart geleitet. Im Fokus steht dabei auch der Anbau neu gezüchteter, robusterer Sorten wie das aus China stammende Schilfgras Miscanthus. Der Vorteil: Einmal auf einem Feld gebracht, wächst die Pflanze jahrzehntelang und bietet dabei einen hohen Flächenertrag. Die bis zu drei Meter hohe, genügsame und vergleichsweise robuste Pflanze kann daher sowohl als Biomasse  zur Energiegewinnung dienen, als auch den Ausgangsstoff für neue biobasierte Produkte wie Biokunststoffe liefern.

Chinagras auf Europas Äckern

Im Vorfeld des Projektes wurden dafür neue Miscanthus-Sorten entwickelt, die sich erstmals über Samen vermehren lassen. Von jedem Züchtungsprogramm werden im Projekt jeweils sieben der neuen Sorten an insgesamt 21 Standorten in Europa getestet. Dabei wird auch der Anbau auf schwermetallbelasteten Böden wie neben dem Rollfeld eines Flughafens oder ehemaligen Schwerindustriegeländen erprobt.

Nachhaltige Wertschöpfungskette

Am Beispiel des Schilfgrases zeigen die Hohenheimer Forscher bereits wie eine lückenlose und nachhaltige Wertschöpfungskette von der Biomasse zum Produkt möglich ist. So kann aus dem Miscanthus-Stroh Zucker gewonnen und daraus eine der wichtigsten Basischemikalien für die Kunststoffherstellung, der Stoff Hydroxymethylfurfural produziert werden. HMF wird beispielsweise zur Herstellung von Plastikflaschen und Nylonstrümpfen verwendet. Aus Lignin, das der Pflanze als Stützmaterial dient, entsteht dann mit Phenol, ein weiterer für die Kunststoffherstellung wichtiger Zwischenstoff. Die Reste vom Gras können wiederum in der Hauseigenen Biogasanlage der Uni Hohenheim verarbeitet und anschließend als Dünger aufs Feld gebracht werden.

Trotz allem sind biobasierte Produkte noch eine Seltenheit. Daher will das EU-Projekt „GRACE“ etwaige Hürden abbauen und die Kooperation zwischen Biomasse-Produzenten und weiterverarbeitenden Unternehmen in Europa fördern sowie lückenlose Wertschöpfungsketten wie beim Schilfgras aufzuzeigen. Zugleich gilt es den Biomasseanbau attraktiver zu machen. Hier setzen die Forscher neben dem Anbau neuer Sorten  auch auf  innovative Anbaumethoden sowie die Erschließung bislang ungenutzter Flächen.

Ökobilanz und Vernetzung der Akteure

Im Blick der Forscher steht daher auch die Ökobilanz der Wertschöpfungskette. Wie schneidet jede Wertschöpfungskette im Vergleich zur konventionellen Kette ab? Ist die Biomasse wirklich ökologisch nachhaltiger als die fossile Alternative? Das sind nur einige der Fragen, die beantwortet werden sollen. Dabei gilt es auch positive und negative Auswirkungen des Bioökonomie-Ausbaus darzustellen.  Neben der Erforschung neuer Optionen der Biomassenutzung sind die Vernetzung der Akteure sowie schnelle Weg neuer Erkenntnisse in die Praxis Kernanliegen von „GRACE“.

bb

Schnecken, Muscheln, Korallen, Käfer, Würmer oder Insekten gehören zu den wirbellosen Tieren. 1,2 Millionen Arten sind bisher bekannt. Obwohl im Tierreich der Anteil der Wirbellosen mit 95 Prozent klar dominiert, ist über die Genome dieser großen Gruppe relativ wenig bekannt. Diese Wissenslücke will nun ein internationales Forscherkonsortium im neuen EU-Doktorandennetzwerks “Comparative genomics of non-model invertebrates” (“IGNITE”)  schließen. Das Projekt wird von der Europäischen Kommission innerhalb des Rahmenprogramms Horizon 2020 mit insgesamt 3,81 Mio. Euro für vier Jahre gefördert und von Gert Wörheide vom Department für Geo- und Umweltwissenschaften und GeoBio-Center der Ludwig-Maximilians-Universität München koordiniert.

Wichtige Rolle im Ökosystem

Viele dieser wirbellosen Tiere sind für das Ökosystem von entscheidender Bedeutung. So wie Bienen für die Bestäubung der Blüten sorgen, dienen Würmer beispielsweise Vögeln als Nahrung. Würmer produzieren aber auch bioaktive Stoffe und sind wegen ihres hohen Proteingehalts für die Ernährung von Mensch und Tier interessant. Gleichfalls sind sie für die biomedizinische Forschung aber auch für die Industrie seit langem ein Vorbild für die Entwicklung neuer Wirkstoffe oder biobasierter Materialien.

Einblick ins Genom 

Die zahlreichen Talente der wirbellosen Tiere werden nicht zuletzt durch ihr Genom geprägt. Das Wissen um den genetischen Code dieser Lebewesen könnte somit helfen, ihr ökonomisch und ökologisches Potenzial noch mehr zum Tragen bringen. Gleichzeitig ermöglicht der Vergleich ihrer Genome einen Einblick in die Evolution der Tiere. „Sowohl um die Stammesgeschichte der wirbellosen Tiere aufzuklären, als auch um ihre ökologische und sozio-ökonomische Bedeutung einzuschätzen, brauchen wir mehr Einblick in die Zusammensetzung und Struktur ihrer Genome“, betont Wörheide.

Wirbellose erfassen und analysieren

Im Rahmen des EU-Projekt wollen die Wissenschaftler daher sowohl neue Daten erheben, als auch neue innovative Analysemethoden entwickeln. Die Münchner Doktoranden werden dabei konkret die Phylogenomik der Schwämme beziehungsweise deren Symbiose mit Mikroben erforschen. An dem Projekt „IGNITE“ sind neben der LMU 14 weitere Institutionen und Biotech-Firmen sowie fünf Partnerorganisationen beteiligt.

bb

Raps als Rohstoff für Biosprit, Spinnen als Vorbild für neue biobasierte Materialien oder Mikroben als Abwasserreiniger: Pflanzen, Tiere oder Mikrorganismen sind die Hauptakteure auf dem Weg zu einer biobasierten Wirtschaft, die Umwelt und Ressourcen schont. Das Bewusstsein dafür wächst, aber langsam. „Während Unternehmen auf diesem Feld agieren, ist das Thema in der Gesellschaft noch nicht angekommen“, betont  Ulrich Witte von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU). Mit 260.000 Euro unterstützt der DBU in der Region Weser-Ems ein Umweltbildungsprojekt, um schon die junge Generation für die Bioökonomie zu gewinnen.

Bioökonomie soll Schule machen

Die Projektpartner, die Universität Vechta und das 3N Kompetenzzentrum in Werlte, wollen mit Bildungsveranstaltungen den offenen Dialog zwischen Verbrauchern und Wirtschaft ankurbeln. „Schülerinnen und Schüler ab Klassenstufe neun und zehn sowie Erwachsene sollen dabei fachlich fundiert informiert und in die Lage versetzt werden, auch Kontroversen und Zielkonflikte hinsichtlich einer biobasierten Wirtschaft zu erörtern und das gesamte Thema kritisch zu reflektieren“, erklärt Martina Flath vom Kompetenzzentrum Regionales Lernen der Universität Vechta.

Unternehmen als "Lernorte der Bioökonomie"

Neben dem Erarbeiten eines Bildungskonzeptes, der Entwicklung verschiedener Bildungsmodule und dem Aufbau eines „Bildungsnetzwerkes Bioökonomie“ sollen fünf sogenannte Bioökonomie-Lernorte an Pionier-Unternehmen in der Region Weser-Ems entstehen. Hier sollen Schülerinnen und Schüler an konkreten Beispielen aus der Praxis erfahren, was Bioökonomie schon heute kann.  „Gleichzeitig entsteht ein überregionales Lernangebot zur Bioökonomie. Dazu sollen die Informationsangebote im ‚Klimacenter‘ in Werlte durch verschiedene Lernstationen mit interaktiven Aktionen, Experimenten und Exponaten für die Gruppenarbeit von Schulklassen ergänzt werden“, erläuterte Marie-Luise Rottmann-Meyer vom 3N Kompetenzzentrum.

Ethischer Diskurs einbezogen

Ein weiteres Ziel: Im Projekt entwickelte Bildungsmodule sollen anschließend umfassend evaluiert und sowohl in die Lehramtsausbildung der Universität als auch in die außerschulische Bildungsarbeit des Kooperationspartners dauerhaft integriert werden. Witte zufolge soll auch ein ethischer Diskurs zur Bioökonomie geführt werden, der vor Euphorie und übereiltem Tempo warne.

bb

Biodiesel wird in Europa größtenteils aus Raps hergestellt. Der Kraftstoff besteht chemisch aus langkettigen Kohlenwasserstoff-Verbindungen. Er hat einen höheren Siedepunkt als mineralölbasierter Diesel. Dadurch verdampft Biodiesel in herkömmlichen Motoren bislang nur unvollständig und die Rückstände lagern sich an Einspritzpumpen, Dichtungen und Schläuchen ab. Damit ist Biodiesel als alleiniger Kraftstoff bislang ungeeignet. Dennoch ist er für die Industrie von großer Bedeutung, da gemäß EU-Vorgaben zur Senkung der Treibhausgas-Emissionen derzeit 7%, ab dem Jahr 2020 10% Biokraftstoffe, beigemischt werden müssen.

Zu 100% biobasierter Kraftstoff für Dieselmotoren

Forscher des Sonderforschungsbereichs „3MET“ der Technischen Universität Kaiserslautern und dem Exzellenzcluster „RESOLV“ der Universität Bochum haben Biodiesel in einem besonderen Verfahren aufbereitet. „Wir überführen ein Gemisch aus Pflanzenfettestern und Bioethylen fast ohne Energiezufuhr in einen Kraftstoff, der dann unverdünnt in modernen Dieselmotoren verbrannt werden kann“, so Lukas Gooßen, Inhaber einer Stiftungsprofessur für Organische Chemie an der Uni Bochum. Das Team berichtet im Fachjournal "Science Advances" über das neue Verfahren.

Mit Simulation zum verbesserten Verfahren 

Bei dem Prozess werden zwei katalytische Verfahren miteinander kombiniert. Entsprechend der Ergebnisse mathematischer Simulationen von Mathias Baader an der TU Kaiserslautern werden die langkettigen Kohlenwasserstoffe des Biodiesels chemisch zu kürzeren Ketten umgewandelt. Dadurch werden die Zünd- und Verbrennungseigenschaften des Gemischs gezielt den Normen für mineralölbasierten Diesel angepasst.

Praxistest erfolgreich bestanden

Silvia Berndt hat an der Universität Rostock nachgewiesen, dass das neue Gemisch die strikte Norm für Moderne Dieselmotoren erfüllt. Dem Chemiker Kai Pfister gelang es, ein Modellauto mit dem neuen Biodiesel zu bewegen. . Das Projekt wurde gefördert durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt und die Carl-Zeiss-Stiftung gefördert.

bp

Die Entdeckung der CRISPR-Cas-Genschere hat die Molekularbiologe in den letzten fünf Jahren revolutioniert. Die neue Methode bietet völlig neue Möglichkeiten der Bearbeitung von Erbinformation mit relativ geringem technischen wie zeitlichen Aufwand. Basierend auf dieser Technik haben Forscher unter der Leitung von Andreas Houben vom Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) in Gatersleben und Holger Puchta vom Botanischen Institut des Karlsruher Instituts für Technologie nun eine Methode zur Visualisierung definierter DNA-Abschnitte in lebenden Pflanzenzellen entwickelt. Dadurch konnten sie erstmals dynamische Bewegungen der Chromosomenenden sichtbar machen. Die Ergebnisse hat das Team in der Fachzeitschrift "The Plant Journal" veröffentlicht.

Visualisierung verschiedenere Genorte

„Anhand der Weiterentwicklung des CRISPR-Cas-Systems für die Bildgebung bei Pflanzenzellen kann unser Team nachweisen, dass das Potenzial dieser Technologie weit über das kontrollierte Auslösen von Mutationen hinausreicht“, sagt Steven Dreissig vom IPK. „In den Zellen der Pflanze Nicotiana benthamiana, eine nahe australische Verwandte des Tabaks, demonstrieren die Molekularbiologen ein Verfahren, mit dem sich wiederholende Sequenzabschnitte der Chromosomenenden, die sogenannten Telomere, sichtbar gemacht werden können. Doch nach diesem Prinzip lassen sich auch andere Orte des Genoms visualiseren.

Organisation spiegelt Funktionsweise wider

Mit der neuen Methode kann die raum-zeitliche Organisation von DNA-Abschnitten im Zellkern analysiert werden. Das Verständnis dieser Organisation wiederum trägt wesentlich dazu bei, die Funktionsweise von pflanzlichen Genomen besser zu verstehen. Vor allem für die Aufrechterhaltung und Regulierung wichtiger zellulärer Funktionen, wie die Expression von Genen oder die Reparatur von DNA ist diese raum-zeitliche Organisation von DNA-Abschnitten von großer Bedeutung. Ein genaues Verständnis der Organisation von DNA im Zellkern ist daher unerlässlich für die Aufklärung der Regulation von Genen während der Entwicklung von Organismen.

DNA und Proteine zusammen visualisieren

Die Forscher erreichen die Darstellung der Organisation, indem die Interaktionen zwischen verschiedenen Elementen des Genoms sichtbar gemacht werden. „Während Fluoreszenz-markierte Proteine des Zellkerns bereits in lebenden Pflanzenzellen visualisiert werden können, haben sich die Methoden zum Sichtbarmachen von definierten DNA-Abschnitten als technisch schwierig erwiesen“, erklärt Andreas Houben, Leiter der Arbeitsgruppe Chromosomenstruktur und -funktion am IPK. Der Karlsruher Molekularbiologe Holger Puchta  ergänzt: „Darüber hinaus zeigen wir, dass das CRISPR-Cas-System mit fluoreszenzmarkierten Proteinen kombiniert werden kann, um das Zusammenwirken von DNA und Proteinen in lebenden Zellen zu verbildlichen“. Diese neue Entwicklung könnte zukünftig die Bildgebung in lebenden Pflanzen verbessern und es ermöglichen, einzelne Genorte zu visualisieren und somit leichter zu verändern.

jmr

Over the last five years the new CRISPR-Cas genome editing tool has revolutionized molecular biology. The new technique allows for completely new ways of genetic engineering with relatively little effort at all. Based on this method a team of researchers headed by Andreas Houben at the Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research (IPK) in Gatersleben and Holger Puchta from the Botanical Institute of the Karlsruhe Institute of Technology developed a method to visualize defined genomic sequences in living plant cells. With this new technique they were able to visualise dynamic movements of chromosome ends.

Visualizing several gene loci

“By harnessing this system for live cell imaging in plants, our team shows the potential of this technology reaches far beyond the controlled induction of mutations”, explains Steven Dreissig from the IPK. “We demonstrate reliable imaging of telomere repeats located at the ends of the chromosome arms in living cells of Nicotiana benthamiana, a close Australian relative of tobacco, and pave the way for potential visualization of multiple genomic loci.” The researchers published their results in "The Plant Journal".

Organisation reflects function

This new method enables the analysis of the spatio-temporal organisation of the genome. In turn, understanding the organisation could hold the key to understanding how genome structure and function are intertwined. The spatial and temporal organization of genomes is especially important for maintaining and regulating important cell functions such as gene expression and DNA repair. Thus, elucidating the spatio-temporal organisation of the genome within the nucleus is imperative in order to understand how genes and non-coding DNA sequences are regulated during development.

Visualising DNA and proteins at once

Mapping the functional organization of the genome can be achieved by visualizing interactions between different genomic elements in living cells. “While fluorescence-tagged nuclear proteins can be readily imaged in living plant cells, in vivo visualization of defined DNA sequences turned out to be technically difficult”, explains Andreas Houben, head of the research group Chromosome Structure and Function of the IPK.” Holger Puchta, Director of the Botanical Institute in Karlsruhe adds: “Furthermore, we show that CRISPR-Cas can be combined with fluorescence-labelled proteins to investigate DNA-protein interactions in living cells.” This novel development enables scientists to visualise and thus manipulate distinct gene loci more easily in the near future.

jmr

Händehygiene ist das A und O in Krankenhäusern und Pflegeheimen, um Infektionen zu vermeiden. Doch nicht jedes Desinfektionsmittel darf in medizinischen Einrichtungen angewendet werden. Die Zulassung erfolgt erst nach aufwendigen Tests zur bakteriellen Wirkung durch den Verband für angewandte Hygiene e.V. (VAH) oder das Robert-Koch-Institut. Das Problem: Ob das Desinfektionsmittel tatsächlich Hände von Bakterien und Viren entfernt,  ist damit nicht gesagt. Denn praxisnahe Tests an Probanden sind kosten- und zeitintensiv.

Desinfektionsmittel auf künstlicher Haut

Textilforscher der Hohenstein Institute haben gemeinsam mit dem Labor Dr. Merk & Kollegen GmbH hierfür eine neue Prüfmethodik auf Basis einer technischen Haut entwickelt. Die Kunsthaut besteht aus einem modifizierten Biopolymer und simuliert wichtige Eigenschaften biologischer Haut - so weist die Oberfläche des Materials eine hauttypische Felderstruktur auf und der pH-Wert liegt leicht im sauren Bereich, wie beim natürlichen Vorbild. Mit der Haut und dem entwickelten Verfahren kann die Wirkung neuer Händedesinfektionsmittel erstmals praxisnah ohne aufwendige Probandenversuche getestet werden. Das Prüfverfahren wurde im Rahmen des Zentralen Innovationsprogrammes Mittelstand (ZIM) realisiert.

Routierender Arm simuliert Einreiben

Hinzu kommt eine neue Prüfvorrichtung, die von Wissenschaftlern am Labor Dr. Merk & Kollegen GmbH entwickelt wurde. Die künstliche Haut mit dem Desinfektionsmittel wird hier in einen drehbar gelagerten Arm gespannt. Durch Rotation des Arms auf der Fläche und die Einstellung des Auflagedrucks können so Reibebewegungen simuliert werden, die dem Einreiben der Hände mit einem Desinfektionsmittel entsprechen.