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Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) unterstützt seit Jahren die Spitzenforschung an deutschen Hochschulen. Auch im kommenden Jahr werden wieder mehr als ein Dutzend neue Verbünde gefördert: Insgesamt 166 Mio. Euro stellt die Forschungsorganisation für 13 Sonderforschungsbereiche (SFB) – zunächst für die nächsten vier Jahre zur Verfügung. Auch die Bioökonomie-Forschung profitiert von der Millionenförderung.

Mikrobielles Netzwerken verstehen

So konnte ein Team um Michael Feldbrügge von der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) Fördergelder einwerben, um die komplexe Gemeinschaft der Mikroorganismen – das sogenannte mikrobielle Netzwerken (MibiNet) zu erforschen. „MibiNet will das mikrobielle Netzwerken in seiner umfassenden Komplexität verstehen, um so wichtige Einblicke in die Evolution von Organellen sowie die Funktion von Mikrobiomen zu erlangen“, erläutert Michael Feldbrügge.

Der Sonderforschungsbereich „Mikrobielle Netzwerke – von Organellen bis hin zu Reich-übergreifenden Lebensgemeinschaften“ wird dafür die Evolution von Organellen und die räumliche Struktur und Dynamik mikrobieller Netzwerke sowie zentraler Stoffwechselwege analysieren. Mithilfe moderner Techniken sollen die mikrobiellen Gemeinschaften von der Ebene intrazellulärer Interaktionen zwischen Organellen oder Endosymbionten und ihrer Wirtszelle bis hin zu interzellulären Beziehungen in mikrobiellen Netzwerken erkundet werden. Auf diese Weise erhofft sich das Team grundlegende Erkenntnisse, die in Zukunft die gezielte Manipulation mikrobieller Interaktionen ermöglichen. Der DFG zufolge wären solche Ergebnisse „bei der Suche nach Lösungen in den Bereichen Gesundheit, Ernährung und Ökosysteme von großer Bedeutung“.

Das Projekt umfasst insgesamt zwölf Forschungsgruppen. Daran beteiligt sind die Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, die Universität Bielefeld, die Universität zu Köln und das Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung in Köln. Die DFG fördert die Forschungsarbeit mit insgesamt rund 11 Mio. Euro.

Interaktion von Pflanzen und Mikroben beleuchten

Gefördert wird auch die Arbeit eines Teams um Martin Parniske von der LMU München, das sich der Pflanzengesundheit und hier speziell der Wechselwirkung zwischen Pflanzen und Mikroben widmet. Der Sonderforschungsbereich/Transregio „Genetische Diversität, die biotische Interaktionen von Pflanzen gestaltet (PlantMicrobe)“ will hier eine Vielzahl grundlagenwissenschaftlicher Fragestellungen untersuchen, die alle Facetten der Pflanzen-Mikroben-Interaktion beleuchten und dabei sowohl die Symbiose als auch die Pathogenese in den Blick nehmen. An der Schnittstelle zwischen Pflanzenwissenschaften und Mikrobiologie sollen mithilfe moderner Ansätze aus der Biochemie, der Genetik sowie mit vergleichenden Omics-Analysen Erkenntnisse gewonnen werden, die langfristig dazu beitragen, die Pflanzengesundheit und somit die Pflanzenproduktivität durch die optimale Nutzung natürlicher Mechanismen zu verbessern. Die DFG fördert die Forschung mit insgesamt 6,5 Mio. Euro. Daran beteiligt sind neben der LMU die TU München und die Universität Tübingen.

bb

The DFG has been supporting cutting-edge research at German universities for years. In the coming year, more than a dozen new collaborations will again be funded: The research organization is making a total of 166 million euros available for 13 Collaborative Research Centers (CRCs), initially for the next four years. Bioeconomy research will also benefit from the millions in funding.

Understanding microbial networking

A team led by Michael Feldbrügge from Heinrich Heine University Düsseldorf (HHU) has secured funding to study the complex community of microorganisms known as the microbial network (MibiNet). "MibiNet aims to understand microbial networks in their comprehensive complexity in order to gain important insights into the evolution of organelles as well as the function of microbiomes," explains Michael Feldbrügge.

Titled "Microbial networks - from organelles to cross-kingdom communities", they will analyze the evolution of organelles and the spatial structure and dynamics of microbial networks and central metabolic pathways. Modern techniques will be used to study microbial communities from the level of intracellular interactions between organelles or endosymbionts and their host cell to the intercellular relationships in microbial networks. This way, the team hopes to gain fundamental insights that will enable the targeted manipulation of microbial interactions in the future. Such results, says the DFG, "would be of great importance in the search for solutions in the fields of health, nutrition and ecosystems."

The project comprises a total of twelve research groups. It involves the RWTH Aachen University, the University of Bielefeld, the University of Cologne and the Max Planck Institute for Plant Breeding Research in Cologne. The DFG is funding the research work with a total of around 11 million euros.

Exploring the interaction of plants and microbes

Martin Parniske's team at LMU Munich, which is dedicated to plant health and specifically to the interaction between plants and microbes, is also being funded. The Collaborative Research Center/Transregio "Genetic Diversity Shaping Biotic Interactions of Plants (PlantMicrobe)" aims to investigate a broad spectrum of basic science questions that illuminate all facets of plant-microbe interactions, focusing on both symbiosis and pathogenesis. At the interface of plant sciences and microbiology, modern approaches from biochemistry, genetics and comparative omics analyses will be used to gain insights that will help to improve plant health and thus plant productivity in the long term through the optimal use of natural mechanisms. The DFG is funding the research with a total of 6.5 million euros. In addition to the LMU, the TU Munich and the University of Tübingen are also involved.

bb

KI-gestützte Feldroboter könnten der Landwirtschaft auf dem Weg zu mehr Nachhaltigkeit einen deutlichen Schub geben. Davon ist Agrarwissenschaftler Hans G. Griepentrog überzeugt. Der Wissenschaftler der Universität Hohenheim hat in den vergangenen Jahren einen Feldroboter mit KI-gesteuerter Datenanalyse und intelligenter Sensorik entwickelt, der autonom auf Äckern die Runden dreht, Unkraut jätet und dem Landwirt Düngeempfehlungen gibt.

AI-supported field robots could give agriculture a significant boost toward greater sustainability. Agricultural scientist Hans G. Griepentrog is convinced of this. In recent years, the scientist from the University of Hohenheim has developed a field robot with AI-supported data analysis and intelligent sensor technology that independently makes its rounds in the fields, weeds and gives the farmer fertilizer recommendations.

Wenn eine der wichtigsten deutschen Forschungsorganisationen in die Zukunft der Bioökonomie schaut, ist das von hoher Relevanz für die Politik. Die Roadmap mit dem Titel „Zirkuläre Bioökonomie für Deutschland“ wurde am 2. Dezember auf dem EUREF-Campus in Berlin-Schöneberg vorgestellt und den Bundesministerien für Bildung und Forschung (BMBF) und für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) übergeben. Rund 50 Interessierte waren zur Präsentation des Papiers und anschließender Diskussionsrunde in die Räume des Fraunhofer ENIQ gekommen.

Ein interdisziplinäres Team von Fraunhofer-Forschenden aus zehn Instituten – aus Materialwissenschaft und Verfahrenstechnik, Bio- und Lebensmitteltechnologie sowie Sozial- und Wirtschaftswissenschaften – hat in dem Papier den Stand der Technik, die Chancen und Herausforderungen in verschiedenen Anwendungsfeldern der Bioökonomie analysiert und daraus Handlungsempfehlungen für die Politik abgeleitet.

Zirkuläre Bioökonomie als Leitbild

„In der Roadmap betrachten wir die Weiterentwicklung der Bioökonomie bis 2035“, sagte Markus Wolperdinger, Institutsleiter am Fraunhofer IGB und Mitglied im Bioökonomierat. Dabei seien zwei Fragen zentral gewesen: „Wie können wir mit Bioökonomie den Wirtschaftsstandort Deutschland stärken? Und wie können wir Lösungsansätze für globale gesellschaftliche Herausforderungen entwickeln?“

Das Leitbild der Fraunhofer-Forschenden ist hierbei die nachhaltige, zirkuläre Bioökonomie. Sie kombiniert das Konzept biobasiertes Wirtschaften mit der Kreislaufwirtschaft. Zwei übergreifende Anwendungsfelder der Bioökonomie haben die Autorinnen und Autoren der Roadmap betrachtet: Zum einen die Ernährung und zum anderen die stoffliche Nutzung von Biomasse sowie CO₂.

Neben den technologischen Möglichkeiten und Anforderungen unterstreicht die Roadmap auch die Notwendigkeit für Anpassungen der Rahmenbedingungen: So gelte es, regulatorische Hürden abzubauen, Investitionen in den Technologietransfer auf den Weg zu bringen sowie Stakeholder, Verbraucherinnen und Verbraucher frühzeitig einzubinden, um den Markteintritt neuer Verfahren und Produkte und damit ein umwelt- und klimafreundliches Wirtschaften voranzubringen.

Schneller in den Industriemaßstab kommen

„Unsere Roadmap zeigt, dass bereits viele innovative Technologien entlang der gesamten Wertschöpfungskette und für verschiedenste Anwendungen und Branchen der Bioökonomie entwickelt sind“, fasste Wolperdinger zusammen. „Jetzt müssen die Weichen so gestellt werden, dass diese Verfahren schnell in industrielle Dimensionen skaliert werden können, regulatorische Hemmnisse beseitigt und biobasierte Produkte wettbewerbsfähig zu solchen aus fossilen Rohstoffen gemacht werden.“ Dazu zähle mittelfristig auch eine verbesserte Nachhaltigkeitsbewertung über entsprechende Metriken.

Kornkäfter fressen sich in die Getreidehülle, legen im Korn ihre Eier ab und können ganze Ernten im Nachhinein vernichten. Die lichtscheuen Rüsselkäfer sind vor allem in Getreide- und Vorratslagern zu finden. Ist das Erntegut massiv befallen, entstehen „Wärmenester“. Dadurch steigt die Luftfeuchtigkeit und damit auch das Risiko, dass das Getreide von Pilzsporen befallen wird. Fachleute schätzen, dass durch den Schädlingsbefall bei gelagertem Getreide weltweit Schäden in Millionenhöhe entstehen. Bisher gibt es kaum eine Möglichkeit, die Schädlinge effizient zu bekämpfen – vor allem ohne chemische Insektizide. Forschende der Hochschule Neubrandenburg und des Leibniz-Instituts für Plasmaforschung und Technologie (INP) Greifswald haben nun eine umweltfreundliche Lösung parat.

Plasmaluft umströmt Körner auf Förderband

Im Rahmen des Projektes Physics for Food & Feed wurde in den vergangenen zwei Jahren ein Verfahren entwickelt, das Kornkäfer im Erntegut mithilfe von Plasma unschädlich macht. In Zusammenarbeit mit dem Projektpartner automation & software Günther Tausch aus Neubrandenburg wurde dafür extra ein Förderband mit vier Plasmaquellen ausgestattet und ein gut drei Meter hohes Silo aufgestellt. Das Korn auf dem Förderband wird hier von Plasmaluft umströmt und diese macht die Schädlinge unschädlich.

Kornkäfer im Getreide zu 99% unschädlich gemacht

In Laborversuchen konnten mit dem kaltem Atmosphärendruck-Plasma 99% der Kornkäfer im Getreide unschädlich gemacht werden. Das Besondere an dem sogenannten Plasma-Silo ist den Forschenden zufolge die Kombination eines gasdichten Schüttgut-Silos mit der innovativen Plasma-Technologie zur Schädlingsbekämpfung. Der Prototyp bietet zudem Forschenden die Möglichkeit, die klimatischen Bedingungen und die Gaszusammensetzung im Innenraum zu erfassen und das Schüttgut während der Lagerung zu behandeln und Proben zu entnehmen.

Praxistest für Plasma-Silo startet

Ab sofort soll das Verfahren in der Praxis erprobt werden. „In den nächsten Wochen und Monaten werden wir Experimente mithilfe des Förderbandes durchführen und prüfen, ob sich die Ergebnisse aus dem Labor bestätigen lassen“, so Projektleiter Sebastian Glaß. Getestet wird dabei unter anderem, welche Durchsatzmenge an Körnern oder auch welche Fördergeschwindigkeit angebracht sind, um den größten Nutzen zu erzielen. Mithilfe der Plasmatechnologie könnte der Einsatz von Schädlingsbekämpfungsmitteln reduziert und die Getreideernte optimiert werden.
 
 „Physics for Food & Feed“ ist Teil des Projektes „Physics for Food– Eine Region denkt um!“ und wird seit 2018 vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen der Initiative „WIR! – Wandel durch Innovation in der Region“ gefördert. Im Fokus des Großvorhabens steht die Entwicklung neuer physikalischer Technologien für Landwirtschaft und Lebensmittelverarbeitung.

bb