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Proteine sind ein wichtiger Bestandteil von Futtermitteln. Doch proteinreiche Futterpflanzen wie Lupinen und Erbsen sind auf europäischen Äckern noch immer Nischenprodukte. Hauptsächlich stammt das Protein in der europäischen Viehfütterung aus Soja- und Fischmehlimporten. Nach der Vorstellung von Forschern des Leibniz-Instituts für Nutztierbiologie (FBN) könnten künftig Larven der Soldatenfliege als Proteinquelle genutzt werden. Daher wird das Insekt als Nutztier nun näher erforscht. In einem schwülwarmen, klimatisierten Raum mit spezieller Beleuchtung existiert eine Kolonie Soldatenfliegen. „So schaffen wir optimale klimatische Bedingungen für die Fliegen und ihre Larven und können nicht nur die Verwertung von Reststoffen als Nährsubstrate für die Larven, sondern auch die genetischen Grundlagen im Detail untersuchen“, betont Cornelia Metges, die Leiterin des Instituts für Ernährungsphysiologie „Oskar Kellner“ am FBN.

100 Kilo Larven aus wenigen Gramm Eiern

„Ein Generationszyklus dauert rund sechs Wochen“, erläuterte der Biologe Manfred Mielenz. „Dabei durchläuft die Fliege fünf Entwicklungsphasen vom Ei-, Larven-, Vorpuppen- bis zum Puppen- und Erwachsenenstadium.“ Aus wenigen Gramm Eiern könne man 100 Kilogramm Larven gewinnen. „Das ist eine einzigartige Effizienz“, betont der Forscher. Eine Larve wiegt durchschnittlich 140 Milligramm und besteht hauptsächlich aus Eiweiß und Fetten. Von der Larvenaufzucht versprechen sich die Leibniz-Forscher zudem einen doppelten Nutzen. Um die Larven zu ernähren, kommen nicht nutzbare Nebenprodukte der Lebensmittelindustrie wie Gärreste aus der Bierherstellung, Küchenabfälle und Erntereste in Frage. Auf diesem Weg könnten organische Abfälle reduziert und gleichzeitig hochwertiges Eiweiß für Tierfutter hergestellt werden.

Offene wissenschaftliche Fragen und rechtliche Voraussetzungen

In der Haustierfütterung haben Larven bereits einen festen Platz als Lieferanten für Proteine. Um die Insekteneiweiße auch in der Nutzviehhaltung einsetzen zu können, wollen die Forscher nun noch einige offene Fragen klären. „In der Zusammenarbeit mit unseren Instituten für Genombiologie, Fortpflanzungsbiologie sowie Muskelbiologie und europäischen Partnern wie der britischen Universität Exeter wollen wir möglichst viel über Insekten als wertvolle und umweltfreundliche Eiweißlieferanten der Zukunft erfahren“, kündigt Ernährungsphysiologin Metges an.

Die rechtlichen Voraussetzungen, um Larven in der Viehzucht zu verfüttern, müssten auf EU-Ebene noch geschaffen werden. Besonders interessant wäre die neue Proteinquelle vor allem für die Schweine- und Geflügelhaltung. Als Futterinsekten kämen neben der etwa zwei Zentimeter großen Schwarzen Soldatenfliege auch Mehlwürmer und Heuschrecken in Frage.

Proteins are an important component of animal feed. However, protein-rich crops such as lupins and peas are still niche products on European fields. The protein used in European cattle feed mainly comes from soya and fish meal imports. According to some researchers at the Leibniz Institute of Animal Biology, the larvae of the soldier fly could be used as protein sources in the future.

100 kilos of larvae from a few grams of eggs

"A generation cycle takes about six weeks," explains the biologist Manfred Mielenz. "The fly goes through five developmental phases, from egg, larvae and prepupae to pupae and adults." A few grams of eggs can produce 100 kilograms of larvae. "This is an unparalleled efficiency," stresses the researcher. On average, a larva weighs 140 milligrams and consists primarily of protein and fats.

A diet of fermentation residues and kitchen waste

The Leibniz researchers also hope that the breeding of larvae will have an additional benefit. In order to feed the larvae, non-usable by-products of the food industry such as fermentation residues from beer production, kitchen waste and harvest residues could come into play. This would reduce organic waste while simultaneously producing high-quality protein for animal feed.

Open scientific questions and legal requirements

Larvae have long been established in the nutrition of pets such as dogs, cats and reptiles as well as aquarium and breeding fish. In order to be able to also use insect proteins in livestock farming, the researchers now plan to fill in some gaps in our knowledge. "In cooperation with the FBN-Institutes of Genomics, Reproductive Biology and Muscle Biology and European partners such as the University of Exeter in the UK, we want to learn as much as possible about insects as valuable and environmentally friendly protein suppliers of the future," announces nutritionist Cornelia C. Metges.

The legal requirements to feed larvae in livestock breeding still have to be met at EU level. The new protein source would be of particular interest in pig and poultry farming. In addition to the two-centimetre black soldier fly, mealworms and grasshoppers could also be used as feed insects.

bl/um

Babylon hatte die Hängenden Gärten, jetzt bekommt Bingen vertikale Gärten: In einem KMU-innovativ-Projekt zur Anpassung an den Klimaschutz entwickelt die TH Bingen ein mobiles, modulares und autarkes Gartensystem für den Innen- und Außenbereich. Die Folgen des Klimawandels werden insbesondere in Städten zu spüren sein, wo sich das Mikroklima besonders stark aufheizt. Grünflächen können dem entgegenwirken. Vertikale Gärten können insbesondere im Bereich lokaler Wärmeinseln einen Beitrag zur Klimaanpassung leisten.

Autarke Versorgung mit Energie und Wasser

„Die mobilen Gärten sollen nicht nur schön und grün aussehen, sondern auch messbare positive Effekte für das Mikroklima und die Umwelt liefern“, betont Projektleiter Oleg Panferov. Deshalb sollen die Module sich auch autark mit Wasser und Energie versorgen können. Außerdem ist es der Wunsch der Forscher, dass die Module einen Beitrag zum Schallschutz leisten und die Biodiversität erhöhen.

Gemeinsam mit zwei Partnern – die UDATA GmbH aus dem Bereich der Umweltbildung und die Palaterra Betriebs- und Beteiligungsgesellschaft mbH aus dem Gartenbau – will die TH Bingen vier Prototypen entwickeln, jeweils zwei für den Innen- und Außenbereich. Im Verlauf von drei Jahren sollen die Module zunächst im Labor auf ihre Klima- und Umweltwirksamkeit getestet. Im anschließenden Praxistest liegt der Fokus auf der technischen Zuverlässigkeit und den klimatischen Effekten. Außerdem wollen die Forscher auch die Akzeptanz untersuchen.

Ziel ist die Serienreife

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das Projekt Vertikale Mobile Gärten mit 300.000 Euro. Ziel ist es, im Anschluss an die drei Entwicklungsjahre mit den vertikalen Gärten in die Serienproduktion zu gehen.

In der Landwirtschaft spielen mineralische Dünger eine große Rolle, um Pflanzen optimal mit Nährstoffen zu versorgen. Doch diese Dünger sind problematisch: Sowohl ihre energieintensive Herstellung als auch ihr Import belasten das Klima. Außerdem sind die Vorräte, die sich wirtschaftlich abbauen lassen, endlich und wohl in wenigen Jahrzehnten erschöpft. Biobasierten Düngemitteln kommt deshalb eine wachsende Bedeutung zu – doch auch sie können ihre Probleme haben.

Alternative Stoffströme identifizieren

Derzeit sind in Europa vor allem organische Düngemittel aus Gülle, Mist, Klärschlamm und Gärresten etabliert. Im EU-Forschungsprojekt LEX4BIO wollen Wissenschaftler des Julius-Kühn-Instituts (JKI) in Braunschweig nun weitere geeignete Stoffströme wie zum Beispiel Abfälle aus papier- und holzverarbeitenden Betrieben identifizieren. Die verschiedenen Alternativen werden daraufhin untersucht, welchen Nährstoffgehalt sie aufweisen und welche organischen Belastungen möglicherweise vorliegen.

Organische Schadstoffe bestimmen

„Dazu zählen zum Beispiel Rückstände von Medikamenten, wobei wir uns auf die Analytik von Antibiotikarückständen spezialisiert haben. Wir planen zusätzlich ökotoxikologische Verfahren weiterzuentwickeln, um die möglichen Risiken verschiedener Düngemittel beurteilen zu können“, erläutert Elke Bloem vom JKI. Zu diesem Zweck analysieren die Forscher in Pflanzgefäßen, wie sich die unterschiedlichen Dünger auf das Pflanzenwachstum und das Bodenleben auswirken.

Kreislaufwirtschaft voranbringen

Das Projekt soll zum einen die Technologien entwickeln, die erforderlich sind, um sichere biobasierte Dünger herzustellen. Das soll zudem die Kreislaufwirtschaft fördern. Zum anderen wollen die Forscher parallel die EU-weite Harmonisierung bodenanalytischer Methoden voranbringen. Die EU fördert das Vorhaben im Programm „Horizon 2020“ über vier Jahre mit insgesamt 6 Mio. Euro. 21 Partner aus 14 Ländern sind daran beteiligt.

In agriculture, mineral fertilizers play an important role in supplying plants with nutrients. But these fertilizers are problematic as both their energy-intensive production and import are harmful to the climate. In addition, the reserves that can be economically exploited are limited and will probably be exhausted within a few decades. Biobased fertilizers are therefore becoming increasingly important - but they too can have their problems.

Identifying alternative material flows

At present, organic fertilizers from liquid and solid manure, sewage sludge and fermentation residues are mainly used in Europe. In the EU research project LEX4BIO, scientists from the Julius Kühn Institute (JKI) in Braunschweig now want to identify further suitable material flows such as waste from paper and wood processing companies. The various alternatives will then be examined to determine their nutrient content and any organic contaminants.

Determining organic pollutants

"These include, for example, pharmaceutical residues, and we have specialized in the analysis of antibiotics residues. We are also planning to further develop ecotoxicological methods in order to be able to assess the possible risks of various fertilizers," explains Elke Bloem of JKI. To this end, the researchers are using plant containers to analyze how the different fertilizers affect plant growth and soil life.

Promoting a circular economy

On the one hand, the project aims to develop the technologies required to produce safe biobased fertilizers. This is also intended to promote the circular economy. On the other hand, the researchers also want to advance the EU-wide harmonization of soil analytical methods. The EU is funding the project in the "Horizon 2020" program over four years with a total of 6 million euros. 21 partners from 14 countries are contributing to the project.

bl/um

Die Maisspindel, der innere Teil des Körnermaiskolbens, bleibt nach der Ernte der Körner als Agrarreststoff ungenutzt zurück. Für Mario Sacilotto sind die Spindeln das ideale Brennmaterial für den Grill – und eine ökologischere Alternative als die Holzkohle. Seinen aus Italien importierten Grillmais bietet der Unternehmer aus Alfter bei Bonn seit dem vergangenen Jahr in deutschen Supermärkten an.

2017 hatten der deutsche Spezialchemiekonzern Evonik und das niederländische Unternehmen DSM gemeinsam Veramaris gegründet. Jetzt hat das junge Joint Venture die industrielle Bioproduktion gestartet und in Blair (USA) die nach eigenen Angaben weltgrößte Anlage zur fermentativen Herstellung von Omega-3-Fettsäuren in Betrieb genommen.

Algenöl kann 1,2 Millionen Tonnen Fischwildfang ersetzen

Aus einem extra entwickelten Stamm der Mikroalge Schizochytrium sp. gewinnt Veramaris Öl, das als Zusatz in der Fischzucht Fischöl aus Fängen wilder Populationen ersetzen soll. Rund 15% des jährlichen Bedarfs der weltweiten Lachszuchtindustrie an den beiden Omega-3-Fettsäuren EPA und DHA können durch die Produktion des neuen Werks gedeckt werden, erklärte Evonik zum Produktionsstart. Bei voller Auslastung könne das Algenöl rund 1,2 Millionen Tonnen Fischwildfang pro Jahr ersetzen. Das soll auf das UN-Ziel für nachhaltige Entwicklung Nr. 14 einzahlen – die Bewahrung und nachhaltige Nutzung der Ozeane, Meere und Meeresressourcen.

Gegen den Verlust von Omega-3-Fettsäuren in Zuchtlachs

Jährlich werden nach Angaben von Evonik rund 16 Millionen Tonnen Wildfisch zur Herstellung von Fischmehl und Fischöl gefangen, die als Bestandteile im Futter für die Aquakultur eingesetzt werden. „Durch den Zusatz von Aminosäuren von Evonik und moderne Fütterungskonzepte ist es der Tierernährungsindustrie bereits gelungen, den Anteil des Fischmehls im Fischfutter erheblich zu senken“, teilte das Unternehmen mit. Das Algenöl von Veramaris ermögliche es nun, auch den Fischölanteil zu reduzieren, ohne dass dabei der Omega-3-Fettsäuregehalt im Fisch sinke. In den vergangenen zehn Jahren war der Gehalt an EPA und DHA in Zuchtlachs kontinuierlich zurückgegangen.

Investition von 200 Mio. US-Dollar

Rund 200 Mio. US-Dollar hat der Bau der Fermentationsanlage gekostet. Am 10. Juli 2019 hat Veramaris die Produktion im Beisein des Gouverneurs von Nebraska aufgenommen und fährt nun schrittweise die Produktion hoch. Wie Veramaris betonte, arbeitet das Werk abfallfrei.

ml/bl

In 2017, the German specialty chemicals group Evonik and the Dutch company DSM jointly founded Veramaris. Now the young joint venture has started industrial bioproduction and has commissioned what it says is the world's largest plant for the fermentative production of omega-3 fatty acids in Blair (USA).

Algae oil can replace 1.2 million tons of wild fish

Veramaris extracts oil from a specially developed strain of the microalgae Schizochytrium sp., which is intended to replace fish oil from catches of wild populations as an additive in fish farming. Around 15% of the annual requirements of the global salmon farming industry for the two omega-3 fatty acids EPA and DHA can be met by production at the new plant, Evonik explained at the start of production. At full capacity, the algae oil could replace around 1.2 million metric tons of wild fish per year. This will contribute to the UN's No. 14 goal for sustainable development – the conservation and sustainable use of oceans, seas, and marine resources.

Tackling the loss of omega-3 fatty acids in farmed salmon

According to Evonik, around 16 million metric tons of wild fish are caught each year to produce fish meal and fish oil, which are used as components in aquaculture feed. "Through the addition of amino acids from Evonik and modern feeding concepts, the animal nutrition industry has already managed to significantly reduce the amount of fish meal used in fish feed. ," the company announced. The algae oil from Veramaris now also makes it possible to reduce the fish oil content without reducing the omega-3 fatty acid content in the fish. Over the past ten years, the EPA and DHA content of farmed salmon has declined steadily.

Investment of 200 million US dollars

The construction of the fermentation plant cost around 200 million US dollars. On 10 July 2019, Veramaris started production in the presence of the Governor of Nebraska and is now gradually ramping up production. As Veramaris emphasized, the plant is a zero-waste facility.

ml/bl/um

Mit dem erstmals Anfang Juli vergebenen Jörg Schwarzbich Inventor Award würdigt die Universitätsgesellschaft Bielefeld (UGBi) herausragende Erfindungen von Forschenden der Universität Bielefeld. Der Innovationspreis ist mit 40.000 Euro dotiert und geht in diesem Jahr an die Molekularbiologin Nadja Henke und den Chemiker Harald Gröger. Beide forschen mit ihren Teams am Centrum für Biotechnologie (CeBiTec). Sie haben biobasierte Herstellungsverfahren für chemische Grundbausteine oder Feinchemikalien entwickelt, „die nicht nur ökologisch nachhaltig sind, sondern auch die Nachfrage der Wirtschaft bedienen“, so die Begründung der Jury.

Per Biokatalysator zur Nylon-Vorstufe

Harald Gröger ist am CeBiTech Leiter der Forschungsgruppe Industrielle Organische Chemie und Biotechnologie. Zusammen mit Tobias Betke und Philipp Rommelmann hat er den Grundstein dafür gelegt, den Herstellungsprozess der wichtigen Grundchemikalie Adiponitril zu revolutionieren. Adiponitril ist wichtiger Grundstoff, um in mehreren Schritten Kunststoffe wie Nylon oder Medikamente herzustellen.

Die chemische Industrie setzt für die Herstellung von Nitrilen bislang hochgiftige Blausäure ein. Die Bielefelder Forscher setzen hingegen auf einen Katalysator aus der Natur, ein Enzym namens Aldoximdehydratase. Das Enzym kann mittels Fermentation hergestellt werden und kann Adiponitril in kurzer Zeit und in hoher Raum-Zeit-Ausbeute herstellen. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) hat die Entwicklung des Prozesses im Rahmen der Initiative Biotechnologie 2020+ unterstützt, in der es um die nächste Generation biotechnologischer Verfahren geht. Das Förderprogramm „NRW-Patent-Validierung“ unterstützt die Weiterentwicklung der damit verbundenen beiden Patente.

Genscheren wie das molekularbiologische Werkzeug namens CRISPR-Cas erlauben es, den Erbgutcode an bestimmten Stellen gezielt und präzise zu bearbeiten und zu verändern. Das sogenannte Genome Editing schafft neue Möglichkeiten für die Tier- und Pflanzenzucht, aber auch für die Medizin: Aromatische und zugleich haltbare Tomaten. Weizen, der Hitze und Trockenheit trotzt. Gentherapie zur Heilung vererbter Krankheiten. Körpereigene Abwehrzellen, die Krebs bekämpfen. Das sind nur vier Beispiele für den Einsatz der Genscheren.

Aber welche Risiken gibt es? Wo sind die Grenzen? Was muss die Gesellschaft bedenken, wenn sie sich auf die neuen Methoden der Biotechnik einlässt? Diese und viele weitere Fragen können Bürgerinnen und Bürger bei der Verbraucherkonferenz des Bundesinstituts für Risikobewertung (BfR) zum Genome Editing debattieren.

Keinerlei Vorkenntnisse nötig

„Es steht für mich außer Frage, dass die neuartigen Verfahren der Genchirurgie eine wissenschaftliche Revolution darstellen – mit weitreichenden Folgen für den Alltag “, sagt BfR-Präsident Andreas Hensel. „Deshalb ist es für die Bewertungsarbeit des BfR sehr wichtig zu verstehen, wie Verbraucher dieses Thema wahrnehmen – ihre Anregungen, Ideen und Kritik sind uns höchst willkommen.“

Bis zum 28. Juli 2019 können sich Interessierte für die Verbraucherkonferenz im Raum Berlin mit drei Wochenendterminen im August und September anmelden. Für die Teilnahme sind keinerlei Vorkenntnisse zum Thema notwendig. Zusätzlich zur Übernahme der Kosten für Reise und Unterkunft erhalten die Teilnehmerinnen und Teilnehmer der Verbraucherkonferenz eine Aufwandsentschädigung von 500 Euro.

Pflanzenzellen funktionieren wie winzige Fabriken: In ihrem Inneren ist die Herstellung komplexer Produkte in mehrere Arbeitsschritte zerlegt, die wie am Fließband nacheinander abgearbeitet werden. Dabei erfolgen die Schritte in einzelnen Kompartimenten, die sich innerhalb der Zelle bewegen können. Wie die Pflanzenzellen diese Bewegungen und die Arbeitsteilung koordiniert, ist bislang wenig verstanden. Die Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg hat deshalb in Zusammenarbeit mit Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie in Halle ein Graduiertenkolleg gegründet, das diesen Fragen nachgehen soll. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft fördert das Vorhaben mit rund 4 Mio. Euro.

Jasmonsäure als Beispiel gewählt

Erstes Forschungsobjekt des frisch gestarteten Kollegs ist die Jasmonsäure. Das komplexe Moleküle produzieren Pflanzen als Reaktion auf Verletzungen durch Fraßinsekten und initiieren damit eine chemische Abwehrreaktion. „Die Produktion von Jasmonsäure ist ein Paradebeispiel für einen solchen mehrteiligen Prozess", begründet Ingo Heilmann, Sprecher des neuen Graduiertenkollegs, die Wahl. Mehrere der elf Teilprojekte des Kollegs werden sich deshalb damit befassen, wie die Arbeitsteilung zwischen den Zellkompartimenten organisiert und kontrolliert wird, um Jasmonsäure, aber auch weitere pflanzliche Inhaltsstoffe herzustellen. Weitere Projekte gehen der Frage nach, wie beteiligten Enzyme zur richtigen Zeit an den richtigen Ort geschickt werden, um diese Produktionsschritte zu vollziehen.

Vielseitige Methodik und ein internationales Team

Methodisch werden die zunächst elf Doktoranden sehr vielseitig arbeiten. Das Methodenspektrum umfasst hochauflösende Fluoreszenzmikroskopie und moderne Massenspektrometrie ebenso wie genetische und biochemische Analysen. „Besonders erfreulich ist, dass unsere internationale Suche nach Bewerbern große Resonanz hatte und wir sieben der insgesamt elf Stellen mit exzellenten Bewerberinnen und Bewerben aus dem Ausland besetzen konnten“, sagt Heilmann.

Grundlagenforschung für mehr Optionen in der Züchtung

Die übergeordnete Aufgabe des Graduiertenkollegs ist klar definiert: „Ziel ist ein besseres Verständnis der pflanzlichen Stoffwechsel- und Abwehrprozesse sowie deren genetischer Grundlagen“, fasst Heilmann zusammen. Ein Problem heutiger Nutzpflanzen sei häufig, dass sie in Folge der Züchtung auf maximale Erträge Resistenzen gegen biotische und abiotische Umweltfaktoren eingebüßt hätten. Wenn man genau wisse, welche Gene für welche Prozesse verantwortlich sind, lasse sich dieses Wissen auch in der Züchtung anwenden.

Die Ergebnisse der Inventur wurden von Wissenschaftlern des Thünen-Instituts für Waldökosysteme jetzt in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift „AFZ-Der Wald“ veröffentlicht. Demnach sind rund 1,23 Mrd. Tonnen Kohlenstoff in der lebenden Biomasse gespeichert, 5% mehr als vor fünf Jahren. Dazu kommen 33,6 Mio. Tonnen Kohlenstoff im Totholz. Die Kohlenstoffvorräte haben mit 113,7 Tonnen pro Hektar ein neues Rekordhoch erreicht.

Die Kohlenstoffinventur ist eine Art kleine Bestandsaufnahme zwischen den großen, alle zehn Jahre stattfindenden Bundeswaldinventuren. Sie wird vom Thünen-Institut mit Unterstützung der Bundesländer durchgeführt und erfasst den Zustand des deutschen Waldes. Gegenüber der letzten Bundeswaldinventur 2012 ist der Holzvorrat in deutschen Wäldern um 6% gestiegen. Es ist deutlich mehr Holz nachgewachsen als genutzt wurde.

In den vergangenen fünf Jahren wurde soviel Vorrat aufgebaut wie in den zehn Jahren zuvor. Mit einem Holzvorrat von aktuell 3,9 Mrd. Kubikmetern ist Deutschland das holzreichste Land der Europäischen Union. Der höhere Holzvorrat und damit einhergehend die weiterhin hohe Kohlenstoffanreicherung macht die Wälder zu Klimaschützern: Sie haben die Atmosphäre zuletzt jährlich um 62 Mio. Tonnen CO₂ entlastet. Der gestiegene Holzvorrat konnte damit jedes Jahr rund 7% der gesamten deutschen Treibhausgas-Emissionen kompensieren.

Den Zufall durch System ersetzen – so könnte man den Ansatz zusammenfassen, mit dem Herbert Waldmann biologisch aktive Moleküle sucht, die später die Grundlage für medizinische Wirkstoffe bilden könnten. Es ist diese Verbindung aus Biologie und Chemie, die den mehrfach ausgezeichneten Forscher und heutigen Direktor der Abteilung Chemische Biologie am Max-Planck-Institut (MPI) für molekulare Physiologie in Dortmund schon seit seiner Schulzeit begleitet.

Offenheit für neue Gebiete

„Mein Chemie- und Biolehrer hat damals mein Interesse an der Chemie geweckt“, erinnert sich Waldmann. Das Studium der Chemie an der Universität Mainz mit anschließender Promotion in organischer Chemie war die logische Konsequenz. Aus seiner Postdoc-Zeit in Harvard bei George Whitesides hat er die „sehr große Offenheit, sich in neuen Gebieten zu bewegen“ mitgenommen. „Die Amerikaner sind leichtfüßiger, zeigen mehr Risikobereitschaft“, findet er.

Zurück in Mainz habilitiert er sich 1991, übernimmt bald darauf eine Professur für Organische Chemie an der Universität Bonn, wechselt aber bereits 1993 auf den Lehrstuhl für Organische Chemie an der Universität Karlsruhe. Bereits in Bonn interessierte sich der Forscher für den sogenannten Ras-Signalweg, der eine wichtige Rolle bei Tumorzellen spielt. Der Ras-Signalweg ist in gesunden Zellen grundlegend für das Zellwachstum. In Krebszellen ist das Ras-Protein häufig mutiert und führt zu unkontrolliertem Zellwachstum. Fände man eine Substanz, um diesen Signalweg in Tumorzellen zu blockieren, ließe sich auch das Tumorwachstum stoppen, der Tumor vielleicht sogar zerstören. „Wenn ich auf ein neues Thema stoße, das mich interessiert, tauche ich mit einer fast kindlichen Neugier in das Thema ein und lese solange, bis ich alles weiß, was ich wissen will“, hat Waldmann einmal in einem Interview gesagt. Zu Ras hatte er damals nicht lange zu lesen, denn von chemischer Seite war darüber erst wenig geforscht worden.

Pionierarbeit am Ras-Signalweg

Auf der Suche nach einem Partner auf biologischer Seite stößt Waldmann auf Alfred Wittinghofer, einen Pionier der Ras-Forschung, der bereits damals am MPI für molekulare Physiologie arbeitet. Jemandem eine Zusammenarbeit vorzuschlagen in einem Fachgebiet, in dem man nicht selbst forscht, ist ungewöhnlich. Doch er habe sich gedacht: „Frag ihn. Trau Dich!“, erinnert sich Waldmann. Wittinghofer willigt ein. In der Folge der Zusammenarbeit wird Waldmann ebenfalls ans Dortmunder MPI berufen und tritt parallel eine Professur an der TU Dortmund an. Wittinghofers Kollege, der Zellbiologe und heutige Direktor der Abteilung Systemische Zellbiologie Philippe Bastiaens, komplettiert das Trio, das fortan Substanzen gegen Ras erforscht.

Gemeinsam tragen sie zunächst dazu bei, die dynamische Regulierung der Ras-Proteine und damit auch des Ras-Signalwegs zu entschlüsseln, „eine der bis heute spannendsten Entdeckungen, an der wir beteiligt waren“, so Waldmann. Danach gelingt es den Wissenschaftlern, Moleküle zu finden, die den Ras-Signalweg stören – doch immer wieder zeigen sich Probleme, die einen therapeutischen Einsatz verhindern. Aktuell setzen die Forscher ihre Hoffnungen in eine vierte Generation von Blockern des Signalwegs, deren Blockademechanismus – anders als bei der Vorgängergeneration – von den Krebszellen nicht wieder aufgelöst werden kann.

Eine bereits 2016 vom nova-Institut im Auftrag des Bio-based Industries Consortium (BIC) durchgeführte Studie zeigte erstmals, welche makroökonomischen Effekte die Bioökonomie generiert. Im April 2018 wurde ein Update der Studie mit den Daten für 2014 und 2015 veröffentlicht. Demnach können die Primärsektoren (Landwirtschaft, Forstwirtschaft und Fischerei) sowie Lebensmittel, Getränke, Tabak, Papier und Papiererzeugnisse als vollständig biobasiert betrachtet werden und sind somit vollständig in der Bioökonomie berücksichtigt.

Die Analyse der Eurostat-Daten von 2016 zeigt, dass die gesamte Bioökonomie der EU-28, einschließlich des Nahrungsmittel- und Getränkesektors und des Primärsektors, einen Umsatz von 2,3 Bill. Euro generierte. Etwa die Hälfte des Umsatzes entfällt auf den Lebensmittel- und Getränkebereich, fast ein Viertel auf die Primärsektoren Land- und Forstwirtschaft. Das andere Viertel wird von den so genannten biobasierten Industrien wie Chemie und Kunststoffe, Pharmazeutika, Papier und Papierprodukte, forstwirtschaftliche Industrien, Textilien, Biokraftstoffe und Bioenergie generiert.

2016 beschäftigte die Bioökonomie insgesamt 18,6 Millionen Menschen. Vor allem die primäre Biomasseproduktion schafft Arbeitsplätze (55%), aber verhältnismäßig wenig Umsatz (20%). Wie in der Studie 2016 unterstreicht auch das Update den Beitrag der oft unterschätzten biobasierten Industrien. Diese tragen einen beträchtlichen Umsatz von rund 700 Mrd. Euro und 3,6 Mio. Beschäftigten bei.

A study conducted in 2016 by the nova-Institut on behalf of the Bio-based Industries Consortium (BIC) showed for the first time which macroeconomic effects the bioeconomy has. In April 2018, an update of the study with the data for 2014 and 2015 was published. According to the study, the primary sectors (agriculture, forestry and fisheries) as well as food, beverages, tobacco, paper and paper products can be regarded as fully bio-based and are therefore fully included in the bioeconomy.

The analysis of Eurostat data for 2016 shows that the total bioeconomy of the EU-28, including the food and drink sector and the primary sector, has a turnover of 2.3 trillion euro. Roughly half of the turnover is accounted for by the food and beverages sector, almost a quarter is created by the primary sectors agriculture and forestry. The other quarter is generated by so-called bio-based industries such as chemicals and plastics, pharmaceuticals, paper and paper products, forestry, textiles, biofuels and bioenergy.

In 2016, the bioeconomy employed a total of 18.6 million people. Primary biomass production in particular creates jobs (55%), but comparatively little turnover (20%). As in the 2016 study, the update also underlines the contribution of the often underestimated biobased industries. These contribute a considerable turnover of around 700 billion euros and 3.6 million employees.

Wasserstoff ist ein wichtiger Energieträger, nicht zuletzt, weil er Brennstoffzellen antreiben kann. Da die bisher etablierte chemische Gewinnung sehr energieintensiv ist – sofern das Gas nicht als Abfallstoff anderer Prozesse anfällt – schauen Forscher wie so oft auf die Natur: Die hat Enzyme hervorgebracht, die effizient Wasserstoff synthetisieren, sogenannte Hydrogenasen. Einen wichtigen Schritt zum Verständnis dieser Enzyme hat nun eine Kooperation von Forschern der Universität Bochum und der Universität Oxford gemacht.

Hydrogenasen aus Grünalgen

Die Wissenschaftler haben sich dazu mit den sogenannten [FeFe]-Hydrogenasen aus Grünalgen befasst, weil diese Untergruppe der Enzyme besonders effizient Wasserstoff herstellen kann. Die Enzyme besitzen wie alle Enzyme ein aktives Zentrum, in dem die eigentliche chemische Katalyse stattfindet. Dieses Zentrum besteht aus einem Gerüst aus vier Eisen- und vier Schwefelatomen sowie dem sogenannten katalytischen Kofaktor, der die Enzymaktivität erst ermöglicht. Im Fachjournal „PNAS“ berichten die Biotechnologen nun, wie die Natur diesen Kofaktor aus zwei Eisen- und zwei Schwefelatomen an der richtigen Stelle des aktiven Zentrums einbaut.

Erst verstehen, dann optimieren

„Um Hydrogenasen für eine industrielle Anwendung zu optimieren, müssen wir zunächst den Prozess verstehen, wie die Proteinhülle den chemischen Kofaktor aufnimmt und aktiviert“, begründet Thomas Happe von der Universität Bochum. „Dieser Kofaktor ist der Dreh- und Angelpunkt des Enzyms“, ergänzt sein Kollege Oliver Lampret. Mit modernen Methoden der Molekularbiologie, der Elektrochemie und mittels Infrarotspektroskopie konnte das Team die genaue Abfolge des Prozesses aufklären, der den katalytischen Kofaktor an seinen Platz bringt.

Negativer Kanal schleust positiven Kofaktor ein

Zunächst entsteht demnach das Proteingerüst des Enzyms. In diesem führt ein positiv geladener Kanal ins aktive Zentrum. Der positiv geladene Kofaktor wandert dort hindurch und wird dann im aktiven Zentrum verankert. Bestimmte Strukturelemente führen daraufhin dazu, dass sich das Enzym anders faltet und den integrierten Kofaktor fest umschließt. Dieser Mechanismus könnte ein wichtiges Prinzip in der Natur sein: „Wir vermuten, dass nicht nur [FeFe]-Hydrogenasen auf diese Weise ihren Kofaktor erhalten, sondern dass der Mechanismus auch in anderen metallhaltigen Enzymen vorkommt“, resümiert Happe.

2002 starben in Australien rund 100.000 Weidetiere an Giftstoffen im Gras. Weltweit werden die jährlichen Schäden auf zwei Milliarden Dollar geschätzt. „In Europa gibt es bisher nur wenige Berichte über solche Vergiftungen von Weidevieh“, berichtet Veronika Vikuk von der Universität Würzburg. Doch wie groß der Anteil giftiger Weidegräser ist, wurde bislang nicht systematisch erfasst. Für Deutschland liefern nun Wissenschaftler der Universität Würzburg erstmals Daten.

Genetische Spuren der giftigen Symbionten gesucht

Da die Giftstoffe nicht von den Pflanzen selbst, sondern von Pilzen erzeugt werden, die die Pflanzen besiedeln, ist es nicht möglich, Pauschalurteile für die jeweilige Pflanzenart zu treffen. Die Forscher nutzten deshalb einen genetischen Ansatz und untersuchten Proben der Pflanzen auf die Pilzgene, die für die Erzeugung der Giftstoffe erforderlich sind. „Gräser können in Symbiose mit endophytischen Pilzen leben. Diese Pilze sind in der Lage, sogenannte Alkaloide zu produzieren, die für Weidevieh giftig sein können“, erläutert Vikuk. Die im Fachjournal „Applied and Environmental Microbiology“ publizierte Studie ergab für Deutschland, dass fünf der 13 hier verbreiteten Grasarten Symbiosen mit den problematischen Epichloë-Pilzen eingehen. Ob die resultierenden Konzentrationen der Giftstoffe hoch genug sind, um Weidetiere zu töten, ist Gegenstand weiterer Analysen.

Weidelgras stark mit Lolitrem B belastet

Bereits vermelden können die Forscher, dass das Wirbeltiergift Lolitrem B im Deutschen Weidelgras in toxischen Konzentrationen vorkommt, nicht aber der Giftstoff Ergovalin: „Wir konnten nachweisen, dass das Startgen für die Herstellung von Ergovalin, einer für Wirbeltiere toxischen Substanz, im heimischen Deutschen Weidelgras weitestgehend fehlt und dass die Substanz auch tatsächlich nicht produziert wird“, berichtet Vikuk.

Aktives Management der Grasartenvielfalt empfohlen

Die Ergebnisse sind von Bedeutung für Saatgutzüchter, die ihr Saatgut zum Teil aktiv mit endophytischen Pilzen besiedeln, da die Pilze die Pflanzen widerstandsfähiger gegen Fressfeinde oder auch Dürre machen. Das beste Mittel, um toxische Folgen für Weidevieh zu vermeiden, sei daher die Artenvielfalt der Gräser, rät Forschungsleiter Jochen Krauß: „Landwirte sollten darauf achten, die Diversität auf Weiden zu erhöhen und Monokulturen, vor allem vom Deutschen Weidelgras zu vermeiden.“ Ein Massensterben von Weidetieren trete vor allem dort auf, wo die Tiere keine Alternative zu den giftigen Gräsern fänden. Können die Tiere auf andere Arten ausweichen, vermeiden sie gefährlich hohe Konzentrationen der Giftstoffe. Weil sich im Zuge des Klimawandels die besonders dürretoleranten symbiontischen Gräser weiter ausbreiten dürften, sollten Landwirte gezielt zugunsten der Gräservielfalt eingreifen.