Aktuelle Veranstaltungen

Pappeln zählen neben Weiden zu den schnellwachsenden Gehölzen und sind daher für die Bioökonomie ein vielversprechender Kandidat. Ein internationales Forschungsteam unter Leitung der TU Dresden zeigt nun, dass Holz und Rinde der Pappel wertvolle Rohstoffquellen für neue biobasierte Materialien sind – und der Anbau des Laubbaums auf sogenannten Kurzumtriebsplantagen (KUP) zudem ökologisch einen Mehrwert bringt.

Pappelholz als Rohstoffquelle

Im Rahmen des EU-Forschungsprojektes Dendromass4Europe haben Partner aus Forschung und Industrie in den vergangenen fünf Jahren gleich mehrere biobasierter Produkte aus Pappelholz entwickelt. Das Vorhaben wurde über das Forschungs- und Innovationsprogramm Horizon 2020 der Europäischen Union gefördert. Neben der TU Dresden beteiligten sich daran das österreichische Forschungszentrum Wood K plus, das slowakische Institut für angewandte Ökologie Daphne sowie IKEA Industry Malacky aus der Slowakei, TerrainEco aus der Tschechische Republik und Pulp-Tec Compound GmbH & Co KG im sächsischen Neustadt.

Biobasierte Produkte aus gemahlener Pappelrinde

Ein Hauptanliegen des Projekts war, alle Teile der Pappel zu verwenden. Rinde und Zweige des schnellwachsenden Baumes wurde bisher entweder nicht genutzt oder verbrannt. Mit den nun entwickelten Prototypen wird der Kohlenstoff langfristig gebunden. So wurden von IKEA aus Pappelholz neue Möbelplatten produziert. Hier wurde das Pappelholz in einem speziell entwickelten Verfahren dem bisher verwendeten Kiefernholz beigemischt, so dass die Platten leichter,  haptisch aber genauso stabil wie Kiefernholzplatten sind.
 
Pulp-Tec verwendete wiederum gemahlene Pappelrinde zur Herstellung eines vollkompostierbaren Werkstoffs, der aus Papierfasern, Stärke und einem biologischen Bindemittel besteht. Aus dem daraus entwickelten Granulat entstanden Pflanztöpfchen, die aufgrund der gemahlenen Pappelrinde auch gegen Schimmelpilze resistent sind – und zwar für mindestens sechs Monate. Gemahlene Pappelrinde nutzte auch TerrainEco für einen Holz-Plastik-Verbundwerkstoff (wood plastic composite – WPC), der zur Herstellung von Terrassenfliesen oder Zäunen genutzt werden kann.

Positive Effekte des Pappelanbaus

Neben der vollständigen stofflichen Nutzung von Pappeln wurde im Projekt Dendromass4Europe auch das ökologische Potenzial des Anbaus auf Kurzumtriebsplantagen untersucht. Diese Plantagen werden in der Regel auf Flächen angelegt, die landwirtschaftlich kaum anders genutzt werden können. Hier zeigte sich, dass der Anbau von Pappeln die Biodiversität fördern und langfristig sogar die Bodenqualität verbessern kann. Der Grund: Pappeln können Giftstoffe aus dem Boden filtern. Die herabfallenden Blätter des Laubbaumes bilden im Herbst eine fruchtbare Humusschicht für die ansonsten eher kargen Böden. Der Anbau von Pappeln würde den Forschenden zufolge auch den Wald als Rohstoffquelle entlasten.

bb

Mikroorganismen bestimmen das Leben und Überleben von Mensch, Tier und Pflanze von Anbeginn. Sie sind zwar mit bloßem Auge nicht erkennbar, übernehmen aber vielseitige Funktionen, die für Mensch und Natur essenziell sind. Ihre vielseitigen Talente machen Mikroben zu unverzichtbaren Helfern in der industriellen Biotechnologie sowie bei der Gestaltung einer nachhaltigen Bioökonomie. Experten schätzen, dass bislang nur 1 % der Mikroorganismen identifiziert und charakterisiert ist. Ein Grund dafür ist, dass nur wenige Mikroben im Labor kultiviert werden können. Mit der neuen Online-Datenbank MediaDive soll sich das ändern.

Datenbank mit über 3.000 Kulturmedien

Die neuartige Datenbank wurde vom Leibniz-Institut DSMZ-Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH in Braunschweig erstellt und steht ab sofort Forschenden weltweit zur Verfügung. Das Online-Portal beinhaltet derzeit über 3.270 Kulturmedien für mehr als 44.000 verschiedene Prokaryoten, Pilze, Algen und Protozoen. „Es wird ein großer Vorteil für die Forschungsgemeinschaft sein, wenn mehr Bioressourcensammlungen, aber auch einzelne Forscher ihre Medienrezepte in Media Dive hinterlegen würden, um die Kultivierung bisher nicht kultivierbarer Mikroorganismen zu unterstützen“, wünscht sich Erstautorin Julia Koblitz, Biologin und Datenbankentwicklerin an der DSMZ.

Suche nach Kulturmedien für Mikroben möglich

Die Datenbank bietet erstmals die Möglichkeit, nach Kulturmedien für Mikroorganismen zu suchen, und setzt damit neue Maßstäbe für die Dokumentation und Entwicklung von Kulturmedien. So kann beispielsweise über die Taxonomiesuche nach den richtigen Kultivierungsmedien für bisher nicht kultivierbare Mikroorganismen gesucht werden. Im Ergebnis werden dann Nährmedien für nahe verwandte Organismen vorgeschlagen. Mit dem Medium-Finder können wiederum Forschende nach Inhaltsstoffen von Nährmedien und deren Konzentrationen suchen.

Anleitung zur Herstellung von Nährmedien

Auch auf Fragen zur Zusammensetzung und Herstellung von Kulturmedien gibt das neue Portal Antworten. So werden etwa Produktionsschritte für jedes Kultivierungsmedium detailliert aufgeführt. Zukünftig sollen Forschende auch die Möglichkeit haben, ihr eigenes Nährmedium zu erstellen und in der Datenbank zu speichern. Das Tool Medium Builder befindet sich noch in der Testphase.

Erste Daten anderer Bioressourcenzentren wurde bereits in MediaDive eingebunden. Diesbezüglich soll die Datenbank weiter ausgebaut werden und künftig dabei helfen, neue Kultivierungsmedien durch den Einsatz Künstlicher Intelligenz vorherzusagen.

bb

Hanf ist eine der ältesten Nutzpflanzen der Welt. Aus den verschiedenen Pflanzenteilen werden Textilfasern, Baumaterial, Kraftstoffe, Heil-, aber auch Lebensmittel hergestellt. So vielseitig Hanf auch angewendet wird, so zahlreich sind die Rest- und Abfallstoffe, die bei der Verarbeitung anfallen. So werden Blätter und Blüten, Hanfschäben, Hanfstaub oder gar Extraktionsreste der Hanfölproduktion bisher kaum weitergenutzt. Das wollen Forschende des Deutschen Biomasseforschungszentrums (DBFZ) und die Hanffaser Uckermark eG ändern.

Reststoffe der Dämmstoffherstellung im Fokus

Im Projekt HanfNRG sollen die biogenen Rest- und Abfallstoffe der Hanfverarbeitung genauer unter die Lupe genommen werden, um diese wieder in den Kreislauf zurückzuführen. Nicht die stoffliche Nutzung steht hier im Fokus. Das Konsortium will vielmehr ausloten, inwiefern sich die Hanf-Reststoffe auch energetisch nutzen lassen.

Dafür will das Forschungsteam den Prozess der Dämmstoffherstellung untersuchen. „Die Ergebnisse des Vorhabens sollen zu einer gesteigerten Kaskadennutzung faserreicher biogener Reststoffe und zur Stärkung der Wertschöpfung im ländlichen Raum beitragen sowie die Entwicklung einer Circular Bioeconomy unterstützen“, erläutert Projektleiter Harald Wedwitschka vom DBFZ.

Energetisches Potenzial der Reststoffe ausloten

Bei der Dämmstoffherstellung werden aus getrocknetem Hanfstroh hochwertige Naturfasern zu Dämmmaterialien verarbeitet. Dabei fallen nicht nur Hanffasern als Abfallstoff an. Im etwa gleichen Umfang bleiben auch cellulosehaltige Reststoffe übrig, die derzeit nur zu einem geringen Teil wirtschaftlich genutzt werden.

Den Forschenden zufolge könnten diese biogenen Reststoffe wahlweise entweder vergoren, vergast oder verbrannt werden, sodass daraus Biogas oder Biomethan, Wärmeenergie, Prozesswärme, Synthesegas oder Gärrestprodukte entstehen. „Im Projekt soll die Eignung dieser Verfahren für eine optimale Nutzung der unterschiedlichen Reststoffe untersucht werden“, ergänzt Wedwitschka.

Umfrage und Workshops geplant

In dem bis 2025 laufenden Projekt sollen auch Praxispartner in ganz Deutschland zu möglichen Potenzialen befragt und Workshops zu den Möglichkeiten und Hemmnissen bei der energetischen Nutzung von Produktionsreststoffen veranstaltet werden. Das Vorhaben wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) finanziert.

bb

Hemp is one of the oldest crops in the world. The various parts of the plant are used to produce textile fibers, building materials, fuels, medicinal products and foodstuffs. As many uses hemp has, as numerous are the residual and waste materials that are produced during processing. Leaves and blossoms, hemp hurds, hemp dust or even extraction residues from hemp oil production are hardly ever used. Researchers at the German Biomass Research Center (DBFZ) and Hanffaser Uckermark eG want to change that.

Insulation manufacturing residues in focus

In the project HanfNRG, the biogenic residual and waste materials from hemp processing are to be examined more closely in order to return them to the cycle. The focus here is not on material use. Rather, the consortium wants to explore the extent to which hemp residues can also be used for energy.

The research team intends to investigate the process of insulation production for this purpose. "The results of the project should contribute to increased cascade use of fiber-rich biogenic residues and to strengthening value creation in rural areas, as well as supporting the development of a Circular Bioeconomy," explains project manager Harald Wedwitschka from the DBFZ.

Exploring the energy potential of residues

In insulation production, high-quality natural fibers are processed from dried hemp straw into insulation materials. In the process, not only hemp fibers accumulate as waste material. To a roughly equal extent, cellulose-containing residual materials are also left over, which are currently only used economically to a small extent.

According to the researchers, these biogenic residues could optionally be either fermented, gasified or incinerated, resulting in biogas or biomethane, thermal energy, process heat, synthesis gas or digestate products. "The project will investigate the suitability of these processes for optimal use of the different residues," Wedwitschka adds.

Survey and workshops planned

In the project, which will run until 2025, practical partners throughout Germany will also be surveyed on potentials and workshops will be held on the opportunities and obstacles in the use of production residues for energy. The project is funded by the German Federal Ministry of Economics and Climate Protection (BMWK).

bb

Ertragsverluste von bis zu 50 % – das sind die möglichen Folgen, wenn das Gerstengelbmosaikvirus oder das Milde Gerstenmosaikvirus Wintergerste infizieren. Glücklicherweise geschieht das nur noch selten, weil heutige Kultursorten über Resistenzen gegen diese Viren verfügen. Zuletzt jedoch traten immer häufiger Virusstämme auf, die diese etablierten Resistenzmechanismen überwinden konnten. Großflächige Ernteausfälle wären damit nur eine Frage der Zeit gewesen. Ein Forschungsteam des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) verspricht nun Abhilfe.

Viren benötigen das Gerste-Gen PDIL5-1 zur Vermehrung

Wie die Fachleute im „Plant Biotechnology Journal“ berichten, ist es ihnen gelungen, einen neuen Resistenzmechanismus in Wintergerste zu etablieren. Dazu hatten die Forschenden zunächst die Genbank des IPK nach alten Landrassen und wilden Verwandten der Kulturgerste durchsucht. „Diese Untersuchungen haben ergeben, dass das Gen PDIL5-1, das an der Entstehung dreidimensionaler Proteinstrukturen beteiligt ist, auch eine zentrale Rolle für die Resistenz von Pflanzen gegen diese Viren spielt“, erklärt IPK-Forscher Robert Hoffie.

Yield losses of up to 50% - these are the possible consequences when winter barley becomes infected with barley yellow mosaic virus or mild barley mosaic virus. Fortunately, this rarely happens anymore because today's cultivars have resistance to these viruses. Recently, however, virus strains have appeared with increasing frequency that have been able to overcome these established resistance mechanisms. Large-scale crop failures would thus only have been a matter of time. A research team at the Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research (IPK) now promises a remedy.

Viruses require the barley gene PDIL5-1 for replication

As the experts report in the Plant Biotechnology Journal, they have succeeded in establishing a new resistance mechanism in winter barley. To do this, the researchers had first searched the IPK's gene bank for old landraces and wild relatives of cultivated barley. "These investigations revealed that the PDIL5-1 gene, which is involved in the formation of three-dimensional protein structures, also plays a central role in plant resistance to these viruses," explains IPK researcher Robert Hoffie.

Es ist ein dringender Ruf nach mehr Forschung: Ein Team der Universität Bayreuth hat nachgewiesen, dass sich sogenannte wasserlösliche synthetische Polymere (WSSP) auf die Fortpflanzung von Wasserflöhen auswirken. Weil Wasserflöhe als Modellorganismen für den Einfluss von Chemikalien auf aquatische Ökosysteme gelten, könnte dieser Befund ein Hinweis auf ein unterschätztes ökologisches Risiko dieser weit verbreiteten Chemikalien sein.

WSSP sind in vielen Branchen weit verbreitet

Viele Branchen nutzen WSSP. Die Substanzen sind unter anderem in Textilien, Farben, Papier, Klebstoffen, Kosmetika und Arzneimitteln enthalten. Außerdem dienen WSSP der Abwasserreinigung. Kurzum: Es gibt viele Wege, wie die Substanzen in Gewässer gelangen können. Dass sie dies tatsächlich tun, haben inzwischen Studien für Flüsse, Seen und weitere Süßwasserdepots belegt. In welcher Konzentration sie dort vorkommen, ist jedoch unklar. Anders als Plastikmüll und Mikroplastik sind sie in der Umwelt nicht sichtbar.

Für fünf häufig genutzte WSSP haben die Bayreuther Forschenden daher zunächst untersucht, welche Folgen es hat, wenn Wasserflöhe der Art Daphnia magna diesen Substanzen ausgesetzt sind. Konkret handelte es sich um Polyvinylalkohol (PVOH), Polyvinylpyrrolidon (PVP), Polyacrylsäure (PAA), Polyethylenglycol (PEG) und Polyethylenoxid (PEO). „Wasserflöhe haben in vielen Süßwasserseen eine ökologische Schlüsselfunktion“, erläutert Christian Laforsch, Leiter der Fallstudie. „Sie haben einen wesentlichen Einfluss auf die Menge des verfügbaren Phytoplanktons, das die Grundlage der Nahrungsketten in den Seen bildet.“ Wenn die Wasserflöhe durch wasserlösliche Polymere geschädigt würden, könnten sich die Folgen auch auf höhere Ebenen der Nahrungskette erstrecken und so das gesamte Nahrungsnetz eines Ökosystems beeinträchtigen.

Geringere Fortpflanzung, veränderte Körpergröße

Zwar fand die im Fachjournal „Science of The Total Environment" veröffentlichte Studie kein unmittelbares Gesundheitsrisiko für die Tiere, wohl aber Veränderungen in deren Fortpflanzung: Die Substanzen verlängerten die Abstände, in denen die Wasserflöhe sich fortpflanzen, und verringerten zugleich die Anzahl der Nachkommen. Außerdem veränderte sich die Körpergröße der Wasserflöhe.

Was das bedeutet, erklärt die Erstautorin der Studie, Simona Mondellini: „Die bisherigen Forschungsergebnisse liefern noch keinen genauen Aufschluss über die Ursache-Wirkung-Beziehungen, die zu den signifikanten Änderungen der Körpergröße und der Fortpflanzung der Wasserflöhe geführt haben.“ Eine Vermutung gebe es jedoch: „Messungen deuten darauf hin, dass ein höheres Molekulargewicht der WSSP mit einer erhöhten Toxizität einhergehen kann.“

Potenzielle Gefahr für ganze Ökosysteme

„Wenn sich Wasserflöhe in dieser Hinsicht unter dem Einfluss von handelsüblichen, in vielen Industriezweigen verwendeten WSSP verändern, sollte dies ein Anlass für weitere gezielte Untersuchungen sein“, warnt Laforsch und betont: „Die toxischen Wirkungen von Schadstoffen, die sich in der Umwelt verbreiten, betreffen in der Regel nicht allein individuelle Organismen, sondern auch größere Populationen und weitverzweigte Nahrungsnetze – und damit auch die Lebens- und Funktionsfähigkeit ganzer Ökosysteme.“

bl

Laut der Studie erzeugt eine Verwertung vorbehandelten Laubs in einer Biogasanlage nicht nur Strom- und Wärme, sondern reduziert auch die Treibhausgasemissionen deutlich. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Resources, Conservation and Recycling veröffentlicht.

Herbstlaub ist ein jährlich anfallender Reststoff, der in der Regel kompostiert wird, aber auch als Rohstoff für die Biogaserzeugung verwendet werden kann. In der Studie wurden drei Szenarien vergleichend analysiert, um die Nutzung von Baumblättern aus der Stadt Berlin in Deutschland zu bewerten: a) Kompostierung (Business-as-usual-Szenario), b) Biogaserzeugung und c) die Vorbehandlung der Blätter vor der Biogaserzeugung. Für diese Szenarien wurden die Treibhausgasemissionen und das Energieerzeugungspotenzial mit Hilfe des BIORIM-Modells (Biological Resource Use Impacts) und unter Berücksichtigung des Standorts und der Kapazität der bestehenden landwirtschaftlichen Biogasanlagen berechnet. Ein besonderes Augenmerk richteten die WissenschaftlerInnen auf die Verrottung von Blättern vor dem Eintritt in die Biogasanlage. 

Der Gesamtvergleich zeigte, dass die biogasbezogenen Szenarien hinsichtlich der Treibhausgasemissionen besser abschnitten (-140,1 kg CO2eq pro Tonne Laub für Biogas und -167,4 kg CO2eq für die Vorbehandlung vor Biogas) als das Business-as-usual-Szenario (49,0 kg CO2eq für die Kompostierung). Das vorbehandelte Laub führte zu den geringsten Nettoemissionen und der höchsten Energieproduktion pro Tonne Ausgangsmaterial. Maßnahmen zur Verringerung der Laubverrottung, wie z. B. die Erhöhung der Beladung der Biogasanlage oder die Silierung, führten zu geringeren Nettoemissionen und einem höheren Energieertrag. 

„Laub als Rohstoff für die Biogaserzeugung könnte in gewissem Umfang zur Energieversorgung in städtischen Gebieten beitragen.“, so Dr. Ulrich Kreidenweis, Leiter der Arbeitsgruppe Bioökonomische Systemmodellierung am ATB und Mitautor der Studie. „Ob sich die Nutzung von Laubabfällen aus städtischen Gebieten für die Biogaserzeugung auch ökonomisch rechnet, wäre in weiteren Szenariobewertungen zu klären. 
 

Auch die Umwelt beeinflusst, wie die Aktivität der DNA reguliert wird. Diese Erkenntnis ist keineswegs neu. Neu ist jedoch, dass Forschende der Universität Tübingen die Größe dieses Einflusses erstmals für das Acker-Hellerkraut (Thlaspi arvense) quantifiziert haben. Bislang wurde das nur für wenige Pflanzenarten untersucht. Das Acker-Hellerkraut könnte künftig als Winterdeckfrucht und als Rohstoff für Biokraftstoffe an Bedeutung gewinnen.

Europaweit 207 Populationen verglichen

Wie sich ein Organismus entwickelt, hängt wesentlich von seinen Genen ab. Darüber hinaus gibt es jedoch die sogenannte Epigenetik, chemische Veränderungen der DNA, die nicht deren Code verändern, wohl aber in die Regulation der Erbinformation eingreifen. Sie entscheiden darüber, ob, wie stark und unter welchen Bedingungen ein Gen aktiv wird. Für ihre Studie hat das Tübinger Forschungsteam europaweit 207 Populationen des Acker-Hellerkrauts untersucht. Dabei gingen die Fachleute der Frage nach, inwiefern die epigenetischen Markierungen, sogenannte Methylierungen, allein von der DNA-Sequenz selbst abhingen oder sich je nach Standort der Population unterschieden.

Im Fachjournal „PLoS Genetics“ berichten die Forschenden, dass es eine erheblich geografische Variation der epigenetischen Markierungen im Genom des Acker-Hellerkrauts gibt. Zwar hänge ein Großteil der Methylierungen von der DNA-Sequenz selbst ab. Dennoch stehe ein wichtiger Teil der epigenetischen Markierungen auch im starken Zusammenhang mit den klimatischen Standortbedingungen. Dies lege nahe, dass epigenetische Variationen beim Acker-Hellerkraut dazu beitragen, dass sich die Pflanze kurzfristig an das herrschende Klima anpassen kann.

Bedeutung der Epigenetik besser verstehen

„Man kann die Bedeutung der Epigenetik für die Evolution und Anpassungsfähigkeit von Pflanzen nur verstehen, wenn man umfangreiche und hochaufgelöste Daten sowohl zur Genetik als auch Epigenetik vieler Pflanzenherkünfte und zu deren Umweltbedingungen hat“, erklärt Oliver Bossdorf. Bisher gab es solche Daten ausschließlich für wenige Modellpflanzen der Pflanzenforschung wie die Ackerschmalwand Arabidopsis thaliana“, sagt Oliver Bossdorf vom Institut für Evolution und Ökologie der Universität Tübingen.

Weil das Acker-Hellerkraut derzeit gezüchtet wird, um daraus Biokraftstoffe herzustellen, hat die Tübinger Forschungsarbeit auch einen direkten praktischen Nutzen, wie Bossdorf herausstellt: „Unsere Ergebnisse könnten daher auch für die Landwirtschaft nutzbar sein, vor allem beim Anbau des Acker-Hellerkrauts unter sich verändernden Klimabedingungen.“

bl

The environment influences how the activity of DNA is regulated - this has long been known. Now, however, researchers at the University of Tübingen have quantified the magnitude of this influence for the first time for the field penny-cress (Thlaspi arvense). Previously, this had only been studied for a few plant species. Field penny-cress could gain importance in the future as a winter cover crop and as a raw material for biofuels.

207 populations from across Europe compared

An organism's development depends to a large extent on its genes. However, there are so-called epigenetics, chemical changes to DNA that do not alter its code, but do intervene in the regulation of genetic information. They decide whether, how strongly and under what conditions a gene becomes active. For their study, the research team from Tübingen investigated 207 populations of the field penny-cress throughout Europe. The experts investigated the extent to which the epigenetic marks, known as methylations, depended solely on the DNA sequence itself or differed depending on the location of the population.

In PLoS Genetics, the researchers report that there is considerable geographic variation in epigenetic marks in the genome of the field penny-cress. It is true that methylation largely depends on the DNA sequence itself. Nevertheless, a significant portion of epigenetic marks is also strongly associated with climatic site conditions. This suggests that epigenetic variation in field penny-cress contributes to the plant's ability to adapt to the prevailing climate in the short term.

Understanding the importance of epigenetics

"You can only understand the importance of epigenetics for the evolution and adaptability of plants if you have comprehensive and high-resolution data on both the genetics and epigenetics of many plant origins and their environmental conditions," explains Oliver Bossdorf. Until now, such data have only existed for a few model plants used in plant research, such as the thale cress Arabidopsis thaliana," says Oliver Bossdorf from the Institute of Evolution and Ecology at the University of Tübingen.

Because the field penny-cress is currently being bred to produce biofuels from it, the Tübingen research work also has a direct practical benefit, as Bossdorf points out: "Our results could therefore also be useful for agriculture, especially in the cultivation of field penny-cress under changing climatic conditions."

bl

Auf die Zusammenarbeit folgt die Übernahme: Der deutsche Pharma- und Chemiekonzern Bayer hat das Start-up Targenomix gekauft. Bereits seit dessen Ausgründung aus dem Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie im Jahr 2014 besteht eine Kooperation zwischen beiden Firmen. Targenomix nutzt Methoden der Systembiologie und der Bioinformatik, um neue molekulare Ziele für Pflanzenschutzmittel zu identifizieren. Von der Übernahme erhofft sich der DAX-Konzern, diese Entwicklung zu beschleunigen, um die landwirtschaftliche Produktion besser auf dynamische Herausforderungen wie den Klimawandel und zunehmende Resistenzen von Unkraut, Krankheiten und Insekten einzustellen und gleichzeitig nachhaltiger zu gestalten. Trotz der Übernahme soll Targenomix weiter unabhängig im Stile eines Start-ups agieren. Den Kaufpreis teilten die Firmen nicht mit.

Neuartiges Herbizid bis Ende des Jahrzehnts geplant

„Der Ansatz von Targenomix hat sich als sehr erfolgreich erwiesen“, erklärte Bob Reiter, Leiter Forschung und Entwicklung des Bereichs Crop Science bei Bayer, dazu anlässlich der öffentlichen Mitteilung der Übernahme am Donnerstag, 10. November 2022. „Durch die Verwendung eines einzigartigen und ganzheitlichen systembiologischen Ansatzes und die Nutzung führender Expertise, die auf einer starken wissenschaftlichen Grundlage aus dem Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie aufbaut, hat Targenomix zahlreiche neuartige Targets und Wirkmechanismen für kleine Moleküle in der Unkrautbekämpfung geliefert“, begründet Reiter die Akquise.

Ein Ergebnis der bisherigen Kooperation ist ein wesentlicher Beitrag zum branchenweit seit 30 Jahren ersten neuen Herbizid-Wirkungsverfahren, mittels dessen großflächig Unkraut nach Pflanzenaufgang bekämpft werden kann. Die Entwicklung dauert noch an, doch das identifizierte Molekül hat sich gegen wichtige resistente Gräser bewährt und soll bis Ende dieses Jahrzehnts kommerzialisiert werden.

Neue Wirkmechanismen entwickeln

Targenomix-Geschäftsführer Sebastian Klie betont die Vorteile der neuen Form der Zusammenarbeit: „Durch die Kombination der führenden Expertise und der bewährten Pflanzenschutzpipeline von Bayer mit der flexiblen Start-up-Mentalität, der umfassenden Multi-Omics-Technologie und dem systembiologischen Wissen von Targenomix können wir gemeinsam weiterhin neuartige Wirkmechanismen entwickeln.“ Diese neue Phase der komplementären Beziehung werde die Entdeckung der nächsten Generation nachhaltiger und sicherer Moleküle beschleunigen, zeigt sich Klie zuversichtlich.

„Die Entscheidung des multinationalen Konzerns Bayer, Targenomix zu erwerben, ist ein weiteres Beispiel für die hohe internationale Anerkennung, die Max-Planck-Institute für ihre Wissenschaft genießen“, freut sich Lothar Willmitzer, emeritierter Direktor des Max-Planck-Instituts für molekulare Pflanzenphysiologie und Mitgründer von Targenomix. Willmitzer hatte bereits vor rund 25 Jahren das Start-up Metanomics aus dem Max-Planck-Institut ausgegründet. Metanomics wurde einige Jahre später vom Chemiekonzern BASF übernommen und wuchs zur Sparte BASF Plant Science heran.

bl

Collaboration is followed by acquisition: German pharmaceutical and chemical company Bayer has bought the start-up Targenomix. The two companies have already been working together since the spin-off from the Max Planck Institute of Molecular Plant Physiology in 2014. Targenomix uses systems biology and bioinformatics methods to identify new molecular targets for crop protection products. The DAX-listed company hopes the acquisition will accelerate this development to better adapt agricultural production to dynamic challenges such as climate change and increasing resistance from weeds, diseases and insects, while making it more sustainable. Despite the acquisition, Targenomix is expected to continue operating independently in a start-up style. The companies did not disclose the purchase price.

Novel herbicide planned by end of decade

"Targenomix's approach has proven to be very successful," said Bob Reiter, Head of Research and Development for Crop Science at Bayer, in this regard at the public announcement of the acquisition on Thursday, November 10, 2022. "By using a unique and holistic systems biology approach and leveraging leading expertise built on a strong scientific foundation from the Max Planck Institute for Molecular Plant Physiology, Targenomix has delivered numerous novel targets and mechanisms of action for small molecules in weed control," Reiter said, explaining the acquisition.

One result of the collaboration to date is a major contribution to the industry's first new herbicide mode of action in 30 years that can be used to control post-emergence weeds in large areas. Development is ongoing, but the identified molecule has been shown to be effective against key resistant grasses and is expected to reach the market by the end of this decade.

Developing new mechanisms of action

Targenomix CEO Sebastian Klie emphasizes the benefits of the new form of collaboration: "By combining Bayer's leading expertise and proven crop protection pipeline with Targenomix's flexible start-up mentality, comprehensive multi-omics technology and systems biology knowledge, we can continue to jointly develop novel mechanisms of action." Klie is confident that this new phase of the complementary relationship will accelerate the discovery of the next generation of sustainable and safe molecules.

"The decision of the multinational Bayer to acquire Targenomix is another example of the high international recognition that Max Planck Institutes enjoy for their science," says a delighted Lothar Willmitzer, Director Emeritus of the Max Planck Institute of Molecular Plant Physiology and co-founder of Targenomix. Willmitzer had already established the start-up Metanomics out of the Max Planck Institute about 25 years ago. Metanomics was acquired by the chemical company BASF a few years later and grew into the BASF Plant Science division.

bl

Gelangt biologisch abbaubares Mikroplastik in den Boden, reichern sich dort Mikroorganismen an und beginnen mit dem Abbau. Zu diesem wenig überraschenden Ergebnis kommt eine Studie der Universität Bayreuth. Doch die Untersuchung hat einige wichtige Details aufgeklärt: So gibt es einige Parameter, von denen die Aktivität der Mikroorganismen abhängt.

Mikroben ernähren sich von Zerfallsprodukten

So berichtet die im Journal „Applied Soil Ecology“ veröffentlichte Studie, wieso es zur Ansammlung der Mikroorganismen kommt: „Das Anwachsen der Biomasse wird wesentlich dadurch verursacht, dass Mikroorganismen im Boden die Mikroplastik-Partikel allmählich zersetzen und sich von dabei entstehenden Zerfallsprodukten ernähren“, erklärt Nele Meyer, Bodenökologin an der Universität Bayreuth. Die CO₂-Emissionen stünden mit diesen Prozessen in einem engen Zusammenhang: „Ein Beleg dafür sind die Unterschiede zwischen reinen Lehmböden und sandigen Lehmböden. In sandigen Lehmböden sind die Mikroplastik-Partikel für Mikroorganismen viel leichter zugänglich und werden daher schneller abgebaut“, erläutert die Forscherin. Umso mehr CO₂ werde dabei freigesetzt.

Erstautorin Adina Rauscher beschreibt die Einflussfaktoren im Detail: „Je kleiner die biologisch abbaubaren Mikroplastik-Partikel sind und je höher ihre Konzentration im Boden ist, desto mehr CO₂ entweicht aus dem Boden in die Erdatmosphäre. Wir konnten – abhängig von der Größe der Partikel, ihrer Konzentration im Boden und der Bodenbeschaffenheit – Anstiege der CO₂-Emissionen um 13 bis 57 Prozent beobachten.“ Dabei zeigte sich auch, dass sandige Lehmböden mehr CO₂ freisetzen als reine Lehmböden. Die stärkste Anreicherung betraf Bakterien der Familien Caulobacteraceae und Comamonadaceae.

Nicht biologisch abbaubare Kunststoffe zeigten keinen Effekt

Für die Studie verglichen die Forschenden den biologisch abbaubaren Kunststoff PBAT (Polybutylenadipat-terephthalat) mit dem nicht biologisch abbaubaren Kunststoff LDPE (Polyethylen niedriger Dichte). PBAT wird beispielsweise in Lebensmittelverpackungen, Bioabfallbeuteln und Mulchfolien verwendet. LDPE ist seit Jahrzehnten in der chemischen Industrie im Einsatz. Wie zu erwarten, fand die Studie für LDPE keinen Zusammenhang zwischen dessen Größe und Konzentration im Boden mit der Masse der Mikroben oder den CO₂-Emissionen. Auch die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft veränderte sich durch LDPE nicht.

„Der weltweite Eintrag von Kunststoffen in die Böden ist besorgniserregend“, resümiert Ev Lehndorf von der Universität Bayreuth. Noch immer wisse man zu wenig darüber, welche Folgen sich daraus für Mikroorganismen und terrestrische Ökosysteme ergeben. „Unsere Forschungsergebnisse zu den Emissionen des Treibhausgases CO₂ zeigen, dass sich hohe Konzentrationen von Mikroplastik-Partikeln in den Böden langfristig sogar auf das KIima auswirken könnten.“

bl

Im menschlichen Darm leben unzählige Mikroorganismen, die unser Wohlergehen nachhaltig beeinflussen: Darmbakterien. Sie helfen, wichtige Nährstoffe unserer Nahrung zu verwerten, verdrängen Krankheitserreger im Darm und sorgen für ein intaktes Immunsystem. Eine ausgeglichene Darmflora ist für die Gesundheit daher ausgesprochen wichtig – und die richtige Ernährung kann dazu beitragen, dieses Gleichgewicht zu erhalten. Zu den bekanntesten Gesundheitshelfern gehören Milchsäurebakterien, die in probiotischen Lebensmitteln wie Jogurt enthalten sind. Doch auch die weniger bekannten präbiotischen Lebensmittel haben nachweislich einen positiven Einfluss auf die menschliche Gesundheit. Dazu zählen etwa Getreide, Hülsenfrüchte oder Wurzelgemüse.

Zucker aus nachwachsenden Rohstoffen

Im Rahmen des Verbundprojektes IMPRES wollten Forschende nun mikrobiologische Verfahren entwickeln, um Präbiotika und kalorienarme Süßstoffe nachhaltig und effizient herzustellen. Das Vorhaben wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung von 2017 bis 2021 mit rund einer Million Euro gefördert. Forschende der Universität Bonn waren im Projekt für die Anpassung und Optimierung bakterieller Produktionsplattformen verantwortlich.  Mitarbeiter der RWTH Aachen sowie des Kölner Zuckerherstellers Pfeifer & Langen fokussierten sich auf die Optimierung und ein Upscaling bakterieller Kultivierungsbedingungen. Das Forschungszentrum Jülich war hingegen auf die Entwicklung kalorienarmer Zucker fokussiert – denn gerade synthetische Süßstoffe werden noch immer auf Basis von Erdöl hergestellt. „Unser Ansatz war, dass wir vielversprechende Zucker möglichst aus nachwachsenden und verfügbaren Rohstoffen produzieren. Deshalb haben wir uns auf Saccharose und Stärke konzentriert“, erklärt der wissenschaftliche Mitarbeiter Marcel Hövels aus der Arbeitsgruppe des Projektkoordinators Uwe Deppenmeier von der Universität Bonn.

Moleküle im Haushaltszucker neu verknüpft

Anders als Probiotika enthalten Präbiotika unverdauliche Kohlenhydrate, die erst von den Bakterien im Darm aufgeschlossen werden müssen, um dort gezielt das Wachstum gesundheitsfördernder Bakterien zu unterstützen. Die Bonner Forschenden nutzten zur mikrobiellen Herstellung spezieller Präbiotika – so genannter Fructooligosaccharide – reine kristalline Saccharose – also gewöhnlichen Haushaltszucker. Haushaltszucker besteht zu je einem Teil aus Glukose und Fruktose. Mithilfe spezieller Biokatalysatoren gelang dem Bonner Team, den kristallinen Zucker in diese beiden Untereinheiten aufzuspalten und die Zuckermoleküle neu zu verknüpfen. „Unsere Biokatalysatoren spielen ein bisschen Lego mit dem Haushaltszucker“, beschreibt Hövels. „Auf diese Weise entstanden Zuckerketten, die aufgrund ihrer einzigartigen Verknüpfungen bevorzugt von gesundheitsfördernden Bakterien im menschlichen Darm abgebaut werden.“