Aktuelle Veranstaltungen

Ob Hering, Dorsch oder Thunfisch: Fisch gehört für viele Menschen zu einer gesunden Ernährung. Und die Nachfrage steigt seit Jahren. Gleichzeitig sind viele Bestände überfischt, so dass eine nachhaltige Versorgung mit Fisch nicht mehr gewährleistet ist. Die Kultivierung von Fischzellen im Bioreaktor ist ein vielversprechender Ansatz, um auch in Zukunft eine nachhaltige Versorgung mit gesundem Eiweiß zu ermöglichen. Im Verbundprojekt INVERS wollen Forschende unter Leitung des Berliner Food-Tech-Start-ups Bluu Seafood die In-vitro-Produktion von Fischzellen für neue nachhaltige und gesunde Lebensmittel vorantreiben.

Kultivierung von Fischvorläuferzelllinien optimieren

Im auf drei Jahre angelegten Projekt sollen daher Verfahren zur Kultivierung von Fettvorläuferzelllinien aus lachsähnlichen Fischen als Basis für Lebensmittel entwickelt werden, die reich an Proteinen und Omega-3-Fettsäuren sind. Dazu werden die Vorläuferzellen charakterisiert und hinsichtlich ihrer Vermehrung optimiert, um sie zukünftig im industriellen Maßstab herstellen zu können. Auch die Reifung der Vorläuferzellen zu Fettzellen soll verbessert werden.

Akzeptanzanalyse und Umsetzungschancen

Das im Oktober 2023 gestartete Projekt wird vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft im Rahmen des Programms zur Innovationsförderung in den kommenden drei Jahren mit insgesamt 1,3 Mio. Euro gefördert. Als eines der ersten Unternehmen in Deutschland und Europa wird das Start-up Bluu Seafood, das sich auf die In-vitro-Produktion von Fisch spezialisiert hat, die wirtschaftliche Umsetzung übernehmen. Darüber hinaus sind Forschende der Hochschule Reutlingen an der technologischen Grundlagenforschung beteiligt. Die Universität Vechta verantwortet den sozialwissenschaftlichen Teil, der sich mit der Akzeptanz von in vitro produzierten Fischlebensmitteln und den wirtschaftlichen Umsetzungschancen beschäftigt.

Das 2020 in Berlin gegründete Start-up Bluu Seafood hat mit Fischstäbchen und Fischbällchen bereits erste zellbasierte Fischprodukte zur Marktreife gebracht.

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Für zahlreiche Arten von Lebewesen wird die Klimakrise zu Umweltbedingungen führen, die sie nicht überleben können. Anders könnte es Mikroalgen ergehen, wie jetzt eine Studie des GEOMAR Helmholtz Zentrums für Ozeanforschung Kiel, der Universität Würzburg und der Universität von East Anglia (UEA) ergeben hat. Demnach können die Einzeller sich mithilfe einer lichtgetriebenen Protonenpumpe an Nährstoffmangel anpassen, wie er in sich erwärmenden Meeren zu erwarten ist.

Rhodopsin wirkt als Protonenpumpe

Im Fachjournal Nature Microbiology berichtet das Forschungsteam, dass es sogenanntes Phytoplankton näher untersucht hat, im Wesentlichen Mikroalgen. Normalerweise benötigen Algen viel Eisen, um Sonnenlicht nutzen zu können, doch das ist in nährstoffarmen Regionen der Meere knapp. Gut ein Drittel der Meeresoberfläche verfügt über zu wenig Eisen, um Algen beim Wachsen zu unterstützen. Bei den Kieselalgen entdeckten die Forschenden jedoch, dass die Mikroorganismen einen speziellen Mechanismus entwickelt haben, um ohne Eisenbedarf aus Sonnenlicht Energie für ihren Stoffwechsel zu gewinnen.

Anstelle der üblichen Photosynthese nutzen sie ein Protein namens Rhodopsin, verwandt mit jenem, das im menschlichen Auge vorkommt. Bestimmte Rhodopsine können Protonen durch die Zellmembran pumpen, wodurch die Zelle das Molekül ATP bilden kann. ATP ist der universelle Energieträger aller Zellen und auch eines der Hauptprodukte der Photosynthese.

Klimarobuster Anfang der Nahrungskette

Untersuchungen der Rhodopsine der Kieselalgen ergaben, dass diese Proteine selbst im kalten Südpolarmeer effektiv funktionieren. „Dank der lichtbetriebenen Protonenpumpe können diese Algen in nährstoffarmen Oberflächenmeeren besser gedeihen als erwartet“, berichtet Thomas Mock. Dass mit dem Klimawandel immer weniger Nährstoffe aus der Tiefe an die Oberfläche gelangen, ist für Kieselalgen somit bedeutungslos.

Umso mehr Bedeutung hat dieser Prozess für Ökosysteme und Klima: Mikroalgen bilden die Basis des gesamten marinen Nahrungsnetzes, von Krill über Fische bis hin zu Pinguinen und Walen. Ginge der Bestand der Mikroalgen infolge der Klimakrise drastisch zurück, hätte das massive Folgen für das Leben in den Meeren. Außerdem entziehen Algen der Atmosphäre Kohlendioxid, um aus dem darin enthaltenen Kohlenstoff ihre Biomasse aufzubauen.

Mögliche Anwendungen in der Biotechnologie

Denkbar wäre nun außerdem, diesen neuen Prozess der Energiegewinnung genetisch genau zu entschlüsseln und dann in mikrobielle Zellfabriken zu übertragen. „Diese Maschinerie kann in der Biotechnologie eingesetzt werden, um die Produktivität von Mikroben zu steigern, die kein Licht nutzen können, wie beispielsweise Hefe“, erläutert Mock. Das beträfe unter anderem die Herstellung von Insulin und Antibiotika, aber auch von Biokraftstoffen und Enzymen für Industrieprozesse.

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For numerous species of living organisms, the climate crisis will lead to environmental conditions that they will not be able to survive. Microalgae could fare differently, as a study by GEOMAR Helmholtz Centre for Ocean Research Kiel, the University of Würzburg and the University of East Anglia (UEA) has now shown. According to the study, the unicellular organisms can adapt to nutrient deficiencies, such as those to be expected in warming seas, with the help of a light-driven proton pump.

Rhodopsin acts as a proton pump

In the journal Nature Microbiology, the research team reports that they have studied so-called phytoplankton, essentially microalgae. Normally, algae need a lot of iron to be able to use sunlight, but this is scarce in nutrient-poor regions of the oceans. A good third of the ocean surface has too little iron to support algae growth. In the case of diatoms, however, the researchers discovered that the microorganisms have developed a special mechanism to obtain energy for their metabolism from sunlight without the need for iron.

Instead of the usual photosynthesis, they use a protein called rhodopsin, related to the one found in the human eye. Certain rhodopsins can pump protons through the cell membrane, enabling the cell to produce the molecule ATP. ATP is the universal energy carrier of all cells and also one of the main products of photosynthesis.

Climate resilient bottom of the food chain

Studies of the rhodopsins of diatoms revealed that these proteins function effectively even in the cold Southern Ocean. "Thanks to the light-driven proton pump, these algae can thrive better than expected in nutrient-poor surface seas," Thomas Mock reports. The fact that, with climate change, less and less nutrients reach the surface from the depths, thus, has no consequences for diatoms.

This process is all the more important for ecosystems and climate: microalgae form the basis of the entire marine food web, from krill to fish to penguins and whales. If the population of microalgae were to decline drastically as a result of the climate crisis, this would have massive consequences for life in the oceans. Moreover, algae extract carbon dioxide from the atmosphere in order to build up their biomass from the carbon it contains.

Possible applications in biotechnology

It would now also be conceivable to decode this new process of energy generation genetically in detail and then transfer it to microbial cell factories. "This machinery can be used in biotechnology to increase the productivity of microbes that cannot use light, such as yeast," explains Mock. This would apply, among other things, to the production of insulin and antibiotics, but also biofuels and enzymes for industrial processes.

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Der Potsdam Science Park im Ortsteil Golm entwickelt sich immer stärker von einem Wissenschaftscampus zu einem dynamischen Innovationsökosystem. Das wurde einmal mehr bei der diesjährigen Potsdam Science Park Conference
(PSP Conference 2023) deutlich. Das zweitägige Event hatte am 9. und 10. Oktober rund 160 Gäste aus Wissenschaft, Wirtschaft und Verwaltung in das Fraunhofer Conference Center gelockt. Mit vielfältigen Formaten wie Podiumsdiskussionen, Start-up Pitches und einem Science Slam bot die Konferenz spannende Einblicke in neuartige Lebensmittel- und Medizininnovationen. Zudem gab es viel Raum für Networking und persönlichen Austausch.

Organisiert wurde die PSP Conference vom Standortmanagement Golm GmbH und Potsdam Transfer der Universität Potsdam gemeinsam mit einer Vielzahl von Partnern aus Brandenburg. Auch die Informationsplattform bioökonomie.de zählte zu den Unterstützern der Konferenz und präsentierte sich vor Ort unter anderem mit dem Film: Das kann Bioökonomie!.

Megatrends im Lebensmittelsektor

Am ersten Konferenztag ging es um Lebensmittel der Zukunft und die prägenden Entwicklungen in der Branche. Dirk Vetter, Geschäftsführer und Mitgründer des Heidelberger Biotechunternehmens Perora GmbH, ging auf die Megatrends ein, die für Foodtech-Innovationen wichtig sind. Dazu zählte er neben der Digitalisierung auch das Thema Nachhaltigkeit, das für die Konsumentinnen und Konsumenten, aber auch für Wagniskapitelgeber und Fonds immer wichtiger werde. Der Trend zu veganem Essen habe zuletzt einen Dämpfer erlitten, sagte Vetter. „Die Umsätze vieler Marken stagnieren, weil es sich bei den veganen Produkten als schwierig herausstellt, die Leute zum regelmäßigen Kauf zu bewegen“, so Vetter.

Eine weitere Herausforderung für die Lebensmittelbranche komme aus der Arzneimittelindustrie: Immer mehr Menschen greifen auf „Abnehmspritzen“ mit dem Medikament Semaglutid zurück – da es den Appetit zügelt, werden perspektivisch auch weniger Lebensmittelprodukte eingekauft. „Langfristig wird sich die Lebensmittelindustrie an diesen Pharmatrend anpassen müssen, es müssen aber auch noch viele Daten dazu gesammelt und ausgewertet werden“, so Vetter.

Neuartige Lebensmittel auf dem Präsentierteller

In einer von der Radiojournalistin Julia Vismann moderierten Session stellten Akteure von vier Start-ups spannende Food-Innovationen vor. Fabian Machens von Ordinary Seafood erläuterte, wie sein Start-up auf dem Potsdam Science Park vegane Lachs- und Thunfisch-Alternativen entwickelt und vertreibt. Die Produkte bestehen aus verarbeiteten Soja- und Erbsenprotein. Zusätzlich setzt das Team auf Präzisionsfermentation. Machens stellte auch ein veganes Garnelen-Produkt aus der Ordinary-Seafood-Pipeline vor. „Unsere King Shrimps werden mit einem neuartigen Protein umkapselt, das aus ihnen in Sachen Geschmack und Haptik eine qualitativ hochwertige vegane Alternative macht“. 

The Potsdam Science Park in the Golm district is increasingly developing from a science campus into a dynamic innovation ecosystem. This became clear once again at this year's Potsdam Science Park Conference (PSP Conference 2023). The two-day event attracted around 160 guests from science, business and administration to the Fraunhofer Conference Center on 9 and 10 October. With diverse formats such as panel discussions, startup pitches and a science slam, the conference offered exciting insights into novel food and medical innovations. There was also plenty of space for networking and personal exchange.

The PSP Conference was organised by Standortmanagement ("location management") Golm GmbH and Potsdam Transfer of the University of Potsdam together with a large number of partners from Brandenburg. The information platform bioökonomie.de was also one of the supporters of the conference and presented itself on site with, among other things, the film: Bioeconomy can do that! ("Das kann Bioökonomie!")

Megatrends in the food sector

The first day of the conference was about food of the future and the formative developments in the industry. Dirk Vetter, CEO and co-founder of the Heidelberg-based biotech company Perora GmbH, addressed the megatrends that are important for foodtech innovations. In addition to digitalisation, he also mentioned the topic of sustainability, which is becoming increasingly important for consumers, but also for venture capitalists and funds. The trend towards vegan food has recently suffered a damper, Vetter said. "Sales of many brands are stagnating because it is proving difficult to get people to buy vegan products on a regular basis," Vetter said.

Another challenge for the food industry comes from the pharmaceutical industry: more and more people are taking "weight loss injections" with the drug semaglutide - since it curbs the appetite, fewer food products will be purchased in the future. "In the long term, the food industry will have to adapt to this pharmaceutical trend, but a lot of data still has to be collected and evaluated," says Vetter.

Innovative food on the presentation plate

In a session moderated by radio journalist Julia Vismann, players from four start-ups presented exciting food innovations. Fabian Machens from Ordinary Seafood explained how his start-up develops and sells vegan salmon and tuna alternatives at the Potsdam Science Park. The products consist of processed soy and pea protein. In addition, the team relies on precision fermentation. Machens also introduced a vegan shrimp product from the Ordinary Seafood pipeline. "Our king shrimp are encapsulated with a novel protein that makes them a high-quality vegan alternative in terms of taste and feel."

Für die Herstellung biobasierter Produkte werden bisher vor allem zucker- und stärkebasierte Rohstoffe verwendet, die als Reststoffe in der Landwirtschaft oder Lebensmittelproduktion anfallen. Die Nutzung dieser pflanzlichen Rohstoffquellen ist jedoch mit hohen Umweltkosten in Bezug auf Landnutzung, Energie- und Ressourcenverbrauch verbunden. Im dreijährigen EU-Projekt CAFIPLA haben Forschende unter Beteiligung des Deutschen Biomasseforschungszentrums (DBFZ) nun ein neues Verfahren entwickelt, das weitgehend biogene Abfälle aus Haushalten zur Herstellung von Plattformchemikalien sowie zur Faserrückgewinnung nutzt.

Biogene Hausabfälle statt Agrarreststoffe

Der Anteil biogener Haushaltsabfälle an der Ausgangsbiomasse beträgt demnach mindestens 80 %. Dazu wurde ein neuer Ansatz zur Vorbehandlung der Biomasse etabliert. Das Verfahren mit dem Namen „CAFIPLA LOOP“ wurde in einer Pilotanlage im südbelgischen Teneville realisiert. Hier kann nasse und trockene Biomasse parallel fermentiert beziehungsweise zu Faserstoffen verarbeitet werden. Um Biomasse in Biochemikalien, Bioprodukte, Futtermittel und andere Biomaterialien umzuwandeln, werden eine Carbonsäureplattform (CAP) und eine Faserrückgewinnungsplattform (FRP) kombiniert.

Bessere Biomasseverwertung durch Kombiverfahren

Das Prinzip: Der „nasse Weg“ fermentiert die Biomasse. Anschließend wird der Gärrest gepresst und filtriert, wobei eine Flüssigkeit entsteht. Dieses Konzentrat dient wiederum als Ausgangsstoff für die Produktion von Bioplastik, mittelkettigen Milchsäuren und mikrobiellem Protein. Die dabei anfallenden kurzkettigen Carboxylsäuren können gleichzeitig zu einem mikrobiellem Proteinpulver für Nahrungs- und Futtermittelzusätze und Dünger weiterverarbeitet werden. Über den „trockenen Weg“ werden schließlich auch die Faserrückstände des Gärrestes sowie zerkleinerte Grün- und Papierabfälle als Zuschlagstoff für biogene Verbandstoffe, Isolier- und Dämmmaterialien nutzbar gemacht.

Standards abfallbasierter Produkte gewährleisten

Forschende am DBFZ haben zudem einen sogenannten EU-Potential-Atlas entwickelt, der Biomassen rund um die Pilotanlage kartiert und quantifiziert. Das interaktive Tool zeigt, wo und welche Biomassen hohes Potenzial haben und wie ihre mengenmäßige Entwicklung ist. Auch die Verwertungskette der Biomassequelle wurde hinsichtlich sozio-ökonomischer Aspekte untersucht. Die Forschenden kommen zu dem Ergebnis, dass insbesondere die sich stetig ändernde Gesetzgebung in der EU, aber auch einzelner Regionen, eine schnellere Etablierung neuer Verwertungspfade von Bioabfällen behindert. Das CAFIPLA-Team plädiert daher für Zertifizierungsverfahren, um die Einhaltung von Standards abfallbasierter Produkte zu gewährleisten und so für mehr Akzeptanz in der Bevölkerung zu sorgen.

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Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung des International Institute of Applied Systems Analysis (IIASA) kommt in der Studie, die in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht wurde, außerdem zu dem Schluss, dass die Wiederaufforstung von Flächen, die von der Viehzucht verschont bleiben, wenn Fleisch- und Milchprodukte durch pflanzliche Alternativen ersetzt werden, zusätzliche Vorteile für das Klima und die biologische Vielfalt mit sich bringen könnte, wodurch sich der Nutzen für das Klima mehr als verdoppeln und der künftige Rückgang der Integrität der Ökosysteme bis 2050 halbiert werden würde. Die wiederhergestellte Fläche könnte bis 2030 bis zu 25% des geschätzten weltweiten Bedarfs an Landwiederherstellung ausmachen.

Die Studie wurde vom IIASA unabhängig und in Zusammenarbeit mit der Alliance Bioversity International & CIAT sowie USAID durchgeführt und bezog Forscher von Impossible Foods - einem Unternehmen, das pflanzliche Ersatzprodukte für Fleisch entwickelt - als potenziellen Nutzer der Daten ein, um die Relevanz sicherzustellen und diese Lücke in der bestehenden Literatur zu schließen. 

Die Veröffentlichung in Nature Communications finden Sie hier.

An international research team led by the International Institute of Applied Systems Analysis (IIASA) also concludes in the study, published in the journal Nature Communications, that restoring land spared from livestock production when meat and dairy products are replaced with plant-based alternatives could provide additional climate and biodiversity benefits, more than doubling climate benefits and halving future declines in ecosystem integrity by 2050. The restored area could contribute up to 25% of the estimated global land restoration needs by 2030.

The research was conducted independently by IIASA in partnership with the Alliance Bioversity International & CIAT and USAID, and involved researchers from Impossible Foods - a company developing plant-based substitutes for meat - as potential users of the data to ensure relevance and fill this gap in the existing literature.

The publication in Nature Communications can be found here.

Moore sind nicht nur Lebensraum für Tiere und Pflanzen. Sie sind vor allem ein wichtiger CO₂-Speicher und damit klimarelevant. Jahrzehntelang wurden die nassen Flächen für die Landgewinnung systematisch trockengelegt, so dass ihr Anteil hierzulande auf 5 % geschrumpft ist. Inzwischen sind der Schutz und die Renaturierung von Mooren erklärte Ziele der Bundesregierung und seit 2022 in der Nationalen Moorschutzstrategie fest verankert. Die Wiedervernässung und Nutzung der Flächen als Paludikultur ist ein Weg, trockengelegte Moore wieder zu CO₂-Speichern zu machen und sie gleichzeitig weiterhin landwirtschaftlich nutzen zu können. Dazu werden nicht nur geeignete Pflanzen wie Schilf oder Rohrkolben benötigt, sondern auch ausreichend Saatgut für den Anbau von Torfersatzsubstraten. Mit dem Torfmoos (Sphagnum) gibt es einen Kandidaten, der nicht nur auf Moorböden gut gedeiht, sondern auch den klimaschädlichen Torfabbau reduzieren kann.

Torfmoose dezentral produzieren

Im Verbundprojekt MOOSstart wollen Forschende deshalb in den kommenden drei Jahren einen kostengünstigen Bioreaktor für die dezentrale Produktion und Vermehrung von Torfmoos-Saatgut entwickeln. Die Grundlagen dafür wurden im Vorgängerprojekt MOOSzucht gelegt. Bei der Entwicklung des Low-Cost-Bioreaktors geht es vor allem darum, das Verfahren an die neuen Bedingungen anzupassen und damit praxistauglich zu machen.

Geeignete Torfmoose mittels DNA-Barcoding finden

Mit Hilfe von DNA-Barcoding sollen regional geeignete Torfmoose genetisch charakterisiert, selektiert und in Feldversuchen getestet werden. Erste Testläufe des neuen Bioreaktors sollen in einem niedersächsischen Produktionsbetrieb stattfinden. Da sich das im Bioreaktor produzierte Saatgut in seiner Struktur deutlich von den bisher verwendeten zerkleinerten Torfmoosen unterscheidet, muss auch die Ausbringungstechnik angepasst werden.

Ausbau von Torfmoosen in Paludikultur

Ziel des Verbundprojektes ist es, den großflächigen Anbau von Torfmoosen in Paludikultur voranzutreiben, um den Einsatz von fossilem Torf zu beenden und gleichzeitig die Verfügbarkeit von hochwertigen Substratrohstoffen für den Erwerbsgartenbau zu sichern. Gleichzeitig soll durch die Steigerung der Produktivität und der Erträge der Anreiz für Landwirte erhöht werden, Torfmoose anzubauen. Das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft fördert das Projekt MOOSstart. Beteiligt sind Forschende der Universität Greifswald, der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg und der Hochschule Anhalt sowie die Niedersächsische Rasenkulturen NIRA GmbH & Co. KG als Praxispartner.

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Zahlreiche Umwelteinflüsse und genetische Anlagen der einzelnen Sorten entscheiden darüber, wie viel Ertrag Nahrungspflanzen bringen. Dabei ist jedoch auch wichtig, in welcher Entwicklungsphase der Pflanze die jeweiligen Umwelteinflüsse wirken. In bestimmten Zeitfenstern können Kälte, Hitze, Dürre oder auch Starkregen besonders viel Schaden anrichten und den Ertrag minimieren. Bislang jedoch war es mit großem Aufwand verbunden, diese Zusammenhänge zu identifizieren – denn sie unterscheiden sich von Sorte zu Sorte.

Daten von 220 Sorten aus drei Jahren ausgewertet

Forschende der Humbold-Universität Berlin haben nun ein statistisches Verfahren entwickelt und diese Fragen für Winterweizen beantwortet. Allein in Deutschland werden Hunderte Weizensorten angebaut. Für 220 davon haben die Forschenden Anbaudaten von sechs Standorten und aus drei Jahren analysiert und dabei Bodenbedingungen, Wetterbedingungen sowie Korn- und Ährenanzahl ausgewertet. Kombiniert mit Wachstumsmodellen ergaben sich so 81 kritische Zeitfenster, in denen ein bestimmter Umweltfaktor den Ertrag besonders stark beeinflusst.

Einige dieser Zusammenhänge waren aus anderen Forschungsarbeiten bekannt und konnten so die Plausibilität der neuen Methode belegen. Andere Zusammenhänge jedoch waren neu und könnten die weitere Züchtung und Anbaupraxis beeinflussen. Beispielsweise steuert die Nachtkälte vor der Blüte die Korngröße; Niederschläge erhöhen auch noch nach der Blüte die Ährenzahl; und in der späten Kornfüllungsphase bestimmt die Intensität der Sonnenstrahlen, wie schwer die reifen Körner werden.

Auch Hinweise auf Resistenzen gefunden

„Wir haben nicht nur neue sensitive Zeitfenster entdeckt, sondern auch Stressresistenzen in bestimmten Sorten“, betont Tsu-Wei Chen von der HU Berlin. Dadurch könnte die Pflanzenzüchtung besonders robuste Sorten identifizieren, die auch unter widrigen Umwelteinflüssen stabile Erträge liefern. Gerade angesichts der Klimakrise wird das immer bedeutsamer. Nicht zuletzt kann die Forschung die neuen statistischen Modelle nutzen, um präziser zu prognostizieren, wie sich die erwarteten Klimaänderungen auf die Getreideerträge auswirken werden.

„Unsere Ergebnisse eröffnen neue Forschungsfelder für die Zukunft und werfen auch zahlreiche unbeantwortete Fragen auf. Zum Beispiel müssen wir untersuchen, welche physiologischen Prozesse und Mechanismen die Sensitivität regulieren und welche genetischen Regionen und Gene damit verbunden sind“, erklärt der Forscher. Details der Studie hat das Team im Fachjournal Nature Plants veröffentlicht.

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Pflanzen brauchen Stickstoff und Phosphor für ihr Wachstum. Ein Mangel an diesen Nährstoffen schadet nicht nur den Pflanzen, sondern mindert auch den Ertrag. In der konventionellen Landwirtschaft wird deshalb Kunstdünger eingesetzt, der Umwelt und Ökosystemen schadet. Hinzu kommt: Phosphor ist ein knappes Gut. Wie also können Ressourcen geschont, das Klima geschützt und gleichzeitig die Nahrungsmittelproduktion gesichert werden? Hier setzt das Forschungsprojekt zirkulierBAR an. Ziel ist es, Nährstoffe wie Phosphor und Stickstoff, die durch Anbau von Nahrungsmitteln der Umwelt entzogen werden, der Landwirtschaft im Sinne einer nachhaltigen, regionalen Kreislaufwirtschaft wieder zuzuführen und damit die Vision einer Sanitär- und Nährstoffwende umzusetzen. Das Projekt wird vom Leibniz-Institut für Gemüse- und Zierpflanzenbau geleitet und vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen der Fördermaßnahme REGION.innovativ gefördert.

Recyclingdünger aus Urin und Kot

Im Rahmen des Projektes entstand auf dem Gelände der Kreiswerke Barnim GmbH die bundesweit erste Aufbereitungsanlage, die menschliche Ausscheidungen in Dünger und Kompost umwandelt. Mitte Oktober fand die feierliche Eröffnung statt. In einer Urinaufbereitungsanlage und einem sogenannten Humusregal werden menschliche Exkremente aus Trockentoiletten recycelt.

So entsteht aus Urin ein flüssiger Stickstoffdünger, der weitere wichtige Pflanzennährstoffe in hoher Konzentration enthält und in seiner Wirkung mit synthetischen Mineraldüngern vergleichbar ist. Die Fäkalien werden wiederum in einem Humusregal zu Humuskompost aufbereitet, der reich an Phosphor und organischen Substanzen ist. Dieser Recyclingkompost kann wiederum als Dünger eingesetzt werden, um den Humusaufbau in sandigen oder ausgelaugten Böden zu verbessern. Eine Studie hat bereits gezeigt, dass Dünger aus menschlichem Urin im Gemüseanbau ebenso gute Ergebnisse erzielt wie etablierte Dünger für den ökologischen Landbau.

Reallabor für Forschende und Unternehmen

„Diese Anlage zeigt, wie innovativ und praxisnah Kreislaufwirtschaft sein kann und dass Kreislaufwirtschaft auf den unterschiedlichsten Ebenen funktioniert“, sagte Michael Kellner, Parlamentarischer Staatssekretär im Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK), beim Festakt.

Die Anlage in Eberswalde ist daher ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg zu einer regionalen Kreislaufwirtschaft. Zugleich ist sie ein Reallabor für Forschende und Unternehmen. „Mit dem Recyclingdünger von zirkulierBAR kann man die hohe Produktivität in der Landwirtschaft beibehalten und zugleich Energie, Wasser und wertvolle Rohstoffe einsparen. Dass es möglich ist, wissen wir – aber wie genau, das wird ab heute hier in Eberswalde, in der deutschlandweit ersten Anlage zur Herstellung von Dünger aus menschlichen Ausscheidungen erforscht“, so Tobias Dünow, Staatssekretär im Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kultur des Landes Brandenburg (MWFK) bei der feierlichen Eröffnung.

Testbetrieb bis 2024

In der neuen Eberswalder Forschungsanlage können jährlich rund 200 Kubikmeter Feststoffe aus Trockentoiletten und 100 Kubikmeter getrennt gesammelter Urin zu Forschungs- und Versuchszwecken aufbereitet werden. Der Testbetrieb der Anlage soll zunächst bis 2024 laufen und wird wissenschaftlich begleitet. „Um erfolgreiche Lösungen für die vielfachen gesellschaftlichen Herausforderungen zu erarbeiten, müssen wir gemeinsam alle gesellschaftlichen Akteurinnen und Akteure an einen Tisch holen. ZirkulierBAR ist das beste Beispiel für ein gelungenes transdisziplinäres Projekt“, so Nicole van Dam, wissenschaftliche Direktorin am IGZ.

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Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) investiert im Rahmen einer neuen Fördermaßnahme rund 50 Millionen Euro in die innovative, technik- und methodenoffene Pflanzenzüchtungsforschung. Das Ziel ist, eine verlässliche, klimarobuste Versorgung mit hochwertigen, gesunden und sicheren Nahrungsmitteln gewährleisten zu können.

Neben der konventionellen Züchtung sind ausdrücklich auch alle Neuen Züchtungstechniken ­– etwa der Einsatz der Genschere CRISPR-Cas – eingeschlossen. Die Maßnahme mit dem Titel „Moderne Züchtungsforschung für klima- und standortangepasste Nutzpflanzen von morgen“ richtet sich gezielt an Verbünde aus Wissenschaft und Wirtschaft, vornehmlich Kleine und Mittlere Unternehmen (KMU). Zudem können sich Nachwuchsforschende um eine Förderung bewerben. Die Bewerbungsfrist ist der 31. Januar 2024 (siehe weitere Informationen unten).

Schub für Pflanzenzüchtungsforschung in Deutschland

„Neue Züchtungstechniken sind eine riesige Chance, Pflanzen effizient, zielgerichtet und sicher zu züchten. Mit unserer neuen Forschungsförderung wollen wir die Züchtung klimaangepasster und ertragreicher Nutzpflanzen voranbringen. Dafür investieren wir 50 Millionen Euro in den nächsten vier Jahren“, so Bundesforschungsministerin Bettina Stark-Watzinger in einer BMBF-Pressemitteilung.

The Federal Ministry of Education and Research (BMBF) is investing around 50 million euros in innovative plant breeding research that is open to technology and methods as part of a new funding measure. The aim is to be able to guarantee a reliable, climate-resistant supply of high-quality, healthy and safe food.

In addition to conventional breeding, all new breeding techniques – such as the use of the CRISPR-Cas gene scissors – are explicitly included. The measure entitled "Modern breeding research for climate- and site-adapted crops of tomorrow" is aimed specifically at alliances from science and industry, primarily small and medium-sized enterprises (SMEs). In addition, young researchers can apply for funding. The application deadline is 31 January 2024 (see further information below).

Boost for plant breeding research in Germany

"New breeding techniques are a huge opportunity to breed plants efficiently, purposefully and safely. With our new research funding, we want to advance the breeding of climate-adapted and high-yielding crops. To this end, we are investing 50 million euros over the next four years," said Federal Research Minister Bettina Stark-Watzinger in a BMBF press release.

Es ist die jährliche Mega-Veranstaltung zur Synthetischen Biologie: Zum 20. Mal kommen vom 2. bis 5. November Tausende junge Forschende, Start-ups, Investoren, Politiker und Journalisten aus der ganzen Welt zum Grand Jamboree des iGEM-Wettbewerbs 2023 zusammen. In Paris konkurrieren in diesem Jahr rund 400 Hochschulteams um Gold-, Silber- und Bronzemedaillen sowie zahlreiche weitere Auszeichnungen, darunter sind 19 deutsche Teams (siehe unten).

Der iGEM-Wettbewerb (international genetically engineered machine competition) ist so etwas wie eine jährliche akademische Bioingenieurs-WM: Studierende der Biowissenschaften arbeiten etwa ein Semester lang an einem anwendungsbezogenen Projekt aus dem breiten Feld der Synthetischen Biologie. Zur Lösung eines Problems werden biologische Systeme aus sogenannten Biobricks – modularen biologischen Bauteilen – entwickelt, die am Ende in eine zentrale Sammlung der iGEM-Foundation eingehen. Beim Jamboree und mittels eines Projekt-Wiki werden die Vorhaben der Teams präsentiert und dann von einer Jury begutachtet.

Umzug von Boston nach Paris

Nachdem das Grand Jamboree viele Jahre in der iGEM-Keimzelle im US-amerikanischen Boston stattgefunden hatte, ist das Event 2022 in die französische Metropole Paris umgezogen. Die Veranstalter versprechen sich vom Paris Expo Porte de Versailles ein hinreichend großes Messegelände für die stetig wachsende Zahl an Teilnehmenden, das für alle Nationalitäten unkompliziert zugänglich und zugleich mit Nachhaltigkeit verbunden ist.

Auch mit Blick auf den Wettbewerb gab es Veränderungen. So führte schon die Pandemie zu einer Regelung, die es den Teams seit 2020 ermöglicht, auch ohne eigene Laborarbeit teilzunehmen. Verworfen wurde eine Veränderung aus dem Jahr 2022: Teams müssen nun wieder im Vorfeld ihr Projekt in einem Video vorstellen. Dadurch bleibt vor Ort mehr Zeit für den direkten Austausch mit der Jury, die Teilnehmenden können ihre Präsentation auf Englisch optimieren, und nicht zuletzt kann sich die Jury mit dem Thema im eigenen Tempo auseinandersetzen.

Zahlreiche deutsche Teams am Start

An immer mehr Hochschulen in Deutschland sind in den vergangenen Jahren iGEM-Projektgruppen entstanden, die vielfach als Module in die Ausbildung integriert sind. Die deutschen Teams zählen konstant zu den Spitzenreitern des Wettbewerbs, 2016 räumte das Team München sogar den Gesamtsieg ab. Allerdings sind in der deutschen iGEM-Community das Konzept und das Grand Jamboree als Abschluss-Event nicht unumstritten. Hohe Teilnahmegebühren und Reisekosten, eine Großveranstaltung, bei der die Leistung der einzelnen Teams oft untergeht, unzureichender Schutz des geistigen Eigentums - das sind nur drei von mehreren Kritikpunkten. Team Göttingen hat daher für dieses Jahr beschlossen, nicht an iGEM teilzunehmen und denkt über alternative Formate nach.

2023 werden 19 deutsche Teams an den Start gehen. bioökonomie.de gibt den Überblick:

It is the annual mega-event for synthetic biology: for the 20th time, thousands of young researchers, start-ups, investors, politicians and journalists from all over the world will come together from 2 to 5 November for the Grand Jamboree of the iGEM 2023 competition. This year, around 400 university teams will be competing in Paris for gold, silver and bronze medals as well as numerous other awards, including 19 German teams (see below).

The iGEM competition (international genetically engineered machine competition) is something like an annual academic bioengineering world championship: bioscience students work for around a semester on an application-related project from the broad field of synthetic biology. In order to solve a problem, biological systems are developed from so-called biobricks - modular biological components - which ultimately end up in a central collection of the iGEM Foundation. The teams' projects are presented at the Jamboree and via a project wiki and then assessed by a jury.

Relocation from Boston to Paris

After the Grand Jamboree had been held for many years in the iGEM hotbed in Boston, USA, the event moved to the French metropolis of Paris in 2022. The organisers hope that Paris Expo Porte de Versailles will provide a sufficiently large exhibition centre for the ever-growing number of participants, which is easily accessible for all nationalities and is also associated with sustainability.

There have also been changes to the competition. For example, the pandemic led to a regulation that has allowed teams to take part since 2020 even without their own laboratory work. A change from 2022 was rejected: teams must now once again present their project in a video in advance. This leaves more time on site for a direct exchange with the jury, the participants can optimise their presentation in English and, last but not least, the jury can deal with the topic at their own pace.

Numerous German teams are competing

More and more universities in Germany have set up iGEM project groups in recent years, many of which are integrated into the curriculum as modules. The German teams are consistently among the frontrunners in the competition,with the Munich team even taking overall victory in 2016. However, the concept and the Grand Jamboree as the final event are not without controversy in the German iGEM community. High participation fees and travel costs, a large event where the performance of the individual teams is often overlooked, insufficient protection of intellectual property - these are just three of several points of criticism. Team Göttingen has therefore decided not to take part in iGEM this year and is considering alternative formats.

19 German teams will be competing in 2023. bioökonomie.de provides an overview:

Wetterextreme wie Dürren und Überschwemmungen haben in der Landwirtschaft allein im Jahr 2018 Schäden in Höhe von rund 770 Mio. Euro verursacht. Betroffen ist auch eine der wichtigsten Nahrungspflanzen – der Weizen. Um die Ernährung auch in Zukunft zu sichern, müssen Pflanzen widerstandsfähiger werden. In einem von der Leibniz-Gemeinschaft geförderten Verbundprojekt haben Forschende das Zusammenspiel von Weizenpflanzen und den sie besiedelnden Mikroorganismen genauer untersucht.

Das Projekt VolCorn wurde vom Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) koordiniert und von der Leibniz-Gemeinschaft im Rahmen des Leibniz-Wettbewerbs 2019 mit rund einer Million Euro gefördert. Beteiligt waren das Leibniz-Institut für Gemüse- und Zierpflanzenbau (IGZ), das Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) und das Deutsche Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv).

Zusammenspiel von Mikroorganismen und Weizenpflanze

Die Forschenden gingen davon aus, dass die Gemeinschaft der Mikroorganismen, die in den Blättern und Wurzeln der Pflanzen siedeln, für den Weizen ähnlich wichtig ist wie Mikroorganismen für das Immunsystem des menschlichen Körpers – und damit auch Einfluss auf Stresssituationen hat, die durch den Klimawandel ausgelöst werden. Im Fokus der Untersuchungen standen flüchtige organische Substanzen, sogenannte VOCs, die eine entscheidende Rolle bei der Abwehr von Stressfaktoren spielen und von der Pflanze zur Kommunikation mit der Mikrobiota genutzt werden.

Im Labor wurden daher Veränderungen im Stoffwechsel von Weizenpflanzen untersucht und gleichzeitig mit systembiologischen Methoden die Veränderungen in der Mikrobiota bestimmt. Dabei zeigte sich zum einen, dass Überschwemmungen und Dürren nicht nur das Wachstum und den Ertrag von Weizen reduzieren. Auch die Mikrobiota in Wurzeln und Blättern verändert sich. Vor allem in den frühen Wachstumsphasen siedeln sich den Forschenden zufolge vermehrt pathogene Mikroben an, sodass die Pflanze unter Stress anfälliger für Krankheiten wird.

Veränderte Mikrobiota kurbelt Stoffwechsel an

Gleichzeitig stellte das Team fest, dass sich bei Überschwemmungen auch vermehrt nützliche Bakterien im Wurzelraum ansiedeln, welche die Nährstoffaufnahme und Vitaminversorgung der Pflanze fördern. Parallel dazu stellt die Weizenpflanze ihren Stoffwechsel um, damit sie die Stickstoffversorgung und den Stoffwechsel aufrechterhalten kann. Wie das Team herausfand, spielt dabei die Aminosäure Alanin eine zentrale Rolle. „Vermutlich stellt die veränderte Mikrobiota dann vermehrt unterstützende Vitamine zur Verfügung, um den geschwächten Weizen-Stoffwechsel im Wurzelraum zu unterstützen“, erklärte Projektkoordinator Steffen Kolb vom ZALF.

Wichtige Erkenntnisse für die Pflanzenzüchtung

Werden Weizenpflanzen von Schädlingen befallen, beeinflusst dies wiederum die Bildung flüchtiger organischer Substanzen, die der Stressabwehr dienen. „Die Erkenntnisse aus dem vielschichtigen Antwortverhalten der Weizenpflanze und ihrer Mikrobiota sind für die Züchtung klimaresistenter Weizensorten von großer Bedeutung und werden neue Wege zu einem systematischen Management der Mikroorganismen in der landwirtschaftlichen Pflanzenproduktion eröffnen. Wir hoffen, dass wir Mikroben und deren pflanzenförderliche Eigenschaften in Zukunft gezielt anreichern können und so Weizenpflanzen widerstandsfähiger gegenüber dem Klimawandel machen können, zum Beispiel gegen Überflutungsstress“, so Kolb.

bb