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Das Bundeskabinett hat die Latte beim Thema Innovation hochgelegt. „Bis 2025 wollen wir den Anteil von Forschung und Entwicklung am Bruttoinlandsprodukt von 3% auf 3,5% steigern“, sagte Bundesforschungsministerin Johanna Wanka bei der Vorstellung der offiziellen Bilanz zu zehn Jahren Hightech-Strategie der Bundesregierung. Der Bericht „Forschung durch Fortschritt und Innovation“ wurde am 29. März durch das Bundeskabinett beschlossen. Demnach liegt die Bundesrepublik gemessen an der Zahl an Patenten pro Einwohner weit vor Forschungsweltmeister USA. Auch bei den Forschungspublikationen belegen heimische Wissenschaftler Spitzenplätze und hinsichtlich der F&E-Ausgaben sei man unter den Top-5 weltweit. „"Wenn wir Deutschlands Stellung als Innovationsführer und Exportweltmeister behalten und ausbauen wollen, müssen wir bereit sein, noch stärker in Forschung und Innovation zu investieren“, erklärte Wanka. Die Bioökonomie als Treiber einer biobasierten, nachhaltigen Wirtschaft dürfte hier künftig eine wichtige Rolle spielen. Man arbeite „an einem Blueprint einer Agenda Biologisierung“, sagte die Forschungsministerin.

Forschungsgipfel mit Fokus Innovationskultur

Einen Tag vorher hatte der Stifterverband der Deutschen Wissenschaft und der Wissenschaftsakademie Leopoldina prominente Redner aus Wissenschaft, Wirtschaft und Politik zum Forschungsgipfel 2017 unter dem Motto „Aufbau einer Innovations- und Wagniskultur“ geladen. Kanzleramtsminister Peter Altmaier stellte hier öffentlich die Frage, „ob wir neben der Digitalen Agenda auch eine Agenda Biotechnologie brauchen.“ Nach der Digitalisierung sei der Bereich der Biotechnologie der nächste große Innovationstreiber der deutschen Volkswirtschaft. BMBF-Staatssekretär Georg Schütte bestätigte auf dem Spitzentreffen, dass es Gespräche zu einer Agenda Biologisierung gebe. Noch gibt es jedoch keine offiziellen Angaben darüber, wie eine solche Agenda konkret aussehen wird. 

Without a doubt, salmon is one of the most popular edible fish of all. Ever more and bigger salmon farms and aquacultures are being build to manage the demand – but not without risk for the environment. For years, Chile has been ranked second behind Norway in the list of key salmon producers worldwide. The country produces approximately 820,000 tonnes of salmon with a total value of about five billion US dollars. How does this mass production affect the environment? German and Chilean scientists have investigated this question under the leadership of the Helmholtz Centre for Environmental Research (UFZ). They examined the dissolved organic compounds, which enter Chile's rivers from salmon farms, and have published a report in the journal Scientific Reports, warning that these substances are placing a huge strain on the ecosystems and are changing entire biological communities.

Chiles salmons are moving several times

Free salmons travel a long way over the course of their lives. The eggs are deposited in the gravel beds over the upper reaches of rivers. This is also where the young hatch and grow for a while in the clean, oxygen-rich water, before setting off towards the sea. The adult fish live in the sea, but swim upstream into rivers once again in order to reproduce.

The breeding farms have to take these patterns into account and provide different living conditions depending on the age of the fish. Therefore Chilean fish farmers have installed a few hundred hatcheries for the eggs and the youngest animals in the clear rivers. Slightly larger salmon live in cages in the lakes of the South American country, and the adults then move into similar accommodation anchored in the sea just off the coast.

Antibiotics in spring water

However, this salmon mass production has not been without an impact on the environment. The cages for the medium and larger fish leak excrement, food residue and other substances into the country’s seas and coastal waters. The companies also draw water from some of the extremely clean, natural rivers, only to reintroduce the freshly polluted water back into the river further downstream. "Completely turbid water is no longer allowed to re-enter the river," reports Norbert Kamjunke, a biologist at UFZ. Nevertheless, both the environment and people living close by are suffering.

The number of particles contained in the water must be below certain threshold values. However, there are no such regulations for dissolved substances. In fact, in an earlier study Kamjunke and his colleagues discovered that for every 50 tonnes of farmed salmon around 40 tonnes of dissolved organic substances end up in the rivers.

These substances, which are grouped together as Dissolved Organic Matter (DOM), include the liquid excretions of the salmon, dissolved residues of food, as well as disinfectants and antibiotics.

Organic substance affect ecosystem

The researchers studied the DOM content above and below four Chilean aquacultures and took samples from sections of the river both upstream and downstream of the farms.

In general, natural sections of rivers contain less dissolved organic material, meaning that these areas are predominantly low in nutrients.
However, the introduction of waste water from the aquacultures changes this completely. In particular, much higher concentrations of carbohydrates, proteins and lipids are present downstream of the facilities. "But this changes the entire ecosystem," explains Norbert Kamjunke. The bacteria downstream of the facilities use up a large amount of oxygen to break down the dissolved organic matter. The resulting low oxygen concentrations are endangering many species that have adapted to life in clean flowing water.

Safety limits could protect the waters

An earlier study by the researchers from Magdeburg demonstrated that even under ideal conditions, such as high temperatures and low flow rates, bacteria had broken down the pollution only around 2.7 kilometres downstream of the facility.

The researchers therefore advocate the introduction of safety limits for the DOM concentrations entering the river. Moreover, they drew the conclusion that it is not advisable to install any further aquacultures on Chilean rivers. The authorities have already imposed a moratorium on new salmon farms in the country’s lakes. Operators are now considering the option of moving the farming of medium-sized salmon from the lakes to the rivers. "In theory that could work," believes Kamjunke. "But from an ecological perspective, it would not be a good idea."

jmr

Als eine Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhunderts eröffnet die Biotechnologie Innovationspotenziale für viele Branchen: die Ernährungs- und Landwirtschaft, die Medizin, die Chemie-, Kosmetik- und Pharmaindustrie. Die deutsche Biotechnologie-Branche ist eine dynamische und hochinnovative Szene, die mehrheitlich von kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) geprägt wird. Seit 2007 unterstützt das Bundesminsterium für Bildung und Forschung (BMBF) anwendungsbezogene Forschungs- und Entwicklungsprojekte im Mittelstand mit der Fördermaßnahme „KMU-innovativ: Biotechnologie – BioChance“. Punkten kann das Format mit seiner Themenbreite sowie flexiblen, an die Herausforderungen der Branche angepassten Rahmenbedingungen.

Breites Themenspektrum gefördert

Zum zehnjährigen Jubiläum wird mit der neuen Broschüre „Innovation durch Biotechnologie“ Bilanz gezogen. Für die Unterstützung von rund 260 Einzel- und Verbundvorhaben wurden mehr als 230 Mio. Euro Fördermittel bereitgestellt. Inhaltlich decken die Projekte das gesamte Spektrum der Biotechnologie und Life Sciences ab. Sie befassen sich mit der Entwicklung neuer Therapien und Diagnostika, mit Forschungswerkzeugen für die Bioanalytik, der industriellen Biotechnologie bis hin zu innovativen Züchtungsverfahren im Agrarsektor.

Ein breites Bündnis aus Verbänden zum Thema Landwirtschaft, Umwelt- und Naturschutz, Tierschutz und Entwicklungspolitik wirbt für eine Neuausrichtung der EU-Agrarpolitik. Hintergrund für den Start der Initiative ist ein Dialogangebot von der EU: Agrarkommissar Phil Hogan hat Anfang Februar eine Bürgerbefragung zur Zukunft der Gemeinsamen Agrarpolitik nach 2020 gestartet. Bis Anfang Mai haben alle Einwohner der Europäischen Union die Chance, ihre Stimme abzugeben, wie die derzeit rund 60 Milliarden Euro Agrar-Subventionen künftig verteilt werden sollen. Die Ergebnisse sollen in die Vorschläge zur Weiterentwicklung der EU-Agrarpolitik einfließen, die Hogan Ende 2017 vorlegen muss.

Um sich in diesem Dialog für eine nachhaltige Landwirtschaft einzusetzen, haben die Umweltverbände BirdLife Europe, das Europäischen Umweltbüro der WWF die Initiative "LivingLand" angestoßen. Die Initiative wirbt europaweit für einen Umbau der EU-Agrarpolitik. In Deutschland engagieren sich in ihr unter anderem der BUND, der Deutsche Naturschutzring (DNR), der NABU und der WWF Deutschland.

Naturverträglicher Wirtschaften

„LivingLand“ setzt sich für eine zukunftsfähige Ernähungs- und Landwirtschaftspolitik  in Europa ein. Die Intensivierung der Landwirtschaft als Konsequenz der bisherigen EU-Förderpolitik führe zum drastischen Rückgang der biologischen Vielfalt, heißt es auf der Webseite. Gerade das europäische Naturerbe sowie das Klima bekämen die Auswirkungen der nicht-ökologischen Landwirtschaft zu spüren. 

Eine nachhaltige und zukunftsfähige Landwirtschaft müsse gesund und fair für alle sein, mit kurz- und langfristigem Nutzen für alle Menschen, einschließlich der Landwirte, und für die Natur, wird in einer Mitteilung des NABU betont. Landwirte, die naturverträglich wirtschaften und somit der Gesellschaft einen Dienst erweisen, sollen eine Perspektive haben. Dafür brauche es faire Preise, aber auch eine attraktive Förderung konkreter Leistungen durch die Europäische Union. Pauschale Zahlungen pro Hektar müssten ersetzt werden durch eine gezielte Förderung von Maßnahmen im Natur- und Umweltschutz sowie durch Investitionen in einen nachhaltigen Umbau des gesamten Agrar- und Ernährungssystems.

Bereits 200 Unterstützer aus ganz Europa

LivingLand soll als Bündnis eine Stimme mit deutlich mehr Gewicht werden. Im Rahmen der laufenden Bürgerbefragung haben sich bereits 200 Unterstützer an der Initiative beteiligt. Unter den Unterstützern befinden sich Umweltverbände aus ganz Europa sowie große deutsche Unternehmen wie Alnatura oder der Kosmos-Verlag. Außerdem haben sich viele kleine und mittelständische Unternehmen registrieren lassen ebenso wie verschiedenste Organisationen aus den Bereichen Ernährung, Kosmetik, Wissenschaft, Medien und Tourismus. Noch spätestens bis Ende April sind alle interessierten Verbände und Unternehmen dazu aufgerufen, sich der LivingLand-Initiative anzuschließen. So könne dann auf die Vorschläge des EU-Agrarkommissars entscheidend Einfluss genommen werden.

jmr/pg

Die Nutzung von Reststoffen ist ein zentraler Punkt in der Nachhaltigkeitsstrategie der Bundesregierung. Abfallprodukte wie Frittenfett, Orangenschalen, Olivenblätter oder Holzschnitzel sind somit geeignete Kandidaten, um erdölbasierte Stoffe etwa bei der Werkstoffherstellung zu ersetzen. Nun wollen Wissenschaftler der Fraunhofer-Institute für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik (UMSICHT) sowie für Holzforschung (WKI) die bei der Zuckerherstellung anfallenden Reststoffe der Zuckerrübe für neue Anwendungen untersuchen. Im Fokus stehen Rübenschnitzel, die in riesigen Mengen alljährlich bei Ernte und Verarbeitung anfallen.

Rübenschnitzel für neue Verbundstoffe prüfen

Bisher werden Rübenschnitzel, zum Teil auch zu Pellets gepresst, hierzulande als Futtermittel oder Biogassubstrat verwendet. In dem vom Land und der EU geförderten Projekt "Werkstoffentwicklung auf Basis von Rübenschnitzeln für marktrelevante Anwendungen" (WeRümA) wollen die Fraunhofer-Forscher mit Partnern aus Landwirtschaft und Industrie neue Produktionskonzepte und Anwendungen entwickeln, bei denen Zuckerrübenschnitzel in Verbundwerkstoffen eingesetzt werden können. WeRümA gehört zu einem der 15 Projektverbünde, die sich erfolgreich an der zweiten Runde des Leitmarktwettbewerbs "NeueWerkstoffe.NRW" beworben hatten. Der Verbund wird vom Land Nordrhein-Westfalen und dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) unterstützt.

Das süße Abfallprodukt hat den Vorteil, dass es äußerst energie- und ressourceneffizient hergestellt werden kann, da in Zuckerfabriken Kraft-Wärme-Kopplung zur Energieerzeugung eingesetzt und Abwärme sehr effizient als Energiequelle wieder genutzt wird. Allerdings unterscheiden sich Rübenschnitzel im Vergleich zu anderen Pflanzenfasern oder Agrarprodukten wie Stärke oder Holz in ihrer Zusammensetzung stark. Während Cellulose, Hemicellulose und Pektine in ausreichenden Mengen vorhanden sind, ist der Lignin-Anteil eher gering. Das wiederum hat eine veränderte Verfahrensführung bei der Verarbeitung zur Folge.

Mulchfolien für die Landwirtschaft

In „WeRümA“ sollen daher sämtliche Fragen zur Verfahrenstechnik, Rezepturentwicklung sowie Prüfung der hergestellten Verbundwerkstoffe, hinsichtlich ihrer Machbarkeit – vom Rohstoff bis zum Endprodukt– beantwortet werden. Mithilfe thermomechanischer Verfahren wollen die Wissenschaften an der Konditionierung der Zuckerrübenschnitzel arbeiten. Während die UMSICHT-Forscher die Möglichkeiten des Einsatzes in Kunststofffolien wie Mulchfolien für die Landwirtschaft untersuchen, erforschen die WKI-Forscher, ob Rübenschnitzel auch in sogenannten Wood-Polymer-Composites, also Verbundwerkstoffen, verwendet werden.

bb

Das Supermaterial Spinnenseide als Werk- und Inhaltsstoff für die Medizin, die Textilindustrie und für die Kosmetik verfügbar machen - das ist das Ziel des Biotechnologie-Unternehmens Amsilk. Das Start-up aus Martinsried hat Bakterien zu winzigen Fabriken für das Spinnenseideprotein umfunktioniert. Die Mikroben stellen den begehrten Eiweißstoff nun in großen Mengen her. Aus dem auf diese Weise entstandenen weißen Pulver können die Bioingenieure sogar Fasern spinnen. Das reißfeste und extrem belastbare Material namens „Biosteel“ eignet sich auch wegen seiner antibakteriellen Eigenschaften für den Einsatz in Hochleistungstextilien. Auch der Sportartikelhersteller Adidas nutzt die Amsilk-Hightech-Faser schon. Im November 2016 präsentierte der Sportartikelkonzern mit Amsilk den weltweit ersten Sneaker, dessen Obermaterial zu 100% aus dem synthetischen, veganen Seiden-Biopolymer besteht und biologisch abbaubar ist.

Weltkosmetikmesse als Bühne

Nun feiert das Martinsrieder Biotechnologie-Unternehmen erneut eine Weltpremiere. Auf der Londoner Weltkosmetik-Fachmesse "in-cosmetics Global" will die Amsilk gemeinsam mit ihrem Partner, der Ocean Pharma GmbH aus dem schleswig-holsteinischen Reinbek, den ersten Nagellack aus Spinnenseiden-Proteinen vorstellen. Das Produkt wird unter dem Namen "Skinicer Oxyperm" vermarktet.

Wasserabweisend, aber atmungsaktiv

Herkömmliche Nagellacke dichten in der Regel den Nagel so ab, dass kein Sauerstoff durchkommt. Die synthetisch hergestellten Seidenproteine bilden dagegen im Nagellack einen atmungsaktiven Schutzfilm, so dass ein wasserdampf- und sauerstoffdurchlässiger Lack entsteht. Diese Sauerstoff-Durchlässigkeit schützt nicht nur vor der Bildung von Schadstoffen. Sie verhindert auch, dass sich die Nägel verfärben. Obendrein wird durch die Wasserdurchlässigkeit der Allgemeinzustand der Nägel verbessert.

Lack enthält auch Mikroalgenwirkstoffe

Die Wirkung der Amsilk-Biopolymere wird im neuen Nagellack durch den von Ocean Pharma entwickelten Mikroalgenwirkstoff Spiralin noch verstärkt. Die Substanz wirkt keimhemmend, antiviral und zellregenerierend. Zudem soll "Skinicer Oxyperm" nicht nur atmungsaktiv, sondern auch frei von Lösungsmitteln und vor allem geruchlos sein. Aufgrund seiner pflegenden Inhaltsstoffe ist der neuartige Nagellack laut Herstellerangaben selbst für empfindliche und brüchige Nägel geeignet.

bb

Gesunde Kost in Form probiotoscher Tiernahrung ist ein Weg, um den umstrittenen Antibiotikaeinsatz in der Tierhaltung zu minimieren. Erst vor Kurzem hatte der Futtermittelspezialist Evonik ein probiotisches Geflügelfutter vorgestellt. Nun wollen der deutsche Pharmakonzern Boehringer Ingelheim und der dänische Enzymhersteller Novozymes ein Bündnis zur Entwicklung probiotischen Tiernahrung schließen. Die strategische Zusammenarbeit wurde am 30. März bekanntgegeben. Sie umfasst die Entwicklung und Vermarktung von Probiotika, die von der Geflügelindustrie vor allem für die Ernährung der Küken genutzt werden soll.

Trink-Probiotika für Küken

Probiotika bestehen aus nützlichen Mikroorganismen, die dem Futter beigemengt werden. Sie stabilisieren die Darmflora der Tiere, verbessern deren Gesundheit und beschleunigen zudem deren Wachstum. Damit können sie zumindest teilweise die Aufgabe der wachstumsfördernden Antibiotika übernehmen. Deren Einsatz wird derzeit – auch politisch forciert – überall zurückgefahren, um die für die menschliche Gesundheit problematischen Antibiotikaresistenzen von Krankheitserregern in den Griff zu bekommen. Teil der Vereinbarung ist auch Floramax. Dieses bestehende probiotische Produkt von Novozymes wird künftig von Boehringer weltweit vertrieben. Floramax wird den Küken über das Trinkwasser angeboten.

Nachhaltigkeit verbessern

„Durch die engen Bande Boehringer Ingelheims mit Großproduzenten erhält Novozymes wertvollen Zugang zu neuen Vertriebskanälen und Kunden, von denen viele nach nachhaltigen Alternativen zu Antibiotika suchen“, sagte Susanne Palsten Buchardt, Vizepräsidentin Animal Health & Nutrition bei Novozymes.

Boehringer Ingelheims Sparte Animal Health ist eigenen Angaben zufolge die Nummer zwei in der Welt im Bereich Tiergesundheit. Von den 50.000 Angestellten des Pharmakonzerns arbeitet ein Fünftel für diese Sparte. Zuletzt wurde dieser Bereich durch einen Tausch von Geschäftsbereichen mit Sanofi ausgebaut. Boehringer gab sein Endkundengeschäft mit nicht-verschreibungspflichtigen Humanarzneimitteln ab und erhielt dafür Merial, Sanofis Tiergesundheitsgeschäft. 59% des Umsatzes macht Boehringer mit Produkten für Haustiere wie Hunde und Pferde, 41% mit Produkten für die Tierzucht.

ml

Die Genomschere CRISPR-Cas gehört zu den aufregendsten Entwicklungen der molekularen Biotechnologie der vergangenen Jahre. Forschern an den Hochschulen und außeruniversitären Forschungseinrichtungen steht es frei, dieses Präzisionswerkzeug zu verwenden. Anders sieht es bei der wirtschaftlichen Nutzung aus: Hier müssen die Unternehmen Lizenzen von den Einrichtungen erwerben, die jeweils ihre Innovationen patentiert haben. Nun hat sich auch der Chemiekonzern BASF Lizenzen vom Broad Institute des Massachusetts Institute of Technology (MIT) und der Harvard-Universität in Boston gesichert. In dem seit Jahren schwelenden Streit um Patente für CRISPR-Cas hatte das Bostoner Forschungsinstitut Mitte Februar dieses Jahres einen wichtigen Etappensieg errungen.

CRISPR-Cas verändert die Spielregeln

„Die CRISPR-Cas9-Technologie verändert die Spielregeln im Bereich der Genombearbeitung“, sagt Peter Eckes. Er ist Präsident der Pflanzenforschung bei BASF Bioscience Research, die er seit Anfang 2015 von Triangle Park in North Carolina (USA) aus führt. Auch Issi Rozen, Chief Business Officer am Broad Institute, bestätigt: „Diese Technologie eröffnet transformative Anwendungsmöglichkeiten in der Genomeditierung für die Wissenschaft. CRISPR-Cas ist für die angewandte Forschung im Gesundheitswesen bis hin zur Landwirtschaft von großem Nutzen.“

Auch Bayer hat bereits Lizenzen erworben

Bereits im September 2016 hatte der inzwischen von Bayer übernommene US-Konkurrent Monsanto (USA) ein ähnlich gelagertes Lizenzabkommen geschlossen. Casebia, das gemeinsame Genome-Editing-Start-up von Bayer und CRISPR Therapeutics, konzentriert sich auf die Anwendung in drei therapeutischen Feldern. Geht das Einsatzgebiet aber perspektivisch über den medizinischen Einsatz hinaus, zum Beispiel in Richtung Landwirtschaft, hat die Bayer AG alleinigen Zugriff auf jene Produkte. CRISPR Therapeutics besitzt im Gegenzug die Exklusivnutzungsrechte für alle medizinischen Therapien ab Produkt Nummer vier. Casebias Arbeit basiert auf den Patenten von Genome-Editing-Pionierin Emmanuelle Charpentier, der Universität Wien und der Universität Berkeley in Kalifornien. Dieses Patentpaket steht in Konkurrenz mit dem des Broad-Institutes. In der Frage, welches der beiden Patente die entscheidende Basis für den Einsatz der Genomeditierungstechnologie in eukaryotischen Zellen bildet, steht es derzeit unentschieden. In den USA entschieden die Richter jüngst im Sinne des Broad-Institutes, das Europäische Patentamt Ende März hingegen im Sinne von Charpentier und den Universitäten Wien und Berkeley.

ml/jmr

The government – the Finnish Ministry of Employment and the Economy were key actors – published a bioeconomy strategy in May 2014 (The Finish Bioeconomy Strategy – sustainable growth from bioeconomy). According to this, the bioeconomy is already of enormous economic importance in Finland: it accounts for 16% of the gross domestic product (GDP) and is mainly generated by the following sectors: agriculture, forestry, food and chemistry. Finland focuses primarily on the utilisation of biomass for a wide range of applications.

With the Natural Resource Strategy published in 2009, the Sitra innovation fund, controlled by the Finnish parliament, has presented the bioeconomy as an important foundation for future Finnish prosperity. The abundance of natural resources such as forests represents an important competitive advantage and enables the country to advance the sustainable use of raw materials.

Various activities in the country have promoted a bioeconomy for several years. For example, the Finnish Bioeconomy Cluster, established in 2007, aims to contribute to sustainable bio-based solutions such as wood-based textiles and to bring together the players involved. 40 million euros were already made available in an initial funding program in the period from 2008 to 2013. The Landmarks Program (2010-2014), on the other hand, supports approaches that strengthen local value creation.

Roggen (Secale cereale L.) gehört zu den Süßgräsern und der darin enthaltenen Gruppe der Triticeae, zu der auch der Brotweizen und die Gerste gehören. Unter den Getreidearten besticht der Roggen besonders durch seine Frostfestigkeit und mit seinen hohen Ernteerträgen trotz nährstoffarmer Böden oder Trockenstress. Für die Landwirtschaft besteht daher ein großes Interesse, die besonderen genetischen Eigenschaften des Roggens auch auf Weizen und Gerste zu übertragen. Forscher der Technischen Universität München und des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung in Gatersleben (IPK) haben nun das Roggengenom entschlüsselt. Sie berichten in der Fachzeitschrift „The Plant Journal“.

Wichtige Ressource für genombasierte Züchtungen

Die veröffentlichte Roggensequenz schließt eine Lücke in der Getreideforschung. "Lange Zeit lag keine Sequenz des Roggengenoms vor, während die Genome der verwandten Getreidearten Gerste und Weizen in den vergangenen Jahren entschlüsselt und der Öffentlichkeit zur Verfügung gestellt wurden“, sagt Eva Bauer, die am Lehrstuhl für Pflanzenzüchtung der TU München arbeitet und Erstautorin der Studie ist. Die neue Genomsequenz eröffne eine wichtige Ressource für vergleichende Genomanalysen und damit für die genombasierte Präzisionszüchtung verbesserter Getreidesorten. "Das Roggen-Genom ist ein unverzichtbares Werkzeug für die Aufklärung der Biologie und Evolution der wichtigen Triticeae-Arten mittels vergleichenden Genomanalysen“, betont Uwe Scholz, Leiter der Forschergruppe Bioinformatik am Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung in Gatersleben.

Der Roggen als Vorbild für andere Getreidesorten

Unter allen Vertretern der Süßgräser besitzt der Roggen das größte diploide Genom – also einen doppelten Chromosomensatz. Sein Genom zeichnet sich außerdem durch eine große Anzahl hochrepetitiver Sequenzen aus.

Durch die vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unterstützte Genom-Sequenzierung steht der genetische Code des Roggens zukünftig der landwirtschaftlichen Nutzung und Züchtung zur Verfügung. Das genetische Material von Roggen ist bereits in vielen Weizensorten enthalten. Dadurch erhoffen sich die Wissenschaftler die besonders positiven Eigenschaften des Roggens, wie die Frost- und Trockenheitsresistenz, in naher Zukunft durch Präzisionszüchtung auch auf Weizen und Gerste übertragen zu können.

jmr

Die Hälfte des in der gesamten Vegetation der Erde gespeicherten Kohlenstoffs steckt in den Tropenwäldern. Um so schlimmer sind die Auswirkungen der Abholzung der Wälder: jedes Jahr werden so etwa 1.000 Millionen Tonnen Kohlendioxid freigesetzt. Doch oft wird der Wald nur stückweise gerodet und dadurch in kleinere Flächen "fragmentiert". Wie Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) und der University of Maryland im Fachjournal „Nature Communications“ berichten, werden durch diese Fragmentierung der Tropenwälder zusätzliche 340 Millionen Tonnen Kohlenstoff pro Jahr freigesetzt. Die Forscher plädieren deshalb dafür, diesen bislang vernachlässigten Effekt in Zukunft in den Berichten des Weltklimarates IPCC zu berücksichtigen.

Ungünstiges Mikroklima am Waldrand vermehrt CO₂ Ausstoß

Das Forscher-Team um Andreas Huth und Rico Fischer vom UFZ untersuchte im Rahmen der Helmholtz-Allianz „Remote Sensing and Earth System Dynamics“, welche Folgen das Zerschneiden der Wälder für den Kohlenstoffkreislauf und das globale Klima hat. „Wir wissen schon länger, dass nicht nur der komplette Verlust von Regenwäldern den Klimawandel verschärfen kann“, erklärt Huth. Denn die bloße Zerschneidung eines größeren Waldgebietes in mehrere kleine verändert bereits die Kohlenstoffbilanz.

Aus früheren Studien ist bekannt, dass am Rande eines Tropenwaldes ungefähr doppelt so viele Bäume pro Jahr absterben wie im Inneren eines ungestörten Tropenwaldes. Das liegt vor allem an dem ungünstigeren Mikroklima am Rand des Waldes, welches bis zu 100 Metern in das Innere der Wälder reicht. Am Waldrand fehlen also nicht nur die Bäume und Pflanzen um anfallendes Treibhausgas zu binden, sondern durch den vermehrten mikrobiellen Abbau abgestorbener Bäume entsteht auch noch zusätzliches Kohlenstoffdioxid.

Die Tropenwälder in 50 Millionen Fragmenten

Um herauszufinden wie stark die Waldrand-Kohlenstoffmenge die gesamte Klimaentwicklung beeinflusst, untersuchten die Forscher zuerst wie viele zusätzliche Tropenwaldränder der Mensch weltweit geschaffen hat. Dafür erstellten sie aus Satellitenbildern Karten, die mit einer hohen Auflösung die Waldbedeckung der gesamten Tropen zeigen. Anschließend entwickelten sie eine Software um die Tropenwaldfragmente auszuzählen und deren Ränder zu vermessen.

Das erstaunliche Ergebnis: mittlerweile liegen 19% aller Tropenwälder der Erde höchstens hundert Meter von einem Waldrand entfernt. Mit anderen Worten - ein Fünftel der Tropenbäume existiert in einem ungünstigen Mikroklima. „Diese starke Fragmentierung geht eindeutig auf das Konto des Menschen“, sagt Rico Fischer. Global gesehen ist der Mensch sogar für 84% der gesamten Tropenwald-Fragmentierung verantwortlich.

Insgesamt zerfallen die Tropenwälder der Erde mittlerweile in etwa 50 Millionen Fragmente mit einer Gesamtlänge der tropischen Waldränder von fast 50 Millionen Kilometer.Diese langen ausgedehnten Waldränder produzieren demnach zusammen etwa ein Drittel des Kohlenstoffdioxides zusätzlich zu dem was durch die Rodung ohnehin freigesetzt wird.
Huth schlussfolgert daraus: „Die Fragmentierung spielt also eine sehr wichtige Rolle im globalen Kohlenstoffkreislauf. Trotzdem wird dieser Effekt in den Berichten des Weltklimarates IPCC bisher gar nicht berücksichtigt“. Die Forscher plädieren dafür das künftig zu ändern. Denn für einen wirksamen Klimaschutz genügt es nicht nur Kahlschläge zu verhindern, auch die Fragmentierung der Wälder muss aufgehalten werden.

jmr

Die fodjan GmbH entstand 2014 aus einem Team von vier Gründern an der HTW Dresden. Der Trend zum Smart Farming in der Landwirtschaft ist ungebrochen - immer mehr Unternehmen entdecken den Markt für sich. Das Dresdner Start-up hat sich hierbei auf das digitale Futtermanagement von Milchkühen spezialisiert. Über eine eigens dafür entwickelte Software wird den Landwirten ein ortsunabhängiges „Smart feeding“ ermöglicht. Dadurch, so das Versprechen von fodjan, lassen sich die Futterkosten reduzieren, die Effizienz des Betriebes steigern und gleichzeitig die Tiergesundheit verbessern.

Amsilk GmbH is the world’s first industrial supplier of synthetic silk biopolymers and aims to make the new uber-material available for use in medical or technical products as well as cosmetics. The Martinsried-based start-up engineered bacteria to produce the spider silk polymer. Those microbes are now producing the coveted proteins in large quantities. Using this white protein powder the bioengineers even manage to produce synthetic fibres. Due to its antibacterial properties, the extremely durable material called “biosteel” is especially useful for high-performance materials. In fact, the sporting goods manufacturer Adidas is already using Amsilk’s high-tech fibres. In November 2016 Adidas and Amsilk presented the world’s first running shoe with a surface material consisting of 100% synthetic, vegan silk biopolymers that is also completely biodegradable.

Introducing the new product on an international stage

At the global cosmetic trade show in-cosmetics Global in London Amsilk and Ocean Pharma GmbH will present another world’s first: the first breathable nail polish made of functional silk biopolymers called “skinicer® OXYPERM”.

Water-repellent yet breathable

Conventional nail polishes seal off the nails from an external oxygen supply. The special formula of the new nail polish however creates a breathable and protective film allowing for water vapour and oxygen permeability. Especially the nail health will benefit from these properties: the oxygen permeability will prevent nail discoloration, while the water permeability will improve the overall wellbeing of the nail.

Silk biopolymers combined with microalgae

These remarkable properties are based on the broad therapeutic spectrum of Ocean Pharma’s patented active extract from microalgae, Spiralin®, which is naturally antibacterial, antiviral and cell regenerative. Moreover, “Skinicer Oxyperm” will not just be highly breathable, but also solvent-free and odourless. Due to its innovative ingredients the nail polish is furthermore hailed as extremely gentle and even suitable for especially sensitive and fragile nails.

jmr

Wiesen und Weiden von Schweden bis Portugal haben eines gemein: sie werden oft zu intensiv bewirtschaftet. Die Artenvielfalt leidet am meisten darunter. Wissenschaftler aus ganz Europa arbeiten jetzt in einem Großprojekt gegen diesen Trend. Unter der Leitung der Universität Hohenheim analysieren sie Graslandböden vom Norden Schwedens bis hin zu den portugiesischen Azoren. Die Ergebnisse sollen die Ökologieforschung voranbringen und Empfehlungen für Politik und Landwirte ermöglichen.

Grasländböden werden mittels Düngung zu Ackerflächen

Die Idylle sattgrüner Wiesen trügt oftmals. Frank Rasche, Agrarökologe an der Universität Hohenheim erklärt: „Je grüner eine Wiese, desto höher die Wahrscheinlichkeit, dass sie intensiv gedüngt wird. Das führt aber dazu, dass die Artenvielfalt auf und im Boden zurückgeht.“ Gerade die Artenvielfalt – oder Biodiversität – ist aber äußerst wichtig für ein gesundes Ökosystem. Dies gilt besonders für Graslandböden. Doch aus wirtschaftlichen Gründen werden immer mehr Weideflächen für den Ackerbau verwendet, was oftmals den Einsatz von Dünger und Pflanzenschutzmitteln mit sich bringt – mit unabsehbaren Folgen für die pflanzliche und mikrobielle Biodiversität.

Eine vielfältige Aussaat hilft dem Ökosystem

Hier setzt Rasche gemeinsam mit einem internationalen Konsortium an: „Es muss möglich sein, durch die Aussaat möglichst vielfältiger und standortangepasster Pflanzen zu erreichen, dass eine gesunde Wechselwirkung zwischen Pflanzen und Boden stattfindet. So ist der Nährstoffhaushalt ausbalanciert, der Boden ist gesund, Bodenleben und Artenvielfalt werden gefördert, und die Fläche kann weiterhin wirtschaftlich für Viehhaltung genutzt werden – und das am besten ganz ohne chemische Hilfsmittel.“

Bodenproben von Schweden bis zu den Azoren

Als ersten Schritt untersuchen die Forscher dazu was einen gesunden Boden überhaupt ausmacht. Also nehmen sie Bodenproben an Standorten in Schweden, Deutschland, der Schweiz, Portugal und auf den Azoren, die dann unter Berücksichtigung auf die unterschiedlichen Klima- und Bodenbedingungen auf diverse bodenökologische Aspekte hin untersucht werden. Jeder Vorgang wird genauestens dokumentiert und später zu einem Handbuch zusammengestellt. Daran sollen sich künftig Forschungseinrichtungen in ganz Europa orientieren können, um den Stand der Artenvielfalt von Pflanzen und Bodenmikroorganismen in Grasländern beobachten und einschätzen zu können.

Landwirte und die Politik beraten

Seit Februar 2017 läuft das dreijährige Projekt, das die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) mit knapp 500.000 Euro fördert. Weitere knapp 1,2 Millionen Euro stammen aus Töpfen von Mittelgebern der jeweiligen Partnerländer. Bei dem Projekt handelt es sich zwar um Grundlagenforschung, doch mit einem ausgesprochen praxisbezogenem Ziel: das neugewonnene Wissen soll künftig der Politik auf nationaler und europäischer Ebene als Entscheidungsgrundlage dienen. Zusätzlich soll das Projekt wirtschaftliche Anreize offenlegen, die Grasländer zu erhalten. Langfristig könnte von den Ergebnissen des Projektes auch die Bioökonomie profitieren, sagt Rasche: „So könnte man zum Beispiel aufgrund unserer Erkenntnisse Saatgutmischungen für Grasländer oder biologische Düngemittel entwickeln und vermarkten, die dem Erhalt nachhaltig bewirtschafteter Grasländer dienlich sind.“

jmr

Ionenkanäle sind Proteine, die wie feine Poren in die Membran von Zellen integriert sind und dort als Molekülschleusen agieren. Beim Kontakt mit verschiedenen Substanzen öffnen oder schließen sich die Ionenkanäle und lassen Ionen passieren. Man kann diese Reaktion sichtbar machen, indem man den Stromfluss durch die Zelle vor und nach der Zugabe des Wirkstoffs misst.

Zahlreiche Medikamente beeinflussen die Porenproteine direkt oder indirekt, was sich wiederum auf die Zellen auswirkt. Verfahren, die die Aktivität von Ionenkanälen exakt vermessen können, sind sehr gefragt in der Pharmaforschung – sowohl in Wissenschaft und Industrie. Genau hier liegt die Spezialität der Nanion Technologies GmbH aus München: Als Hightech-Gerätehersteller hat sich das 2002 von Niels Fertig gegründete Unternehmen auf Messsysteme spezialisiert, mit denen sich die Aktivität von Ionenkanälen in Zellen schnell, automatisiert und im Hochdurchsatz studieren lässt.

Patch-Clamp-Verfahren automatisiert

Die Messinstrumente von Nanion basieren auf der sogenannten Patch-Clamp-Methode. Dem heutigen Nanion-Geschäftsführer Fertig gelang es noch an der Ludwig-Maximilians-Universität München, die einst sehr aufwendige elektrophysiologische Methode zu vereinfachen und in hohem Maße parallel ablaufen zu lassen. Er nutzte dazu Biochips, auf denen sich winzige Sensoren und Verstärkerelektronik befinden. Bringt man auf diese Apparatur Zellen auf, sind in diesen Mikroreaktoren schnelle, automatisierte Untersuchungen von elektrischen Strömen durch die Ionenkanäle der Zellen möglich.

Daraus ging ein automatisiertes Patch-Clamp-System hervor, mit denen man die elektrischen Ströme von acht Zellen gleichzeitig messen kann. Mit diesem System eroberte Nanion ab 2007 den Markt. Im Jahr 2013 wurde es durch das SyncroPatch-384PE-System als wichtigstes Produkt abgelöst. Hierbei handelt sich um eine flexible Roboterplattform, auf der hunderte Mikroreaktoren für Hochdurchsatzanalysen kombiniert sind. Die Plattform der neuesten Generation ermöglicht inzwischen Analysen von Wirkstoffkandidaten mit einem Durchsatz von über 20.000 Substanzen pro Tag.

Pharmawirkstoffe im Hochdurchsatz analysieren

Deshalb sind Technologien wie die von Nanion interessant für Pharmaunternehmen, die Wirkstoffbibliotheken mit Millionen Substanzen nach dem besten Kandidaten für ein neues Medikament durchsuchen wollen. Nanion zählt mittlerweile 80 Mitarbeiter weltweit. In den USA, China und Japan wurden Tochterunternehmen aufgebaut. Zu den Kunden gehören nahezu alle der Top-20-Pharmaunternehmen der Welt. Aber auch akademische Technologiezentren und Service-Einheiten von Universitäten aus allen Teilen der Welt fragen die Roboterplattform nach. Für die Entwicklung des Systems wurden die Forscher von Nanion 2007 und 2014 für den Deutschen Zukunftspreis des Bundespräsidenten nominiert und zählten jeweils zu den Finalisten.

Künstliche Ionenkanäle einzeln vermessen

Gleich zwei durch die Fördermaßnahme „KMU-innovativ“ geförderte Projekte waren für Nanion wegweisend für die Entstehung einer neuen Gerätefamilie, die unter dem Namen „Orbit“ firmiert. Hervorgegangen ist diese und das Start-up Ionera Technologies GmbH, das heute die Consumables für die Geräte herstellt, aus den KMU-innovativ-Projekten „Poly-Ephys“ von 2008 bis 2011 und „SyntHTEphsys“ von 2014 bis 2016 (Förderung: zusammen 750.000 Euro). Anders als bei der Untersuchung von Zellen geht es hier darum, Ionenkanäle in künstlicher Umgebung herzustellen und elektrophysiologisch zu vermessen. Deshalb wurde ein Ionenkanal-Messsystem geschaffen, das mit Lipidmembranen in Reaktionsgefäßen im Labor arbeitet. Ein solches System ist insbesondere als Werkzeug für die akademische Ionenkanal-Forschung interessant, wenn es darum geht, Ionenkanäle künstlich im Labor nachzubauen und ihre Funktion zu studieren.

„Ohne die KMU-innovativ-Förderung hätten wir dieses risikohafte, aber vielversprechende Projekt seinerzeit definitiv nicht angefasst“, sagt Fertig. Seit dem Jahr 2014 ist die erste Generation der handlichen Orbit-Geräte nun auf dem Markt erhältlich und die Verkaufszahlen steigen stetig. Partner und Kunden aus Forschungseinrichtungen weltweit haben bereits auf der Basis der Technologie in renommierten Fachjournalen wie „Science“ und „Nature“ publiziert. Fertig ist überzeugt: „Hier zeigt sich, wie ein Nischenprodukt auf globaler Ebene sehr interessante Marktchancen eröffnen kann.“

Autor: Philipp Graf

Satellitendaten aus dem All eröffnen der Landwirtschaft völlig neue Wege zur Bodenerkundung. Industrie und Forschung haben das Potenzial der Daten erkannt und erste Bündnisse mit der Europäischen Raumfahrtbehörde ESA geschlossen. Mit dem Start des ESA-Satelliten Sentinel2B Anfang März ist das „Wächter-Quartett“ im All nun komplett. Die im Rahmen des Europäischen Erdbeobachtungsprogramms Copernicus entwickelten Satelliten, zwei Radarsatelliten und zwei optische Satelliten mit multispektralen Kameras, werden nunmehr regelmäßig alle ein bis drei Tage die Erde umfliegen und noch präziser als bisher die gesamte Oberflächen vermessen und Daten zur Vegetation liefern.

Um die dabei anfallenden Daten für die Landwirtschaft optimal zu nutzen wird das Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen am Julius-Kühn-Institut in Braunschweig ein „Forschungszentrum für landwirtschaftliche Fernerkundung“ etablieren. „Wir fangen gerade erst an, das Potenzial dieser Datenfülle für unsere Fragestellungen zu erschließen und es laufen bereits jetzt schon die Planungen für die nächste Generation der Sentinel-Satelliten ab 2030“, sagt JKI-Forscher und FLF-Koordinator Holger Lilienthal.

Anlaufstelle für Politik und Fachinstitute

Das neue Institut sieht sich dabei als Ansprechpartner für die Politik als auch Anlaufstelle für andere Fachinstitute beim Thema Fernerkundung. „Viele interessante Forschungsergebnisse landen derzeit nach Beendigung eines Projektes in der Schublade, da die dafür zeitlich befristet eingestellten Personen nicht weiter finanziert werden können. Die Übertragung und Anwendung auf größere Regionen oder gar das gesamte Bundesgebiet findet nicht statt“, erklärt Lilienthal die Dringlichkeit es solchen Instituts.

Doppelt so viele mehr Daten als bisher

Sentinel-2B wird dabei mit dem Satelliten Sentinel-2A im Tandem zusammenarbeiten. Nunmehr können schneller und doppelt so viele Daten als bisher über die Erdoberflächenbedeckung geliefert werden. In einem zeitlichen Anstand von 50 Minuten wird das Duo unterschiedliche Details scannen und zu einem Gesamtbild zusammensetzen.

Die Kulturpflanzenforscher vom JKI wollen am neuen Fernerkundungsinstitut aus den Rohdaten der Satelliten nicht nur neue Fragestellungen  zum Thema Nutzpflanzen entwickeln. Auch Kooperationen mit anderen Einrichtungen sind geplant. So sollen Informationen zur Agrarstatistik an DeStatis, zur Agrarmeteorologie an den Deutscher Wetterdienst und zur Agrarökonomie dem Thünen-Institut bereitgestellt werden.

bb