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Outdoor-Kleidung, die vor Wind und Regen schützt oder Fassadenfarbe, die Schmutz abweist: Funktionalisierte Materialen wie diese, sind aus dem Alltag nicht mehr wegzudenken und sind Beispiele für eine erfolgreiche Forschung. Doch die Anforderungen an Materialen steigen ebenso wie die an deren nachhaltige Herstellung. Effiziente Werkzeuge liefert hierfür die Bioindustrie. Forscher des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Polymerforschung IAP in Potsdam und der BTU Cottbus-Senftenberg wollen mit Biobausteinen wie Peptiden, Enzymen und Zuckermolekülen den Kunststoffen neue Eigenschaften einverleiben und so deren Einsatzspektrum erweitern.

Kunststoffe mit Biobausteinen koppeln 

Das Projekt namens „BioPol - Biofunktionalisierung/Biologisierung von Polymermaterialien“ ist im Juli gestartet und wird vom Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kultur des Landes Brandenburg in den kommenden fünf Jahren mit 2,5 Mio. Euro unterstützt. „Der Einbau von Zuckermolekülen in Werkstoffe kann beispielsweise bewirken, dass Bakterien nicht mehr an der Oberfläche anhaften können. Simples Abwischen mit Wasser würde das Material wieder keimfrei machen“, sagt Projektleiter Johannes Ganster vom Potsdamer Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP. 

Neue Eigenschaften für verschiedene Anwendungen

Ziel des BioPol-Team ist es, Polymermaterialien mit neuen Eigenschaften für verschiedenste Anwendungen zu entwickeln. Neben den fachlichen Kompetenzen bietet das Verarbeitungstechnikum für Biopolymere auf dem BASF-Gelände in Schwarzheide, das vom Fraunhofer IAP seit 2013 in direkter Nachbarschaft zum Campus Senftenberg betrieben wird, beste Voraussetzungen für die Realisierung. 

Bessere Haltbarkeit durch biologisierte Oberflächen

Die Arbeit der Forscher zielt aber nicht nur auf die Entwicklung neuer biologisierter Oberflächen ab, sondern zudem auf eine längere Haltbarkeit der Materialen. „Neben antimikrobiellen Proteinen wollen wir auch Biomoleküle, die die Haftung erhöhen oder wasser- beziehungsweise ölabweisend sind, mit Polymermaterialien vereinen. Auch mit enzymatisch aktiven Oberflächen oder Enzymen, die die Bioabbaubarkeit von Materialien ermöglichen oder verbessern, entstehen für die Industrie hochinteressante Produkte“, erläutert Projektmitarbeiter Ruben Rosencrantz. 

bb

Ob Heuschnupfen, Erdbeer- oder Katzenhaarallergie: Immer mehr Menschen leiden unter Allergien. Nach einer Studie des Robert-Koch-Instituts sind in Deutschland etwa 30% der Erwachsenen und 20% der Kinder und Jugendlichen davon betroffen. Häufig leiden die Betroffenen sogar unter mehreren Allergien. Während chronischer Schnupfen mit Medikamenten recht gut behandelt werden kann, können sich Menschen, die auf Lebensmittel empfindlich reagieren, nur durch Verzicht schützen. Davon betroffen sind etwa drei bis vier Prozent der Erwachsenen und fünf Prozent der Kinder.  

Spezifische Allergene von Erdbeer- und Tomatensorten

Ein Team der Technischen Universität München hat nun das Allergiepotenzial verschiedener Erdbeer- und Tomatensorten genauer untersucht. Die Naturstoffforscher wollten wissen, welche Sorten weniger Allergene beinhalten, aber auch inwieweit Anbau- oder Zubereitungsmethoden dabei eine Rolle spielen. Wie die Wissenschaftler in den Fachjournalen „PlosOne“ und „Nutrients“ berichten, ist das Allergiepotenzial von der jeweiligen Sorte abhängig.

Allergene der Erdbeeren ähneln Birkenpollenallergen  

Frühere Studien zeigten bereits, dass es mehrere Proteine sowohl in Erdbeeren als auch in Tomaten gibt, die allergische Reaktionen auslösen können. Dazu zählen Proteine, die dem Hauptallergen aus Birkenpollen ähneln, und deshalb zu einer Birkenpollen-assoziierten Nahrungsmittelallergie führen können. Demnach reagieren 30% jener Menschen, die unter einer Birkenpollenallergie leiden, auch auf Erdbeeren empfindlich. Symtome wie gereizte Schleimhäute, Schnupfen oder gar Bauchschmerzen zeigen sich aber insbesondere, wenn Erdbeeren oder Tomaten frisch und nicht gekocht gegessen werden. 

Sorte bestimmt Allergiepotenzial 

Ein Team um Wilfried Schwab vom Lehrstuhl für die Biotechnologie der Naturstoffe an der TUM hat im Rahmen von zwei Studien nun wichtige allergieauslösende Proteine in den verschiedenen Erdbeer- und Tomatensorten quantifiziert. Dabei konzentrierten sie sich bei Tomaten auf das Protein Sola l 4.02 und bei Erdbeeren auf das Fra a 1-Protein. Um den genetischen Faktor auf die Expression des allergieauslösenden Proteins in den Früchten zu analysieren, wurden 23 in Farbe, Form und Größe verschiedene Tomatensorten und 20 Erdbeersorten, die sich in Größe und Form unterschieden, untersucht. Berücksichtigt wurde auch, welchen Einfluss ein biologischer oder konventioneller Anbau und Verarbeitungsmethoden wie Sonnen-, Ofen- oder Gefriertrocknung der Früchte auf das Allergiepotenzial haben. 

Marker für Züchtung allergenfreier Sorten

Der Studie zufolge schwankte der Gehalt des Allergens bei Tomaten als auch Erdbeeren sehr stark zwischen den Sorten. Auch zeigte sich, dass Früchte, die während der Trocknung großer Hitze ausgesetzt waren, tatsächlich ein niedrigeres Allergiepotenzial hatten. Die Anbaubedingungen hatten hingegen nur einen geringen Einfluss auf die Bildung der Allergene in den untersuchten Sorten. 

Ein erster Schritt auf dem Weg zur Züchtung von allergenfreien Tomaten- und Erdbeersorten ist gemacht. Mit den beiden Proteinen Sola l 4.02 und Fra a 1 liefern die Münchner Forscher dafür zwei vielversprechende Marker. 

bb

Be it hay fever, strawberry or cat hair allergy: more and more people are suffering from allergies. According to a study by the Robert Koch Institute, around 30% of adults and 20% of children and adolescents in Germany are allergic. Frequently, those affected even suffer from several allergies. While chronic colds can be treated quite well with medication, people who react sensitively to food can only protect themselves by doing without. About three to four percent of adults and five percent of children are affected.

Specific allergens of strawberry and tomato varieties

A team from the Technical University of Munich has now investigated the allergy potential of different strawberry and tomato varieties in more detail. The natural product researchers wanted to know which varieties contain fewer allergens, but also to what extent cultivation or preparation methods play a role. As the scientists report in the specialist journals "PlosOne" and "Nutrients", the allergy potential depends on the variety.

Strawberry allergens resemble birch pollen allergens

Previous studies have shown that there are several proteins in both strawberries and tomatoes that can trigger allergic reactions. These include proteins that are similar to the main birch pollen allergen and can therefore lead to birch pollen-associated food allergy. This means that 30% of people who suffer from birch pollen allergy also react sensitively to strawberries. Symptoms such as irritated mucous membranes, colds or even stomach pains are particularly noticeable when strawberries or tomatoes are eaten fresh and uncooked.

Variety determines allergy potential

A team led by Wilfried Schwab from the Chair of Natural Product Biotechnology at the TUM has now quantified important allergenic proteins in the various strawberry and tomato varieties in two studies. They concentrated on the protein Sola l 4.02 in tomatoes and the Fra a 1 protein in strawberries. In order to analyse the genetic factor for the expression of the allergenic protein in the fruits, 23 tomato varieties of different colour, shape and size and 20 strawberry varieties of different size and shape were examined. The influence of organic or conventional cultivation and processing methods such as drying the fruit in the sun, oven or freeze dryer on the allergy potential was also taken into account.

Markers for breeding allergen-free varieties

According to the study, the allergen content of tomatoes and strawberries varied greatly between varieties. It was also found that fruits that were exposed to high heat during drying had a lower allergy potential. The growing conditions, on the other hand, had only a minor influence on the formation of allergens in the varieties studied.

A first step has been taken towards the cultivation of allergen-free tomato and strawberry varieties. With the two proteins Sola l 4.02 and Fra a 1, the Munich researchers are providing two promising markers for this.

Das Leben auf unserem Planeten hat seinen Ursprung in den Meeren. Nicht nur Tiere, sondern auch Pflanzen waren zunächst im Wasser zu Hause, bevor sie das Land eroberten. Doch wie war dieser Schritt überhaupt möglich? Ein internationales Forscherkonsortium mit Beteiligung von Marburger und Würzburger Pflanzenforschern fand nun heraus, dass die im Süßwasser lebende Armleuchteralge Chara braunii bereits mehrere genetische Voraussetzungen besitzt, um auch an Land zu überleben.

Chara besitzt Merkmale der Landpflanzen

An Land waren die Pflanzen plötzlich mit ganz anderen Umweltbedingungen konfrontiert: Nährstoffe und Wasser mussten aus dem Boden statt der unmittelbaren Umgebung aufgenommen werden. „Es gibt mehrere Algengruppen, die das Land besiedelt haben, aber nur eine davon hat sich zur Großgruppe der Landpflanzen weiterentwickelt“, sagt Seniorautor Stefan Rensing von der Philipps-Universität Marburg. Um herauszufinden, warum manche Algengruppen dies geschafft haben, analysierten die Pflanzenforscher das Genom der Armleuchteralge. „In den Genen der Alge Chara sind schon zahlreiche evolutionäre Innovationen angelegt, die bislang ausschließlich den Landpflanzen zugeschrieben wurden“, erklärt Rainer Hedrich, Professor für Molekulare Pflanzenphysiologie und Biophysik an der Julius-Maximilians-Universität Würzburg.

Genom der Süßwasseralge kodiert Trockenheitshormon

Wie die Wissenschaftler im Fachmagazin „Cell“ berichten, besitzt Chara beispielsweise bereits die genetischen Grundlagen für das Stresshormon Abscisinsäure. Bei Landpflanzen wird das sogenannte Phytohormon bei Trockenheit aktiviert, damit diese Wasser sparen. Bei Wasserpflanzen wäre diese Regulation eigentlich überflüssig. Zwar sind die ersten Syntheseschritte für das Hormon bei der Süßwasseralge bereits vorhanden, die passenden Hormonrezeptoren fehlen jedoch noch.

Armleuchteralge bereits mit doppelter Zellwand

Die Armleuchteralge weist noch ein weiteres auffälliges Merkmal auf, das für im Wasser lebende Pflanzen eigentlich nicht notwendig wäre und zum Schutz vor Austrocknung dient: „Ähnlich wie Landpflanzen führen die Armleuchteralgen eine Zellteilung durch, bei der spezielle Proteine eine Zellplatte zusammensetzen. Diese entwickelt sich anschließend zur neuen Querwand“, so die Forschenden. Der Marburger Pflanzenforscher Rensing fasst zusammen: „Unsere Daten zeigen: Eine Reihe von Genen, die in der wissenschaftlichen Literatur bisher als Landpflanzen-typisch galten, finden sich schon bei den Armleuchteralgen.“

Einzigartige Signalweiterleitung

Doch die Süßwasseralge weist auch Besonderheiten auf, die vermutlich unabhängig von den ähnlichen Eigenschaften bei Landpflanzen entstanden: Chara ähnelt in ihrem Aussehen bereits einer Landpflanze und besitzt sogar wurzelähnliche Strukturen. Mit diesen kann sie sich zwar am Boden verankern, sie dienen jedoch nicht zur Nährstoffaufnahme. Außerdem besitzt die Süßwasseralge einen sprossähnlichen Wuchs mit knotigen Verdickungen, an denen sogar blattartige Gebilde sitzen. Die Abstände zwischen den Knoten können bis zu 20 Zentimeter lang sein. Das Besondere: Die Zellen in diesem Bereich geben elektrische Signale ab und leiten sie in der Alge weiter. Sie wird deshalb seit über 60 Jahren als Modellorganismus verwendet, um die elektrische Erregbarkeit von Pflanzenzellen zu erforschen. Überraschend war, dass die genetischen Grundlagen für die Kanäle, die bei Landpflanzen typischerweise die Reizweiterleitung ermöglichen, im Genom von Chara nicht vorhanden waren. Die Alge scheint also eine ganz eigene Lösung für die Signalweiterleitung gefunden zu haben. Der Würzburger Pflanzenphysiologe Hedrich will deshalb in Zukunft untersuchen, wie genau die elektrischen Signale der Armleuchteralge entstehen und weitergeleitet werden.

jmr

Der Naturstoff Spinnenseide überzeugt nicht nur wegen seiner extrem hohen Stabilität, sondern vor allem wegen seiner antibakteriellen und heilenden Eigenschaften. Der Firma AMSilk aus Martinsried war es gelungen, dieses vielseitige Biopolymer mithilfe von Mikroben biotechnologisch herzustellen. Seither sind fünf Jahre vergangen und die Palette innovativer Produkte aus AMSilks Seidenproteinen wird immer größer. Nachdem Sportschuhe aus dem Wunderfaden hergestellt, Brustimplantate beschichtet und Ersatzgewebe für Herzen entwickelt wurden, kommt unter dem Namen skinsilk nun die erste Kosmetiklinie auf den Markt.

Neun Produkte aus Seidenproteinen 

Die Beautyserie besteht aus neun Produkten, die jeweils Seidenproteine und Wirkstoffe wie Vitamin C, Hyaluronsäure und Ambora Extrakt kombinieren. Dazu gehören neben einer Tagescreme und Nachtcreme, Spezialprodukte wie Augencreme, Liftingserum und Narbengel. 

Nachhaltiger Hautschutz mit Anti-Aging-Effekt 

Cremes und Gels sind für jeden Hauttyp geeignet und wurden Herstellerangaben zufolge speziell für einen effektiven und nachhaltigen Hautschutz mit Anti-Aging Effekt entwickelt. An der Entwicklung waren neben AMSilk die Firma CC Pharma im rheinland-pfälzischen Densborn beteiligt. In der Schlosspark Klinik Ludwigsburg wird die Kosmetikserie aus Biotech-Spinnenseide erstmals Kunden angeboten. Demnächst soll skinsilk auch bundesweit bei ausgewählten Kosmetikinstituten und Dermatologen erhältlich sein. 

bb

„Der Verlust der Biodiversität ist eine der größten ökologischen Herausforderungen unseres Planeten“, so EU-Kommissar Janez Potočnik in seinem Vorwort zu der 2011 von der EU verabschiedeten „Biodiversitätsstrategie“. Darin hat das Parlament bis 2020 sechs Ziele festgeschrieben, die zum Erhalt der Ökosysteme beitragen sollen. Die Strategie zielt nicht nur auf den Schutz von Arten und Lebensräumen ab. Vielmehr geht es um einen schonenden Umgang mit den natürlichen Ressourcen, damit die Natur die Menschen auch zukünftig noch mit lebenswichtigen Güter und Leistungen versorgen kann. „Mit der neuen Strategie will die EU sicherstellen, dass ihr Naturkapital zum Wohle künftiger Generationen nachhaltig bewirtschaftet wird“, so Potočnik weiter.

Einfache Methode zum Erhalt der Biodiversität

In diesem Sinne haben Wissenschaftler im EU-Projekt ESMERALDA in den vergangenen dreieinhalb Jahren eine Methodik entwickelt, mit deren Hilfe auf einfache Weise das Gleichgewicht der Natur und die biologische Vielfalt erhalten werden kann. Darüber können Ökosystemleistungen nun sowohl regional als auch gesamteuropäisch kartiert und bewertet werden. Das Vorhaben wurde von Benjamin Burkhard vom Institut für Physische Geographie und Landschaftsökologie (PhyGeo) der Leibniz Universität Hannover koordiniert und mit insgesamt 3 Mio. Euro von der EU gefördert. An der Studie waren insgesamt 28 EU-Länder sowie die Schweiz, Norwegen und Israel beteiligt. 

Mit Ökosystemkarten Potenziale erkennen und nutzen

Das Prinzip hinter der neuen Methode ist einfach: Wenn man vorhandene Potentiale erkennt, kann man sie nachhaltig nutzen und erhalten. Diese Ökosystemkarten zeigen sowohl Potenziale als auch Nutzungsrisiken der unterschiedlichen Regionen auf. Sie offenbaren beispielsweise, ob eine Gegend besonders viel Wasser hat, wie der Boden beschaffen ist und wie es um den Baumbestand steht. 

Dafür wurden zunächst die Ökosysteme flächenhaft erfasst und bewertet. Viele Daten waren vorhanden und mussten nur noch aufbereitet und koordiniert werden. Die Daten und die wissenschaftlichen Methoden wurden danach jedem einzelnen EU-Partner zur Verfügung gestellt, um das Wissen zu bündeln, zu koordinieren und aufzubereiten. Das Projekt sollte die EU-Partner dabei unterstützen, Netzwerke zu schaffen, in denen sowohl die vorhandenen Ressourcen als auch Kompetenzen erfasst und gebündelt werden.

Maßnahmenkatalog im Internet verfügbar

Im Ergebnis entstand ein Maßnahmenkatalog, der per Open Access allen Projektpartnern sowie der Öffentlichkeit zur Verfügung steht. „Die Menschen vor Ort direkt abzuholen, war der Schlüssel zum Erfolg“, resümiert Benjamin Burkhard. Nach Angaben des Projektkoordinators ist es so gelungen, das Bewusstsein für bereits vorhandene Ressourcen zu wecken. Die EU hat bereits zwei Nachfolgeprojekte bewilligt. 

bb

Dürre und Trockenheit setzen Pflanzen weltweit zu. Bäume vertrocknen oder sterben ab und ganze Wälder gehen zugrunde. Im Südwesten der USA werden solche Szenarien immer öfter beobachtet. Als Grund wird häufig der Klimawandel genannt. Doch diese Erklärung greift zu kurz. Auch die zunehmende Belastung der Umwelt durch Feinstaub trägt dazu bei, wie eine internationale Studie unter Mitwirkung der Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn zeigt.

Funktion der Spaltöffnungen durch Feinstaub beeinträchtigt

Winzige Poren auf den Blättern regeln bei Pflanzen die Verdunstung des Wassers. Gleichzeitig sorgen diese Spaltöffnungen für die Aufnahme von Kohlendioxid, den die Pflanzen mithilfe der Photosynthese zu Zucker als Energiequelle verwandeln. „Pflanzen haben die Regulierung der Spaltöffnungen im Lauf der Evolution an die Umgebungsbedingungen angepasst, allerdings in einer Zeit mit deutlich weniger Feinstaub als heute“, erklärt Jürgen Burkhardt vom Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz (INRES) der Universität Bonn.
 Gemeinsam mit Wissenschaftlern aus Schottland, den USA und Kroatien konnten die Bonner beweisen, dass diese Regelung der Spaltöffnung durch die Ablagerung von Feinstaub beeinträchtigt wird. Die Studie wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und der Europäischen Union gefördert.

Risiko für Trockenschäden steigt

Wie das Team im Fachjournal „Environmental Research Letters“ berichtet, steigt damit das Risiko von Trockenschäden bei Pflanzen deutlich an. In einem Gewächshaus der Bonner Universität wurden dafür Bäume in fast partikelfreier Atmosphäre mit solchen in ungefilterter Stadtluft verglichen. Sämlinge von Waldkiefer, Weißtanne und der Stieleichen wurden hierfür über zwei Jahre mit gefilterter Umgebungsluft versorgt, also mit fast feinstaubfreier Luft. 

Wasserverdunstung in feinstaubfreier Luft geringer

Der Studie zufolge war die Wasserverdunstung bei den Bäumen, die in Gewächshäusern mit gefilterter Luft aufwuchsen, geringer als bei jenen, die in der mäßig verschmutzten Bonner Stadtluft aufwuchsen. Das traf auch auf Bäume zu, bei denen die Spaltöffnungen vollkommen geschlossen waren. „Abgelagerter Feinstaub auf Blättern erhöht also die Verdunstung“, fasst Burkhardt zusammen.

Keine Kontrolle bei Verdunstung

Mit der Studie liefern die Forscher erstmals den Beweis, dass zwischen Luftverschmutzung und Trockenheitsanfälligkeit von Bäumen ein direkter Zusammenhang besteht. Doch welcher Mechanismus steckt dahinter? Auch darauf geben die Forscher Antwort. Ein Großteil des atmosphärischen Feinstaubs bindet demnach Feuchtigkeit aus der Umgebung. Wenn sich dieser auf der Pflanze ablagert, bildet sich zusammen mit transpiriertem Wasserdampf flüssiges Wasser. Die Forscher fanden heraus, dass es sich dabei allerdings nicht um reines Wasser, sondern um konzentrierte Salzlösungen handelt.

Diese Salzlösungen kriechen dann in die Spaltöffnungen, so dass ein durchgängiger, sehr dünner Film aus Flüssigwasser das Blattinnere mit der Blattoberfläche verbindet. „Die Spaltöffnungen verlieren damit einen Teil der Kontrolle über die Verdunstung, und die Pflanzen sind stärker von Trockenheit bedroht“, erklärt Burkhardt. Diese Salzkrusten sind gewöhnlich ein Zeichen für geschädigte Bäume. An den Pflanzen, die im Bonner Gewächshaus in partikelfreier Umgebung aufwuchsen, gab es dererlei Anzeichen nicht.

bb

All over the world, droughts are causing  plant damage. Trees wither or die and entire forests perish. Such scenarios are being observed more and more frequently in the Southwest of the USA. Climate change is often cited as the reason for this. But this explanation does not go far enough. The increasing pollution of the environment by particulate matter also contributes to this, as an international study carried out with the participation of the Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn shows.

Function of stomata impaired by particulate matter

Tiny pores on the leaves of plants regulate the evaporation of water. At the same time, these stomata ensure the absorption of carbon dioxide, which the plants convert into sugar as an energy source with the aid of photosynthesis. "In the course of evolution, plants have adapted the regulation of stomata to the environmental conditions, but at a time when there was considerably less particulate matter than today," explains Jürgen Burkhardt from the Institute of Crop Science and Resource Conservation (INRES) at the University of Bonn.
 Together with scientists from Scotland, the USA and Croatia, the researchers from Bonn were able to prove that this regulation of the gap opening is impaired by the accumulation of fine dust. The study was funded by the German Research Foundation (DFG) and the European Union.

Risk of drought damage increases

As the team reported in the specialist journal "Environmental Research Letters", the risk of drought damage to plants increases considerably. In a greenhouse at Bonn University, trees in an almost particle-free atmosphere were compared with those in unfiltered urban air. Seedlings of Scots pine, silver fir and English oak were supplied for two years with filtered ambient air, i.e. air almost free of fine dust.

Lower evaporation of water in air free of fine dust

According to the study, water evaporation from trees growing in greenhouses with filtered air was lower than from those growing in Bonn's moderately polluted urban air. This also applied to trees where the stomata were completely closed. "Deposited fine dust on leaves thus increases evaporation," Burkhardt sums up.

No control over evaporation

This study is the first to prove that there is a direct relationship between air pollution and the susceptibility of trees to drought. But what mechanism is behind this? The researchers also answer this question. A large part of the atmospheric fine dust therefore binds moisture from the environment. When this is deposited on the plant, liquid water forms together with transpirated water vapour. The researchers found out that this is not pure water, but concentrated salt solutions.

These salt solutions then creep into the stomata, so that a continuous, very thin film of liquid water connects the leaf interior with the leaf surface. "The stomata thus lose some control over evaporation and the plants are more vulnerable to drought," explains Burkhardt. These salt crusts are usually a sign of damaged trees. There were no such signs on the plants that grew in a particle-free environment.

Insekten, Hülsenfrüchte oder Algen sind vielversprechende Kandidaten, um eine stetig wachsende Weltbevölkerung auch in Zukunft ausreichend zu ernähren und dabei Ressourcen zu schonen. Eine weitere Alternative ist Laborfleisch. Es wird aus Muskelstammzellen von Huhn oder Rind in der Petrischale kultiviert. Fleisch zu essen ohne ein Tier dafür töten zu müssen,  sorgt indes für eine immer größere Akzeptanz bei Verbrauchern und Industrie, wie kürzlich eine Innovationsanalyse Karlsruher Forscher ergab.  

7,5 Mio. Euro für In-Vitro-Burger

Mit dem Pharmaunternehmen Merck setzt nun ein deutsches Unternehmen auf das In-Vitro-Fleisch. Der Wagniskapitalarm M Ventures des Darmstädter Konzerns gehört zu den Hauptinvestoren des niederländischen Start-ups Mosa Meat, das im Rahmen einer Serie-A-Finanzierungsrunde soeben 7,5 Mio. Euro für die Weiterentwicklung ihres Laborfleisches einwerben konnte. 

Das Spin-Off der Universität Maastrich zählt zu den Vorreitern für In-Vitro-Fleisch. 2013 stellte Gründer Mark Post seinen ersten in der Petrischale kultivierten Bratling vor. Er züchtete dafür Rindergewebe aus Stammzellen von Kühen. Mosa Meat zufolge reicht das „kultivierte Fleisch“ geschmacklich an traditionell hergestelltes Fleisch heran, ist aber wesentlich umweltfreundlicher und kommt ohne Massentierhaltung aus.

In-Vitro-Burger ab 2021 im Handel

Mithilfe des frischen Kapitals will Mosa Meat nun sein Laborfleisch für den Marktauftritt vorbereiten. Dafür soll bis zum geplanten Marktauftritt 2021 eine Pilotanlage zur Burger-Herstellung gebaut werden, wie es in einer Pressemitteilung heißt. Die Beteiligung von Merck ist für das Start-up zugleich auch "der Türöffner" zu der Expertise von Merck auf dem Gebiet der Zellkultivierung.

Neben Merck gehören zu den Geldgebern der Schweizer Fleischverarbeiter Bell Food und die auf nachhaltige Lebensmittel spezialisierte Investorengruppe Glass Wall Syndicate.

bb

A growing world population also means more mouths to feed. At the same time, consumers everywhere are becoming more and more aware that the traditional way of producing food and especially meat is unsustainable. One solution would be to replace animal protein with plant proteins from e.g. legumes or beans or even insects. Another approach is to use cultured meat rather than breeding, feeding and slaughtering animals. The term cultured meat refers to meat grown from muscle tissue in cell culture

Series A financing raises €7.5 million

Mosa Meat is a spin off company from Maastricht University and was co-founded by Mark Post, who created the first cultured hamburger in 2013. In a series A financing round they were now able to raise €7.5 million in order to bring cultured meat to market by 2021.

The round of investors was co-led by M Ventures, the corporate venture capital arm of the German science and technology company Merck, based in Darmstadt, and Bell Food Group, a swiss meat processor with operations across Europe. They are joined by mission-based investors, including the Glass Wall Syndicate. Early investors also include Google’s Sergey Brin.

Construction of a pilot production plant

With this new financial support, Mosa Meat aims to further develop the end-to-end process for cultured meat production at a significantly reduced cost. The funding will also allow the company to prepare for the construction of a pilot production plant for the introduction of their product in 2021.

“M Ventures brings strong experience in early-stage financing of science-based companies like ours and has added tremendous value throughout the fundraising process, while Bell Food Group brings strong downstream capabilities in meat processing and distribution. We think this is a perfect collaboration,” said Mosa Meat CEO Peter Verstrate.

Synergy of food and biotech companies

Importantly, as M Ventures is the corporate venture capital fund of Merck, the investment paves the way to Merck’s cell culture expertise and producing high quality and scalable cell media. This is particularly important as the cell media currently comprises 80% of the cost of cultured meat, according to Verstrate.

Lorenz Wyss, CEO of Bell Food Group also praised the synthesis of expertise: “We’re incredibly excited to be leading this investment into Mosa Meat, a company at the unique cross-section of food and biotech. Meat demand is soaring and in future won’t be met by livestock agriculture alone.”

jmr

Gemeinsam sind wir stark. Das gilt insbesondere für viele Lebewesen, die Symbiosen mit Mikroben eingehen, um sich neue Nahrungsquellen zu erschließen oder ihre Nachkommen zu schützen. So auch der Wollkäfer Lagria villosa. Dieser ist gleich von mehreren Stämmen eng verwandter Burkholderia gladioli-Bakterien besiedelt, die die Eier des Käfers vor Pilzbefall schützen. Ein internationales Forscherteam unter der Leitung von Wissenschaftlern der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und des Leibniz-Instituts für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie in Jena hat nun herausgefunden, dass mindestens ein Stamm der Symbionten-Bakterien des Käfers eine pilzabweisende, also antimykotische Substanz abgeben, die erstaunlicherweise der antimykotischen Verbindung von im Meer lebenden Seescheiden sehr ähnlich ist.

Stark geschützt trotz kleinem Genom

L. villosa stammt eigentlich aus Afrika und gelangte von dort nach Südamerika. In Brasilien ist der Käfer bei Landwirten inzwischen eine gefürchtete Plage. Wie Mainzer Biotechnologen im Fachmagazin „Nature Communications“ berichten, ist der besondere antimykotische Schutz der Eier durch die symbiontischen Bakterien vermutlich auf die Übertragung von Genen zwischen nicht verwandten Mikroorganismen zurückzuführen. Das Genom dieser besonders schützenden Bakterien ist insgesamt allerdings relativ klein. „Eine Reduktion des Genoms kommt oft bei Bakterien vor, die seit langer Zeit in enger Symbiose mit ihrem Wirt leben", erklärt Laura Flórez vom Institut für Organismische und Molekulare Evolutionsbiologie der JGU.

Antimykotikum ähnelt Substanzen von marinen Organismen

Von den verschiedenen Bakterienstämmen, die die Wollkäfereier schützen, war ein Stamm besonders aktiv und protektiv: der Stamm B. gladioli Lv-StB. Die Forscher untersuchten die Eierschutzstoffe und fanden dabei eine antimykotische Substanz, die sie Lagriamid getauft haben: „Es ist auffällig, dass Lagriamid sehr stark Substanzen ähnelt, die bereits im Meer gefunden wurden und wahrscheinlich von mikrobiellen Symbionten von Seescheiden produziert werden", erklärt die Jenaer Biochemikerin Kirstin Scherlach.

Springende Gene ermöglichen Schutzmechanismus

Aber wie gelangte die genetische Information eines Meeresorganismus in das Symbionten-Bakterium? Um diese Frage zu beantworten, analysierten Jason Kwan und sein Team an der University of Wisconsin in Madison, USA, die Genome der mikrobiellen Gemeinschaft der Käfer und identifizierten die Gene, die der Produktion von Lagriamid zugrunde liegen. Bemerkenswert: Die verantwortlichen Gene liegen alle sehr dicht beieinander also auf einer genomischen Insel. Das deutet daraufhin, dass dieser Genabschnitt quasi „nachträglich“ durch lateralen Gentransfer in das Genom des Symbionten integriert wurde.

Sogenannte springende Gene sind in der Mikrobiologie zwar bekannt, jedoch können sie nur selten direkt mit einem Funktionsgewinn wie hier dem antimykotischen Potenzial der Bakterien verknüpft werden.

jmr

Better together – this applies in particular to many creatures that form symbioses with microbes in order to tap new food sources or protect their offspring. The same goes for the wool beetle Lagria villosa. This beetle is colonised by several strains of closely related Burkholderia gladioli bacteria, which protect the beetle's eggs from fungal attack. An international research team led by scientists from the Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) and the Leibniz Institute for Natural Product Research and Infection Biology in Jena has now discovered that at least one strain of the beetle's symbiont bacteria releases a fungus-repellent, i.e. antifungal substance that is surprisingly similar to the antifungal compound of sea squirts living in the sea.

Strongly protected despite a small genome

L. villosa actually comes from Africa and migrated to South America. In Brazil, the beetle has become a dreaded plague for farmers. As biotechnologists from Mainz report in the scientific journal "Nature Communications", the special antimycotic protection of eggs by symbiotic bacteria is probably due to the transfer of genes between unrelated microorganisms. However, the genome of these particularly protective bacteria is relatively small overall. "A reduction of the genome often occurs in bacteria that have been living in close symbiosis with their host for a long time," explains Laura Flórez from the Institute of Organismic and Molecular Evolutionary Biology at JGU.

Antimycotic agent resembles substances of marine organisms

Of the various bacterial strains that protect the wool beetle eggs, one was particularly active and protective: the strain B. gladioli Lv-StB. The researchers investigated the egg-protective substances and found an antifungal substance that they named lagriamide: "It is striking that lagriamide is very similar to substances already found in the sea and probably produced by microbial symbionts of sea squirts," explains Kirstin Scherlach, biochemist from Jena.

Jumping genes enable protective mechanism

But how did the genetic information of a marine organism get into the symbiont bacterium? In order to answer this question, Jason Kwan and his team at the University of Wisconsin in Madison, USA, analysed the genomes of the microbial beetle community and identified the genes underlying the production of lagriamide. Remarkably, the responsible genes are all located very close to each other on a genomic island. This suggests that this gene segment was "subsequently" integrated into the genome of the symbiont by lateral gene transfer.

Although so-called jumping genes are known in microbiology, they can rarely be directly linked to a functional gain such as the antimycotic potential of bacteria.

The Digitalisierung schreitet voran und macht auch vor Alltagsgegenständen und Materialien nicht halt: intelligente Kleidung misst unseren Sauerstoff- und Energieverbrauch und mit erbsengroßen Messkugeln können die Wasserqualität oder die Abläufe im Bioreaktor kontrolliert werden. Forschende der Universität Freiburg haben solche Messeigenschaften von Materialien nun weiterentwickelt. Die resultierenden Materialsysteme aus biologischen Komponenten und Polymermaterialien sind nicht nur in der Lage Informationen wahrzunehmen, sondern können diese auch verarbeiten und basierend auf diesen Informationen selbst entsprechende Impulse senden. Solche sogenannten biohybriden Systeme können demnach die Freisetzung weiterer Moleküle, beispielsweise Enzyme in Bioreaktoren, selbst steuern – sowohl zeitlich als auch konzentrationsabhängig.

Biologische Signalverabeitung auf Materialien übertragen

Der Ausganspunkt der Freiburger Molekularbiologen war die Signalverarbeitung, die wichtiger Bestandteil aller Organismen, ganz gleich ob Bakterien, Pflanzen oder Menschen, ist. Auch für elektrische Systeme wie Computer ist sie unverzichtbar. In lebenden Organismen werden solche Signale innerhalb der Zellen erkannt, verarbeitet und weiter gegeben. Die Freiburger Bioingenieure haben sich die molekulare Signalweiterleitung zunutze gemacht und sie auf verschiedene Materialien übertragen. „Mit unserem heutigen Verständnis der Komponenten und der biologischen Signalprozesse sind wir nun in der Lage, die biologischen Module aus der Synthetischen Biologie auf Materialien zu übertragen“, erklärt Wilfried Weber, Gruppenleiter an der Fakultät für Biologie und dem Exzellenzcluster BIOSS Centre for Biological Signalling Studies.

Diese nun mögliche Translation der molekularen Signalwege für verschiedene  Materialien hat die interdisziplinäre Forschergruppe  in mehreren Fachzeitschriften wie „Materials Today“, „Data in Brief“ und „Advanced Materials“ veröffentlicht.

Fische sind reich an Omega-3-Fettsäuren und stellen daher eine wichtige Nahrungsquelle dar. Die natürlichen Ressourcen in Meer und See reichen aber längst nicht mehr aus, um die seit Jahren steigende Nachfrage zu bedienen. Daher werden Forelle, Lachs und Co. in Aquakultur gezüchtet. Die Aufzucht ist allerdings sehr kostenintensiv. Nicht nur die Einrichtung der Aquakulturanlagen auch die Reinigung des Wassers sowie die Ernährung der Fische ist teuer. Forscher der Technischen Hochschule Nürnberg wollen das mithilfe von Mikroalgen ändern. Das Projekt „Mikroalgen für die nachhaltige Aquakultur“ wird durch der Staedtler-Stiftung mit 40.000 Euro gefördert.

Anteil ungesättigte Fettsäuren im Fisch steigern

Im Kern geht es darum, die proteinreiche Kost als Fischfutter zu etablieren und damit die Kosten für die Züchtung in Aquakultur zu reduzieren. Ein Team um Irmtraud Horst nimmt dafür diverse Mikroalgen unter die Lupe, um deren Potenzial auszuloten und so geeignete Arten zu identifizieren. „In unserem Projekt testen wir verschiedene Mikroalgen zur Produktion von mehrfach ungesättigten Fettsäuren. Dafür führen wir im Labor für Biotechnologie der TH Nürnberg kontinuierlich (bio-)chemische Analysen durch“. Im Labor werden dafür physikalische und chemische Parameter wie Lichtintensität, pH-Werte oder Zuckerzugabe verändert, um die Entwicklung der Algen und ihren Lipidgehalt zu optimieren. Mithilfe der Mikroalgen als Fischfutter wollen die Forscher auch den Anteil der mehrfach ungesättigten Fettsäuren im Fisch erhöhen.

Kultivierung von Mikroalgen auf Abwässern

Für einen Einsatz als vegane Kost müssen Mikroalgen jedoch einige Anforderungen erfüllen: Sie müssen eine bestimmte Größe haben, leicht verdaulich sein, ausreichend schnell und dicht wachsen, frei von Toxinen sein und über die richtige Zusammensetzung an Nährstoffen verfügen. Darüber hinaus wollen die Nürnberger Wissenschaftler auch das Potenzial der Mikroalgen als Abwasserreiniger für die Aquakultur nutzen und damit an einer weiteren Kostenschraube drehen. Bisher werden Mikroalgen in beleuchteten Bioreaktoren kultiviert. Die Nürnberger Forscher setzen stattdessen auf Abwässer aus der Lebensmittelindustrie sowie salzreiche nitrathaltige Abwässer aus der Wasseraufbereitung. Darin sind mit CO₂, Stickstoff und Phosphor alle für das Algenwachstum notwendigen Stoffe enthalten. „Damit bringt das Projekt auch viele Vorteile für Kläranlagen, für die Trinkwasseraufbereitung oder die Lebensmittelindustrie. Durch unsere systematische Arbeit mit mehreren Mikroalgen können wir zudem weiteren Industrien maßgeschneiderte Lösungen für ihr klärendes Abwasser und für die Produktion von Lipiden anbieten – mit Hilfe von Mikroalgen,“ erklärt Irmtraud Horst.

bb

In Bioraffinerien wird pflanzliche Biomasse wie Holz oder Stroh oder andere Abfall- und Reststoffe effizient und nachhaltig zur Erzeugung von Strom und Wärme aber auch für die Herstellung neuer Plattformchemikalien genutzt. Die Umsetzung erfolgt jeweils in Bioreaktoren, deren Prozesse von Katalysatoren angetrieben werden. Katalysatoren bestehen jedoch häufig aus kostspieligen und seltenen Edelmetallen. Chemiker der Ruhr-Universität Bochum (RUB) haben nun einen neuen kostengünstigen Katalysator ohne Edelmetalle entwickelt, der zugleich auch die Herstellung von Biokunststoffen nachhaltiger macht.

Biobasiertes Polymer als Alternative zu PET

Der neuartige Katalysator besteht aus Nickelborid, einem edelmetallfreiem Material das leichter verfügbar und kostengünstiger als Edelmetall ist. Wie die Forscher im Fachjournal „Angewandte Chemie“ berichten, überzeugte der neuartige Katalysator bei der Umsetzung wichtiger Bioraffinerieprodukte. Dabei handelt es sich um die organische Verbindung 5-Hydroxymethyl-furfural, kurz HMF, die in die Plattformchemikalie 2,5-Furandicarbonsäure (FDCA) umgewandelt werden konnte. „FDCA ist für die Industrie interessant, weil es zu Polyestern verarbeitet werden kann. So kann PEF, eine Alternative zu PET, hergestellt werden – und das alles basierend auf nachwachsenden Rohstoffen, nämlich Pflanzen“, erklärt Stefan Barwe.

Umsetzung in Echtzeit 

In den Versuchen der Forscher erwies sich der Nickelboridkatalysator als äußerst effektiv. Innerhalb einer halben Stunde setzte er 98,5% des Ausgangsstoffs HMF in FDCA um. Abfallprodukte entstanden keine. Mithilfe elektrochemischer Methoden und Infrarot-Spektroskopie konnten die Bochumer Forscher außerdem erstmals in Echtzeit nachvollziehen, über welche Zwischenprodukte HMF in FDCA umgesetzt wird.  

Kopplung von FDCA- und Wasserstoffproduktion

Neben der Umsetzung von FDCA wurde gleichzeitig Wasserstoff erzeugt. „Wir haben den Katalysator außerdem so designt, dass er unter den gleichen Bedingungen effektiv ist, unter denen auch die Wasserstofferzeugung gelingt“, erklärt Stefan Barwe. So war es möglich in einem Schritt sowohl den Ausgangsstoff für die Kunststoffproduktion als auch den potenziellen Energieträger Wasserstoff zu synthetisieren, der normalerweise durch Elektrolyse aus Wasser gewonnen wird, wobei auch Sauerstoff entsteht. Dieser energiezehrende Prozess entfällt durch die Koppelung. 

Das Projekt wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft im Rahmen des Exzellenzclusters Ruhr Explores Solvation (EXC 1069) und vom Sonderforschungsbereich/Transregio 247 gefördert.

bb