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Kühe vertilgen pro Tag etwa 18 Kilogramm Futter. Aus der pflanzlichen Kost beziehen die Tiere alle notwendigen Nährstoffe. Damit sie aber das Gras und Heu in verdauliche Bestandteile zerlegen können, sind Millionen von Bakterien im Magen der Wiederkäuer aktiv. Doch wie gelingt es den Mikroorganismen, wertvolle Nährstoffe aus der Pflanzenbiomasse zu lösen? Die Frage wollen Tierernährungsexperten und Mikrobiologen der Universität Hohenheim in Stuttgart gemeinsam in einem neuen Projekt beantworten.

Dabei konzentrieren sich die Forscher auf das Bakterium Prevotella spp. Diese Art macht bis zu 40 % der Bakterien im Pansen, dem Hauptmagen der Kuh, aus. „Da Prevotella einen großen Anteil der Bakterien im Pansen ausmacht, gehen wir davon aus, dass es auch eine wichtige Rolle bei der Nahrungsverwertung spielt. Bislang wissen wir jedoch nicht, wie genau Prevotella seine Energie aus der Nahrung bekommt“, sagt Julia Fritz-Steuber. Darauf hoffen die Forscher in den kommenden drei Jahren eine Antwort zu finden. Das Projekt „Wechselwirkung zwischen fermentativer und respiratorischer Energiekonservierung im Pansenbakterium Prevotella spp“ wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) mit 450.000 Euro unterstützt.

Bakterien-Fütterung im Labor

Gemeinsam mit Mikrobiologin Jana Seifert will Fritz-Steuber untersuchen, welche Stoffe das Bakterium im Kuhmagen abbaut und welche Eiweiß-Stoffe es daraus bildet. „Dazu bieten wir dem Bakterium verschiedene Stoffe an und schauen, welche es aufnimmt“, erklärt Fritz-Steuber. Die Prevotella-Bakterien werden dafür eigens im Labor herangezüchtet und dann mit denen im Kuhfutter vorkommenden Nährstoffen gefüttert. Isoliert aus seiner ursprünglichen Umgebung, dem Pansen, können die Forscher nachvollziehen, welche Stoffe das Bakterium genau verwertet. Kollegin Jana Seifert wird hingegen das Prevotella-Bakterium im Pansensaft untersuchen. „Wir wollen schließlich auch berücksichtigen, welchen Einfluss die anderen Bestandteile des Pansensaftes auf die Aktivität von Prevotella haben“, erklärt die Forscherin.

Kuhmagen-Modell simuliert Verdauung

An einem mechanischen Modell des Pansens soll der Fresstest wiederholt werden. Das Modell simuliert die Bewegungen des Pansens, der durch regelmäßiges Anspannen verschiedener Muskeln dafür sorgt, dass sein Inhalt konstant durchmischt wird. Mithilfe entsprechender Analysegeräte wollen die Forscher den Bakterien bei der Arbeit im Kuhmagen zuschauen und so analysieren, wie die Mikroben Eiweiße und andere Nährstoffe bei der Verdauung herstellen. "Um unsere Ergebnisse in der Tierernährung einzusetzen, müssen diese erst in Fütterungsversuchen weiterentwickelt werden“, so die Juniorprofessorin Seifert. Im Ergebnis hoffen die Forscher auf neue Erkenntnisse, um die Gesundheit der Tiere künftig durch eine gezielte Fütterung fördern zu können.

Ob auf dem Feld oder im Stall: Ohne digitale Helfer geht auch in der Landwirtschaft fast nichts mehr. Hightech-Mähdrescher, Melkroboter und Sensoren machen die Arbeit der Landwirte leichter und effektiver. Doch wie steht es um die Fähigkeiten der Landwirte beim Umgang mit der modernen Technik? Eine Umfrage zur Digitalkompetenz vom Deutschen Bauernverband (DBV) und Digitalverband Bitkom unter 850 landwirtschaftlichen Betriebsleitern gibt Antwort darauf. Dabei wurden sowohl die eigenen Fähigkeiten der Betriebsleiter als auch die der Mitarbeiter bewertet. „Landwirte sind in Sachen Digitalisierung schon weiter als mancher Industriebetrieb. Digitalisierung bringt uns vor allem dann weiter, wenn sie nicht nur von der Landtechnik her gedacht, sondern als integraler Teil der Unternehmensführung verstanden und umgesetzt wird“, sagt Bernhard Krüsken, Generalsekretär des Deutschen Bauernverbandes.

Junge Landwirte besonders technikaffin

Der Umfrage zufolge schätzen zwei Drittel aller Landwirte ihre digitalen Fähigkeiten als sehr gut bis befriedigend ein. 16% halten ihre Kompetenzen noch für ausreichend, weitere 16% nur für ungenügend oder mangelhaft. Doch es gibt deutliche Unterschiede in den Altersgruppen. Vor allem die jüngeren Chefs bis 35 Jahre können bei der Digitalisierung mithalten. Auch bei den Mitarbeitern sind es insbesondere die jüngeren Kollegen, die im Umgang mit der Technik als mehr oder minder fit eingeschätzt werden. In der Altersgruppe bis 35 Jahre wurden 92% der Mitarbeiter bezüglich derer Digitalkompetenz mindestens mit der Schulnote 3 bewertet. Bei den Angestellten über 50 waren es hingegen nur 37%, deren Fähigkeiten als befriedigend eingeschätzt wurden.

Wettbewerbsfähig mit Digitalisierung

Mit 46% ist den meisten jüngeren Landwirten dabei auch klar, dass die Digitalkompetenz in den landwirtschaftlichen Betrieben noch weiter zulegen muss. „Die Digitalisierung stellt auch Landwirte vor ständig neue Herausforderungen. Wer als Landwirt wettbewerbsfähig bleiben will, muss sich jetzt ganz aktiv mit der Digitalisierung auseinandersetzen“, sagt Bitkom-Hauptgeschäftsführer Bernhard Rohleder.

Wie fruchtbar ein Ackerboden ist, hängt auch von der Art der Bewirtschaftung ab. Mit Blick auf eine nachhaltige Agrarwirtschaft plädieren Experten seit Langem für mehr Abwechslung auf den Feldern. Fruchtfolgen spielen dabei eine besondere Rolle. Statt über Jahre auf dem Feld nur Roggen anzubauen, wechseln sich dabei Roggen, Hafer, Ebsen und Kartoffel innerhalb einer Vegetationsperiode auf dem Feld ab. Auf diese Art soll die Bodenfruchtbarkeit auf natürliche Weise gefördert werden. Vielerorts gibt es jedoch noch immer Felder, auf denen nur eine einzige Sorte wie etwa Roggen oder Mais angebaut werden.

Erstmals Anbau von Fruchtfolgen sichtbar

Wo genau noch immer Monotonie und Vielfalt im Ackerbau herrschen, haben Agrarforscher vom Zentrum für Biodiversität und nachhaltige Landnutzung der Universität Göttingen in Niedersachsen genauer untersucht. Für ihre Studie nahmen sie etwa 120.000 für das Land relevante Felder ins Visier, werteten Agrardaten aus und konnten so die Geschichte der Bewirtschaftung von rund einem Viertel der niedersächsischen Ackerflächen über einen Zeitraum von sieben Jahren beschreiben. Im Ergebnis entstand ein Schema, mit dessen Hilfe Fruchtfolgemuster der vergangenen Jahre erkannt und verglichen werden können. „Erstmals konnten wir echte Anbaustrukturen sichtbar machen“, sagt Susanne Stein, Erstautorin der Studie.

Vielfalt und Monotonie gleich auf

Wie das Team im Fachjournal „European Journal of Agronomy“ berichtet, werden immer weniger Früchte auf immer größeren Flächen angebaut. Rund 30% der Ackerfläche des Landes sind sehr einseitig mit nur ein oder zwei Feldfrüchten bewirtschaftet. Etwa ein Viertel davon wird sogar ausschließlich mit Mais im Daueranbau kultiviert. Diese monotone Anbaustruktur ist der Studie zufolge vor allem im Nordosten des Bundeslandes weit verbreitet. Einen vielfältigen Fruchtwechsel mit vier oder mehr Feldfrüchten in Folge wurde ebenfalls auf 30% der Flächen registriert. Diese Anbaustruktur erstrecken sich quer durchs Land. Auf den restlichen 40% der Anbauflächen dominiert die althergebrachte Anbauweise „Dreifelderwirtschaft“. Dabei werden Raps, Rüben oder Kartoffeln als Hauptfrüchte nebeneinander angebaut.

Potenziale besser ausschöpfen

„Potenzial für diverse Landnutzung ist in Niedersachen vorhanden, es sollte jedoch besser ausgeschöpft werden“, fasst Projektleiter Horst-Henning Steinmann die Studie zusammen. Monotonie bei der Fruchtfolge, einheitliche Landschaftsbilder und ein Ungleichgewicht im Boden zeichnen sich den Autoren zufolge durch den einseitigen Ackerbau ab. Sie plädieren daher für mehr Abwechslung bei den Fruchtfolgen, um die Gesundheit der Pflanzen und deren Vielfalt sicher zu stellen.

Multiresistente Keime sind längst zu einer globalen Bedrohung geworden. Ein Grund dafür ist der über Jahre praktizierte, oft unsachgemäße Einsatz von Antibiotika beim Menschen und in der Tierhaltung. Viele Antibiotika haben ihre einstige Schlagkraft verloren und multiresistenten Erregern Platz gemacht, die noch schwerer zu bekämpfen sind. Mit dem zunehmenden Versagen der Allzweckwaffe rücken Bakteriophagen wieder in den Fokus der Forschung. Diese Viren befallen gezielt Bakterien und töten sie ab. Unter Experten gelten die natürlichen Bakterienkiller längst als kleine Geheimwaffe und mögliche Alternative zu Antibiotika.

4 Mio. Euro für Phagen-Forschung

Bakteriophagen als Arzneimittel gegen bakterielle Infektionskrankheiten zu etablieren, ist das Ziel des Projektes „Phage4Cure“. Es wird vom Bundesforschungsministerium mit knapp 4 Mio. Euro in den kommenden drei Jahren unterstützt wird. An dem Vorhaben sind Wissenschaftler vom Fraunhofer-Institut für Toxikologie und Experimentelle Medizin ITEM, dem Leibniz-Institut Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH DSMZ der Charité in Berlin und die Charité Research Organisation GmbH beteiligt. „Unser mittelfristiges Ziel ist es, Phagen als neuartige und zusätzliche Therapie für verschiedene Infektionskrankheiten und in unterschiedlichen Verabreichungsformen als Arzneimittel zu entwickeln – insbesondere da, wo Antibiotika gegenwärtig an ihre Grenzen gelangen“, sagt Holger Ziehr, Projektkoordinator und Leiter der Pharmazeutischen Biotechnologie am Fraunhofer ITEM.

Bakteriophagen gegen Lungenkeime

Im Fokus des Projektes stehen Bakteriophagen, die sich speziell gegen das Bakterium Pseudomonas aeruginosa richten. Dieses Bakterium gehört zu gefährlichen Krankenhauskeimen und kann unter anderem Lungenentzündung auslösen. Es ist in Gewässern aber auch im Leitungswasser zu finden und kann selbst in destilliertem Wasser oder einigen Desinfektionsmitteln überleben und sich vermehren. Im Projekt wird das Team vom Leibniz-Institut DSMZ dafür die zum Keim passenden Bakteriophagen identifizieren und genetisch charakterisieren. „Es gibt viele verschiedene Pseudomonas-aeruginosa-Stämme, die sich jeweils nur leicht voneinander unterscheiden. Die Herausforderung ist, Phagen mit einem möglichst breiten Wirtsspektrum zu finden“, erläutert Christine Rohde vom DSMZ.

Verfahren zur Herstellung von Phagen-Wirkstoffen

Jene Phagen, welche die meisten Pseudomonas-aeruginosa-Stämme abtöten können, werden vom Fraunhofer ITEM aufgereinigt und als Arzneimittel weiterverarbeitet. Das Team um Holger Ziehr wird dafür ein Verfahren entwickeln, dass generell zur Herstellung von Phagen-Wirkstoffen geeignet ist. Mithilfe dieser Methode soll zunächst ein Phagen-Medikament zum Inhalieren bei Lungenentzündungen entwickelt werden. Die präklinischen Untersuchungen werden sowohl am ITEM als auch in der Universitätsmedizin der Berliner Charité durchgeführt. In Berlin laufen bereits erste Studien mit Patienten, um den Lungenkeim mit Phagen zu besiegen.

Nach Jahrzehnten in der Versenkung sollen Phagen als natürliche Bakterienkiller nun mit Nachdruck wieder in das öffentliche Bewusstsein rücken. Mit der Gründung des „Nationalen Forums Phagen“ beim ersten Deutschen Bakteriophagen-Symposium haben Experten den Weg dafür geebnet.

Ob Schwarz, Grün oder Kräuter: Tees werden in Deutschland immer beliebter. Das Getränk, das je nach Sorte im Geschmack variiert, ist auch wegen seiner gesundheitsfördernden Inhaltsstoffe gefragt. Mit einem Pro-Kopf-Verbrauch von 28 Litern kann das Heißgetränk mit Kaffee zwar noch nicht mithalten. Nach Angaben des Deutschen Teeverbandes stieg der Teeverbrauch 2016 aber weiter an und erreichte mit 19.220 Tonnen erneut ein Rekordhoch.

Mehr Pflanzenschutzrückstände im Tee als im Obst

Das Bundesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit hat für das aktuelle „Monitoring“ zahlreiche Teesorten genauer untersucht. Das Ergebnis: In Fast der Hälfte aller 334 Proben, vom Schwarzen über Grünen bis hin zu Kräuter- und Früchtetee, wurden Rückstände von Pflanzenschutzmitteln nachgewiesen. Davon lagen 4,8% der Proben über dem zugelassenen Höchstwert. In der Lebensmittelgruppe „Obst, Gemüse und andere pflanzliche Produkte“, lag die Quote hingegen bei nur 2,1%.

Tee aus biologischem Anbau schneidet besser ab

Auch in Kräutertees wurden entsprechende Rückstände gefunden, der vorgeschriebene Höchstgehalt wurde hier bei 3,2% der insgesamt 95 Testprodukte überschritten. Dies betraf Jasmintee aus China und zwei Pfefferminzblättertees, deren Herkunft unbekannt ist. Auch in Teesorten aus biologischem Anbau wurden Spuren von Pflanzenschutzmittel nachgewiesen. Die gesetzliche Höchstgrenze wurde allerdings bei keiner der 39 geprüften Bio-Produkte überschritten.

Keine Gesundheitsgefähr für Teetrinker

Auch wenn die Rückstandshöchstwerte überschritten wurden: Eine Gesundheitsgefahr für den Verbraucher besteht deshalb nicht. Im Rahmen des Monitorings werden seit 1995 Lebensmittel und seit 2010 auch Kosmetika auf gesundheitlich nicht erwünschte Stoffe untersucht. Dadurch sollen frühzeitig gesundheitlich bedenkliche Stoffe aufgespürt und Risiken abgewehrt werden

Teeimporte aus China im Blick

Wegen überhöhter Pflanzenschutzmittelrückstände waren in der Vergangenheit vor allem Tees aus China aufgefallen. Seit 2011 werden die importierten Teeprodukte diesbezüglich genauer überprüft. Rund ein Viertel des nach Deutschland eingeführten Schwarzen und Grünen Tees stammt aus China. Im vergangenen Jahr wurde erstmals seit 12 Jahren mehr Tee aus Indien als aus China importiert.

Omega-3-Fettsäuren sind für die Gesundheit des Menschen essenziell. Da der Nährstoff vom Körper nicht selbst produziert wird, muss der tägliche Bedarf über die Ernährung abgedeckt werden. Meerestiere wie Fische und Muscheln, die reich an langkettigen Omega-3-Fettsäuren sind, stellen hier bisher die wichtigste Nährstoffquelle dar. Doch Überfischung und Klimawandel machen die Suche nach alternativen Kandidaten zur Nährstoffgewinnung notwendig. Ein besonders vielversprechender Kandidat: Mikroalgen.

Neue Algen als Nährstoffquelle gesucht

Wegen ihrer hochwertigen- und gesundheitsfördernden Inhaltsstoffe werden Mikroalgen längst zur Herstellung von Lebens- und Futtermitteln genutzt. Doch die industrielle Nutzung beschränkt sich bisher nur auf wenige Arten. Lediglich 20 der insgesamt 43.000 wissenschaftlich bekannten Algen sind hier im Einsatz. Das soll sich ändern. Im neu gestarteten Verbundprojekt „NovAL“ wollen Forscher der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) gemeinsam mit den Universitäten Jena und Leipzig sowie der Hochschule Anhalt neue Algenarten als Nährstoffquelle zur Lebensmittelherstellung erschließen. Auch neue Technologien zur Verarbeitung der Algennährstoffe sind geplant.

Studie zur Wirkung der Algeninhaltsstoffe

Im Fokus stehen bisher ungenutzte Algenarten, die reich an langkettigen Omega-3-Fettsäuren, aber auch Vitamin B12, Vitamin D sowie Carotinoiden sind. Die Analysen dazu führen Ernährungswissenschaftler an der MLU sowie der Uni Jena durch. Auswahl und Produktion der Algenstämme übernehmen hingegen die Forscher der Hochschule Anhalt in Köthen. In Jena startet parallel dazu eine Humanstudie, um zu bewerten, wie gut der menschliche Körper die Algeninhaltsstoffe aufnehmen und verarbeiten kann. Am Institut für Lebensmittelhygiene der Universität Leipzig wollen Forscher schließlich verschiedene Verarbeitungsverfahren prüfen, um die Unbedenklichkeit der Rohstoffe zu gewährleisten. Gemeinsam mit Partnern aus der Industrie sollen daraus schließlich neue Lebensmittel entwickelt werden.

Das Verbundprojekt „NovAL“ wird im Rahmen der "Nationalen Forschungsstrategie BioÖkonomie 2030" vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) in den kommenden drei Jahre mit 1,2 Mio. Euro gefördert. Initiiert wurde die Nährstoffsuche vom Kompetenzcluster für Ernährung und kardiovaskuläre Gesundheit (nutriCARD).

Der Klimawandel und die globale Erwärmung beeinflussen nicht nur die Luftqualität und die Höhe des Meeresspiegels, sondern verändern auch das Wachstum von Pflanzen. Ein internationales Forscherteam unter der Leitung der Technischen Universität München (TUM) konnte nun erstmals belegen, dass Bäume in Städten schneller wachsen als Bäume in ländlicher Umgebung. Für die Studie, die in der Fachzeitschrift „Nature Scientific Reports“ veröffentlicht wurde, wurden Baumproben aus unterschiedlichen Metropolen und Klimaregionen analysiert: von Berlin über Brisbane bis Hanoi und Houston. Insgesamt nahmen die Forscher fast 1400 Proben von jeweils ortstypischen Baumarten ins Visier und untersuchten diese sowohl im Stadtzentrum als auch in der ländlichen Umgebung.

Wie kommen Bäume mit Stadtklima zurecht?

Nach Angaben der Vereinten Nationen wird die städtische Bevölkerung bis 2030 um mehr als 60% wachsen. Grünflächen und Stadtbäume können das Klima in Städten verbessern und zu Wohlbefinden und Gesundheit der Bewohner beitragen. Doch wie kommen Bäume in den Städten zurecht? „Während die Auswirkungen des Klimawandels auf das Baumwachstum in Wäldern umfassend untersucht wurden, gibt es für Stadtbäume bislang kaum Informationen“, sagt Hans Pretzsch, Professor für Waldwachstumskunde an der TUM. Die aktuelle Studie gibt Antwort darauf. Sie wurde vom Bayerischen Staatsministerium für Umwelt und Verbraucherschutz sowie von der Audi Stiftung für Umwelt unterstützt.

Wärmeinseleffekt lässt Bäume schneller wachsen

„Wir können zeigen, dass Stadtbäume bei gleichem Alter im Durchschnitt größer sind als ländliche Bäume, denn die Stadtbäume wachsen schneller“, sagt Pretzsch. Allerdings verringert sich dieser Unterschied mit zunehmendem Alter der Bäume. „Während der Unterschied im Alter von 50 Jahren noch etwa ein Viertel beträgt, sind es bei einem Baumalter von hundert Jahren immer noch knapp 20%.“ Die Ursache hierfür sei der sogenannte Wärmeinseleffekt. Dieser führt in Stadtzentren zu einer stärkeren Aufheizung und somit zu höheren Temperaturen. Verglichen mit der ländlichen Umgebung kann diese Temperatursteigerung zwischen drei und zehn Grad Celsius ausmachen. Höhere Temperaturen wiederum beeinflussen das Baumwachstum gleich doppelt: Sie regen die photosynthetische Aktivität an und verlängern die Vegetationsperiode, also die Zeitspanne im Jahr, in der Bäume wachsen können. Allerdings geht die Wachstumssteigerung auch mit einem schnelleren biologischen Altern der Bäume einher.

Klimawandel beschleunigt das Baumwachstum allgemein

Zusätzlich zu dem beschleunigten Baumwachstum in den Städten fanden die Forscher heraus, dass auch ländliche Bäume durch den Klimawandel seit den 1960er Jahren schneller wachsen. „Die allgemeine Wachstumsbeschleunigung bei allen Bäumen um rund 20 Prozent, über die wir in der aktuellen Studie berichten, ist vergleichbar mit früheren Befunden über Wälder. Dieser Effekt wurde auch in der landwirtschaftlichen Produktion beobachtet“, sagt Waldwachstumskundler Pretzsch. Offensichtlich gab und gibt es Änderungen der Umweltbedingungen, die ein beschleunigtes Baumwachstum über verschiedene Klimazonen hinweg fördern. „In diesem Zusammenhang werden neben der globalen Erwärmung auch Düngungseffekte durch die ansteigende atmosphärische CO₂-Konzentration und vermehrte Stickstoffdepositionen als mögliche treibende Kräfte diskutiert.“

jmr

Climate change and global warming not only decrease air quality and cause rising sea levels, but also affect how plants grow. An international team of researchers headed by the Technical University Munich (TUM) demonstrates for the first time that trees in urban areas grow faster than in rural areas. For the study, which was published in the journal “Nature Scientific Reports”, the researchers analysed samples from different metropolises and climate zones: from Berlin to Brisbane and from Hanoi to Houston. In total, the TUM research team examined almost 1400 trees. A typical and predominant tree species was selected for each city and was studied in both the city centre and surrounding rural areas. Trees in metropolitan areas have been growing faster than trees in rural areas worldwide since the 1960s due to warmer urban temperatures. Similar effects due to changing climatic conditions are now also occurring for trees in rural areas.

How do trees cope with urban climate?

„While the effects of climate change on tree growth in forests have been extensively studied, there is little information available so far for urban trees“, said Hans Pretzsch, Professor for Forest Growth and Yield Science at TUM. However, such information is becoming more and more pivotal, as the UN estimates the global urban population to increase by more than 60% until the year 2030. Urban trees are supposed to improve climate and air quality within metropolises and contribute to the well-being and health of city dwellers, but how trees are coping with the city life has not been investigated yet. The current study was supported by the Bavarian State Ministry for Environment and Consumer Protection as well as by the Audi Foundation for the Environment.

Heat island effect causes trees to grow faster

„We can show that urban trees of the same age are larger on average than rural trees because urban trees grow faster“, said Pretzsch. However, this difference decreases with increasing age, while still remaining significant. „While the difference amounts to about a quarter at the age of 50, it is still just under 20% at a hundred years of age.“ According to the researchers the growth acceleration of urban trees is due to the so-called heat island effect: it causes stronger heating-up and thus higher temperatures in urban centres. Compared to the surrounding rural area, this increase in temperature can be up to between three and ten degrees Celsius. Higher temperatures in turn affect the growth of trees in two ways: They stimulate photosynthetic activity and prolong the vegetation period, i.e. the time of the year during which trees can grow. However, this accelerated aging of the trees also causes an acceleration of the life cycle of the trees.

Climate change accelerates tree growth in general

In addition to the accelerated tree growth in cities the researchers also show that rural trees have been growing faster since the 1960s as a result of climate change. „The general acceleration of growth in all trees by about 20%, which we report in the current study, is comparable to previous findings on forests. This effect has also been observed in agricultural production“, says Pretzsch. Evidently, there are a number of changes in environmental conditions that promote accelerated tree growth across different climate zones. „In this context, in addition to global warming, fertilization effects due to the rising atmospheric CO₂ concentration and increased nitrogen depositions are discussed as potential driving forces.“

jmr

iGEM - dieses Kürzel steht für die akademische Bioingenieurs-WM. Das große Finale des jährlich ausgetragenen Tüftelwettbewerbs für Synthetische Biologie findet mittlerweile traditionell im Hynes Convention Center in Boston statt. Auch das Giant Jamboree der "International Genetically Engineered Machine competition 2017" vom 9. bis 13. November war wieder ein Treffen der Superlative, rund 300 Teams und mehr als 5.000 Teilnehmer waren zum diesjährigen Saisonhöhepunkt gekommen.

Erfolgsserie fortgeführt

Die Teams aus Deutschland waren in den vergangenen Jahren bei iGEM enorm erfolgreich und zählen konstant zu den Spitzenreitern. Eine Serie, die auch in diesem Jahr ungebrochen ist. In diesem Jahr waren 15 Hochschulteams mit ihren Projekten nach Boston gereist. Die Bilanz: Es gab achtmal Gold, dreimal Silber und dreimal Bronze.

Sowohl bei den Undergraduates (U23) als bei den Overgraduates gehörten auch in diesem Jahr deutsche Teams zu den Finalisten, die sich bei der Abschlussveranstaltung des Giant Jamborees nochmal vor Jury und Plenum präsentieren durften. Einmal mehr waren es die Teams aus den deutschen iGEM-Hochburgen Heidelberg und München, die bereits in den Vorjahren mit Spitzenplatzierungen geglänzt hatten. Am Ende landete Team Heidelberg bei den Undergrads auf dem 3. Platz, der iGEM-Gesamtsieg ging an das litauische Team aus Vilnius. Das iGEM-Team aus München wurde bei den Overgrads Vizeweltmeister, hinter dem niederländischen Team der TU Delft.

Phagen und Genscheren in der Anwendung

Das Team aus Heidelberg hatte in diesem Jahr einen molekularen Werkzeugkasten entwickelt, der auf Phagen basiert und für das Protein-Design eingesetzt werden kann („The Phage and the furious“). Außerdem entwickelten die Badener ein Computer-Programm, das auf dem Artifical-Intelligence-Ansatz beruht. Mit diesem Ideen-Paket konnten sie bei der iGEM-Jury auch bei den Sonderkategorien punkten: diesmal gingen sechs Sonderpreise nach Heidelberg, darunter für das beste Poster, die beste Präsentation und das beste Software-Tool.

Das Team München hatte es indes auf eine Anwendung der bei Molekularbiologen angesagten Genschere CRISPR-Cas abgesehen. Sie entwickelten daraus einen diagnostischen Schnelltest (CascAID+), mit dem sich multiresistente Keime aufspüren lassen. Die Münchner räumten dafür neben der Goldmedaille noch fünf Sonderpreise ab, darunter für das beste Diagnostik-Projekt und die beste Hardware.

Nicht nur die iGEM-Hochburgen überzeugten

Unter den 15 deutschen Team herausragte auch die Mannschaft vom CeBiTec in Bielefeld, die angetreten war, den genetischen Code von Bakterien zu erweitern und so neue Aminosäuren entstehen zu lassen. Für die Bielefelder und ihr Projekt "expand" gab es zwei Sonderpreise, darunter der für das beste neue grundlegende Bauteil. Als einziges deutsches Team haben die Bielefelder zum achten Mal in kontinuierlicher Folge am iGEM-Wettbewerb teilgenommen.

Aber auch die weiteren Teams aus Deutschland punkteten. Goldmedaillen gingen neben den genannten Teams auch an die TU Dresden, Aachen, Berlin, Freiburg. Silber gab es für die Projekte von der TU Darmstadt, dem Team Franconia (Erlangen-Nürnberg) und Hamburg. Bronze-Medaillen vergab die Jury an die Teams aus Stuttgart, Tübingen und Köln-Düsseldorf.

The International Genetically Engineered Machine (iGEM) Foundation is an independent, non-profit organization dedicated to education and competition, the advancement of synthetic biology, and the development of an open community and collaboration. There are three main programmes under the umbrella of iGEM: the iGEM competition - an international team competition made up of predominantly undergraduate students interested in the field of synthetic biology; the Labs Program - a program for academic labs to use the same resources as the competition teams; and the Registry of Standard Biological Parts - a growing collection of genetic parts use for building biological devices and systems.

Lithuanian and Dutch teams are overall winners

The final of the annual iGEM competition took place at the HynesConvention Centre in Boston, Massachusetts. Over the last few years the German teams have always performed very well here, and the winning streak continued on this year as well: Out of 15 teams that travelled to Boston with and projects, eight received a gold medal, three silver, and three were awarded a bronze medals. The overall winner of the iGEM- undergrad competition was the Lithuanian team from Vilnius, while the Dutch team from the Delft University of Technology was the overall winner of the iGEM graduate competition.

Phages and gene editing awarded

The team from Heidelberg developed a molecular tool kit based on phages that can be applied for protein design („The Phage and the furious“). Moreover, the team had developed a computer programme based on artificial intelligence. The jury appreicated such innovative ideas: a total of six special achievement awards were awarded to the Heidelberg team.

Team Munich presented another hot topic amongst molecular biologists: the gene editing tool CRISP-Cas. They developed a rapid diagnostic test to detect multi-resistant bacteria with this tool (CascAID+). Among other categories the Munich team won the special achievement award for best diagnostic project and best hardware.

Record participation for German team

Among the 15 excellent German teams was also the team from CeBiTec in Bielefeld, who presented their work that “expands” the bacteria genome in order to generate new amino acids. For their groundbreaking and novel innovation they received a special achievement award. They are the only German team that has participated in the iGEM competition for eight consecutive years. In addition to the teams from Munich, Heidelberg, and Bielefeld a number of other German teams were also awarded: The teams of TU Dresden, Aachen, Berlin, and Freiburg also received a gold medal, each. Projects at TU Darmstadt, from team Franconia (Erlangen-Nürnberg) and Hamburg were each awarded with a silver medal. And teams from Stuttgart, Tübingen, and Köln-Düsseldorf each received a bronze medal.

jmr/pg

Sie sind eine vielversprechende Plattform für Wirkstofftests und könnten die Anzahl an Tierversuchen künftig deutlich reduzieren: Multi-Organ-Chips. Hier werden aus Zellen von gesunden Menschen und Patienten miniaturisierte Organe mittels 3D-Druck auf einem Mikrochip nachgebildet. In den vergangenen Jahren ist die Entwicklung der so genannten Lab-on-a-Chip-Technologie weiter vorangeschritten. Mittlerweile können darauf sogar mehrere Organe abgebildet werden. Die Technologie könnte in Zukunft nicht nur ethisch umstrittene Tierversuche minimieren, sondern auch neue Arzneimittel vor dem Einsatz im Menschen besser absichern.

Karlsruher Organ-Chip ausgezeichnet

Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) hat sich die Forschungsgruppe von Ute Schepers auf die Entwicklung solcher Systeme spezialisiert. Die Entwicklung eines Organ-on-a-Chip-Systems, auf dem Blutgefäße naturgetreu nachgebildeten sind, wurde mit dem LUSH PRIZE 2017 zur Förderung tierversuchsfreier Testmethoden in der Kategorie „Nachwuchsforscher“ ausgezeichnet. Der mit 12.000 Euro dotierte Preis wurde an Vanessa Kappings verliehen, die in Schepers Team maßgeblich an der Weiterentwicklung des Testsystems namens „vasQchip“ beteiligt war.

Tausende Tests parallel möglich

Der Chip ist kaum größer als ein Smartphone. Mittels 3D-Drucker wurden darauf dreidimensionale Miniorgane aufgetragen. Diese sind durch haarfeine künstliche Kanäle miteinander verbunden. Durch diese künstlichen Blutbahnen gelangen die zu testenden Wirkstoffe in einer blutähnlichen Nährstofflösung in die miniaturisierten Organe. Eine Minipumpe simuliert dabei das Herz und pumpt die Lösung durch die künstlichen Adern. Der Vorteil: Wie die Stoffe auf die Organe wirken, ist sofort messbar. Aber nicht nur das. Mithilfe des Mini-Organ-Chips können den Forschern zufolge tausende Test parallel und automatisiert durchgeführt werden und das auf kleinstem Raum. Derzeit arbeitet das Karlsruher Team an der Entwicklung von durchbluteten Haut-, Leber-, Darm-, Hirn-und Tumormodellen sowie an der Kombination verschiedener miniaturisierter Organe auf einem Chip.

Erfolgreiche Ausgründung der Innovation

„Unser Ziel ist, der Pharmaindustrie und auch der Kosmetikindustrie geeignetere Alternativen zu Tierversuchen zu liefern und sie von den Vorteilen zu überzeugen: präzisere Vorhersagbarkeit der Wirkung auf den Menschen, geringere Kosten sowie Schonung von Mensch und Tier“, erklärt Vanessa Kappings. Mittlerweile haben die Forscher das Start-up „vasQlab" gegründet, um den „vasQchip“ weiterzuentwickeln.

EU fördert Produktion von Organ-Chips

Ein neues Europäisches Forschungskonsortium will der Organ-on-a-Chip-Technologie nun zum gesellschaftlichen und wirtschaftlichen Durchbruch verhelfen. An dem Projekt »ORgan-on-CHip In Development« (ORCHID) sind auch Forscher vom Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik (IGB) in Stuttgart beteiligt. Das Konsortium will in den kommenden Jahren eine europäische Infrastruktur aufzubauen, um eine koordinierte Entwicklung, Produktion und Implementierung der neuen Testsysteme zu ermöglichen. Ziel ist die Entwicklung einer Plattform, die Wissenschaftlern, politischen Entscheidungsträgern, Geldgebern und Endnutzern einen Überblick über die aktuellen Entwicklungen auf dem Gebiet bietet. Das Vorhaben wird von der EU im Rahmen des Programmbereichs FET Open in den nächsten zwei Jahren mit 500.000 Euro gefördert.

Miesmuscheln verfügen über einen der stärksten, bekannten biobasierten Klebstoffe, denn sie müssen sich bei wechselnden Gezeiten an Meeresboden und Steinen festhalten. Genau so ein biobasierter Superkleber wird dringend auch in der regenerativen Medizin benötigt. Ein biokompatibler Klebstoff könnte für die Behandlung von oberflächlichen Hautwunden genutzt werden und sogar das Einsetzen von Platten und Schrauben bei Knochenbrüchen überflüssig machen. Wissenschaftlern des Exzellenz Clusters UniCat (Unifying Concepts in Catalysis) in Berlin ist es nun gelungen, Stämme des Darmbakteriums Escherichia coli so zu verändern, dass mit ihrer Hilfe der biologische Unterwasserklebstoff von Miesmuscheln produziert werden kann. Wie die Forscher im Fachjournal „ChemBioChem“ berichten, kann der neuartige Kleber mit Licht gezielt aktiviert werden.

Darmbakterien als Chemiefabrik

Schon lange sind die extrem guten Hafteigenschaften des Muschelklebers bekannt, mit dem diese sich an beinahe allen Oberflächen festhalten können. An ihrem Fuß scheiden die Muscheln Fäden aus, die aus einem Proteinkleber bestehen. Dessen wichtigster Bestandteil ist die Aminosäure 3,4-Dihydroxyphenylalanin, kurz „DOPA“ genannt. Die UniCat-Mitglieder Nediljko Budisa von der TU Berlin, Holger Dobbek von der HU Berlin und Andreas Möglich, mittlerweile an der Universität Bayreuth, haben ein neues Verfahren entwickelt, mit dem der Miesmuschelkleber biotechnologisch hergestellt werden kann. „Um diese Muschelproteine herzustellen, benutzen wir Darmbakterien, die wir umprogrammiert haben“, erläutert Budisa. „Sie sind unsere Chemiefabrik, mit der wir den Superleim produzieren.“

Licht aktiviert die Klebestellen

Dazu haben die Wissenschaftler in einem ersten Schritt ein spezielles Enzym in das Darmbakterium E. coli eingefügt. Anschließend wurde das veränderte Darmbakterium mit der Aminosäure ONB-DOPA (ortho-Nitrobenzyl-DOPA) gefüttert. Diese bildet eine Schutzschicht über die für die starke Klebewirkung verantwortlichen Dihydroxyphenyl-Gruppen. Das umprogrammierte Bakterium baut anschließend diese geschützten Aminosäuren in Proteine ein. Das Ergebnis: Ein Haftprotein, dessen Klebestellen noch abgeschirmt sind. Erst nachdem das geschützte Haftprotein aus den Bakterien herausgelöst und gereinigt worden ist, werden die Schutzgruppen mit Hilfe von Licht einer bestimmten Wellenlänge (365 nm) entfernt. Dadurch werden die Klebestellen aktiviert, so dass das Protein zielgerichtet als Klebstoff verwendet werden kann.

Ausgründung mit neuem Verfahren

Obwohl die Einsatzmöglichkeiten für den Miesmuschelklebers groß sind, konnte dieser bisher noch nicht in ausreichendem Maßstab gewonnen werden: 10.000 Miesmuscheln ergeben nur ein bis zwei Gramm des Klebers. Die neue Methode der Berliner Forscher könnte dies aber schon bald ändern. Zwei Wissenschaftler der Arbeitsgruppe von Budisa wollen sich mit der biotechnologischen Herstellung des Muschelklebers ausgründen. „Diese Strategie bietet neue Wege zur Herstellung von DOPA-basierten Nassklebstoffen für die Anwendung in Industrie und Biomedizin mit dem Potenzial, Knochenchirurgie und Wundheilung zu revolutionieren“, sagen Christian Schipp und Matthias Hauf. Zur Verwirklichung ihrer Geschäftsidee wollen sie Labore des „Inkulab“ nutzen, dem Ausgründungslabor der UniCat an der TU Berlin.

jmr

Mussels produce and use one of the strongest biobased adhesives known to date, because they live in the tidal and shelf areas of the oceans and must therefore withstand strong currents and salt water. Exactly such a strong and biobased super glue would also be very useful in regenerative medicine: biocompatible adhesives could be used to treat superficial wounds, and could replace plates and screws, which are commonly used to treat bone fractures. Researchers at the Excellence Cluster UniCat (Unifying Concepts in Catalysis) in Berlin now managed to reprogram strains of the intestinal bacteria Escherichia Coli in such a way that the biological underwater adhesive of mussels can be created with help of the bacteria. As the scientists report in the journal “ChemBioChem” the new biogenic super glue and its adhesive properties can be switched on by irradiation with light.

Intestinal bacteria as a chemical factory

The extreme adhesive qualities of the mussel glue have been in the focus of research interest for quite some time. It is known that the mussel releases threads from its foot, consisting of a protein glue. The most important component of this protein glue is the amino acid 3,4-dihydroxyphenylalanine, known as "DOPA." UniCat members Nediljko Budisa from the TU Berlin, Holger Dobbek from the HU Berlin and Andreas Möglich, now at the University of Bayreuth, have developed a new biotechnological process, with which to produce the biological underwater adhesive of mussels: "To create these mussel proteins, we use intestinal bacteria, which we reprogrammed," explains Nediljko Budisa. "They are like our chemical factory through which we produce the super glue."

Light activates adhesive properties

In a first step the researchers inserted a special enzyme into E. coli. Subsequently, the modified intestinal bacteria are fed with the amino acid ONB-DOPA (ortho-nitrobenzyl DOPA) as this envelops and protects the dihydroxyphenyl groups, which are responsible for the strong adhesive properties. The reprogrammed bacterium then builds these enveloped amino acids into proteins. The result: A bonding protein is obtained, whose adhesive sites are still protected. After the protein has been separated from the bacteria and purified, the protective groups are removed by means of light of a specific wavelength (365 nm). By doing so, the adhesive protein gets “activated” and can be used as a glue.

Business spin-off based on new technique

Although the adhesive properties of the mussel glue have been coveted for quite some time, and there a plenty of possible applications, thus far it was not possible to harvest it in large and homogeneous enough quantities: 10,000 mussels only provide one or two grams of the adhesive. The new technique developed by the researchers in Berlin could change all this: Two scientists from Budisa’s working group are planning to establish a business spin-off. "This strategy offers new ways to produce DOPA-based wet adhesives for use in industry and biomedicine with the potential to revolutionize bone surgery and wound healing," assert Christian Schipp and Matthias Hauf. In order to bring their business idea to life, they plan to use the Inkulab, the spin-off laboratory of the Excellence Cluster UniCat at the TU Berlin.

jmr

Dies zeigt eine Studie des Forschungsinstituts für biologischen Landbau FiBL. Demnach gilt es, den hohen Konsum tierischer Produkte zu reduzieren, weniger Kraftfutter in der Tierhaltung einzusetzen und Nahrungsmittelabfälle zu vermeiden.

Auch auf wichtige Umweltaspekte wie Treibhausgasemissionen, Überdüngung und Pestizidverbrauch hat ein solches Ernährungssystem positive Auswirkungen und führt trotz biologischer Bewirtschaftung nicht zu einem höheren Landverbrauch, so berichten die Forscher im Fachjournal "Nature Communications".

Innovationen für eine nachhaltige Wirtschaft sind oftmals nicht nur technisch schwierig, sondern auch finanziell aufwendig. Um ihre Realisierung zu gewährleisten, bedarf es oft größerer Investitionssummen. Das Ziel des neuen Green Finance Cluster in Frankfurt ist es deshalb, eine Brücke zwischen Innovation und Finanzierung zu schlagen. Mitte November hat das neue Cluster seine Arbeit aufgenommen. „Eine nachhaltige Ausrichtung des Finanzsystems ist unverzichtbar; gleichzeitig bedürfen die Energiewende und der Transformationsprozess unserer Wirtschaft passender Unterstützung durch die Finanzindustrie“, verkündete dabei Hessens Wirtschaftsminister Tarek Al-Wazir.

Zusammenhang zwischen Investitionen und Klimawandel immer wichtiger

Das Cluster soll auch wertvolle Aufklärungsarbeit leisten: Erste Projekte gelten unter anderem der Suche nach Methoden, um den Zusammenhang von Finanzierungen und Klimazielen und die damit einhergehenden Risiken besser zu verstehen. So sollen konkrete Instrumente für die praktische Anwendung entwickelt werden. Ulf Moslener, Professor für Sustainable Energy Finance an der Frankfurt School sowie stellvertretender Vorsitzender des Green Finance Clusters, misst dem Zusammenhang zwischen Investitionen und Klimawandel eine immer größer werdende Bedeutung zu. Und auch Minister Al-Wazir stimmt zu, dass angesichts vieler internationaler Absichtserklärungen und Empfehlungen nun konkretes Handeln zur Umsetzung erforderlich sei: „Dafür brauchen wir Strukturen, die ein echtes Zusammenwirken der Finanzwirtschaft untereinander, aber auch mit Politik und Wissenschaft ermöglichen.“ Dabei sei es besonders wichtig, dass Frankfurt auf internationalem Parkett Schritt halte, und nicht von Städten wie Paris und London ins Abseits gedrängt würde.

Politik und Industrie bündeln ihre Interessen

Das Cluster entstand auf Initiative des Wirtschaftsministeriums und ist ein Projekt des Integrierten Klimaschutzplans Hessen 2025. Im Rahmen eines Sponsorings werden die Deutsche Bank AG, die Helaba, die Deutsche Börse AG, die Metzler Asset Management GmbH, die Commerzbank AG, die Dekabank Deutsche Girozentrale sowie die DZ Bank AG die Initiative finanziell unterstützen. Der Sitz der neuen Einrichtung wird am Frankfurt School-UNEP Collaborating Centre for Climate & Sustainable Energy Finance sein. Die Frankfurt School of Finance & Management ist eines der Gründungsmitglieder des Green Finance Clusters. Neben dem Wirtschaftsministerium gehören auch die Wirtschafts- und Infrastrukturbank Hessen, die KfW Bankengruppe, das Center for Financial Studies an der Goethe-Universität, der Verein für Umweltmanagement und Nachhaltigkeit in Finanzinstituten (VfU) und das Gründerzentrum TechQuartier dazu.

jmr

Innovations that advance a sustainable economy are not only difficult in their technical realisation, but also require financial support. In order to bring them to the market, oftentimes large investments become necessary. The aim of the new Green Finance Cluster in Frankfurt, which was opened recently, will be to connect innovations and funding possibilities. In the middle of November the Secretary of State for Trade and Industry in Hessen, Tarek Al-Wazir said: “A focus on sustainability is indispensable for the financial sector. At the same time, energy transition and the transformation process of our economy require the appropriate support by the financial industry.”

Interests of politics and industry are united

The Frankfurt School of Finance & Management is one of the founding members of the Green Finance Clusters, which originated based on an initiative by the economics ministry and is part of the “integrated climate protection plan Hessen 2025”. The initiative will have a number of financial supporters, including Deutsche Bank AG, Commerzbank AG, German Stock Market AG, and many more. The headquarters of the new institute will be at the Frankfurt School-UNEP Collaborating Centre for Climate & Sustainable Energy Finance.

Relationship between investments and climate change becoming more important

Another important aspect of the cluster will be education: First projects are looking into new methods to better understand the connection between financing and climate objectives as well as the respective risks. The aim is to develop concrete tools for practical application. Ulf Moslener, professor for Sustainable Energy Finance at the Frankfurt school as well as vice-president of the Green Finance Cluster also acknowledges a growing importance for the connection between investments and climate change. And Al-Wazir also agrees that after a number of international recommendations, now is the time to act: “To do so, we need structures that not only allow for a true collaboration within the finance sector, but also with politics and research.” He also adds that is important that Frankfurt would lead the way during this transition, in order not to get overshadowed by cities like Paris and London regarding a sustainable future.

jmr

Die Nutzung von Biomasse zur Energieerzeugung gewinnt zunehmend an Bedeutung. Das zeigt die wachsende Zahl von Biogasanlagen, die industrielle und landwirtschaftliche Reststoffe in Wärme und Strom verwandeln. Nach Angaben des Umweltbundesamtes wurden 2016 von den bundesweit 9.200 Biogasanlagen etwa 50,8 TWh Strom bereitgestellt, was einem Plus von 1% im Vergleich zum Vorjahr bedeutet. Stromerzeugung aus Biomasse ist neben Wind- und Wasserkraft sowie Photovoltaik, daher eine tragende Säule der Energiewende. Experten zufolge soll die Zahl der Biogasanlagen bis Ende 2017 noch weiter zulegen.

Doch wie wird die Energiewende von der Öffentlichkeit wahrgenommen und bewertet? Dazu gibt erstmals eine sozialwissenschaftliche Studie Auskunft. Im Projekt „Soziales Nachhaltigkeitsbarometer“ wurden zum ersten Mal Bürger befragt, für wie gerecht sie die Energiewende halten. „Die Energiewende ist in allen gesellschaftlichen Gruppen als Zielsetzung fest verankert und positiv besetzt. Und das über alle Parteien hinweg“, erklärt Daniela Setton, Hauptautorin der Studie und Wissenschaftlerin am Institut für transformative Nachhaltigkeitsforschung IASS in Potsdam.

Zustimmung auch unter Klimaskeptikern hoch

Danach befürwortet mit 88% eine Mehrheit der Bundesbürger die Nutzung erneuerbarer Energien. Vergleichbar hoch ist die Zustimmung zur Förderung von erneuerbaren Energien (84%) sowie zu Energiesparen (80%) und Energieeffizienz (85%). Darüber hinaus sind 75% der Befragten bereit, sich persönlich an der Energiewende zu beteiligen, denn sie betrachten die Energiewende als „Zukunftsvorsorge“. Selbst Klimaskeptiker sprachen sich mit großer Mehrheit, etwa 77%, für den Wandel aus. „Ein überraschendes Ergebnis für uns war, dass der Kohleausstieg eine ähnlich hohe Zustimmung erhält wie der Atomausstieg“, hebt Daniela Setton hervor. Selbst in den vom Kohleanbau dominierten Bundesländern war der Zuspruch hoch.

Befragte halten Energiewende für wenig gerecht

Doch neben der Zustimmung gibt es auch Zweifel, wie die Studie zeigt. Überwiegend skeptisch waren die Befragten, wenn es um die Themen Gerechtigkeit, Kosten, Steuerung und Bürgernähe der Energiewende ging. „Fast jeder zweite Deutsche hält die Energiewende für eher ungerecht, nur jeder Vierte für eher gerecht. Das ist ein deutliches Signal. Energiepolitische Maßnahmen sollten stärker auf ihre soziale Verträglichkeit abgeklopft und einkommensschwache Haushalte gezielt unterstützt werden“, betont Ortwin Renn, Wissenschaftlicher Direktor am IASS und Projektleiter der Studie.