Aktuelle Veranstaltungen

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).

bb

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.

pg

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.

bb

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.

Wo einst Mülldeponien waren, sind heute vielerorts Brachlandschaften. Auch wenn Pflanzen das Territorium nach und nach zurückerobern: Im Untergrund gärt es teils noch heftig. In den Böden schlummern das Klimagas Methan und kontaminiertes Sickerwasser, dass unkontrolliert entweichen und die Umwelt belasten kann. „Allein in Deutschland gibt es rund 106.000 Altablagerungen. Bei einem Großteil kann man davon ausgehen, dass sie noch immer biologisch aktiv sind“, erklärt Frank Otto von der Technischen Hochschule Georg Agricola in Bochum.

Strom und Wärme aus Deponiegas

Diese biologisch aktiven Brachen bergen jedoch auch ein ungeahntes Potenzial, das Frank Otto und sein Team gezielt nutzen wollen. Die Bochumer Forscher entwickelten ein Verfahren, mit dem das methanhaltige Gas aus alten Deponien zur Strom- und Wärmegewinnung verwendet werden kann. Das Prinzip: Mit gezielten Bohrungen wird das Deponiegas abgesaugt und frischer Sauerstoff eingeflößt. „Das organische Material wird dadurch kontrolliert zersetzt – zum Teil durch Sauerstoff-liebende Bakterien, teils durch Bakterien, die ohne Sauerstoff auskommen“, erklärt Otto. Die Sauersoff-liebenden, aeroben Bakterien produzieren dabei CO₂ und Wärme, während die anaeroben Bakterien dafür sorgen, dass in der warmen Umgebung Methan entsteht. Bis das Deponiegas endgültig verbraucht ist, könnten so Kleinkraftwerke angetrieben werden.

Kommunen profitieren von neuer Energiequelle

Neben der kontrollierten Zersetzung des Klimagases könnte vor allem die energetische Nutzung für Kommunen ein lukratives Geschäft sein. „Bis zu 25 Jahre dauert es, bis kein reaktionsfähiges, organisches Material mehr vorhanden ist – in jedem dieser maximal 25 Jahre könnten bis zu 250.000 Euro Einnahmen durch den Verkauf von Strom erzielt werden, den man in das Netz einspeist“, erklärt der Geophysiker. Er verweist darauf, dass in seiner Kalkulation die Wärmegewinnung aus Deponiegas noch gar nicht enthalten ist. Otto ist überzeugt, dass sich die Vorab-Investitionen von knapp 1,5 Mio. Euro hinsichtlich des hohen Einnahmepotenzials durchaus rentieren. Bisher durften Kommunen die Ausgasungen aus alten Deponien nur zur Gefahrenabwehr fördern, aber keinen finanziellen Nutzen daraus ziehen. Mit der Novellierung des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) 2017 ist diese Option nun teilweise möglich.

Müllhalden renaturisieren

Das neue Verfahren ist auch ökologisch vorteilhaft. Nach dem Versiegen der Gasproduktion könnte auf dem Deponiegelände mit dem sogenannten „Urban Mining“ begonnen werden. „Beim sogenannten städtischen Bergbau werden alte Müllhalden noch mal zu ergiebigen Rohstoffminen, aus denen sich wertvolle Ressourcen wie Eisen oder Kupfer und Energierohstoffe gewinnen lassen“, erklärt Otto. Mit der Komplettsanierung des einst belasteten Areals wird dann auch der Weg für die Entstehung neuer grüner Oasen zum Wohnen und Erholen frei.

bb

Enzyme aus der Natur gewinnen und industrietauglich machen, das ist das Spezialgebiet des Biotechnologie-Unternehmens ASA Spezialenzyme GmbH aus dem niedersächsischen Wolfenbüttel. Die 1991 vom Biotechnologen Arno Cordes gegründete Firma mit 16 Mitarbeitern stellt Enzyme und Bakterienmischkulturen für die Industrie her, die unter anderem in biologischen Reinigern für Gewässer und Klärgruben zum Einsatz kommen. Forschungs- und Entwicklungsprojekte bei ASA Spezialenzyme wurden immer wieder vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unterstützt.

In einem Projekt aus der Fördermaßnahme „KMU-innovativ: Biotechnologie“ haben sich die Forscher mit Partnern vom DECHEMA-Forschungsinstitut in Frankfurt am Main darangemacht, das Enzym Chloroperoxidase (CPO) für den Einsatz in chemischen Synthesen in der Industrie fit zu machen.

Vielseitig, aber anfällig

Chloroperoxidasen sind Biokatalysatoren, die andere Moleküle oxidieren. Solche Reaktionsschritte sind in der chemischen Industrie insbesondere in organischen Synthesen gefragt. Zwar gibt es auch andere Enzymklassen mit ähnlichen Fähigkeiten wie zum Beispiel die P450-Monooxygenasen, jedoch benötigen diese oft teure Co-Faktoren. Chloroperoxidasen hingegen nutzen nur Wasserstoffperoxid (H₂O₂) als Co-Substrat, eine Substanz, die günstig in der Industrie zu haben ist.

Das Enzym Chloroperoxidase stammt in der Natur ursprünglich aus dem Pilz Caldariomyces fumago. Für den industriellen Einsatz ist CPO in seiner natürlichen Form zu anfällig und instabil bei hohen Temperaturen. Deshalb haben die Projektpartner das Enzym durch gezielte Mutagenese der Erbinformation in seiner Struktur verändert, um thermostabilere Enzyme zu generieren. Das BMBF hat das Projekt von 2013 bis 2016 mit knapp 300.000 Euro gefördert.

Enzyme funktionieren in überkritischem Kohlendioxid

Die Suche nach robusteren und funktionstüchtigen Versionen der Chloroperoxidase stellte sich im Projektverlauf als schwierig heraus, berichtet Cordes. „Sehr erfolgreich haben wir die Enzyme aber in überkritischem Kohlendioxid als Reaktionsmedium eingesetzt“, sagt Cordes.

Wenn in der chemischen Industrie flüchtige und in Wasser schwerlösliche Stoffe hergestellt werden, greifen Chemiker meist zu Lösungsmitteln, die toxisch und wenig nachhaltig sind. Überkritisches Kohlendioxid hingegen, ein Zustand, in dem das CO₂ gleichzeitig flüssig und gasförmig ist, ist ein ungiftiges Lösungsmittel. Es kann nachhaltig produziert und einfach entsorgt werden. Cordes: „Derzeit arbeiten wir noch daran, unsere neuartige Biokatalyse-Basistechnologie für die Anwendung zu optimieren“. So ist bereits ein Fermentationsverfahren entstanden, das bereits wirtschaftlich eingesetzt werden kann.

Die umweltfreundliche Synthesetechnik dürfte laut Cordes nicht nur für die Erzeugung von Basischemikalien, sondern auch bei Herstellern von Aromastoffen interessant sein.

Autor: Philipp Graf

Noch immer gibt es viele Orte auf der Welt, an denen Menschen ohne Strom leben müssen. Bis vor Kurzem gehörten auch Teile des Senegal dazu - bis Heidi Schiller und ihr Familienunternehmen KAITO Projekt GmbH mit kleinen Solaranlagen buchstäblich Licht in die westafrikanischen Dörfer brachten. Jetzt widmet sie sich einem neuen Projekt vor Ort: SENtypha. Das lokale Schilfrohr (Typha australis) soll als nachwachsender Rohstoff für den Bau Verwendung finden. Dazu müssen nachhaltige Ernte- sowie Verarbeitungsmethoden etabliert werden. Gelingt das Vorhaben, könnten zahlreiche Arbeistplätze und eine eigenständige kleine Industrie geschaffen werden.

There are still many places in the world where people have to live without electricity. Until recently, the Senegal was one of those places – until Heidi Schiller and her family business KAITO Projekt GmbH and their small solar panels literally brought light to the villages in West-Africa. Now Schiller is focusing on a new project at the same location: SENtypha. The goal is to establish the local reed (Typha australis) as a renewable building material. To do so, sustainable harvest- and processing techniques have to be introduced. If the project is successful, numerous jobs and a small, self-sufficient industry could emerge.

Die Zahl ist ernüchternd: 75% der fliegenden Insekten sind in den vergangenen 27 Jahren verschwunden. Die Langzeitstudie eines internationalen Forscherteams lieferte kürzlich erstmals Fakten, die das Insektensterben klar belegen. Dass die Landwirtschaft durch den Einsatz von Pestiziden für den Artenrückgang mitverantwortlich ist, war bisher eher eine naheliegende Vermutung als ein Beweis. Diesen liefern nun Forscher der britischen University of Stirling und vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Im Rahmen ihrer Studie hatte das Team den Einfluss eines speziellen Pflanzenschutzmittels, den Neonicotinoiden, auf Hummelkolonien untersucht. Die Ergebnisse wurden im Fachjournal „Scientific Reports“ veröffentlicht.

Pestizide beeinträchtigen Summen

„Wir haben die Wirkung des Pestizids Neonicotinoid auf Hummeln untersucht und herausgefunden, dass es die Vibrationen, und somit auch das Summen, negativ beeinflusst“, sagt Penelope Whitehorn. Die Biologin hatte die Studie an der University of Stirling einst geleitet. Mittlerweile forscht sie am Institut für Meteorologie und Klimaforschung – Atmosphärische Umweltforschung (IMK-IFU) des KIT.

Um den Einfluss der Pestizide auf Hummelpopulationen zu messen, nahmen die Forscher das prägnante Summen der Insekten ins Visier. Der Grund: Beim Flug erzeugt der Flügelschlag Frequenzen, wodurch die Pollen aus der Blüte herausgeschüttelt werden. Bei dieser sogenannten Vibrationsbestäubung ertönt auch das charakteristische Summen. Das Geräusch ist daher nicht nur signifikant für die Bestäubung von Blüten, sondern auch für das Nektarsammeln, also der Suche nach Nahrung für die Hummeln selbst.

Lernverhalten blockiert

Um Veränderungen im Summen festzustellen, zeichneten die Forscher daher die Geräusche mit einem Mikrofon auf und analysierten im Anschluss das akustische Signal. Das Ergebnis: Bei Hummeln, die permanent durch das Pestizid belastet sind, verringerte sich die Vibration, was wiederum Einfluss auf die Menge der gesammelten Pollen und somit die Nahrung der Fluginsekten hatte. „Hummeln einer Kontrollgruppe, die dem Pestizid nicht ausgesetzt waren, lernten in ihrer Entwicklung nach und nach dazu, wie sie mehr Pollen sammeln und besser Blumen bestäuben können. Die Hummeln, die mit dem Pestizid in Berührung kamen, entwickelten stattdessen ihre Fähigkeiten nicht weiter. Sie sammelten am Ende des Experiments zwischen 47 und 56 Prozent weniger Pollen als die Kontrollgruppe“, berichtet Whitehorn.

Folgen für das Gedächnis der Hummeln befürchtet 

Die Forscher konnten damit beweisen, wie Pestizide das Bestäubungsverhalten und somit die Fähigkeiten ganzer Hummelpopulationen beeinträchtigen können. Doch die Folgen könnten noch gravierender sein. „Wir glauben, dass Pestizide sich auf das Gedächtnis und die kognitiven Fähigkeiten von Hummeln auswirken. Beides sind wichtige Voraussetzung für komplexe Verhaltensweisen“, sagt Mitautor Vallejo-Marin. Als nächstes will das Team daher den Mechanismus bestimmen, durch den das Pestizid die Hummeln prägt.

bb

Rutschfest und splitterfrei

Grashalme bestehen etwa zur Hälfte aus Cellulose, einem hochbelastbaren Material. Die Cellulose aus den Grashalmen wird in einer Bioraffinerie aufgeschlossen. Dazu werden die Grashalme im warmen Wasserbad gewaschen. Es lösen sich nicht nur Schmutz und Steine von den Grasbüscheln, durch die Wärme werden auch Zucker, Proteine und Aminosäuren aus den Halmen gelöst. Nach der Trocknung werden die Grashalme mit recyceltem Plastik zu einem Kunststoff verschmolzen. Dieser Kunststoff besteht bis zu 75 Prozent aus Gras und wird u. a. zu Terrassendielen verarbeitet.

Nachhaltig und umweltfreundlich

Die hessische Firma Biowert produziert den Kunststoff von der Wiese nach einem Kreislauf-Prinzip. Das Gras kommt von den Bauern im Umkreis. In einer eigenen Biogasanlage erzeugen Bakterien Biogas aus Speiseresten. Im angeschlossenen Blockheizkraftwerk wird mit dem Biogas Strom erzeugt. Der Strom versorgt die Maschinen mit Energie. Auch die Abwärme wird genutzt: für die Trocknung der Halme nach dem Waschgang. Grasbestandteile, die nicht in das Plastik eingearbeitet werden, dienen als Futter für die Bakterien. Die restliche Biomasse aus der Biogasanlage wird als Dünger auf den Feldern verteilt.

Marktreife

Die Terrassendielen aus Agriplast, dem Kunststoff, der aus Wiesengras hergestellt wird, sind bereits seit einigen Jahren auf dem Markt.