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Ob Trockenheit oder Überdüngung: Es gibt zahlreiche Umweltfaktoren, die Pflanzen unter Stress setzen. In solch einem Fall wird im Inneren der Pflanze eine komplexe Signalkaskade aktiviert. Dieser Stressbewältigungsapparat funktioniert bei allen Landpflanzen gleich – beim Moos ebenso wie beim Roggen. Wie die Stressverarbeitung erfolgt, wollte ein internationales Forschungsteam unter der Leitung der Hebrew University of Jerusalem und Mitwirkung der Universität Göttingen genau wissen. Dafür nahmen die Wissenschaftler ein bestimmtes Gen für den Rezeptor in dieser Signalkaskade ins Visier.
Gen-Set bestimmt Stressverarbeitung bei Landpflanzen
Eine entscheidende Rolle bei der durch Stress ausgelösten Signalkaskade bei Landpflanzen spielt das Pflanzenhormon Abscisinsäure. Forscher vermuteten, dass die Wahrnehmung dieses Hormons Pflanzen im Laufe der Evolution half, mit dem Stress besser umzugehen, dem sie einst während der Landbesiedlung ausgesetzt waren. Die Abscisinsäure wird auch als Stresshormon bezeichnet. „Wir konnten zeigen, dass die nächsten Algenverwandten der Landpflanzen, die fädigen Jochalgen, ein komplettes Set an Genen haben, welches jenem Set, das Landpflanzen für die Wahrnehmung der Abscisinsäure nutzen, stark ähnelt“, erklärt Jan de Vries vom Institut für Mikrobiologie und Genetik der Universität Göttingen und Koautor der Studie.
Stresswahrnehmung erfolgt hormonunabhängig
Das Team fand heraus, dass dieses Gen schon im ersten Schritt in der Signalkaskade als Rezeptor für das Hormon agiert. Wie die Alge das Stresshormon wahrnimmt, ist der Studie zufolge völlig hormonunabhängig. „Mittels molekularbiologischer Methoden haben wir herausgefunden, dass es sich in die Signalkaskade integriert und diese auch regulieren kann. Allerdings tut es dies unabhängig vom Hormon Abscisinsäure“, so de Vries. Wie die Wissenschaftler im Fachjournal "PNAS" berichten, wirkt dieser hormonunabhängige Mechanismus überraschenderweise in Landpflanzen zusätzlich zu dem hormonell bedingten Prozess.
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There are many environmental factors like drought and overfertilization that put plants under stress. In such cases, a complex signalling cascade is triggered inside the plant. This stress management apparatus works the same for all land plants - in moss just as in rye. An international research team led by the Hebrew University of Jerusalem, in which the University of Göttingen participated, wanted to know exactly how stress management works. The scientists therefore focused on a specific gene for the receptor in this signalling cascade.
Gene set determines stress management in terrestrial plants
The plant hormone abscisic acid plays a decisive role in the signal cascade triggered by stress in land plants. Researchers suspected that the perception of this hormone helped plants in the course of evolution to cope better with the stress they were once exposed to during land colonization. Abscisic acid is also known as stress hormone. "We were able to show that the closest algae relatives of land plants, the filamentous thalloid algae, have a complete set of genes that is very similar to the set that land plants use for the perception of abscisic acid," explains Jan de Vries from the Institute of Microbiology and Genetics at the University of Göttingen and co-author of the study.
Stress perception is hormone-independent
The team found out that this gene already acts as a receptor for the hormone in the first step of the signalling cascade. The study found that the algae's perception of the stress hormone is completely hormone-independent. "Using molecular biological methods, we found out that it integrates into the signalling cascade and is able to regulate it. However, it does this independently of the hormone abscisic acid," said de Vries. As the scientists report in the journal PNAS, this hormone-independent mechanism is surprisingly effective in land plants in addition to the hormone-induced process.
bb/um
Die Grundstoffindustrie ist ein Pfeiler des Wohlstands in Deutschland, sie garantiert Wertschöpfung und steht für 550.000 Arbeitsplätze. Da Deutschland jedoch bisher keine dezidierte Klima- und Innovationspolitik für die Grundstoffindustrie verfolgt, droht, so die Studie, ein massiver Investitionsrückgang in diesem Wirtschaftszweig. Denn Investitionen in die alten, CO2-intensiven Technologien sind angesichts des Ziels der Klimaneutralität bis 2050 nicht erfolgversprechend.
Daher lautet die zentrale Frage: Wie kann die Grundstoffindustrie in Deutschland innerhalb der nächsten 30 Jahre klimaneutral werden und gleichzeitig ihre starke Stellung im internationalen Wettbewerbsumfeld behalten? Agora Energiewende und das Wuppertal-Institut haben im Rahmen der Studie mit Industrie, Verbänden, Gewerkschaften, Ministerien und der Zivilgesellschaft diskutiert und einen Lösungsraum aus technologischen Optionen und politischen Rahmenbedingungen skizziert.
Die Studie schlägt sieben konkrete Maßnahmen vor, die innerhalb kurzer Zeit umgesetzt werden könnten. Schlüssel sind grüner Strom, grüner Wasserstoff und neue politische Rahmenbedingungen.
Ohne die Photosynthese gäbe es kein Leben auf der Erde. Mithilfe des Sonnenlichts können Pflanzen, Algen, aber auch einigen Bakterien Wasser und Kohlendioxid (CO2) in Zucker und Sauerstoff umwandeln. Für diesen Prozess ist der zyklische Elektronenfluss von entscheidender Bedeutung. Er ist wesentlich für die Lichtreaktionen der Photosynthese und gewährleistet, dass Pflanzen auf veränderte Umweltbedingungen reagieren können. „Wenn er ausfällt, geht es den Pflanzen schnell sehr schlecht“, sagt Dario Leister von der Ludwig-Maximilians-Universität München.
Cyanobakterien als Modellsystem genutzt
Gemeinsam mit seinem Kollegen Marcel Dann untersuchte der Biologe, wie der Elektronentransport genau reguliert wird. Die Ergebnisse wurden im Fachjournal Nature veröffentlicht. Bereits in früheren Studien konnte der Münchner Forscher zwei wichtige Pflanzenproteine für die Photosynthese identifizieren: PGRL1 und PGR5. Da der Elektronenfluss in Pflanzen nur schwer messbar ist, nutzten die Forscher Cyanobakterien als Modellsystem. Als Vorfahren der Chloroplasten läuft in diesen Bakterien ein vergleichbarer Elektronenfluss bei der Photosynthese ab. „Das sind Systeme, die eine einfachere Photosynthese haben“, so Leister.
Proteine kurbeln Elektronenfluss an
In dieses Modellsystem schleusten die Forscher die beiden Pflanzenproteine ein und analysierten dann das Zusammenspiel. „Wir waren überrascht, als wir dort so etwas wie zyklischen Elektronentransport messen konnten“, sagt Leister. „Damit konnten wir eindeutig nachweisen, dass tatsächlich diese beiden Proteine eine Schlüsselrolle beim zyklischen Elekronentransport haben.“ Auch stellte sich heraus, dass PGRL1 und PGR5 ausreichten, um in den Bakterien den zyklischen Elektronentransport anzukurbeln. PGRL1 kommt normalerweise in Cyanobakterien nicht vor. Leister und Dann fanden so heraus, dass diese Bakterien neben PGR5 über ein weiteres Protein verfügen, dass genauso wie PGRL1 funktioniert. Die beiden Forscher gaben dem Protein den Namen SII1217.
Weitere Experimente mit lebendiges Labor geplant
Das Modellsystem der veränderten Cyanobakterien will Dario Leister nun für weitere Experimente nutzen. Sein Anspruch: „Wir versuchen, besser zu sein als die Natur, indem wir das Beste aus verschiedenen Photosynthese-Systemen kombinieren.“ Im Projekt „PhotoRedesign“, das soeben mit einem ERC-Synergy-Grant ausgezeichnet wurde, will Leister die Prozesse der Photosynthese verbessern und so das Sonnenlicht photochemisch noch besser nutzbar machen. „Unser verändertes Cyanbakterium ist wie ein lebendes Labor, in dem man zyklischen Elektronentransport sehr schnell verändern kann. In Pflanzen würden solche Versuche Jahre dauern“, erklärt der Biologe.
bb
Standhaft und nachhaltig
Eine nachhaltige Alternative zu den kleinen Plastiklöffelchen bietet ein Start-up aus Stuttgart. Als Hauptkomponente für ihre essbaren Löffelchen verwenden die Gründerinnen Fasern der Kakaoschale, die bei der Schokoladenproduktion als organische Reststoffe zurückbleiben. Diese Fasern geben dem Löffel seine einzigartigen Eigenschaften. Ihr hoher Ballaststoffanteil sorgt für Stabilität und innere Elastizität. Die Fasern machen den Löffel also strapazierfähiger, so dass er in Eis, Frozen Jogurt oder Pudding nicht aufweicht. Bis zu 60 Minuten soll er den halbflüssigen Desserts standhalten, ohne abzubrechen oder sich aufzulösen.
Schokoladig und knusprig
Die Löffel ähneln einem Keks. Sie werden gebacken, getrocknet und in Form gebracht und man kann sie nach dem Benutzen essen. Die Kakaoschalenfasern sorgen nicht nur für Stabilität, sie geben dem Löffel auch einen feinen Kakaogeschmack. Denn die Fasern enthalten auch jede Menge natürliche Geschmacksstoffe. Der Löffel ist zuckerfrei und enthält keine tierischen Zutaten. Die Gründerinnen schlagen mit ihrem Produkt gleich zwei Fliegen mit einer Klappe: Zum einen wird durch die essbaren Löffel das Aufkommen von Plastikmüll verringert. Zum anderen ist ein Hauptbestandteil der Löffel ein Abfallprodukt aus der Kakaoverarbeitung, das durch die Weiterverarbeitung sinnvoll genutzt wird.
Marktreife
Die essbaren Eislöffel werden in diversen Eisdielen seit April 2019 angeboten.
Produkte aus Bambus gelten als ressourcenschonend und nachhaltig. Tassen, Teller, Besteck, Geschirr oder Trinkhalme werden bereits heute aus den verholzten Sprossachsen oder Fasern der Pflanze hergestellt und sind im Handel erhältlich. Gerade im Hinblick auf das bevorstehende europaweite Verbot von Einwegplastik gewinnen Alternativen zu herkömmlichen Kunststoffen an Bedeutung. „Aus gesundheitlicher Sicht sind diese Produkte jedoch nicht in jedem Fall für die Verwendung als Geschirr geeignet“, mahnt jetzt der Präsident des Bundesinstituts für Risikobewertung (BfR), Andreas Hensel.
Gesundheitsrisiko bei MFH-Geschirr – auch Bambustassen betroffen
Der Grund: Einige als Bambusware deklarierte Produkte enthalten Melamin-Formaldehyd-Harz (MFH). Kommt das Kunstharz mit höheren Temperaturen in Verbindung, können Melamin und Formaldehyd aus dem Geschirr in heiße Lebensmittel übergehen – und zwar in Mengen, die gesundheitsgefährdend sind. Das ist das Ergebnis einer aktuellen Risikobewertung durch das BfR. Für die toxikologische Einschätzung wurden Daten der Landesüberwachungsbehörden von 2014 bis 2019 sowie eigene Ergebnisse des BfR zur Freisetzung von Melamin und Formaldehyd verwendet.
Gefahr nur bei heißen Lebensmitteln
Zur Bewertung eines möglichen Gesundheitsrisikos wurde die tolerierbare tägliche Aufnahmemenge (TDI) bestimmt und mit sogenannten duldbaren Tagesdosen verglichen. Das Ergebnis: Die Formaldehydfreisetzung hat bei einigen „Bambusware“-Bechern den TDI um das 30-fache für Erwachsene überschritten. Für Kleinkinder wurde das verträgliche Maß sogar um das 120-fache überschritten. Das BFR warnt daher: Für Erwachsene und Kinder, die täglich aus solchen Mehrwegbechern heiße Speisen und Getränke zu sich nehmen, besteht ein gesundheitliches Risiko.
Heißes greift auch Kunststoff an
Geschirr aus MFH ist aber noch aus einem anderen Grund für Heißes ungeeignet. Neben der Freisetzung von Formaldehyd und Melamin zeigten Langzeittests des BfR, dass dabei auch der Kunststoff angegriffen wird. So würden sich aus dem Bambusgeschirr noch größere Mengen an Melanin und Formaldehyd lösen als aus herkömmlichen Melaminharz-Bechern.
Für kalte oder lauwarme Lebensmittel sei Geschirr aus MFH, also auch Bambusgeschirr, jedoch sehr gut geeignet, betont das Bundesinstitut. Zugleich stellt die Behörde klar: Auch wenn Bambus ein natürlicher Stoff ist: Bambusware, die das Kunstharz enthält, ist nicht mehr biologisch abbaubar.
bb
Bamboo products are considered to be resource-efficient and sustainable. Cups, plates, cutlery, crockery or drinking straws are already made from the plant's woody stem axes or fibers and are available on the market. Especially in view of the forthcoming Europe-wide ban on disposable plastics, alternatives to conventional plastics are becoming more and more important. "From a health risk point of view, however, these products are not always suitable for use as tableware," warns Andreas Hensel, President of the Federal Institute for Risk Assessment (BfR).
Bamboo cups also affected
Some products declared as bamboo products contain melamine-formaldehyde resin (MFH). If the resin is exposed to higher temperatures, melamine and formaldehyde can migrate from the tableware into hot food - in quantities that are hazardous to health. This is the result of a current risk assessment by the BfR. For the toxicological assessment, data from the state monitoring authorities from 2014 to 2019 as well as BfR's own results on the release of melamine and formaldehyde were used.
Danger only with hot foods
To assess a possible health risk, the tolerable daily intake (TDI) was determined and compared with so-called tolerable daily doses. The result: The formaldehyde release of some "bambooware" cups exceeded the TDI by a factor of 30 for adults. For infants, the tolerable level was even exceeded by a factor of 120. The BFR warns that there is a health risk for adults and children who consume hot food and drinks from these reusable dishes every day.
Heat also corrodes plastics
However, dishes made of MFH are also unsuitable for hot dishes for another reason. In addition to the release of formaldehyde and melamine, BfR long-term tests showed that the heat also corroded the plastic. Thus even larger amounts of melanin and formaldehyde are released from the bamboo dishes than from conventional melamine resin cups.
For cold or lukewarm food, dishes made of MFH such as bamboo dishes are highly suitable, emphasizes the Federal Institute. At the same time, the authorities make it clear that even though bamboo is a natural material, bamboo products containing the synthetic resin are no longer biodegradable.
bb/um
Pflanzenkrankheiten und Schädlingsbefall sorgen weltweit für enorme Ertragseinbußen. Experten zufolge gehen jährlich etwa 30% dadurch verloren. Das Berliner Start-up Peat hat 2016 eine App entwickelt, mit der Landwirte Pflanzenkrankheiten, aber auch Nährstoffmangel und Schädlinge frühzeitig erkennen können. Plantix liefert nicht nur eine Krankheitsdiagnose, sondern benennt Ursachen und zeigt Therapiemaßnahmen auf.
Optimierung und Ausbau der Datenbank
Angeführt von der Risikokapital-Gesellschaft RTP Group konnte das Agrartechnik-Start-up nun für die Optimierung der App ein Mega-Investment einfahren: 6,6 Mio. Euro sind im Rahmen einer Serie-A-Finanzierungsrunde zusammengekommen. Daran beteiligt sind neben der RTP Group Piton Capital sowie die früheren Investoren Atlantic Labs und Index Ventures. „Wir freuen uns sehr, eine Gruppe von Investoren gewonnen zu haben, die ebenso von unserem Produkt und unserer Vision überzeugt ist wie wir selbst. Mithilfe der Finanzierung können wir unsere App weiter optimieren und unsere Datenbank ausbauen“, erklärt Simone Strey, App-Mitgründerin und Geschäftsführerin von Peat.
Größte Bilddatenbank der Welt
Peat ist ein Spin-off der Leibniz-Universität Hannover. Strey gehört zu den Entwicklern der App. Unter dem Namen „Gartenbank“ als Prototyp 2015 gestartet hat sich Plantix mittlerweile zur weltgrößten Bilddatenbank entwickelt. 2017 wurde das Team dafür auf der CeBit mit dem Innovation Award ausgezeichnet. Heute kann die App auf 15 Millionen Bilder zu Pflanzenkrankheiten oder Schädlingsbefall wie Apfelfäule oder Echter Mehltau zurückgreifen. Eingespeist werden die Bilder von den Nutzern selbst.
Eine Million Inder nutzen die App zur Früherkennung
Eine Million Landwirte in Indien nutzen die App bereits, um mit ihrer Hilfe Erträge zu verbessern. Dass die App ankommt, zeigt die Zahl der Bildzugänge. Allein 20.000 Fotos erhält Plantix eigenen Angaben zufolge täglich aus Indien. „Die App kann und wird einen wichtigen Beitrag zum Aufbau eines nachhaltigeren und intelligenteren globalen Agrarsystems leisten, indem sie mit digitalen Lösungen die Probleme löst, die mit einem sehr fragmentierten Ökosystem verbunden sind“, so Galina Chifina, Partnerin bei RTP Global.
Expansion nach Indonesien und Vietnam geplant
Mithilfe des Investments will das Berliner Start-up seine Landwirtschafts-App nun auch Landwirten in Indonesien und Vietnam zur Verfügung stellen. „Die Nahrungsmittelproduktion ist eines der dringlichsten Themen der Menschheit. Wir setzen uns deshalb für die Verbesserung der landwirtschaftlichen Technologien ein. Insbesondere in Entwicklungs- und Schwellenländern können mit unserer App Ernteausfälle drastisch reduziert, Pestizideinsatz minimiert und die Rentabilität der Landwirtschaft gesteigert werden“, erklärt Strey.
bb
Jeder Deutsche kauft im Durchschnitt rund 60 Kleidungsstücke im Jahr – ohne Unterwäsche. Das erfordert einen hohen Ressourceneinsatz: Die konventionelle Erzeugung von einem Kilo Baumwolle verbraucht bis zu 10.000 Liter Wasser. Dieser Wasserverbrauch ist einer von vielen Gründen für die Textilbranche, über eine Kreislaufwirtschaft nachzudenken. Bislang jedoch basieren Textilien mit Ausnahme einiger Kunstfasern ausschließlich auf Frischfasern. Das Pilotprojekt „DiTex“ unternimmt nun erste Schritte hin zu einem kommerziellen Faserrecycling.
Bislang nur Downcycling
Ein wesentlicher Ansatz des Instituts für ökologische Wirtschaftsforschung (IÖW) und seiner Partner ist dabei, dass die wiederverwerteten Fasern die gleiche Qualität aufweisen sollen wie die Ursprungsfasern. „Am Ende ihrer Lebenszeit werden Textilien bislang oft entsorgt oder als Produkte niedrigerer Wertigkeit wie Putzlappen oder Dämm- und Isolierstoffe weitergenutzt. Die enthaltenen Rohstoffe wie Baumwollfasern gehen dabei für die Textilindustrie verloren“, erklärt Projektleiterin Ria Müller vom IÖW.
Intelligentes Etikett zur Kreislaufwirtschaft
Dazu sind uniforme Stoffe mit bekannter Zusammensetzung eine wichtige Voraussetzung. Gegeben sind diese beispielsweise bei Dienstkleidung, im Gesundheitswesen und der Gastronomie. Deshalb starten die am Projekt beteiligten Textilfirmen Wilhelm Weishäupl aus München und Dibella aus dem münsterländischen Bocholt ihr einjähriges Pilotprojekt mit Krankenhäusern und Restaurantketten. Sie beliefern diese mit Produktlinien aus Recyclingfasern. Versehen sind diese Textilien mit einem „intelligenten Etikett“ des Berliner Startups circular.fashion. Neben Informationen über die Zusammensetzung der Fasern enthält das Etikett auch Informationen zum Ressourcenkreislauf: „Über dieses Etikett kann etwa eine Wäscherei beim Aussortieren eines Textils am Ende seiner Lebenszeit auch erkennen, an welches Recyclingunternehmen sie diesen Stoff zur Weiterverarbeitung geben kann“, erläutert Textilexpertin Müller.
Leihtextilien für hohe Recyclingquoten
Die beteiligten Forschungseinrichtungen erstellen Analysen zu den Qualitäts-, Ressourcen- und Nachhaltigkeitseffekten der im Kreislauf geführten Textilien. Dazu gehören auch Ökobilanzen über den gesamten Lebenszyklus hinweg, um die Recyclingtextilien diesbezüglich mit Produkten aus Frischfasern vergleichen zu können. Nicht zuletzt untersuchen die Forscher die Wirtschaftlichkeit der textilen Kreislaufwirtschaft. Erweist sich die Erprobung als erfolgreich, soll ein breiteres Sortiment kommerziell angeboten werden. Ein Modell sind dabei Leihtextilien, die dem Hersteller eine besonders hohe Recyclingquote ermöglichen würden.
Das Projekt DiTex wird als Forschungs- und Entwicklungsvorhaben zum Thema „Ressourceneffiziente Kreislaufwirtschaft – Innovative Produktkreisläufe“ im Rahmenprogramm Forschung für Nachhaltige Entwicklung – FONA3 vom Bundesministerium für Bildung und Forschung bis 2022 gefördert.
bl
On average, each German buys around 60 items of clothing a year - not counting underwear. Conventional production of one kilogram of cotton consumes up to 10,000 liters of water. The high water consumption is one of many reasons why the textile industry is considering a recycling economy. So far, however, with the exception of some synthetic fibers, textiles have been based exclusively on virgin fibers. The pilot project "DiTex" is now taking the first steps towards commercial fiber recycling.
Downcycling prevailing so far
An essential approach of the Institute for Ecological Economy Research (IÖW) and its partners is that the recycled fibers should have the same quality as the original fibers. "At the end of their life cycle, textiles have so far often been disposed of or used as low-value products such as cleaning cloths or insulating materials. The raw materials contained, such as cotton fibers, are thus lost to the textile industry," explains project manager Ria Müller from IÖW.
Intelligent label for recycling management
Uniform substances with a known composition are an important prerequisite for this. These are given, for example, in uniforms, in health care and in gastronomy. This is why the textile companies involved in the project, Wilhelm Weishäupl from Munich and Dibella from Bocholt in Münsterland, are starting their one-year pilot project with hospitals and restaurant chains, supplying them with product lines made of recycled fibers. These textiles are provided with an "intelligent label" from the Berlin start-up circular.fashion. In addition to information on the composition of the fibers, the label also contains information on the resource cycle: "When a laundry sorts out a piece of textile at the end of its life, for example, this label can also be used to identify the recycling company to which it can send this material for further processing," explains textile expert Müller.
Loaned textiles for high recycling rates
The participating research institutions are preparing analyses of the quality, resource and sustainability effects of the recycled textiles. This also includes life cycle assessments over the entire life cycle in order to be able to compare recycled textiles with products made from virgin fibres. Last but not least, the researchers are investigating the profitability of the textile recycling industry. If the trial proves successful, a broader range will be offered commercially. One model is loan textiles, which would enable the manufacturer to achieve a particularly high recycling rate.
The DiTex project is funded by the Federal Ministry of Education and Research as a research and development project on "Resource-efficient recycling management - innovative product cycles" within the framework programme Research for Sustainable Development - FONA3 until 2022.
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Nachhaltige Ernährungsstile stehen im Fokus eines gemeinsamen Forschungsprojekts der Universitäten Göttingen und Hannover. Darin untersuchen die Forscher interdisziplinär, wie sich bestimmte Ernährungsweisen auf die Gesundheit auswirken, wodurch die Menschen zu diesen Ernährungsweisen motiviert werden und wie aus Randphänomenen Massenphänomene werden können. Die Erkenntnisse sollen helfen, Lebensmittelangebote und Kommunikationsmaßnahmen besser auf die Zielgruppen auszurichten.
Erstmals Flexitarier im Blick
„Neu in unserer Studie ist der Einbezug der Flexitarier – diese Ernährungsform stand bisher selten im Fokus von Untersuchungen“, erläutert Andreas Hahn vom Institut für Lebensmittelwissenschaft und Humanernährung der Leibniz-Universität Hannover. Als Flexitarier betrachten die Forscher Menschen mit einem stark reduzierten Fleischkonsum, der unter 50 Gramm pro Tag liegt. Außerdem berücksichtigt das Projekt Vielfleischesser, die durchschnittlich mehr als 170 Gramm Fleisch pro Tag verzehren, sowie Veganer, die keine tierischen Produkte konsumieren.
Auswirkungen auf entzündliche Prozesse
„Über Auswirkungen unterschiedlicher Ernährungsformen ist wenig bekannt“, schildert Hahn die Ausgangslage. Nachgewiesen sei, dass Übergewicht entzündliche Prozesse im Körper fördert, die mit ernährungsassoziierten Erkrankungen wie Herz- und Gefäßerkrankungen oder Diabetes zusammenhängen. Gespannt sind die Wissenschaftler daher, wie sich die unterschiedlichen Ernährungsstile auf das Immunsystem auswirken. Außerdem erfasst die Studie Parameter zu Nährstoffversorgung, Gewicht sowie Kohlenhydrat- und Fettstoffwechsel.
Ökologie, Ethik und Religion als Treiber
Das Institut für Religionswissenschaftler der Universität Hannover analysiert die unterschiedlichen Motivationen für die jeweiligen Ernährungsstile. Neben den zugrundeliegenden Alltagsinformationen interessieren die Forscher auch ökologische, ethische und religiöse Motive. Letztere resultieren beispielsweise in koscherer oder halaler Ernährungsweise. Unter dem Strich gehe es aber darum, die Diversifizierung der Ernährungsweisen zu verstehen und auch wie sich bestimmte Stile aus der Nische heraus zum Mainstream entwickeln.
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Das Bakterium Escherichia coli ist einer der Lieblingsorganismen von Mikrobiologen und Biotechnologen. E. coli lässt sich gut im Labor kultivieren. Es ist dafür bestens erforscht und gut geeignet, um biotechnologische Prozesse umzusetzen. Bislang jedoch nutzt das Bakterium in der Natur wie in der industriellen Anwendung Kohlenhydrate als Quelle für Kohlenstoff. Einem internationalen Forscherteam unter Leitung des Weizman-Instituts in Israel ist es nun gelungen, die Ernährung von E. coli auf Kohlendioxid aus der Luft umzustellen. An der Studie, die im Fachjournal „Cell“ erschienen ist, waren auch Forscher vom Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie in Potsdam beteiligt.
Neue Gene für neue Stoffwechselprozesse
Unter natürlichen Umständen wäre das nicht möglich, denn als heterotrophes Bakterium ernährt sich E. coli von organischen Kohlenstoffquellen und besitzt nicht die Gene für jene Enzyme, die autotrophen Bakterien die Verwertung von Kohlendioxid ermöglichen. Die Forscher haben daher zunächst jene Gene dem Genom von E. coli hinzugefügt, die für die Stoffwechselprozesse einer Kohlendioxid-basierten Ernährung erforderlich sind. Einzig für den Energiestoffwechsel benötigt das gentechnisch veränderte Bakterium Format, das ein C-Atom erhält. Allerdings kann der Organismus diesen Kohlenstoff nicht für den Aufbau von Biomasse nutzen.
Meisterwerk der gerichteten Labor-Evolution
Um das Bakterium zu zwingen, Kohlendioxid anstelle von Zuckern zum Wachsen zu verwenden, entfernten die Forscher außerdem die Gene für den Biomasseaufbau mittels Kohlenhydraten. Rund 200 Tage dauerte die gerichtete Evolution im Labor, und nach dieser Zeit hatte E. coli tatsächlich gelernt, sich komplett ohne Kohlenhydrate zu ernähren.
Noch mit negativer CO2-Bilanz
Forschungsleiter Ron Milo resümierte erfreut, dass er nicht erwartet habe, dass eine so drastische Veränderung der natürlichen Wachstumsprozesse von E. coli möglich wäre. Noch verursacht das Bakterium mehr CO2 als es verbraucht, weil bei der Energiegewinnung aus Format CO2 als Stoffwechselprodukt anfällt. Die Forscher zeigen sich jedoch optimistisch, diesen Effekt durch weitere Entwicklungsarbeit reduzieren zu können. Wäre der Punkt erreicht, an dem die Bakterien mehr CO2 verbrauchen als sie absondern, könnten Unternehmen, die heute schon Stoffe wie Insulin in E. coli herstellen, künftig dafür als Rohstoff Kohlendioxidemissionen aus der Stahl- oder Betonindustrie verwenden.
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The bacterium Escherichia coli is one of the favourite organisms of microbiologists and biotechnologists. E. coli is easy to cultivate in the laboratory. It has been well researched and is well suited for the implementation of biotechnological processes. So far, however, the bacterium has used carbohydrates as a source of carbon both in nature and in industrial applications. An international research team led by the Weizman Institute in Israel has now succeeded in converting the diet of E. coli to carbon dioxide from the air. Researchers from the Max Planck Institute for Molecular Plant Physiology in Potsdam were also involved in the study, which appeared in the journal „Cell“.
New genes for new metabolic processes
This would not be possible under natural circumstances, since E. coli is a heterotrophic bacterium that feeds on organic carbon sources and does not possess the genes for the enzymes that enable autotrophic bacteria to utilize carbon dioxide. The researchers have therefore started by adding to the genome of E. coli the genes required for the metabolic processes of a carbon dioxide-based diet. They also inserted a gene that allowed the bacteria to get energy from a readily available substance called formate that can be produced directly from electricity and air and which is apt to “give up” electrons to the bacteria.
A masterpiece of directed lab evolution
Then, in a process called lab evolution, the bacteria were gradually weaned off their primary feeding source sugar. In order to force the bacterium to use carbon dioxide instead of sugars for growth, the researchers also removed the genes for biomass production using carbohydrates. The directed evolution in the laboratory took about 200 days, and after this time E. coli had actually learned to feed completely without carbohydrates.
Still with a negative CO2 balance
Research director Ron Milo was pleased to conclude that he had not expected such a drastic change in the natural growth processes of E. coli to be possible. The bacterium still releases more CO2 than it consumes, because CO2 is produced as a metabolic product during energy production from formate. However, the researchers are optimistic that further development work will be able to reduce this effect. If the point were reached at which the bacteria consume more CO2 than they secrete, companies that already produce substances such as insulin in E. coli could in future use carbon dioxide emissions from the steel or concrete industry as a raw material.
bl/um
Die Industrie setzt zunehmend auf Naturstoffe und entspricht damit dem Wunsch der Verbraucher nach mehr biobasierten und nachhaltig erzeugten Produkten. Vor allem in der Kosmetikbranche sind pflanzenbasierte Produkte und Inhaltsstoffe gefragt. Durch eine neue strategische Partnerschaft mit der französischen Firma Plant Advanced Technologies (PAT) will der Schweizer Chemiekonzern Clariant sein Engagement auf diesem Geschäftsfeld nun ausbauen.
Substanzen aus Pflanzenwurzeln für Kosmetik gewinnen
Wie das Unternehmen Ende November bekannt gab, sieht die Allianz die gemeinsame Entwicklung bestimmter Pflanzeninhaltsstoffe sowie deren Exklusivvertrieb durch Clariant vor. Die Partnerschaft soll die Stärken beider Partner herausstreichen: Die Technologien von PAT zur Erforschung und Herstellung wertvoller Substanzen aus Pflanzenwurzeln gelten als nachhaltig. Mit Clariants Marketing- und Vertriebsexpertise sollen die neuen Premiumprodukte erfolgreich im Markt eingeführt werden.
Im Fokus steht vor allem das Geschäft mit Körperpflegeprodukten: „Wir liefern der Kosmetikbranche Premiumwirkstoffe durch einen überwachten und kontrollierten Prozess, der auf die Gewinnung der unzugänglichsten und gleichzeitig reichhaltigsten Bestandteile von Pflanzen abzielt – der Wurzeln”, so Christian Vang, Leiter der Geschäftseinheit Industrial & Consumer Care (ICS) bei Clariant.
Pflanzen schwitzen Inhaltsstoffe aus
Die Technologie des sogenannten Plant Milking beruht auf der Kultivierung von Pflanzen unter aeroponischen Bedingungen. Aeroponik ist eine bestimmte Form der Hydrokultur, bei der die Nährlösung für die Wurzeln mittels Hochdruckdüsen oder Sprinklern in Luft vernebelt und ausschließlich im Wurzelbereich verteilt wird. Der Vorteil: Die Wurzeln wachsen stärker als die oberirdischen, grünen Teile der Pflanze. An die Inhaltsstoffe der Wurzeln kommt PAT aufgrund eines physiologischen Prozesses: Über die sogenannte Exsudation, das Ausschwitzen, scheidet die Pflanze unterschiedliche Verbindungen wie einfache Zucker, Aminosäuren, Fettsäuren oder organische und anorganische Säuren über die Wurzel aus.
Dank der Plant-Milking-Technologie sind mehrere Ernten pro Jahr möglich. Die nach der Aeroponik-Methode angebauten Pflanzen werden auch nicht zerstört: Die Wurzeln können praktisch unendlich oft nachwachsen. Welche Pflanzen zum Einsatz kommen und vor allem welche für die Kosmetikindustrie interessanten Verbindungen gewonnen werden sollen, gaben PAT und Clariant noch nicht bekannt. Auch der deutsche Chemiekonzern BASF kooperiert seit einigen Jahren mit dem französischen Unternehmen PAT – unter anderem bei der Entwicklung neuer Fungizide.
PAT-Aktienkurs steigt
Clariant wird im Rahmen einer Kapitalerhöhung rund 10% der Anteile der 2005 gegründeten französischen Firma halten. Am Börsenkurs von PAT (EPA:ALPAT) an der Alternext Paris ist abzulesen, dass diese Nachricht für Optimismus sorgt: In der letzten Novemberwoche stieg der Kurs um rund 30% auf 18,60 Euro.
ml/bb
The industry is relying more and more on natural substances and, with this, satisfying consumer demand for more biobased and sustainably produced products. Plant-based products and ingredients are particularly in demand in the cosmetics industry. Through a new strategic partnership with the French company Plant Advanced Technologies (PAT), the Swiss chemical group Clariant intends to expand its involvement in this business field.
Obtaining substances for cosmetics from plant roots
As the company announced at the end of November, the alliance includes the joint development of certain plant ingredients and their exclusive distribution by Clariant. The partnership will highlight the strengths of both partners: PAT's technologies for researching and producing valuable substances from plant roots are regarded as sustainable. With Clariant's marketing and sales expertise, the new premium products are to be successfully launched on the market.
The collaboration mainly focuses on the personal care business. "We will provide premium active ingredients to the cosmetic market through a monitored and controlled process that explores the most difficult-to-access and richest parts of plants: the roots," says Christian Vang, Global Head of Business Unit Industrial & Consumer Care business unit.
Plants exude ingredients
The technology of Plant Milking is based on the cultivation of plants under aeroponic conditions. Aeroponics is a specific form of hydroponics in which the nutrient solution for the roots is atomized in air by means of high-pressure nozzles or sprinklers and distributed exclusively in the root area. The advantage: The roots grow stronger than the above-ground, green parts of the plant. PAT obtains the constituents of the roots through a physiological process: the plant excretes various compounds such as simple sugars, amino acids, fatty acids or organic and inorganic acids via the root via so-called exudation.
Thanks to plant milking technology, several harvests per year are possible. The plants cultivated according to the aeroponics method are not destroyed, either: the roots can grow back virtually indefinitely. PAT and Clariant have not yet announced which plants will be used and, above all, which compounds will be of interest to the cosmetics industry.
The German chemical company BASF has already been cooperating with the French company PAT for several years - among other things in the development of new fungicides.
PAT share price rises
Clariant will hold around 10% of the shares in the French company founded in 2005 as part of a capital increase. The share price of PAT (EPA:ALPAT) on Alternext Paris shows that this news is giving rise to optimism: in the last week of November, the share price rose by around 30% to 18.60 euros.
ml/bb
Astin ist ein pflanzlicher Wirkstoff, dem heilende Kräfte zugeschrieben werden – auch im Kampf gegen Krebs. Eine Quelle dieses Arzneistoffes ist die Tataren-Aster Aster tataricus. Die Heilpflanze, die in den höheren Lagen Asiens beheimatet ist, wird vor allem in der traditionellen chinesischen Medizin eingesetzt. Einem Forschungsteam der Universität Tübingen und der TU Dresden ist es nun gelungen, Astine aus der Pflanze zu isolieren, zu kultivieren und in größeren Mengen biotechnologisch herzustellen.
Untermieter produziert Astine
Die wichtigste Erkenntnis gewann das Team gleich zu Beginn der Studie: Die Forscher fanden heraus, dass die Tatarische-Aster die Astine gar nicht selbst produziert. Der Wirkstoff wird vielmehr von einem Pilz hergestellt, der als Untermieter im Gewebe der Blütenstände der Pflanze lebt. „Für die Entwicklung eines biotechnologischen Verfahrens muss man die beteiligten Gene und den Stoffwechselweg kennen, über den ein Naturstoff gebildet wird“, erklärt der Tübinger Mikrobiologe Thomas Schafhauser. „Vergleiche mit teilweise ähnlichen Naturstoffen deuteten auf Bakterien oder Pilze als Produzenten des Astins hin.“
Pilz ohne Wirtspflanze kultiviert
So stießen die Forscher schließlich auf den in der Tataren-Aster lebenden Pilz C. asteris. Diesen Pilz namens Cyanodermella asteris konnte das Forscherteam um Schafhauser isolieren und unabhängig von der Wirtspflanze in einer Nährlösung kultivieren. „Außerdem wurde das Pilzgenom vollständig sequenziert“, sagt Schafhauser.
Symbiose zwischen Pilz und Pflanze
Die Ergebnisse der Studie wurden im Fachjournal PNAS veröffentlicht. Diese belegen auch, dass die Tataren-Aster ohne den Pilz C. asteris überhaupt kein Astin produziert. Erst durch die Infektion der Pflanze mit dem Pilz ließ sich diese Funktion wiederherstellen. „Außerdem enthielten diese Pflanzen die Variante Astin A, die der Pilz, wenn er einzeln kultiviert wurde, nicht bilden konnte“, berichtet Linda Jahn von der TU Dresden, die an der Studie beteiligt war. „Wir gehen davon aus, dass Pilz und Pflanze hier im Sinne einer Symbiose zu beiderseitigem Vorteil zusammenarbeiten und die Pflanze ein Signal zur Herstellung des Astins A gibt oder selbst das Astin aus dem Pilz weiter verarbeitet“, erläutert Jahn.
Inwiefern die Tataren-Aster von dieser Symbiose selbst profitiert, ist noch nicht erforscht. Die Wissenschaftler vermuten, dass sie der Wirkstoff gegen Fressfeinde oder Krankheitserreger schützen könnte.
bb
Astin is a herbal agent to which healing powers are attributed - not least in the fight against cancer. One source of this medicinal substance is Aster tataricus, also known as Tatarinow's aster. This medicinal plant, which is native to the higher altitudes of Asia, is used primarily in traditional Chinese medicine. A research team from the University of Tübingen and the Technical University of Dresden has now succeeded in isolating astins from the plant, cultivating them and producing them in larger quantities using biotechnology.
Subtenant produces astins
The team made the biggest discovery right at the outset: The researchers found that the asters do not produce the astins themselves. Instead, the active ingredient is produced by a fungus that lives in the tissue of the flowers. "In order to develop a biotechnological process, we need to know which genes are involved and the metabolic pathway leading to production of the required substance," explains Tübingen microbiologist Thomas Schafhauser. "Comparisons with similar substances indicate that bacteria or fungi make astins."
Fungus cultivated without host plant
This is how the researchers finally came across the fungus C. asteris, which lives in the Tatarinow's aster. Schafhauser and his team were able to isolate this fungus, called Cyanodermella asteris, and cultivate it in a nutrient solution independently of the host plant. "In addition, we fully sequenced the fungal genome," said Schafhauser.
Symbiosis between fungus and plant
The results of the study were published in the journal PNAS. They also prove that Tatarinow's asters without the fungus C. asteris produce no astin at all. Only by infecting the plants with the fungus could this function be restored. "Furthermore, these plants contained the variant astin A, which the fungus could not produce when cultivated individually," reports Linda Jahn from the Technical University of Dresden, who was involved in the study. "We assume that the fungus and the plant work together to their mutual advantage in symbiosis, and that the plant gives a signal for the production of astin A or processes the astin from the fungus itself," explains Jahn.
To what extent the Tatarinow's aster itself benefits from this symbiosis has not yet been investigated. The scientists assume that the active substance might protect the aster against predators or pathogens.
bb/um
Der European Circular Bioeconomy Fund (ECBF) nimmt weiter Formen an: Die Europäische Kommission und die Europäische Investitionsbank (EIB) haben Ende November bekanntgegeben, wer den Wachstumsfonds lenken wird: Demnach wird die Investmentbank Hauck & Aufhäuser Fund Services S.A. das Fondsmanagement übernehmen. Leiter der ECBF Management GmbH mit Sitz in Luxemburg wird Michael Brandkamp, der langjährige Geschäftsführer des High-Tech Gründerfonds (HTGF).
Zielvolumen von 250 Mio. Euro angepeilt
Der neue Fonds will private Investitionen in Innovationen für die biobasierte Kreislaufwirtschaft fördern und schafft den Zugang zu Finanzmitteln – in Form von Eigen-, Fremd- oder Quasi-Eigenkapital – für Unternehmen und Projekte zu Bioökonomie und Kreislaufwirtschaft unterschiedlicher Größe.
Ziel des Instruments ist es, die Finanzierungslücke innovativer Projekte von der Demonstrations- bis zur Kommerzialisierungsphase zu überbrücken. Das ECBF-Management wird Mittel von öffentlichen und privaten Investoren mit einem Zielvolumen von 250 Mio. Euro einsammeln. Bereits im ersten Quartal 2020 soll das Ziel erreicht werden, heißt es in der Mitteilung der EIB.
Der Löwenanteil stammt von der EIB
Als Hauptinvestor fungiert die EIB. Sie wird den Fonds mit bis zu 100 Mio. Euro ausstatten, die aus dem Budget der EU-Finanzierungsinitiative InnovFin stammen. Zu den weiteren potenziellen Investoren zählen nationale Förderbanken in EU-Ländern, Industrieinvestoren und weitere Finanzinvestoren. Die Einrichtung des Fonds ist auch Teil der neuen Bioökonomie-Strategie der Europäischen Kommission. Hier ist noch von der Circular Bioeconomy Thematic Investment Plattform die Rede.
Carlos Moedas, der bis Ende November für Forschung, Wissenschaft und Innovation zuständige EU-Kommissar, sagte: „Eine nachhaltige Bioökonomie hat das Potenzial, eine wichtige Rolle für den europäischen Green Deal zu spielen. Das wird uns helfen, unsere Ziele in den Bereichen Umwelt, Klima und Biodiversität im Einklang mit den UN-Nachhaltigkeitszielen zu erreichen. ECBF wird die Finanzierungslücken schließen und private Investments anziehen, die biobasierte Innovationen näher in Richtung Markt bringen.“
Große Chancen in einer Industrie im Wandel
„Mit dem ECBF haben wir einen wichtigen Meilenstein erreicht, um sicherzustellen, dass bahnbrechende Projekte in diesem Sektor die erforderliche Finanzierung erhalten“, sagte der für Landwirtschaft und Bioökonomie zuständige Vizepräsident der EIB, Andrew McDowell.
Michael Brandkamp, der Leiter des ECBF, sagte: „Es ist eine große Ehre und Privileg sowie eine unternehmerische Verpflichtung für uns, von der EIB ausgewählt zu werden, um diese sehr wichtige Fondsinitiative zu verwalten. In der sich wandelnden Industrie sehen wir große Finanzierungsmöglichkeiten in Europa, die zu einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft beitragen. Mit mehr als 30 Jahren Investment-Erfahrung verfügt das ECBF-Team über die richtigen Qualifikationen, um den Fonds professionell zu managen.“ Brandkamp wird für seine neue Aufgabe den High-Tech Gründerfonds verlassen, wie der HTGF auf Anfrage von bioökonomie.de mitteilte. Mehr als 14 Jahre war er HTGF-Geschäftsführer. Der HTGF ist Deutschlands aktivster und größter Frühphaseninvestor von Wagniskapital und richtet sich an junge, innovative Hightech-Start-ups aller Branchen – darunter Unternehmen in den Life Sciences.
pg