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

7,5 Mio. Euro für In-Vitro-Burger

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

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

In-Vitro-Burger ab 2021 im Handel

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

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

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

Series A financing raises €7.5 million

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

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

Construction of a pilot production plant

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

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

Synergy of food and biotech companies

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

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

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

Stark geschützt trotz kleinem Genom

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

Antimykotikum ähnelt Substanzen von marinen Organismen

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

Springende Gene ermöglichen Schutzmechanismus

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

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

jmr

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

Strongly protected despite a small genome

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

Antimycotic agent resembles substances of marine organisms

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

Jumping genes enable protective mechanism

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

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

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

Biologische Signalverabeitung auf Materialien übertragen

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

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

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

Anteil ungesättigte Fettsäuren im Fisch steigern

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

Kultivierung von Mikroalgen auf Abwässern

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

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

Biobasiertes Polymer als Alternative zu PET

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

Umsetzung in Echtzeit 

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

Kopplung von FDCA- und Wasserstoffproduktion

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

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

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Gibt es nicht starke Unterschiede in den jährlichen Wachstumsraten der Bioökonomie in den diversen Regionen weltweit? Mein Eindruck aus eigenen Erfahrungen ist, dass Deutschland noch erhebliches Aufholpotential hat. Wo sehen Sie die Hauptgründe dafür und welche Maßnahmen wären nötig?

Dr. Jürgen Eck, CEO BRAIN AG: Während frühere Wirtschaftszyklen nahezu ausnahmslos durch Rohstoffe und entsprechend die Rohstoffinhaber determiniert wurden, so ist einer der wichtigsten Treiber einer modernen und wissensbasierten Bioökonomie die Technologie und die zur Etablierung neuer Produktionsprozesse und neuer Produkte notwendige Forschung & Entwicklung. Europa und Deutschland sind hinsichtlich F&E für die Bioökonomie gut aufgestellt, hier kommt uns der Ideenreichtum gerade der Verbünde aus universitärer, ausseruniversitärer und industrieller F&E zu gute. Ein Indikator dafür ist das Wachstum der Biotechnologiebranche – die zentrale Innovationskraft der Bioökonomie.

Gegenüber Nordamerika und Asien muss sich Europa jedoch anstrengen, den Anschluss nicht zu verlieren, denn gerade die Skalierung neuer Produktionsprozesse und die Implementierung neuer Produkte ist kapitalintensiv. So ist ein bedeutender Innovationsvorteil für Nordamerika und Teile Asiens bessere Rahmenbedingungen für Wachstumsfinanzierungen. In Nordamerika zum Beispiel ist die Bereitschaft, Risikokapital in die Biotechnologie zu investieren, wesentlich höher. Dabei geht es nicht nur um Seed-Kapital für StartUps. Es geht vor allem auch um umfangreichere Anschlussfinanzierungen, um im Labor etablierte Prozesse in industrie- und damit marktrelevante Größenordnungen überführen zu können.

Allein in der US-Region Boston, wo herausragende Institutionen wie das MIT angesiedelt sind, werden jedes Jahr mehr als 5 Milliarden Euro Wagniskapital in die Biotechnologiebranche investiert – in Deutschland kamen wir 2016 auf etwa 210 Millionen Euro. Hier gibt es erhebliches Aufholpotenzial. Unser Ziel muss sein, weiterhin eine führende Position in der F&E einzunehmen, aber zugleich auch eine Implementierung der neuen Verfahren und Produkte im Wirtschaftssystem in Deutschland und Europa zu erreichen.

Was ist mit Suffizenz? Muss ein gesellschaftlicher Wandel nicht auch dazu führen, dass Verzicht cool wird und weniger Verbrauch ein Ziel sein kann?

Tobias Kümmerle, Humboldt-Universität Berlin: Viele der großen Nachhaltigkeitsfragen unserer Zeit können nur mit Hilfe tiefgreifender gesellschaftlicher Veränderungen dauerhaft gelöst werden. Dies schließt selbstverständlich auch das Hinterfragen und die Änderung von Konsumverhalten mit ein. Wenn wir Ressourcen nicht effizienter nutzen und vor allem pro Kopf weniger Ressourcen verbrauchen, wird es nicht möglich werden das globalen Artensterbens zu stoppen, den Klimawandel substantiell zu mindern oder Nahrung für eine weiterhin wachsende Weltbevölkerung zu sichern. Dieser gesellschaftliche Wandel sollte auf allen Ebenen vorangetrieben werden – jeder kann heute anfangen! Sicherlich ist jedoch vor allem auch die Politik gefragt entsprechende Anreize zum Verzicht, beispielsweise beim Fleischkonsum, oder zur Langlebigkeit von Produkten zu schaffen.

Ein gesellschaftlicher Wandel für eine nachhaltige Bioökonomie erfordert die Beteiligung aller gesellschaftlicher Gruppen. Was genau soll/kann der Beitrag der öffentlich geförderten Forschung sein?

Tobias Kümmerle: Die öffentlich geförderte Forschung stellt ein wichtiges Instrument dar um Wissenslücke zu schließen, welche nicht in direktem Zusammenhang mit wirtschaftlich direkt verwertbaren Produkten und Innovationen stehen. Dies betrifft vor allem auch die vielfältigen und oftmals komplexen Effekte bioökonomischen Handles, die Erfassung oftmals externalisierter Umweltauswirkungen oder der Analyse systemischer Zusammenhänge, welche aus der Sicht einzelner Sektoren nur schwer zu analysieren sind.

Überfrachten wir die Bioökonomie? Braucht es nicht umfassendere Aktivitäten, die zwar zu ihr beitragen, aber eigentlich extern liegen? (z.B. bewusst machen der Konsequenz unseres Konsums; Internalisierung von Kosten allgemein; neue Formen der Entwicklungszusammenarbeit; Capacity Building; Bildung)

Tobias Kümmerle:  Auch wenn es manchmal kompliziert wird: die Bioökonomie sollte sich nicht auf die Erforschung neuer Technologien zurückziehen. Die vielfältigen Aus- und Wechselwirkungen bioökonomischer Verfahren auf Umwelt und Gesellschaft sollten immer im Zentrum der bioökonomischen Forschung und Anwendung stehen. Nur so lassen sich systemische Zusammenhänge aufdecken, Überraschungen vermeiden und Potentiale zur Lösung von Nachhaltigkeitsfragen optimal nutzen.

Als Basis von Informationsveranstaltungen gibt es meiner Meinung nach Wissenslücken über systemische Zusammenhänge. Wir sollten Fehler, die bei der Bioenergie gemacht wurden vermeiden.

Tobias Kümmerle: Systemische Zusammenhänge sind in der Tat noch nicht ausreichend erforscht. Dies betrifft beispielsweise die Frage wie sich Zielkonflikte über Skalen verhalten, welche Wechselwirkungen zwischen Biodiversität und Landnutzung bestehen oder wie sich indirekter Landnutzungswandel vermeiden lässt. Gleichzeitig wird bestehendes Wissen über systemische Zusammenhänge, zum Beispiel wie Fleischkonsum oder Agrarsubventionen in Deutschland sich auf Umwelt und Gesellschaft in Südamerika auswirken, zu selten kommuniziert (und beherzigt).

Jubel bei den Umwelt- und Verbraucherverbänden, große Ernüchterung bei Forschern und Unternehmern: Der Europäische Gerichtshof (EuGH) hat heute ein lang erwartetes Urteil gesprochen zur Regulierung von Nutzpflanzen, die mit neuen molekularen Züchtungstechniken entstanden sind.
 
Demnach sind sämtliche durch Mutagenese gewonnene Organismen gentechnisch veränderte Organismen (GVO) und fallen grundsätzlich unter die strenge Regulierung der europäischen Freisetzungsrichtlinie für gentechnisch veränderte Organismen (GVO-Richtlinie). Das gilt auch für die gezielte Mutagenese durch die neue Genomschere namens CRISPR-Cas und andere Werkzeuge des sogenannten Genome Editing, mit denen sich das Erbgut von Organismen viel gezielter als bisher verändern und bearbeiten lässt. Die Anwendung der neuen Mutagenese-Verfahren birgt nach Ansicht des EuGH vergleichbare Risiken wie die Erzeugung transgener Pflanzen, bei denen fremde Erbsubstanz ins Genom von Organismen eingeschleust wird. Diese neuen Züchtungsverfahren von der Gentechnik-Regulierung auszunehmen, laufe dem Vorsorgeprinzip zuwider.

Eine Ausnahme gelte indes für klassische Mutagenese-Verfahren – etwa ionisierende Strahlung oder erbgutverändernde Chemikalien – ihre Anwendung gelte seit Langem als sicher, so das Gericht. Den Mitgliedstaaten stehe „es allerdings frei, derartige Organismen (...) den in der GVO-Richtlinie vorgesehen Verpflichtungen zu unterwerfen“. Damit ist aus Sicht des EuGH der Einsatz von CRISPR-Cas in Pflanzen eine gentechnische Veränderung und deshalb müssen alle mit dieser Methode gezüchteten Pflanzen entsprechend der GVO-Richtlinie gekennzeichnet und reguliert werden. Über die Definition von "gentechnisch veränderten Organismen" war durch das Aufkommen der Genome-Editing-Methoden in den vergangenen Jahren in Wissenschaft und Regulierungsbehörden viel diskutiert worden.

Gemischte Reaktionen aus der Politik

Das für viele überraschende Urteil löste in Politik, Wirtschaft und bei den Umwelt- und Verbänden sehr gemischte Reaktionen aus. Bundesforschungsministerin Anja Karliczek sagte, als Forschungsministerin hätte sie sich ein forschungsfreundlicheres Urteil gewünscht. „Nun wird es darauf ankommen, dass die Anwendung des Gentechnikrechtes künftig nicht dazu führt, die moderne Pflanzenzüchtungsforschung in Deutschland und Europa vollständig zum Erliegen zu bringen“, so die Ministerin. Innovative Pflanzenzüchtungen seien notwendig, um den Herausforderungen des Klimawandels zu begegnen. Die Bundeslandwirtschaftsministerin Julia Klöckner betonte, es sei nun wichtig, das Urteil des EuGH sorgfältig auszuwerten. Der Verbraucherschutz habe Vorrang. „Gleichzeitig will ich den Blick für Entwicklungen und Innovationen offen halten“, sagte Klöckner. Vielerorts würden neue Züchtungstechnologien bereits angewandt oder seien unerlässlich, um für eine ausreichende Versorgung beispielsweise mit Getreide zu sorgen. Klöckner wies in ihrem Statement auf die Auswirkungen des EuGH-Urteils auf internationaler Ebene hin. Denn während nun mit neuen Züchtungstechniken gewonnene Pflanzen in bestimmten Ländern außerhalb der EU dereguliert sind, benötigen sie in der EU eine Zulassung nach dem Gentechnikrecht. „Das ist ein Flickenteppich an Regelungen, den die Europäische Kommission zusammensetzen muss.“ Bundesumweltministerin Svenja Schulze nannte das Urteil eine gute Nachricht, da der Schutz von Umwelt und Gesundheit auch bei der neuen Gentechnik höchste Priorität habe. "Jetzt haben wir endlich die notwendige Rechtssicherheit."

The ruling of the European Court of Justice (ECJ) regarding the regulation of crops created with new molecular and genome-editing breeding techniques was announced yesterday, July 25^th, in Luxembourg. The long-awaited decision was met with cheers by environmental groups and consumer organisations, but caused disillusionment and lack of understanding among researchers and entrepreneurs

According to the verdict, all organisms generated by mutagenesis are genetically modified organisms (GMOs) and are thus generally subject to the strict regulation of the European directive for genetically modified organisms (GMO Directive). This includes the targeted mutagenesis by the new tool CRISPR-Cas and other so-called genome editing tools that allow for a much more targeted modification of the genome than previous techniques.

Yet, in the view of the ECJ, the application of the new methods involves similar risks as the methods resulting in transgenic plants in which foreign genetic material is introduced into the genome of the organisms. Hence, their reasoning: Exempting the new breeding methods from genetic engineering regulation would not be compatible with the precautionary principle.

An exception, however, still applies to classical mutagenesis methods – such as ionizing radiation or mutagenic chemicals – their application has long been studied and used and is thus considered safe. However, the court also stated that Member States are "free to subject such organisms (...) to the obligations laid down in the GMO Directive". Thus, according to the ECJ, the use of CRISPR-Cas in plants is a genetic modification and therefore all plants bred using this method must be labeled and regulated in accordance with the GMO Directive. There has been a heated debate surrounding the definition of "genetically modified organisms" among scientists and regulators in recent years, especially since the advent of the CRISPR-Cas toolkit. 

Mixed reactions from politics 

The surprising verdict was met with mixed reactions from politics, economics and environmental associations. Federal Research Minister Anja Karliczek said that as research minister she would have preferred a more research-friendly judgment. "Now it will be important that the application of genetic engineering law does not impede modern plant breeding research in Germany and Europe," said the Minister. Innovative plant breeding methods and tools are necessary to meet the challenges of climate change. 

Federal Minister for Agriculture Julia Klöckner stressed the importance of carefully evaluating the judgment of the ECJ. Consumer protection is priority. "At the same time, I want to keep my eye open for developments and innovations," Klöckner said. In many countries, new breeding technologies are already in place and are indispensable to ensure adequate supplies of grain, for example. In her statement, Klöckner pointed to the impact of the ECJ ruling on an international level. While plants generated via new breeding techniques are deregulated in certain countries outside the EU, they require approval in the EU according to the Genetic Engineering Law. "This is a patchwork of regulations, which the European Commission now has to combine." Federal Environment Minister Svenja Schulze called the verdict good news, since the protection of the environment and health is a top priority. "Now we finally have the necessary legal clarification."

Scientists are disappointed 

The President of the National Academy of Sciences Leopoldina Jörg Hacker demonstrated disappointment concerning the verdict from Luxembourg: "The ECJ ruling points in a different direction than the one that the National Academy of Sciences Leopoldina and numerous other research institutions have long proposed: not the breeding process should be decisive for the legislator, but the product." Especially for many smaller biotech companies that were working towards bringing CRISPR-Cas-engineered drought-tolerant plant varieties to the market, this judgment could be detrimetal. 

Industry warns of international disadvantages

The Federal Association of German Plant Breeders (BDP) described the judgment as a step backwards for agriculture and society. "In its ruling, the ECJ ignores the scientific assessment of experts from European and national authorities, according to which plants that do not differ from classically bred ones should not be classified as GMOs," said BDP chairman Stephanie Franck. The association also referred to the unanswered question of how to deal with imported products from abroad that were created using the new breeding methods. The President of the German Farmers' Association, Joachim Rukwied, also criticized the verdict: "Europe is in danger of missing out on connecting with other regions of the world. This judgment prevents us to employ the necessary tools and possibilities to master the challenges of climate change regarding plant breeding. The EU genetic engineering law now has to be reviewed and assessed concerning its future viability to take advantage of the opportunities offered by the new breeding methods." 

The industry associations expressed similar consternation. Peter Heinrich, CEO of the biotech industry association BIO Deutschland said: "What is important is whether the organism could have been created naturally and whether the precautionary principle is respected, and not how it came to be." Managing Director of BIO Deutschland Viola Bronsema additionally referred to the already used and approved but substantially more error-prone breeding methods that use chemicals or ionizing radiation. "Therefore it is very unfortunate and even incomprehensible that the ECJ has decided to exclude these procedures (CRISPR-Cas) from the mutagenesis exception."

According to the German Industry Association for Biotechnology (DIB), the ECJ ruling and its sweeping extension of the European GMO Directive blocks the enormous potential for innovation provided by genome editing. DIB CEO Ricardo Gent said: "The verdict is very bad news for plant breeders, drug researchers and bio-based chemicals manufacturers. Highly innovative methods such as Crispr-Cas are over-regulated without any scientific justification.” Germany and Europe would thus fall behind all countries such as China, the United States and Russia when it comes to expertise in biotechnology.

Consumer and environmental organisations support ECJ ruling 

In contrast, environmental and consumer associations were highly satisfied with the verdict: "In its judgment, Europe's highest court confirms the position of environmental and consumer protectionists, independent scientists and GMO-free companies," said Hubert Weiger, chairman of the Federation for the Environment and Nature Conservation (BUND). Moreover, now, politicians need to act: "The Federal Government has promised in its coalition agreement that it guarantees freedom of choice for consumers with respect to genetic engineering and the resulting crops," Weiger said. The biotech-critical consulting firm Testbiotech also welcomed the verdict. According to them, obvious differences between conventional breeding and the new genetic engineering techniques could be demonstrated in the resulting plants, beven if no additional genes were inserted.

jmr/pg

Phosphor ist ein essenzieller Bestandteil aller lebenden Organismen. Ohne das Element würde weder der Energiehaushalt in Zellen aufrechterhalten werden können, noch wäre beispielsweise die Zellteilung möglich. Besonders in der Landwirtschaft wird mit Phosphor in Form von Phosphat gedüngt, um das Pflanzenwachstum zu unterstützen. Die Vorräte an mineralischem Lagerstätten-Phosphat werden jedoch immer knapper und werden in wenigen hundert Jahren aufgebraucht sein.

Verbundprojekt für nachhaltiges Phosphor-Management

Ein gesunder und ausreichend mit Nährstoffen versorgter Boden ist wichtig für eine nachhaltige wirtschaftliche Nutzung. Deshalb hat das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unter anderem die Förderinitiative „BonaRes – Boden als nachhaltige Ressource für die Bioökonomie“ ins Leben gerufen. Als Teil der Bodenforschungs-Initiative befassen sich Wissenschaftler aus Rostock, Braunschweig, Jülich, Cottbus und München in dem Verbundprojekt „InnoSoilPhos“ mit der Frage, wie Phosphor als knappe Ressource effizienter genutzt und neue Phosphorquellen erschlossen werden können. Das Verbundprojekt wurde vom BMBF von 2015 bis 2018 mit rund 2,3 Mio. Euro gefördert.

Koordinator des Verbundes ist Peter Leinweber, Professor für Bodenkunde an der Universität Rostock. „Die Nutzungseffizienz von Phosphor muss dringend verbessert werden“ betont Leinweber. „Die Landwirtschaft ist der größte Verbraucher von Phosphor, doch nur ein kleiner Teil davon kommt letztlich auf unserem Teller an. Auf dem Feld wie in der Viehhaltung kommt es hier zu großen Phosphor-Verlusten, die diffus in die Umwelt verteilt werden und so beispielsweise zur Gewässereutrophierung beitragen.“

Phosphornutzung: Von der atomaren bis zur gesellschaftlichen Ebene

Um diese komplexe Fragestellung zu bearbeiten, untersuchten die Wissenschaftler verschiedene Aspekte: „Unser Ansatz war es, die Phosphorproblematik auf allen möglichen Skalenebenen zu untersuchen – von der atomaren Ebene hin bis zur gesellschaftlichen“, sagt Leinweber.

Wissenschaftler der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg (BTU) haben hierfür die molekularen und chemischen Grundlagen der Phosphorbindungs- und Lösungsvorgänge mit experimentellen Ansätzen ins Visier genommen. Wie sich Phosphor auf atomarer Ebene im Boden verhält, untersucht die Arbeitsgruppe für Theoretische und Molekülphysik der Universität Rostock. Hier interessiert die Wissenschaftler vor allem die Bindung von Phosphor und Phosphorverbindungen an Bodenbestandteile. Zudem haben die Physiker untersucht, wie diese Verbindungen aufgebrochen und das Phosphat somit den Pflanzen zur Verfügung gestellt werden kann.

Münchner Forscher von der Technischen Universität und dem Helmholtz Zentrum haben außerdem analysiert, wie Mikroorganismen Phosphat im Boden aufschließen können. „Die Kollegen haben die genetischen Grundlagen der Phosphatmobilisierung in verschiedenen Mikroorganismen entschlüsselt. Sie haben aufgedeckt, unter welchen Bedingungen Gene für die Phosphatmobilisierung und den Phosphattransport aktiv werden“, so Leinweber. Das Ziel: Diese Aktivierung soll in Zukunft gezielt gesteuert und in der Landwirtschaft zum Einsatz gebracht werden können. Für die Phosphatmobilisierung aus dem Unterboden arbeiten die Bodenforscher auch mit Wissenschaftlern eines weiteren BonaRes-Projektes namens Soil³ zusammen. Hier geht es darum, die Nährstoff- und Wasserressourcen im tiefgelegenen Unterboden der Äcker für Pflanzenwurzeln besser zugänglich machen.

Inokulate und Pflanzen-Mikroben-Gemeinschaften

Wie können Pflanzen von einem verbesserten Phosphor-Angebot profitieren? Dieser Frage geht das Team um Leinweber nach. Dazu führen die Forscher Experimente in Laborgefäßen und auf kleinen Parzellen im Feld durch. „Wir haben Inokulate, also Lösungen mit Phosphat-mobilisierenden Mikroorganismen hergestellt, die wir auf die Pflanzen und den Boden gegeben haben“, erläutert Leinweber. Hierfür wurden zuvor Pilze und Bakterienstämme aus Bodenproben isoliert, deren Nützlichkeit im Hinblick auf die Phosphatmobilisierung bereits bekannt war. „Wir haben außerdem untersucht, bei welchen Kulturpflanzen diese Pilze und Bakterien bereits besonders häufig angesiedelt sind. Diese Pflanzen werden wir dann als Zwischenfrüchte auf den Äckern einführen, um die Konzentration an Phosphat-mobilisierenden Mikroben im Boden zu erhöhen“, so Leinweber.

Bei der Anwendung dieser beiden Ansätze – Inokulate mit Mikroorganismen oder Anbau von Pflanzen mit hoher Mikrobendichte – entpuppte sich der zweite Ansatz als vielversprechender: „Die Inokulate, die wir auf dem Ackerboden verbreitet haben, haben generell einen relativ geringen Effekt“, sagt Leinweber. Der Bodenforscher vermutet, dass die zusätzlichen Mikroorganismen in dem komplexen Nahrungsnetz des Bodens nicht durchsetzungsfähig genug sind.

Derzeit wird in einem Anschlussprojekt im Rahmen des BonaRes-Projekts untersucht, wie oft die Zwischenfrüchte mit der hohen Mikrobendichte angebaut werden sollten, um eine langfristig verbesserte Phosphatmobilisierung zu ermöglichen und den Phosphor-Bedarf nachfolgender Kulturpflanzen zu decken.

Muttermilch gilt als ideale Nahrung für Säuglinge, weil sie neben Nährstoffen auch reich an natürlichen Gesundmachern wie humane Milchzucker ist, auch humane Oligosaccharide – HMO genannt. Der Jennewein Biotechnologie GmbH ist es vor Jahren gelungen, diese gesunden Zuckermoleküle biotechnologisch mithilfe von Mikroorganismen herzustellen, sodass auch nicht gestillte Kinder gesund ernährt werden können. Seit 2015 stellt das rheinland-pfälzische Biotech-Unternehmen das Zuckermolekül 2‘-Fucosyllactose im Industriemaßstab her. Im November vergangenen Jahres wurde der erste biotechnologisch erzeugte Milchzucker von der Europäischen Kommission als funktioneller Lebensmittelzusatz zugelassen.

Ausbau der Milchzucker-Produktion am Stammsitz

Mit einem Kredit von 15 Mio. Euro von der Europäischen Investitionsbank (EIB) kann das Biotechnologieunternehmen aus Rheinbreitbach seine Erfolgsgeschichte nun weiterschreiben. Mithilfe des frischen Kapitals sollen unter anderem die Produktionskapazitäten am Stammsitz des Unternehmens in Rheinbreitbach erweitert werden. „Mit dem Kredit hat uns die Europäische Investitionsbank ihr Vertrauen geschenkt und die Chance gegeben, den Markt für humane Milch-Oligosaccharide weiterhin zu erobern“, so Gründer und Geschäftsführer der Jennewein GmbH, Stefan Jennewein, Mitte Juli anlässlich der Vertragsunterzeichnung.  

Die Aussichten auf einen Geschäftsbankkredit seien laut Jennewein beschränkt gewesen, da sein Unternehmen in einem neuen und sehr innovativen Marktsegment aktiv sei. „Die EU-Bank unterstützt in Europa zahlreiche Projekte, die von Natur aus risikoreicher sind und daher öfter auf Schwierigkeiten beim Zugang zu Finanzierungen stoßen“, begründet EIB-Präsident Werner Hoyer das Darlehen. 

Jennewein erweitert Forschungskapazitäten

Der Kredit soll aber auch in ein neues Forschungs- und Entwicklungszentrum fließen. Im Juni hatte Jennewein den Mietvertrag für ein etwa 1.000 Quadratmeter großes Grundstück in Bonn-Bad Godesberg unterzeichnet. Auf dem Gelände in der Mildred-Scheel-Straße soll Unternehmensangaben zufolge ein neues R&D Center für Mikrobiom-Forschung und synthetische Designer-Mikroorganismen entstehen. „Der Umzug eines Teils unserer Forschungsabteilung vom Standort Rheinbreitbach nach Bonn wurde durch das starke Wachstum des Unternehmens in den letzten Jahren und der daraus resultierenden Platznot für weitere Forschungsaktivitäten notwendig“, erklärt die stellvertretende Leiterin der Foschungs-und Entwicklungsabteilung bei Jennewein, Katja Parschat. Etwa 3,6 Mio. Euro will Jennewein am Bonner Standort in eine neue Laborausstattung investieren.

mh/bb