Aktuelle Veranstaltungen

Tag: 29. Juni 2018
Ort: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), Kapelle-Ufer 1, 10117 Berlin

Viele Menschen wollen bis ins hohe Alter fit und gesund bleiben. Sport und eine gesunde Ernährung können bekannterweise dazu beitragen. Doch nicht jedem schmeckt, was gesund ist und Leckeres, ist leider nicht immer gesund. Die Überwindung, von alten Essgewohnheiten Abstand zu nehmen, fällt daher vielen schwer. Forscher im Kompetenzcluster „NutriAct“ (Nutritional Intervention for Healthy Aging: Food Patterns, Behavior, and Products) wollen diese Herausforderung meistern.

Ernährungsstrategien und neue Produkte für gesundes Altern

Bereits seit 2015 forscht das Konsortium aus dem Raum Berlin und Potsdam mit 57 Partnern aus Wissenschaft und Wirtschaft an speziellen Ernährungsstrategien für 50 bis 70-Jährige, die nicht nur leicht zu akzeptieren, sondern auch einfach umzusetzen sind. Dazu gehört auch die Entwicklung neuer schmackhafter Lebensmittel, die auf Grund einer altersgerechten Nährstoffzusammensetzung gesund sind. Mit Blick auf eine immer älter werdende Gesellschaft sind Ernährungsstrategien gefragt, die Menschen bis ins hohe Alter geistig und körperlich fit halten. „Hierzu erforschen wir, welche neurobiologischen, psychologischen, sozialen und familiären Faktoren die Nahrungsauswahl beeinflussen. Wir analysieren die bestehenden Ernährungsgewohnheiten in der Region Berlin-Brandenburg und erfassen sie in Form von „Ernährungsmustern“, um die zu identifizieren, die besonders geeignet sind, das Risiko für altersbezogene Zivilisationskrankheiten zu senken“, erläutert Tilman Grune, Sprecher des Projektes und wissenschaftlicher Vorstand am Deutschen Institut für Ernährungsforschung Potsdam-Rehbrücke (DIfE).

Gesundheitsstatus der Bevölkerung verbessern

Nun ist die Arbeit des Konsortiums für drei weitere Jahre gesichert. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unterstützt das Verbundprojekt NutriAct mit weiteren 6,4 Mio. Euro. Das in der Region Berlin/Potsdam ansässige Vorhaben gehört zu den insgesamt vier vom BMBF geförderten Kompetenzclustern Ernährungsforschung. Mit der Förderung will die Bundesregierung den Gesundheitsstatus der Bevölkerung  verbessern und zugleich die wissenschaftliche Exzellenz auf dem Feld der Ernährungsforschung international stärker sichtbar machen.

bb

Eine chemische und professionelle Reinigung ist immer dann besonders nützlich, wenn es um die Entfernung von Flecken aus empfindlichen Kleidungsstücken geht. Die im Reinigungsprozess verwendeten Chemikalien sind jedoch häufig sehr umweltschädlich. Eine durchschnittliche chemische Reinigung produziert zudem eine ganze Reihe von schädlichen Abfallprodukten, einschließlich Lösungsmitteln, Kohlenstoff, Farbstoffen, Fett und pulverisiertem Filtermaterial.

Diese negativen Begleiterscheinungen könnten jedoch bald der Vergangenheit angehören: Gemeinsam mit der Kreussler Textilchemie in Wiesbaden hat das auf erneuerbare Chemikalien spezialisierte britische Unternehmen Green Biologics ein biobasiertes Reinigungslösemittel auf Maisbasis entwickelt.

Textilreinigung auf neuem Niveau

Das neuartige Reinigungslösungsmittel namens SOLVONKA4 wird in Minnesota in dem US-Werk des britischen Unternehmens Green Biologics mithilfe ihres Niedrigenergie-Fermentationsprozesses hergestellt. Hierbei wird der lokal angebaute Mais in das biobasierte n-Butanol umgewandelt, das für die Herstellung von SOLVONKA4 verwendet wird, dem Hauptbestandteil des patentierten SYSTEMK4 Reinigungsprozesses.

„Die neuen Entwicklungen in der Fermentation von Green Biologics kommen unserem Streben entgegen, die lösungsmittelbasierte Textilreinigung auf ein neues Niveau zu heben und vervollständigen das Bild von einer beispiellosen Reinigung, kosteneffektivem Betrieb, extrem geringem Risiko und echten ökologischen Vorteilen", sagt Richard Fitzpatrick, Vizepräsident der Kreussler GmbH. Inzwischen hat Kreussler die Zertifizierung für das neue Bio-Reinigungslösungsmittel beim US-Landwirtschaftsministerium beantragt.

Weltweit erste biobasierte Reinigungslösung

Unternehmensangaben zufolge handelt es sich bei diesem Produkt um das weltweit erste und einzige biobasierte Lösemittel. „Wir freuen uns, gemeinsam mit Kreussler die biobasierte Reinigungslösung SYSTEMK4 auf den Markt zu bringen. Dies ist ein hervorragendes Beispiel dafür, wie wir uns auf die Zusammenarbeit mit einem Marktführer spezialisiert haben, um unsere Plattform für erneuerbare Spezialchemikalien zu nutzen und Kunden einen neuen Mehrwert zu bieten", so Peter O'Loughlin, Vizepräsident im globalen Verkauf bei Green Biologics.

jmr/bb

Dry cleaners are very helpful when it comes to the stain removal off of delicate fabric. However, the chemicals used in the cleaning process are often very damaging to the environment. The average dry cleaning business produces a number of harmful waste products, including solvents, soils, carbon, dyes, grease, and powdered filter material.

Soon, these negative side-effects could be a thing of the past: The renewable specialty chemicals leaders Green Biologics and the professional textile care company Kreussler Inc. have developed a bio-based dry cleaning solvent made from corn.

The first and only bio-based dry cleaning solvent

The Minnesotan facility of the UK-based Green Biologics uses corn from the American heartland and converts it via their patented low-energy, minimal waste fermentation process into the bio-based n-butanol used to produce SOLVONK4, the main solvent in the SYSTEMK4 dry cleaning process. The worldwide patented SOLVONK4 is not only sustainable, but also the first and - so far - only bio-based solvent in the dry cleaning industry.

Kreussler, founded in 1912 and headquartered in Wiesbaden, Germany, has a long history of products closely linked with an application technology. Currently, Kreussler is applying for the USDA BioPreferred certification for its new biobased dry cleaning solvent.

Textile cleaning on a new, bio-based level

"We are pleased to be working in conjunction with Kreussler to bring SYSTEMK4 bio-based dry-cleaning solution to market. This is an excellent example of how we specialize in collaborating with a market leader to leverage our renewable specialty chemicals platform in new and unique applications to deliver value to customers," said Peter O'Loughlin, Vice President of Global Sales at Green Biologics.

Richard Fitzpatrick, Vice President of Kreussler Inc. added: "This next step for SYSTEMK4 adds a critical and significant advantage for our clients, the ability to market a bio-derived and sustainable cleaning fluid. Green Biologics advanced developments in fermentation has given us the ability to push solvent-based textile cleaning into a new level and completes the picture of unparalleled cleaning, cost-effective operations, extremely low risk, and true ecological benefits."

jmr

Ob T-Shirts aus Holzfasern, Autoreifen aus Löwenzahn oder Nudeln aus Insekten: Innovative biobasierte Produkte erobern allmählich den Alltag. Wie weit Wissenschaft und Wirtschaft auf dem Weg in eine Bioökonomie bereits sind, davon konnten sich die Teilnehmer der International Bioeconomy Conference vom 6. bis 7. Juni in Halle überzeugen. Mehr als 200 Gäste aus Wissenschaft und Wirtschaft nahmen an dem zweitägigen Treffen teil, das vom WissenschaftsCampus Halle und dem BioEconomy Cluster zum siebten Mal organisiert wurde.

Mehr Unternehmen als im Vorjahr

Erfreulich für die Veranstalter: Besonders groß war in diesem Jahr das Interesse der Wirtschaft. Doppelt so viele Unternehmen im Vergleich zum Vorjahr nahmen danach an der Konferenz teil. „Unser Konzept, Wissenschaftler mit Unternehmern zusammenzubringen und Synergien zu schaffen, ist aufgegangen“, resümiert Matthias Zscheile, Clustermanager des BioEconomy Netzwerkes.

Skandinavien als Partnerregion

Ein umfassendes Programm mit Vorträgen und Diskussionsrunden zu aktuellen Bioökonomie-Themen prägten die beiden Veranstaltungstage. Referiert und debattiert wurden Themen zur sozioökonomischen Forschung in der Bioökonomie, Herausforderungen und Chancen einer holzbasierten Bioökonomie, Rolle der Pflanzenproduktivität für eine wachsende Bioökonomie als auch Erfolgswege mit biotechnologischen Produkten und Forschungshighlights des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF). Viele Referenten kamen in diesem Jahr aus der Partnerregion Skandinavien, die als Vorreiter auf dem Feld der Bioökonomie gilt.

EU stärkt Investitionen in Bioökonomie

Damit die Entwicklung hin zu einer nachhaltigen Wirtschaft weiter geht, will die Europäische Kommission Investitionen stärker als bisher fördern. Das kündigte Waldemar Kütt, Leiter der Abteilung „Bioökonomie Strategien" der Europäischen Kommission in seiner Eröffnungsrede in Halle an. „Bioökonomie soll helfen die gesellschaftlichen Herausforderungen zu lösen. Dazu hat die EU eine eigene Strategie ins Leben gerufen und gibt mehr als 3,8 Mrd. Euro in Forschungs- und Entwicklungsprojekte für biobasierte Lösungen (2014-2020) aus und hat vorgeschlagen für die nächste Finanzperiode (2020-2027) 10 Mrd. Euro zu investieren.“

Erfolgreiches Vernetzungsdinner

Viele Gäste nutzen zudem die Gelegenheit, im Anschluss an die Vorträge, mit Experten Konferenzthemen zu vertiefen und sich zu vernetzen. „Dabei hat vor allem das Vernetzungsdinner am ersten Konferenztag unsere Erwartungen bei Weitem übertroffen. So entstanden im Laufe des Abends tatsächlich neue Projektideen und wurden vielversprechende Kooperationen angestoßen“, sagt Klaus Pillen vom WissenschaftsCampus Halle.

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Die Nutzung von biobasierten Reststoffen ist eine wichtige Säule auf dem Weg hin zu einer Bioökonomie. Eine vielversprechende Rohstoffquelle könnten Biertreber sein, die beim Brauen des Gerstensaftes in großen Mengen anfallen. Europaweit kommen pro Jahr etwa 400.000 Tonnen an Braurückständen zusammen. Diese enthalten wertvolle Substanzen, die bisher aber wenig genutzt werden. Ein Teil davon wird zwar als Tierfutter wiederverwertet. Das Gros wird aber bis heute als Abfall entsorgt. Im Projekt „Bioval“ untersucht ein interdisziplinäres Forscherteam, inwiefern die wertvollen Inhaltsstoffe der Biertreber für die chemische Industrie oder die Arzneimittelherstellung genutzt werden können. Das Verbundprojekt wird von der Europäischen Union im Rahmen des „EU-Fonds für regionale Entwicklung" (EFRE) mit insgesamt 3 Mio. Euro gefördert.

Substanzen aus Fermentationsprozess im Blick

Im Projektes werden Bioverfahrenstechniker der TU Kaiserslautern  analysieren, welche Substanzen anfallen, wenn Braurückstände weiter fermentiert werden. „Wir nutzen dazu verschiedene Mikroorganismen wie Pilze und Bakterien“, sagt Alexander Akermann. Bei diesem Prozess entstehen Produkte wie Milchsäure, die beispielsweise in Zukunft für zur Herstellung von Bioplastik genutzt werden könnten.

Potenzial ungesättigter Fettsäuren erschließen

Zu den wertvollen Komponenten der Braurückstände zählen Fette. Im Fokus der Untersuchung stehen vor allem die ungesättigten Fettsäuren, deren Anteil im Treber sehr hoch ist. „Aus den Fetten lässt sich etwa Glycerin gewinnen, das zu Zwischenprodukten für die chemische Industrie umgewandelt werden kann“, erklärt Werner Thiel. Zunächst wollen die Kaiserslauterner Chemiker die Komponenten genau identifizieren, um später daraus neue biobasierte Produkte für die Industrie entwickeln zu können.

Substanzen auf toxische Wirkung prüfen

Im Vorfeld müssen die neuen Substanze jedoch noch auf Unbedenklichkeit geprüft werden. Lebensmittelchemiker und Toxikologen werden diese Stoffe daher auf eine mögliche toxikologische Wirkungen untersuchen. „Es gibt einige Hinweise darauf, dass verschiedene Stoffe aus dem Treber die Aufnahme von Zucker ins Blut unterbinden. Wir werden uns anschauen, welchen Einfluss sie genau haben“, erläutert Doktorandin Daniela Becker. Am Projekt „Bioval" sind neben der TU Kaiserslautern auch die Universität des Saarlandes sowie Universitäten in Lothringen, Luxemburg und Lüttich sowie das belgische Unternehmen Celabor beteiligt.

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Alle drei Jahre wird das Frankfurter Messegelände zum Mekka der Prozessindustrie für die Chemie, Pharma- und Lebensmittelbranche: Auf der ACHEMA präsentieren sich vom 11. bis 15. Juni in diesem Jahr 7.337 Unternehmen aus 55 Ländern . Die Organisatoren rechnen in den fünf Tagen mit rund 170.000 Besuchern. Das Spektrum der Innovationen reicht dabei von Laborausrüstungen, Pumpen über Analytikgeräte und Verpackungsmaschinen bis hin zu Werkstoffen und Software.

Digitalisierung als Treiber

Ein Megatrend macht auch vor der ACHEMA nicht halt: Die Digitalisierung zeigt sich als ein Treiber, der Prozesse in Labor, Anlagenbau, Verpackungsindustrie und Logistik gleichermaßen beflügelt. Ob vernetzte Laboreinrichtungen oder Virtual Reality – viele in Frankfurt vorgestellte Neuerungen haben das Potenzial, in der Prozesstechnik 4.0 zum Standard zu werden. Die Nachfrage nach kleineren Chargen und schnelleren Zyklen hat zu einem Umdenken geführt. Die Chemie von morgen soll modular und vernetzt sein, anpassungsfähig und schnell. Kein Wunder, dass flexible Produktionsprozesse durch die Modularisierung der Produktion ein Fokusthema der Messe sind. Auch in der Vermarktung von Leerkapazitäten über digitale Tools sehen Experten ein Wachstumsfeld. Digitale Methoden und deren Herausforderungen sind dann auch Themen, über die im Rahmen des begleitenden Kongresses referiert und diskutiert werden. Etwa 800 wissenschaftlichen Vorträgen sowie weiteren Veranstaltungen werden die Ausstellung flankieren.

Biotech-Prozesse durchdringen chemische Industrie

Ein weiteres Fokusthema beim Kongress: „Biotech for Chemistry“. Das Motto der Veranstaltung nimmt den zunehmenden Einfluss biotechnologischer Prozesse in der chemischen Industrie unter die Lupe. Beispiele für die erfolgreiche Verzahnung von chemischen und biotechnologischen Schritten liefern auch Aussteller wie etwa Hersteller von Feinchemikalien sowie Arzneimittelunternehmen auf der ACHEMA.

Neue Plattformchemikalien aus Holz und Insekten

Auch Forschungseinrichtungen haben wie immer einen festen Platz auf der Prozesstechnik-Messe. So präsentieren Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB ein spezielles Dampftrocknungs-Verfahren, das die Kosten für Holztransporte deutlich senken kann und zugleich neue Optionen für die Nutzung der Biomasse eröffnet. Bei dem neu entwickelten Verfahren werden Holzschnitzel unter Dampf und hoher Temperatur aber ohne Sauerstoff erhitzt und so der Biomasse Hemicellulose komplett entzogen. Diese torrefizierten Holzhackschnitzel sind deutlich leichter als das unbehandelte Material und können zu Pellets verarbeitet werden. Aus den flüchtigen Substanzen, die bei der Torrefizierung entstehen, lassen sich wiederum Plattformchemikalien gewinnen, die Erdöl ersetzen können.

Am gleichen Stand zeigen die IGB-Forscher, wie Reststoffe der Futtelmittelindustrie zur Herstellung von Chitosan genutzt werden können. Hierbei wird die Schwarze Soldatenfliege als Chitinquelle verwendet, um den Naturstoff zu gewinnen. Das Insektenchitin soll zur Beschichtung von Garnen und Funktionalisierung von Textilien dienen. Die Gewinnung Biopolymers aus Insekten wird vom Bundesforschungsministerium im Rahmen des Verbundprojektes „ChitoTex“ gefördert. Die beiden Entwicklungen der Fraunhofer-Forscher können in Halle 9.2, Stand D66, besichtigt werden.

Podium für ACHEMA-Gründerpreis

Zum zweiten Mal bietet die ACHEMA auch Unternehmensfreudigen Wissenschaftler, zukünftigen Gründer und Inhabern von Start-ups im Rahmen des ACHEMA-Gründerpreises ein Podium, ihre Ideen einem weltweiten Fachpublikum zu zeigen. Aus den acht Finalisten, die sich  den Aussteller präsentieren, werden drei Sieger gekührt und mit einem Preisgeld von je 10.000 Euro ausgezeichnet.

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Das Erbgut von Tieren und Pflanzen innerhalb einer Spezies ist sehr verschieden. Evolutionsbiologen vermuten, dass diese genetische Vielfalt Populationen besser auf Veränderungen in ihrer Umwelt reagieren lässt und somit auch widerstandfähiger gegen Krankheiten macht. Diese Theorie konnten Forscher vom Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei IGB in Berlin nun wissenschaftlich nachweisen.

Parasit bei Anpassung live beobachtet

Um die evolutionäre Entwicklung in Echtzeit nachvollziehen und beobachten zu können, wählte das Team um den Evolutionsökologen Ramsy Agha einen Pilz, der sich extrem schnell vermehrt und in Gewässern Blaualgen befällt: die Pilzart Rhizophydium megarrhizum. Wie die Forscher im Fachjournal „Frontiers in Microbiology“ berichten, wurde dieser Parasit dann sowohl auf Wirtspopulationen mit genetisch identischen Individuen angesetzt als auch auf solche, deren Erbgut genetisch unterschiedlich war. Danach beobachteten die Forscher etwa 200 Tage lang, wie sich der Parasit an die jeweiligen Populationen anpasste.

Genetische Diversität verhindert Vermehrung der Parasiten

Der Studie zufolge konnten sich die Parasiten bei genetisch gleicher Ausstattung extrem schnell vermehren. „Wir konnten zeigen, dass sich die Pilze sehr schnell, also innerhalb von nur drei Monaten, an die Wirte mit genetisch gleichartiger Ausstattung anpassen“, berichtet Agha. Ganz anders verhielt es sich hingegen bei jenen Blaualgen, deren Erbgut unterschiedlich war. Der Parasit konnte sich nicht anpassen, der Krankheitszustand blieb stabil. Die Evolutionsforscher gehen davon aus, dass die genetische Diversität bei Cyanobakterien offensichtlich die Anpassung der Parasiten verzögert und so die Widerstandsfähigkeit der Bakterien gegen Krankheiten erhöht. „Unsere Ergebnisse sind auch generell bedeutsam für die Ökosystemforschung, denn sie helfen uns zu erklären, warum eine hohe Diversität in Populationen für deren Erhalt wertvoll sein könnte“, sagt Agha. Als nächstes wollen die Wissenschaftler untersuchen, welche Folgen es hat, wenn sich sowohl Parasit als auch Wirtspopulation den veränderten Bedingungen anpassen.

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In Deutschland gibt es mehr als 9.000 Biogasanlagen. Kernstück dieser Anlagen sind riesige Gärbehälter – die sogenannten Fermenter. In ihnen befinden sich Mikroorganismen, die Biomasse aus Pflanzen, Gülle oder Ernteresten zu Biogas und anderen Gärprodukten umwandeln. Das entstehende Biogas ist ein Gemisch aus Methan und Kohlendioxid, das vor Ort in einem Blockheizkraftwerk zu Strom und Wärme umgewandelt wird.

Störfaktor Übersäuerung

Der Gärprozess läuft allerdings nicht immer reibungslos: mitunter kommt es zu gravierenden „Verdauungsproblemen“, die den gesamten Ablauf blockieren. Ein Problem, mit dem Betreiber von Biogasanlagen häufig zu kämpfen haben, ist die Übersäuerung. „Im Extremfall stürzt die Anlage ab und es braucht Monate, um sie wieder in Gang zu bringen. In den meisten Fällen stellt man die Übersäuerung jedoch rechtzeitig fest, drosselt die Anlage und produziert weniger Biogas“, erklärt Fabian Bonk vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) in Leipzig.

Weniger Biogasproduktion bedeutet hohe Verluste

Ein Indiz für Übersäuerung ist das Absinken der Methanproduktion. Mit speziellen Messgeräten wird dann das Verhältnis der flüchtigen organischen Säuren (FOS) zur Carbonat-Pufferkapazität (TAC) ermittelt. Ist der sogenannte FOS/TAC-Wert erhöht, wird eine Probe in ein Labor geschickt, um die Säurekonzentration zu ermitteln. Bislang werden Chemikalien eingesetzt, um überschüssige Essig-, Propion- oder andere organische Säuren auszubalancieren. Das hält die Biogasproduktion aufrecht, ist aber meist teuer erkauft: Eine landwirtschaftliche Biogasanlage 60 Tage lang nur mit 30% weniger Ertrag zu fahren, kostet den Anlagenbetreiber etwa 40.000 Euro.

Übersäuerung mit mikrobiellen Helfern bekämpfen

Das wollen die Leipziger Umweltforscher nun ändern. Die Idee: Sie wollen sie eine Biogaspille, ein biobasiertes Gegenmittel, entwickeln, das schnell und effektiv das Problem der Übersäuerung bekämpfen hilft. Dabei setzten die Forscher nicht auf Chemikalien, sondern auf mikrobielle Helfer. Mehr will Bonk an dieser Stelle noch nicht verraten. „Wir stellen ein Additiv bereit, das auf die mikrobielle Gemeinschaft im Fermenter einwirkt und das Problem der Übersäuerung löst“, erklärt der Umweltingenieur. Die Entwicklung eines Konzepts für die Biogaspille wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Ideenwettbewerbs „Neue Produkte für die Bioökonomie“ mit 50.000 Euro gefördert. In der sogenannten Sondierungsphase bekam das Leipziger Team die Chance, das technische und wirtschaftliche Potenzial ihrer Idee auszuloten und einen Prototypen zu entwickeln.

Das Bodenseefelchen ist besonders in Süddeutschland ein beliebter und schmackhafter Speisefisch. In den Netzen der Bodenseefischer ist der mit den Lachsen verwandte Fisch allerdings immer seltener zu finden. Die starke Befischung und ein Absinken der Phosphatwerte im größten Binnensee Deutschlands lässt den Bestand seit Jahren schrumpfen. Um die hohe Nachfrage in der Gastronomie zu bedienen, wird die Delikatesse mittlerweile sogar aus verschiedenen Ländern wie Kanada, Finnland und Italien importiert. Ähnlich sieht es beim Europäischen Edelkrebs aus. Er steht auf der Roten Liste der gefährdeten Arten und ist auf Speisekarten eine Rarität.

Idee mit der Polykultur ausloten

Mit der Zucht der beiden Süßwassertiere in einer neuartigen Polykultur will Norbert Wagemann nicht nur das Verschwinden dieser Tierarten stoppen, sondern auch der hohen Nachfrage in der Gastronomie nach neuen hochwertigen, heimischen Produkten gerecht werden. Der Ideenwettbewerb „Neue Produkte für die Bioökonomie“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) bot dem studierten Forstwissenschaftler Wagemann die Chance, seine Idee auszuloten und umzusetzen.

Im Rahmen der neunmonatigen Sondierungsphase im Jahr 2014, die mit 50.000 Euro gefördert wurde, suchte der Aquakulturexperte vom Steinbeis Institut für nachhaltige Ressourcennutzung zunächst in Forschung und Industrie nach geeigneten Partnern und Standorten. „Wir haben Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft gefragt, was sie von unserer Idee halten und wo es Schwierigkeiten gibt. So haben wir noch einmal die eigenen Realisierungsmöglichkeiten auf den Prüfstand gestellt“, erzählt Wagemann.

Krebs verwertet, was die Fische übriglassen

Die kombinierte Aufzucht in der Aquakultur bot sich an, weil sich Edelkrebs und Felchen aufgrund ihrer Lebensgewohnheiten nicht in die Quere kommen. Während das Felchen im Freiwasser lebt, bewohnt der Krebs den Gewässergrund. Aber das ist nur einer der Vorteile dieses Gespanns, erzählt Wagemann: „Die Felchen sind relativ große Futterverschwender und der Edelkrebs verwertet das, was die Felchen übriglassen. Außerdem wirkt der Krebs wasserreinigend, weil er auch den Kot der Fische teilweise verwerten kann.“ Die Zucht in Polykultur wäre demnach ressourcenschonender, aber auch wirtschaftlicher, da weniger zugefüttert werden muss und die Kosten für die Haltung der Tiere minimiert werden könnten. Außerdem würde sich die Wasserbelastung dadurch reduzieren.

Große Maräne im Visier

Gemeinsam mit der Universität Koblenz-Landau, der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, der Senect GmbH in Landau und der Krebszucht Jeske in Oeversee erstellte das Steinbeis-Team um Wagemann in der Sondierungsphase detaillierte Konzepte, um die Züchtung in Polykultur zu realisieren. Dabei wurde die ursprüngliche Planung noch einmal erweitert. Die Züchtung in Polykultur geht nunmehr über Bodenseefelchen und Europäischen Edelkrebs hinaus. Als Pendant zu dem ausschließlich im Voralpenland beheimateten Felchen kam die Große Maräne hinzu, die in den Seen von Mecklenburg-Vorpommern oder in Schleswig-Holstein vorkommt und ebenfalls ein sehr beliebter Speisefisch ist. „Wie haben die Große Maräne herausgesucht, weil sie ähnliche Lebensgewohnheiten wie der Felchen hat, aber deutlich weiter verbreitet ist. Damit geben wir der Polykultur in ganz Deutschland eine Chance“, betont Wagemann.

Bananen werden wegen ihres hohen Gehaltes an Ballaststoffen sowie Nährstoffen wie Kalzium und Magnesium nicht nur von Sportlern geschätzt. Die gelbe exotische Frucht ist als leckerer Sattmacher und Energiespender vom Ernährungsplan  längst nicht mehr wegzudenken. In einigen Ländern Westafrikas und in Teilen Asiens sind Bananen hingegen auch traditionelle Heilmittel. Blätter und Schalen der Bananenart Musa acuminata sollen Substanzen enthalten, die eine Wundheilung beschleunigen können. Die in deutschen Supermärkten angebotene Fruchtsorte Cavendish verfügt leider nicht über diese heilenden Inhaltsstoffe.

Heilende Substanzen identifiziert

Forscher der Jacobs Universität Bremen haben die Inhaltsstoffe von Musa acuminata nun genauer unter die Lupe genommen. Wie das Team um Chemiker Nikolai Kuhnert im „Journal of Food Measurement and Characterization“ berichtet, konnten sie tatsächlich 70 verschiedene Inhaltsstoffe identifizieren, die für die Wundheilung verantwortlich sein könnten. „Durch die Forschung haben wir ein tieferes Verständnis über ein traditionelles Arzneimittel gewonnen“, sagt Kuhnert.

Aromatische Verbindungern fördern Wundheilung

Den Forschern zufolge verfügt diese Bananensorte über polyphenolische, also aromatische Verbindungen, wie sie auch in Kaffee und Tee vorhanden sind. Diese wirken entweder antibakteriell und desinfizierend und schützen so die Wunde vor Infektionen, oder sorgen dafür, dass sich die Wunde zusammen zieht. Wenn diese polyphenolischen Verbindungen auf die Haut treffen, verändern sie der Studie zufolge deren Eiweiße und bilden eine Art Schutzschicht über der Wunde. In einem nächsten Schritt wollen die Bremer Wissenschaftler herausfinden, welche Heilkräfte die einzelnen Verbindungen haben.

bb

Der Insektenschwund hat viele Gründe – einer von ihnen ist die intensive Landwirtschaft und der damit verbundene Gebrauch von synthetischen Pflanzenschutzmitteln, wie beispielsweise den Neonicotinoiden, die nachweislich die Gesundheit von Bienen gefährden. Komplett auf Pflanzenschutzmittel zu verzichten ist jedoch auch nicht immer möglich, da sonst die Ernteerträge zu sehr schrumpfen. Ein Forscherteam der Technischen Universität München (TUM) verspricht jetzt Abhilfe: Sie berichten im Fachjournal „Green Chemistry" von einem neu entwickelten und biologisch abbaubaren Pflanzenschutzmittel, das nützliche Insekten und die Umwelt schont.

Abwehrstoffe der Natur zunutze machen

„Ohne die Bienen, die eine Vielzahl von Pflanzen bestäuben, wären nicht nur unsere Supermarktregale ziemlich leer, sondern innerhalb kurzer Zeit wäre auch die Versorgung der Weltbevölkerung mit Nahrung nicht mehr gewährleistet“, sagt Thomas Brück, Inhaber des Werner Siemens-Lehrstuhls für Synthetische Biotechnologie der TUM.  

Für den neuen biologischen Pflanzenschutz haben sich die Forscher die Natur zum Vorbild genommen. Sie machten sich ein paar Kniffe der Tabakpflanze zu eigen, die sich vor Schädlingen schützt, indem sie in ihren Blättern Cembratrienol (CBT-ol) erzeugt. Brück und sein Team haben daher jene Abschnitte aus dem Genom der Tabakpflanze isoliert, die der Bildung von CBT-ol zugrunde liegen. Diese Genomabschnitte haben sie dann in das Erbgut von Coli-Bakterien eingebaut. Werden die gentechnisch veränderten Bakterien nun mit Weizenkleie gefüttert, produzieren sie das gewünschte Cembratrienol.

Geruch vertreibt unerwünschte Insekten

„Mit unserem Ansatz ermöglichen wir einen fundamentalen Wechsel im Pflanzenschutz“, so Brück. „Statt Gift zu versprühen, das immer auch nützliche Arten gefährdet, vergrämen wir gezielt nur die Schädlinge.“ Denn ihr biologisches Pflanzenschutzmittel ist in seiner Funktion vergleichbar mit einem Mückenspray: sein Geruch hält unerwünschte Insekten fern.

Erste Untersuchungen haben bereits gezeigt, dass das CBT-Spray für nützliche Insekten ungiftig ist und trotzdem die Pflanze wirksam vor Blattläusen schützt. Da es biologisch abbaubar ist, reichert es sich auch nicht an. Außerdem wirkt Cembratrienol antibakteriell auf gram-positive Bakterien. Das bedeutet,  dass dieses Mittel in Zukunft möglicherweise sogar als Desinfektionsspray angewendet und gezielt Krankheitserreger wie Staphylococcus aureus, Streptococcus pneumoniae oder Listeria monocytogenes bekämpfen könnte.

jmr

There are many reasons why insects are vanishing in alarming numbers. One reason is intensive farming and the corresponding use of synthetic crop protection agents and pesticides. For instance, the widespread use of the neonicotinoids has been shown to be hazardous to the health of bees and bumblebees. Completely swearing off pesticides, however, is not always possible either without losing too much of the crop yield. Researchers at the Technical University in Munich (TUM) now may have found a solution: in the journal "Green Chemsitry" they report a newly developed bio-based and biodegradable crop protection agent that preserves harmless and useful insects as well as the environment.

Using nature as a role model

"Without the bees that pollinate a wide variety of plants, not only would our supermarket shelves be quite bare, but within a short time, it would no longer be possible to supply the world's population with food," says Thomas Brück, who heads the Werner Siemens Chair of Synthetic Biotechnology at TU Munich.

For their novel insect repellent, Brück and his team were inspired by the leaves of the tobacco plant. The plant produces cembratrienol (CBTol) in its leaves and uses this molecule to protect itself from pests. The researchers isolated the sections of the tobacco plant genome which are responsible for the formation of the CBTol molecules. Subsequently, they built these sequences into the genome of coli bacteria. Fed with wheat bran, the genetically modified bacteria now produce the desired active agent - CBTol.

Smell banishes unwanted insects

"With our approach, we are opening the door to a fundamental change in crop protection," says Brück. "Instead of spraying poison, which inevitably also endangers useful species, we deliberately merely aggravate the pests." In essence, their biodegradable insect repellent works like a mosquito repellent: its smell keeps away unwanted insects.

Initial investigations indicate that the CBTol spray is non-toxic to insects, yet still protects against aphids. Moreover, since it is biodegradable, it does not accumulate in plants, soil, or water.

In addition, bioactivity tests showed that cembratrienol has an antibacterial effect on gram-positive bacteria. Therefore, in the future,  the molecule may also be used as a disinfectant spray that acts specifically against pathogens such as Staphylococcus aureus, Streptococcus pneumoniae or Listeria monocytogenes.

jmr

Seit mindestens 4500 Jahren nutzen Menschen Tenside – so weit zurück datiert das erste bekannte Rezept für eine Seife. Ohne Tenside wäre die Welt auch heute um einiges schmutziger: Sie bilden die Grundlage für Spülmittel, Waschmittel, Haushaltsreiniger und Körperpflegeprodukte. Seit der Seifenherstellung durch die Sumerer sind die Anforderungen an Tenside jedoch gestiegen. Die oberflächenaktiven Moleküle sollen heute nicht nur wirksamer und zugleich hautverträglicher sein als früher. Sie sollen auch unproblematisch biologisch abbaubar sein und am besten aus nachwachsenden Rohstoffen erzeugt werden. Das Teilprojekt „LIPOMAR“ aus dem Verbundnetzwerk „BioKatalyse 2021“ macht das möglich: Die Forscher haben darin einen Prozess entwickelt, um hochwertige Tenside aus Algenabfällen zu produzieren.

Besondere Zucker

LIPOMAR steht für „Lipide und oberflächenaktive Stoffe aus mariner Biomasse“. „Die Zucker in Algen unterscheiden sich stark von denen in anderer Biomasse“, erläutert Projektkoordinator Georg Schirrmacher von der Firma Clariant Produkte (Deutschland) GmbH. Das Ziel sei es gewesen, diese Zucker zu extrahieren und auf deren Grundlage in einem biotechnologischen Prozess neue Tenside herzustellen. Die Idee, auf Makroalgen zu setzen, hatte die Projektpartnerin Kerstin Sahm von der Technischen Universität Hamburg-Harburg.

Als Rohstoffe dienten den Forschern Seegras, Braunalgen, Grünalgen und Rotalgen, die an den Stränden der Ostsee im Zuge der Strandreinigung im Tonnenmaßstab gesammelt werden. „Ich war überrascht, wie viele Algen da anfallen“, erzählt Schirrmacher. „Bislang vor zwei Jahren wurden diese Algen einfach kompostiert.“ Dabei sind die Algen ein optimales Ausgangsmaterial für die Produktion im industriellen Maßstab: „Wir können uns so von der Food-and-Feed-Debatte distanzieren“, begründet der Projektkoordinator. Denn andere nachwachsende Rohstoffe für die Herstellung von Chemikalien oder Kunststoffen konkurrieren meist mit Nahrungs- und Futtermitteln um endliche Anbauflächen. Die Algen im Projekt LIPOMAR sind sogar Abfälle.

Alle Ziele erreicht

Von einer guten Idee zu einem erfolgreichen Prozess ist es ein langer Weg. Drei Jahre, von September 2013 bis August 2016, arbeiteten Clariant, TU Hamburg-Harburg und weitere Partner an der TU München, dem Fraunhofer IGB und der Firma Hanseatische Umwelt CAM GmbH daran. Rund 1,2 Millionen Euro flossen in das Projekt, zu 34,5 Prozent gefördert durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung. „Es sind alle Ziele erreicht worden“, freut sich Schirrmacher.

Doch auf dem Weg zum Erfolg warteten wichtige Lektionen. „Wir brauchten die Sortenreinheit der Algen für die Hydrolyse“, erinnert sich Schirrmacher. Denn jede Algensorte besitzt eine andere Zuckerzusammensetzung, und für jeden Zucker, der herausgelöst werden sollte, mussten die Forscher die geeigneten Enzyme identifizieren. Tatsächlich waren dafür meist nicht jene Standardenzyme nützlich, mit denen sonst Zucker aus Biomasse gewonnen werden. Das Team musste also die Zuckerzusammensetzung analysieren und anhand von Literaturrecherchen und Genomdatenbanken die passenden Enzyme bestimmen. Anschließend galt es, für die Enzyme die optimalen Arbeitsbedingungen wie Temperatur- und pH-Wert zu bestimmen.

Geeignete Bakterien für Fermentation

Die so gewonnenen Zucker mussten in einem nächsten Schritt zu Triglyceriden kombiniert werden. Die Forscher suchten daher nach mehreren Bakterienstämmen, die diesen Prozess effizient bewerkstelligen. Diese sollten unterschiedliche unterschiedliche Triglyceride produzieren, die dann zu unterschiedlichen Tensiden führen. Auch hier war zunächst eine Literaturrecherche von Nöten, dann erfolgte die experimentelle Entwicklung der optimalen Bedingungen für die Fermentation. Ziel war es, Bakterien und Bedingungen zu finden, die die gewünschten Stoffe in hoher Konzentration in möglichst kurzer Zeit produzieren. Parallel dazu suchten die Forscher auch nach Öl-produzierenden Hefen, die ebenfalls als Lipidproduzenten genutzt werden sollten. Zuletzt musste ein Verfahren gefunden werden, die Mikroorganismen aufzuschließen und die Lipide effizient aufzureinigen.

Abschließend ging es darum, aus den gewonnenen Rohstoffen – wieder mithilfe von Enzymen – das eigentliche Zielprodukt, die Tenside, herzustellen. Dabei gelang es den Forschern nicht nur, aus Zuckersäuren und Fettalkohol Ester – und damit ein Tensid – herzustellen. Auch ein erstes Upscaling dieses Produktionsverfahrens verlief erfolgreich.

In Rekordzeit zur Marktreife

„Solche Tenside konnten wir bislang nicht herstellen“, freut sich Schirrmacher. Zudem handelt es sich um ein Molekül, das – da es aus pflanzlichen Rohstoffe stammt – auch problemlos biologisch abbaubar ist. Inzwischen ist das Projekt abgeschlossen. Die Firma Clariant verfolgt die Entwicklung jedoch weiter. Die technische Machbarkeit einer Produktion im kommerziellen Maßstab – für ein Personal-Care-Produkt – ist bereits geklärt. Besonders günstige Eigenschaften in den Bereichen Schaumbildung und Löslichkeit soll das Produkt haben. Jetzt geht es noch um die Frage, ob das Verfahren auch wirtschaftlich ist.

„Ohne die Expertenkombination des Projekts hätten wir wohl keine Lösung gefunden“, betont der Projektkoordinator. „Die Kooperation aus akademischer Forschung und Unternehmensforschung ist wichtig, um Innovationen schnell auf den Markt zu bringen.“ Das benötige natürlich ein sehr gutes Projektmanagement, damit der Technologietransfer funktioniere. „Aber das lief hier sehr, sehr gut.“

Autor: Björn Lohmann

Seit seiner Gründung 2014 hat sich das Max-Planck-Forschungsnetzwerk MaxSynBio zu einem der weltweit größten Forschungsvorhaben der Synthetischen Biologie entwickelt. Unter anderem mit Förderung durch das Bundesforschungsministerium arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler verschiedener Disziplinen an neun Max-Planck-Instituten sowie an der Friedrich-Alexander-Universität Nürnberg-Erlangen und an der Université de Bordeaux mit weiteren Partnern weltweit an einem ambitionierten Ziel: Dem Design und der Synthese künstlicher und biomimetischer Zellmodule lebender Systeme nach dem bottom-up-Prinzip.

Internationales Symposium in der Festung Mark

Mit einem Internationalen MaxSynBio-Symposium möchte das Forschungsnetzwerk seine bisherigen Ergebnisse der wissenschaftlichen Gemeinschaft präsentieren. Deshalb sind interessierte Wissenschaftler eingeladen, mit den Teilnehmern über den derzeitigen Forschungsstand sowie zukünftige Entwicklungen der Synthetischen Biologie zu diskutieren. Zu diesem Zweck präsentieren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des MaxSynBio-Netzwerkes sowie herausragende internationale Gastsprecher und Sprecher des Center for Dynamics Systems Magdeburg ihre Arbeiten. Darüber hinaus haben die Teilnehmer des Symposiums die Möglichkeit, die Ergebnisse der eigenen Forschung in Form von Postern oder Postervorträgen zu präsentieren. Interessierte Wissenschaftler können sich noch bis 18. Juni zum Symposium anmelden.

Podiumsdiskussion im Jahrtausendturm

Den gesellschaftlichen Diskurs um die Synthetische Biologie greifen die MaxSynbio-Akteure mit einer öffentlichen Podiumsdiskussion auf. Ein prominent besetztes Podium beschäftigt sich mit der Frage: „Synthetisches Leben: Was ist synthetisch – was ist natürlich?“. Interessierte sind zu der Diskussion am 2. Juli um 20:00 Uhr in den Jahrtausendturm herzlich eingeladen. Die Teilnahme an der Podiumsdiskussion ist auch ohne Anmeldung möglich. Der Jahrtausendturm im Elbauenpark in Magdeburg stellt in außergewöhnlicher Form die Geschichte von Wissenschaft und Technik seit der Frühgeschichte dar und bietet somit einen passenden und anregenden Rahmen für die Podiumsdiskussion. Die Podiumsdiskussion wird in Deutsch abgehalten mit Simultanübersetzung in Englisch.

Pflanzen wachsen – genau wie Menschen – mittels Zellteilung. Der schwierigste Schritt erfolgt erst danach: die Zelldifferenzierung. Beim Menschen können diese unter anderem zu Haut-, Herz- oder Blutgefäßzellen werden. Bei Pflanzen gibt es analog dazu das Leitgewebe, das sich durch den gesamten Pflanzenkörper zieht und in Form von Blattadern sichtbar wird. Ein Forscherteam unter der Leitung von Claus Schwechheimer, Professor am Lehrstuhl für die Systembiologie der Pflanzen an der Technischen Universität München (TUM), hat in Kooperation mit Wissenschaftlern der Universität in Lausanne nun einen wichtigen Regulationsprozess dieser Pflanzenzelldifferenzierung entschlüsselt.

Woher weiß eine Zelle, was sie werden soll?

Das Leitgewebe in Pflanzen versorgt diese mit Wasser und Nährstoffen, dabei ist das Xylem für die Wasserversorgung und das Phloem für die Nährstoffversorgung verantwortlich. „Woher aber weiß eine neu entstandene Zelle, dass sie beispielsweise eine Phloemzelle werden soll?" fragt Schwechheimer. Im renommierten Fachjournal „Nature“ beantworten die Forscher nun diese Frage und beschreiben, wie der Differenzierungsmechanismus in Pflanzen funktioniert.

Bereits im Jahr 2009 hatte das Team in Lausanne gezeigt, dass Pflanzen, denen ein bestimmtes Protein (BRX) fehlt, Probleme haben, Phloemzellen zu bilden. „Zugleich konnten sie beobachten, dass es sehr empfindlich auf das Pflanzenhormon Auxin reagiert", sagt Lanassa Bassukas von der TUM. Denn je nachdem, ob der Auxinwert niedrig oder hoch war, befand sich BRX an der Zellmembran oder wurde im Zellinneren abgebaut.

Regulator PAX und Auxinwert regulieren sich gegenseitig

Nun fanden die Wissenschaftler noch einen weiteren Beteiligten: den Regulator PAX. Dieser kann das Auxin mittels Transporterproteinen aus der Zelle schleusen, und so auch indirekt das Protein BRX regulieren. Und genau wie Pflanzen mit einem Defekt im BRX-Protein haben auch Pflanzen ohne PAX weniger Phloemzellen. Doch es besteht auch eine umgekehrte Abhängigkeit: Der PAX-Regulator kann durch das BRX-Protein gebremst werden. Und je höher der Auxinwert, um so aktiver ist der PAX-Regulator.

Kreislaufregulation bestimmt Zellschicksal

Die Ergebnisse der Forscher zeigen: In einer neu entstandenen Zelle staut sich zunächst das Auxin an. Das über die Zeit angehäufte Auxin führt dazu, dass BRX abgebaut wird. Ist weniger BRX vorhanden, wird der PAX-Regulator wieder aktiv und transportiert das Auxin aus der Zelle. Mit sinkendem Auxinwert steigt wiederum die BRX-Konzentration. Die Folge: Auxin sammelt sich wieder in der Zelle an. Durch diesen Regelkreislauf stellt sich die Zusammensetzung in der Zelle immer wieder von selbst neu ein.

Viele Prozesse in der pflanzlichen Entwicklung sind vom Auxintransport und PAX-ähnlichen Regulatoren abhängig. Mit der Entdeckung der negativen Regulation mittels PAX-Protein ist laut den Forschern jedoch eine neue Kontrollebene aufgedeckt worden, die in Zukunft auch für die Pflanzenzüchtung relevant werden könnte.

jmr

Es geht wieder los: Fußballfans auf der ganzen Welt fiebern dem Start der Fußballweltmeisterschaft 2018 in Russland entgegen: Welche der insgesamt 32 Nationalmannschaften wird am Ende den begehrten Pokal in die Höhe stemmen? Entscheidend wird sein, wie die Spieler mit dem offiziellen WM-Ball „Telstar 18“ zurechtkommen. Der Ball hat es in diesem Jahr in sich: Die Moosgummischicht unter der Außenhaut des Balls, die üblicherweise als Polster dient und für ein optimales Abprallverhalten sorgt, besteht zum ersten Mal aus biobasiertem Kautschuk auf Zuckerrohrbasis. Der Vorteil: Das Material ist besonders leicht, gut zu verarbeiten, elastisch und umweltfreundlich, da weniger klimaschädliche fossile Rohstoffe wie Erdöl bei der Kautschuk-Produktion zum Einsatz kamen.

Materialinnovationen der Bioökonomie

Genau diese Kombination aus Nachhaltigkeit und hoher Funktionalität zeichnet auch viele andere biobasierte Materialinnovationen in der Bioökonomie aus: Ob Funktions-T-Shirts aus Kaffeeresten oder Holz, Outdoorkleidung aus Bioplastik, Tennisschläger aus Flachs oder Fahrräder aus holzbasierten Leichtstoffröhren – viele Bioökonomie-Ansätze haben den Sportsektor bereits erobert. Sie nutzen alternative biologische Ressourcen aus Pflanzen oder Abfallstoffen als Ausgangsstoffe für die Verarbeitung und bringen nachhaltige Produkte mit hoher Qualität auf den Markt. Eine umfassende Schau solcher innovativer biobasierter Alltagsprodukte war auf dem Global Bioeconomy Summit 2018 in Berlin zu sehen.