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Meere und Ozeane sind Lebensräume der Superlative, die nur in Ansätzen erforscht sind. Nur ein Bruchteil der Biodiversität der Meere ist bislang beschrieben. Das Meer ist aber auch eine unverzichtbare Ressource, deren Potenzial für die Bioökonomie noch nicht konsequent ausgeschöpft wird. Biotechnologische Verfahren und Werkzeuge eröffnen einen Weg, marine Ressourcen zu erforschen und zu nutzen. Um das Potenzial mariner Lebensräume mithilfe der Biotechnologie auszuschöpfen, hat das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) eine neue Fördermaßnahme gestartet.

Marine Lebensräume erkennen, erforschen und nutzen 

Die neue Fördermaßnahme heißt "Neue biotechnologische Prozesse auf der Grundlage mariner Ressourcen – BioProMare". Damit sollen Projekte gefördert werden, die das biotechnologische Potenzial des marinen Lebensraums erkennen, erforschen und nutzen. Es geht zunächst um den Ausbau des biotechnologischen Werkzeugkastens zur Erforschung mariner Organismen und Lebensräume. Langfristig sollen die geförderten Projekte dazu beitragen, marine Bioressourcen technologisch und ökonomisch nachhaltig zu erschließen.  

Biotechnologischen Werkzeugkasten ausbauen

Die Förderung zielt darauf ab, das Methodenspektrum im Bereich der marinen Biotechnologie auszubauen. Gefördert werden daher Verbundvorhaben mit anwendungsorientierter Grundlagenforschung, deren Ergebnisse mittel- bis langfristig in der industriellen Biotechnologie zum Einsatz kommen können. Die zu entwickelnden Methoden müssen ferner einen klaren Bezug zu marinen Ressourcen aufweisen oder deren Potenzial nutzen. Forschungsarbeiten zu Süßwasserorganismen werden nicht gefördert.

Der Schutz aber auch die Erschließung der lebenswichtigen Ressource Boden ist ein Kernanliegen der Nationalen Forschungsstrategie BioÖkonomie 2030. Um die Ernährung der Menschheit auch zukünftig zu sichern, ist eine ressourcenschonende und nachhaltige Agrarwirtschaft dringend notwendig. Sowohl das Pflanzenwachstum als auch der Zustand des Bodenökosystems sind stark von dem Zusammenspiel von Pflanzenwurzel, weiteren Bodenorganismen und dem Boden selbst abhängig. Diese Lebenswelt, die sogenannte Rhizosphäre, steht im Fokus einer neuen Ausschreibung des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF).

Schlüsselprozesse im Boden erforschen

Das Forschungsvorhaben mit dem Titel „Pflanzenwurzeln und Bodenökosysteme: Bedeutung der Rhizosphäre für die Bioökonomie“ hat das Ziel, das Wissen um relevante biologische Schlüsselprozesse in der Lebenswelt Wurzel zu erweitern und mittels dieser Kenntnisse künftig das Wachstum und die Gesundheit von Pflanzen und somit die Leistungsfähigkeit von Bodenökosystemen langfristig positiv zu beeinflussen. Neben der Erhöhung der Bodenproduktivität und der Abwehr von Schädlingen soll das Prozessverständnis dazu dienen, die Widerstandskraft gegenüber abiotischem Stress wie Umwelteinflüssen zu verbessern und den Einsatz von Chemikalien in der Landwirtschaft zu reduzieren.

Interaktion von Pflanzenwurzeln und Boden im Blick

Die Interaktion zwischen Pflanzenwurzeln und deren unmittelbarer Umwelt ist ein solcher biologischer Schlüsselprozess. Das Verständnis und die gezielte Beeinflussung von Prozessen in der Rhizosphäre sind ein vielversprechender Ansatz, um künftig zu einer ressourcen- und wasserschonenderen, umweltfreundlichen und zugleich hochproduktiven Bodenbewirtschaftung zu kommen. Im Rahmen des neuen Forschungsvorhabens werden daher vor allem Projekte gefördert, die zu einem besseren Verständnis der komplexen Dreierbeziehung von Pflanzen, Bodenorganismen und Böden beitragen. 

Molekulare Präzisionswerkzeuge wie die Genomschere CRISPR-Cas haben die Biowissenschaften revolutioniert. Mithilfe des Genome Editing ist es möglich, Erbgut gezielt zu bearbeiten und zu verändern. Auch Pflanzenzüchter haben damit ein vielversprechendes Werkzeug an die Hand bekommen, um Nutzpflanzen mit besseren Eigenschaften zu entwickeln. Seither wird über die Frage gestritten, ob per Genome Editing bearbeitete Pflanzen als gentechnisch veränderte Organismen zu betrachten sind oder nicht. Führende Pflanzenforscher sprechen sich dafür aus, ausgelöste Mutationen in genom-editierten Pflanzen grundsätzlich mit Produkten aus konventionellen Züchtungen gleichzusetzen. Der Europäischen Gerichtshof (EuGH) sah das anders. Im Juli entschieden die obersten Richter, dass durch moderne Züchtungstechniken wie CRISPR-Cas hervorgerufene Mutationen unter die strengen Auflagen des Gentechnikrechts fallen.

EU-Gentechnikrecht dem aktuellen Wissensstand anpassen 

Das überraschende Urteil der EuGH-Richter löste in Deutschland ein sehr unterschiedliches Echo aus: während die Umweltorganisationen und Gentechnik-Kritiker jubelten, äußerten sich Akteure aus Wissenschaft und Wirtschaft großteils ernüchtert bis bestürzt. Nun hat sich der Bioökonomierat, ein 17-köpfiges Expertengremium zur Beratung der Bundesregierung, zu Wort gemeldet: In seiner aktuellen Stellungnahme zum Gentechnik-Urteil fordert der Bioökonomierat die Politik auf, das EU-Gentechnikrecht zu modernisieren.

„Das EU-Gentechnikrecht kann den Chancen und Herausforderungen der Technologien in seiner jetzigen Form nicht gerecht werden“, erklärt Christine Lang, Ko-Vorsitzende des Bioökonomierates. Das Gremium ist überzeugt, dass Genome Editing bedeutende Innovationen in der Bioökonomie anstoßen wird. Doch jetzt sei Handeln geboten, „andernfalls würde Deutschland bei dieser biologischen Revolution außen vor bleiben und werde auch die notwendige internationale Regulierung nicht mitgestalten“, heißt es. Um das zu verhindern, rät der Bioökonomierat, das EU-Gentechnikrecht zeitnah sowohl den veränderten technologischen Entwicklungsbedingungen als auch dem wissenschaftlichen Erkenntnisstand anzupassen.

Genom-editierte Pflanzen differenziert bewerten

In dem sechsseitigen Dokument formuliert der Bioökonomierat Leitlinien für eine Novellierung des Gentechnikrechts. „Wir benötigen eine an den Fortschritt angepasste Novellierung. Wichtig ist eine Regulierung, die zwischen Mutationen und Gentransfers unterscheidet und risikoorientierte Verfahren für die Zulassung und Freisetzung vorsieht“, argumentiert Lang. Das könne etwa durch abgestufte Genehmigungs- und Zulassungsverfahren für unterschiedliche Risikoklassen erreicht werden, heißt es in dem Papier. 

Gemäß dem EuGH-Urteil müssten künftig alle per Genome Editing erzeugten Nutzpflanzen pauschal die zeitaufwendige und teure Prozedur der Risikobewertung und Zulassung für gentechnisch veränderte Organismen (GVO) durchlaufen. Der Bioökonomierat fordert stattdessen eine „differenzierte Betrachtung der Technologie und ihrer Anwendungsgebiete“. Demnach sollte im Gesetz klar benannt werden, welche Anwendungen von Genome Editing erlaubt sind und welche nicht. Der Rat stellt klar, dass es ihm nicht um eine „komplette Freigabe der neuen Technologien“ gehe. Deshalb weist das Gremium in seiner Stellungnahme auch auf Risiken einer zu rasanten oder unkontrollierten Ausbreitung der neuen Züchtungsverfahren hin.

Anstoß für gesellschaftlichen Diskurs über Genome Editing

Darüber hinaus empfiehlt das Gremium die behördliche Registrierung und ein Monitoring der guten Praxis sowohl beim kommerziellen Einsatz als auch bei akademisch angewandten Genome-Editing-Technologien. Verpflichtende Produktkennzeichnungen hält der Bioökonomierat indes nicht für sinnvoll, macht sich aber für eine bessere Infrastruktur für freiwillige Zertifizierungen stark. Zugleich plädiert der Rat für eine verstärkte Forschungsförderung, um Auswirkungen auf die Artenvielfalt aber auch auf gesellschaftliche und wirtschaftliche Entwicklungen ermessen zu können und regt einen stärkeren gesellschaftlichen Diskurs sowie den Ausbau der internationalen Zusammenarbeit beim Umgang mit Genome-Editing-Technologien an. 

bb/pg

On July 25, the European Court of Justice ruled that plants created using novel genome editing methods are to be classified as genetically modified organisms (GMOs). They are therefore subject to the strict EU guidelines for GMOs. Environmentalists applauded the decision, while researchers expressed disappointment and the industry warned that the court ruling would impede potential benefits of genome editing for the European market.

Legislation should mirror diversity of potential applications

Now, the German Bioeconomy Council has presented a differentiated assessment of the genome editing technologies in question. The independent advisory body to the federal government is calling for legislation that is better suited to the diversity of applications of new technologies. "In its current form, the EU genetic engineering legislation cannot do justice to the opportunities and challenges of technologies," sums up Christine Lang, co-chair of the Bioeconomy Council. "We need an amendment adapted to progress. What is important is regulation that distinguishes between mutations and gene transfers and provides for risk-oriented procedures for approval and release."

Legl amendment to include registry and monitoring of good practice

The council is convinced that genome editing will trigger significant innovations for the bioeconomy. Lang observes a breakthrough of technologies in science and companies: "New drugs, climate-adapted and resistant crops, health-promoting foods and environmentally friendly production processes are already being developed worldwide with the help of CRISPR and Co." However, the council statement recognizes the need for regulation and raises concerns regarding too rapid or uncontrolled expansion.

In addition to the legal amendment, the Council recommended a number of concrete accompanying measures, such as registry and monitoring of good practice in commercial and academic use of genome editing technologies and a strengthening of international cooperation. The Council does not expect mandatory product labelling to be expedient, but is pushing for a better infrastructure for voluntary certification.

Read the full statement of the German Bioeconomy council (in German)

Lebenswichtiges Element

Nicht nur für Pflanzen, auch für den Menschen ist Phosphor essenziell. Ein erwachsener Mensch benötigt pro Tag rund 0,8 Gramm des Mineralstoffs, nimmt aber durch die Nahrung tatsächlich bis zu 3 Gramm täglich auf. Überschüssige Phosphatverbindungen werden über die Nieren wieder ausgeschieden. Auf diesem Weg gelangen jeden Tag große Mengen phosphorhaltige Abwässer in die Klärwerke. 

Nach der Aufbereitung werden die verbleibenden Klärschlämme entweder in speziellen Kraftwerken verbrannt oder als Dünger wieder auf die Felder gebracht. Da die Klärschlämme neben Nährstoffen aber auch umwelt- und gesundheitsgefährdende Schadstoffe wie Chemikalien, Schwermetalle und Pharmaka enthalten, können sich diese Schadstoffe im Boden anreichern und über die Pflanzen in die Nahrungskette gelangen.

Kontrollierte Kristallisation

Die Berliner Wasserbetriebe haben ein Verfahren entwickelt, mit dem sich Phosphor aus Klärschlamm ziehen lässt. In einem speziellen Reaktor lösen Mikroorganismen unter Zugabe von Luft und Magnesium den Phosphor aus dem Schlamm heraus. Übrig bleibt ein Gemisch aus Magnesium, Ammonium und Phosphat, das sich als Trockendünger eignet und wieder auf die Felder gebracht werden kann.

Marktreife

Seit 2008 ist der Dünger als hochwertiger mineralischer Langzeitdünger nach EU-Düngemittelverordung (VO 2003/2003) zugelassen und wird unter dem Namen Berliner Pflanze® verkauft.

Vital element

Phosphorus is essential not only for plants, but also for humans. An adult human needs about 0.8 grams of the mineral per day, but consumes up to 3 grams per day through food. Excess phosphate compounds are excreted by the kidneys. In this way, large quantities of phosphorus-containing waste water reach the sewage treatment plants every day.

After treatment, the remaining sewage sludge is either incinerated in special power plants or returned to the fields as fertiliser. As the sewage sludge contains not only nutrients but also pollutants that are hazardous to the environment and health, such as chemicals, heavy metals and pharmaceuticals, these pollutants can accumulate in the soil and enter the food chain via the plants.

Controlled crystallization

Berliner Wasserbetriebe has developed a process with which phosphorus can be extracted from sewage sludge. In a special reactor, microorganisms dissolve the phosphorus out of the sludge by adding air and magnesium. What remains is a mixture of magnesium, ammonium and phosphate, which is suitable as a dry fertilizer and can be returned to the fields.

Ready for the market

Since 2008, the fertilizer has been approved as a high-quality mineral slow-release fertilizer in accordance with the EU Fertilizers Regulation (VO 2003/2003) and is sold under the name Berliner Pflanze®.

Für 51 Quellen von sogenanntem primären Mikroplastik haben die Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts UMSICHT die Emissionen ermittelt. Körperpflegeprodukte wie Cremes und Duschbäder gelangten mit 19 Gramm pro Kopf und Jahr lediglich auf Platz 17 der Negativliste. Allein 100 Gramm Abrieb verursacht jeder Fußgänger durchschnittlich pro Jahr. Die Schuhsohlen liegen somit auf Platz sieben. An der Spitze der Mikroplastik-Verursacher steht der Abrieb von Autoreifen. Rund ein Drittel der Mikroplastik-Emissionen entfallen laut Studie darauf.

Drei Viertel der Emissionen im Mikrobereich

Insgesamt werden in Deutschland jährlich  446.000 Tonnen Kunststoffabfälle verursacht, nur ein gutes Viertel davon (26%) entfällt auf sogenannte Makroplastik wie etwa Plastiktüten, -flaschen und ähnliche Kunststoffprodukte. Der Anteil von Mikroplastik beträgt hingegen 74%.  "Dem, was jedem offensichtlich ist, steht also eine etwa dreifach größere Menge gegenüber, die zum Teil nur unter dem Mikroskop sichtbar wird", heißt es in der Studie.

  

The scientists of the Fraunhofer Institute UMSICHT have determined the emissions for 51 sources of so-called primary microplastics. Body care products such as creams and shower baths only reached 17th place on the negative list with 19 grams per capita and year. Every pedestrian, meanwhile, causes an average of 100 grams of abrasion per year. The soles of shoes are thus in seventh place. At the top of the list of microplastic causes is the abrasion of car tires. According to the study, around one third of microplastic emissions are caused by this.

Three quarters of emissions in the micro range

A total of 446,000 tons of plastic waste are generated annually in Germany, of which only a good quarter (26%) is accounted for by so-called macroplastics such as plastic bags, bottles and similar plastic products. The proportion of microplastics, on the other hand, is 74%. "Obvious sources of plastic therefore make up just a third of the quantity that is only visible under the microscope," says the study.