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Hilfreich und unverzichtbar

Folienverpackungen im Obst- und Gemüseregal, bei Müsli und Flocken, Süßigkeiten, Hülsenfrüchten, Nudeln, Wurst und Käse bis hin zum Tierfutter. Im Nahrungsmittelbereich sind sie unverzichtbar geworden, die praktischen transparenten Folien, die es uns möglich machen, das Produkt zu begutachten, und es außerdem vor äußeren Einflüssen schützen. Aber gibt es keine nachhaltigen Alternativen? Diese Frage stellte sich auch ein Start-up aus Schleswig-Holstein und ließ eine alte Technik wieder aufleben.

Altes Verfahren ...

Bereits 1869 wurde in den USA ein Patent erteilt auf einen ersten „thermoplastischen“ Kunststoff, der aus stark erhitztem und unter hohem Druck in eine Form gepresstem Kollodium bestand. Der Kunststoff aus Nitrocellulose und Kampfer erhielt den Namen „Zelluloid“. Bis in die 1930er Jahre wurden Kunststoffe fast ausschließlich aus nachwachsenden Rohstoffen, hauptsächlich Holz, hergestellt. Dann wurde Erdöl als Rohstoff eingesetzt und erwies sich als günstiger und vielseitiger.

... neu belebt

Die Superseven GmbH knüpfte an die alte Technik an und verhalf der Folie aus Holz zu einer Renaissance. Die plastikfreie bedruckbare Folienverpackung, die unter dem Namen Repaq Cellulose vertrieben wird, ist zu 100% biologisch kreislauffähig. Den Rohstoff für Repaq Cellulose liefern Rest- und Abfallhölzer aus FSC-zertifizierter Forstwirtschaft. Die Folie fühlt sich genauso an wie jede andere transparente Tüte oder wie jede andere Schutzfolie. Nach ihrer Nutzung wird sie spurlos verrotten, je nach Materialmix sogar innerhalb weniger Wochen im ganz normalen Gartenkompost.

Marktreife

Verpackt werden neben Lebensmitteln und Spielwaren auch Textilien, Zeitschriften und Papierwaren, Hygieneartikel, aber auch elektronische Waren und Bauteile. Noch ist das junge Unternehmen nur im B2B-Sektor tätig. Doch steht es bereits in Verhandlungen mit Großhändlern, um künftig auch kleinere Margen anbieten zu können.

In seinem jüngsten Bericht hatte der Weltbiodiversitätsrat (IPBES) ein dramatisches Bild zur globalen Lage der Artenvielfald gezeichnet. Danach nimmt die Zahl der Tier- und Pflanzenarten weltweit dramatisch ab und war noch nie so hoch wie heute. Die Ursachen dafür sind vielfältig. Das Berliner Start-up Ark-Biodiversity, das sich selbst als ein grünes Hightech-Unternehmen bezeichnet, hat eigenen Angaben zufolge eine Technologie parat, die „zumindest eine der Ursachen des globalen Artensterbens“ adressiert: den weltweiten illegalen Handel mit geschützten und bedrohten Lebewesen und daraus hergestellten Produkten.

„Ich glaube nicht an ein Überleben der Menschheit ohne Artenvielfalt, und nicht an die Erhaltung der Artenvielfalt, wenn unsere Gesellschaften nicht gemeinsam Mechanismen finden, Biodiversität zu bewerten und Geschäftsmodelle zu entwickeln, die von ihrem Erhalt profitieren“, sagt Unternehmensgründer Alexander Olek. Der Biochemiker ist in der hiesigen Biotech-Branche kein Unbekannter: Unter anderem gründete er 1998 das Berliner Biotech-Unternehmen Epigenomics.

Universeller genetischer Fingerabdruck

Bei dem Test handelt es sich um einen universellen genetischen Fingerabdruck, den „universal fingerprint of life“, mit dem alle Lebewesen und ihre Produkte identifiziert und charakterisiert werden können. Die molekulare Diagnostiktechnologie basiert auf sogenannten Mikrosatelliten, die auch bei Abstammungsgutachten oder in der Forensik Verwendung finden. Den neuen Artenbestimmungstest hat sich Ark-Biodiversity patentieren lassen.

Er soll wissenschaftliches Know-how, neueste genomische Methoden und Big-Data-Technologien vereinen. Dem Unternehmen zufolge erlaubt die Technologie, „aus jeglichem höheren Lebewesen einen komplexen genetischen Fingerabdruck zu generieren. Das universelle genetische Adress-System des Berliner Start-ups könnte, so die Entwickler, kombiniert mit modernen Daten-und Transaktionstechnologien wie Blockchain helfen, wichtige Fragen zur Eindämmung des illegalen Handels sowie der Züchtung geschützter und bedrohter Arten und Ökosysteme zu beantworten.

Kapital vom Hightech-Gründerfonds

Hierfür konnte das Berliner Unternehmen den Hightech-Gründerfonds (HTGF) nun als Investor für die Weiterentwicklung der Technologie gewinnen. Über die Höhe der Finanzierung wurde nichts bekannt. „Das Geschäftsmodell der Ark-Biodiversity zeigt, dass ein Investment in Nachhaltigkeit auch wirtschaftlich attraktiv sein kann. Wir freuen uns zusammen mit dem mutigen und gleichzeitig erfahrenen Gründerteam auf diese Weise High-Tech in den Dienst des Artenschutzes zu stellen“, kommentiert Tobias Faupel, Senior Investment Manager des HTGF die erste Finanzierungsrunde.

bb/pg

Wie kann die Deutsche Nachhaltigkeitsstrategie als Beitrag zur Agenda 2030 für nachhaltige Entwicklung effizient umgesetzt werden? Welche besondere Verantwortung und Möglichkeit hat die Wissenschaft dabei? Über diese Fragen debattierten im Mai Vertreter von 15 wissenschaftlichen Beiräten der Bundesregierung in Berlin. Der nunmehr zweite Beirätedialog wurde von der Wissenschaftsplattform Nachhaltigkeit 2030 (wpn2030) in Kooperation mit Sustainable Development Solution Network Germany (SDSN Germany) initiiert. „Für die Herausforderungen nachhaltiger Entwicklung müssen Wissenschaft und Politik gemeinsam neue Wege gehen“, resümiert Patrizia Nanz, Co-Vorsitzende der Wissenschaftsplattform Nachhaltigkeit 2030. Gleichzeitig sei „mehr Kooperation über Grenzen hinweg“ für das Erreichen der Ziele der Deutschen Nachhaltigkeitsstrategie entscheidend. „Das gilt für die politischen Entscheider und ausführenden Ressorts ebenso wie für die beratende Wissenschaft“, sagte Nanz.

Die Wissenschaftsplattform Nachhaltigkeit 2030 wurde 2017 als wissenschaftliche Begleitinstanz für die Umsetzung der Deutschen Nachhaltigkeitsstrategie gegründet. Ihre Ziele sind es insbesondere, die Wissenschaft für Nachhaltigkeit zu aktivieren und den Austausch zwischen Wissenschaft, Politik, Wirtschaft und Zivilgesellschaft zu intensivieren. 

Fragen quer zu Disziplinen und Politikfeldern bearbeiten

Das Treffen zeigte einmal mehr, wie groß die Bereitschaft der verschiedenen Beiräte zur Zusammenarbeit ist und wie nötig es ist, künftig noch enger zu kooperieren. Drängende Fragen sollen daher künftig verstärkt „quer zu Disziplinen und Politikfeldern“ bearbeitet werden, betonten die Dialogteilnehmer. Das Treffen verdeutlichte aber auch, wie groß der Handlungsdruck etwa bei Klimaschutz, Biodiversität und Landwirtschaft ist. Hier sei es die Politik, die auf viele dieser Herausforderung oft viel zu langsam und zu wenig ambitioniert antworte, resümieren die Experten.

Wissenschaftliche Empfehlungen konsequenter umsetzen

„Mit Blick auf die Ziele der Deutschen Nachhaltigkeitsstrategie sind die Herausforderungen und der Handlungsdruck enorm groß. Bislang verpasst die Umsetzung der Strategie viele ihrer Zielkorridore“, betonte Ina Schieferdecker, Mitglied im Lenkungskreis der wpn2030. Die Beiräte erwarten von der Bundesregierung, künftig konsequenter wissenschaftliche Empfehlungen zu Nachhaltigkeitsfragen umzusetzen. Einfache Lösungen für die vielschichtigen Nachhaltigkeitsprobleme seien nicht zu erwarten, stellte Nanz klar. „Umso wichtiger ist ein entschlossenes Zusammenwirken von Politik, Gesellschaft und Wissenschaft.“

Anreize für wissenschaftliche Politikberatung schaffen 

Im Beirätedialog wurde auch darauf verwiesen, dass Wissenschaftler ihre gesellschaftliche Verantwortung durch wissenschaftliche Politikberatung noch zu selten wahrnehmen, weil es dafür zu wenig Anreize gibt. Hier sehen die Experten das Wissenschaftssystem in der Pflicht, solche Anreize stärker zu fördern und dafür Qualitätskriterien und Anerkennungssysteme weiterzuentwickeln.

Wissenschaftsplattform Nachhaltigkeit 2030 wird vom Lösungsnetzwerk für nachhaltige Entwicklung Deutschland (SDSN Germany), dem Deutschen Komitee für Nachhaltigkeitsforschung (DKN Future Earth) sowie dem Forschungsinstitut für Nachhaltigkeitsstudien IASS getragen und von einem breit besetzten Lenkungskreis gesteuert. Dem Kreis gehören neben Wissenschaftlern unterschiedlicher Forschungsorganisationen und Universitäten auch Leopoldina-Präsident Jörg Hacker sowie der Co-Vorsitzende des Bioökonomierates, Joachim von Braun, an. 

bb 

Ob Elektroautos oder eine vollständig regenerative Stromversorgung: Beide für den Klimaschutz so wichtigen Bereiche der Energiewende setzen leistungsfähige Stromspeicher voraus. Bislang sind Batterien jedoch ökologisch und sozial oft problematisch, da sie bestimmte Metalle benötigen, deren Abbau Mensch und Umwelt schädigt. Forscher des Max-Planck-Instituts (MPI) für Kolloid- und Grenzflächenforschung in Golm haben sich daher das Ziel gesetzt, alle problematischen Komponenten von Batterien durch nachwachsende Rohstoffe zu ersetzen.

Vanillin statt Lithium

Die erste Assoziation ist dabei für viele Menschen das Alkalimetall Lithium, häufig in Verbindung mit Kobalt. „Was man braucht, sind ganz allgemein Substanzen, die Elektronen abgeben und danach auch wieder aufnehmen können“, erklärt MPI-Forscher Clemens Liedel. „Das können Metalle sein, die dann zu Metallionen werden, aber auch organische Substanzen.“ Eine vielversprechende organische Substanz, mit der sein Team sich befasst, ist Vanillin. Der Aromastoff der Vanille lässt sich unkompliziert aus Lignin und damit aus Holz herstellen. Grundsätzlich könnte Vanillin Lithiumkobaltoxid als Kathodenmaterial ersetzen. Allerdings handelt es sich dabei um ein sprödes Pulver, was einige chemische Kniffe erforderlich macht. Eine Variante, die die Chemiker getestet haben, ist der Einsatz eines Bindemittels wie Chitosan, das sich beispielsweise aus Garnelenschalen gewinnen lässt, kombiniert mit Ruß, der ebenfalls aus Biomasse erzeugt werden kann. Aktuell entwickelt das Team um Liedel ein reines Vanillin-Kohlenstoff-Gemisch, das ohne Bindemittel auskommen könnte.

Ionische Flüssigkeit als Elektrolyt

Für den Ladungsaustausch in Batterien sorgen Elektrolyte. „Aktuell sind hier Lösungen giftiger Lithiumsalze in brennbaren organischen Carbonaten üblich“, schildert Liedel. Auch hierfür hat sein Team eine Alternative gefunden – sogenannte ionische Flüssigkeiten. „Ionische Flüssigkeiten sind gut leitend für andere Ionen, kaum flüchtig und damit auch schwer entflammbar.“ Außerdem sind sie rein organisch und können aus nachwachsenden Rohstoffen erzeugt werden. Für die Lösung, mit der die MPI-Forscher derzeit arbeiten, gilt letzteres immerhin schon zur Hälfte. Ein weiterer Vorteil der ionischen Flüssigkeiten besteht darin, dass ihre elektrochemischen Parameter sich gut einstellen lassen.

Auch für die Separatoren, die zwischen den Polen einer Batterie einen Kurzschluss verhindern, weiß Liedel eine Alternative aus erneuerbaren Rohstoffen: das bereits zuvor verwendete Chitosan. Das haben die Forscher zu einem feinporigen Netzwerk verknüpft. Versuche damit seien bereits erfolgreich gewesen: „Vor allem die Anionen wandern gut durch die Poren“, berichtet Liedel.

Zusammenbau der Biobatterie

An einer Alternative für Lithium bei der Anode arbeitet Liedels Kollege Martin Oschatz und wurde bei Natrium fündig. In Verbindung mit einem speziell gestalteten Kohlenstoffpolymer und Ruß sind erste Tests bereits erfolgreich verlaufen.

Während Oschatz seinen Ansatz weiterentwickeln möchte, um damit bessere Superkondensatoren herzustellen, will Liedel nun die unterschiedlichen Komponenten zu einer Biobatterie zusammenfügen. „Wir müssen aber noch einige Detailfragen klären“, sagt Liedel. Offen ist beispielsweise, wie gut sich die ionische Flüssigkeit mit dem biobasierten Elektrodenmaterial Vanillin chemisch verträgt. Unterstützung bekommt der Chemiker dabei von der Deutschen Forschungsgemeinschaft, die die Entwicklung polymerbasierter Batteriewerkstoffe sechs Jahre lang mit 12 Mio. Euro fördert – unter anderem auch das Projekt des MPI-Forschers.

bl

Electric cars or a fully regenerative power supply: Both areas of energy system transformation, which are so important for climate protection, require efficient power storage systems. So far, however, batteries have often been ecologically and socially problematic because they require certain metals that can only be mined to the detriment of humans and the environment. Researchers at the Max Planck Institute (MPI) for Colloids and Interfaces in Golm have therefore set themselves the goal of replacing all the problematic components of batteries with renewable resources.

Vanillin instead of lithium

The first association for many people is the alkali metal lithium, often in combination with cobalt. " We need substances that release electrons and can then reabsorb them," explains MPI researcher Clemens Liedel. "These can be metals, which then become metal ions, but also organic substances." One promising organic substance that his team is working on is vanillin. The aroma substance of vanilla can be easily produced from lignin and thus from wood. In principle, vanillin could replace lithium cobalt oxide as cathode material. However, it is a brittle powder, which requires some chemical tricks. The chemists have tested the use of a binder such as chitosan, which can be obtained from shrimp shells, for example, combined with carbon black, which can also be produced from biomass. Liedel and his team are currently developing a pure vanillin-carbon mixture that could do without binding agents.

Ionic liquid as electrolyte

Electrolytes provide the charge exchange in batteries. "Currently, solutions of toxic lithium salts in flammable organic carbonates are common," Liedel explains. Here, too, his team has found an alternative - so-called ionic liquids. "Ionic liquids are good conductors for other ions, are hardly volatile and therefore flame-retardant. They are also purely organic and can be produced from renewable raw materials. TAnother advantage of ionic liquids is that their electrochemical parameters can be easily adjusted. Another advantage of ionic liquids is that their electrochemical parameters can be easily adjusted.

Liedel also has a renewable resource alternative for the separators that prevent a short circuit between the poles of a battery: the aforementioned chitosan. The researchers have combined this into a fine-pored network. "The anions in particular migrate well through the pores," reports Liedel.

Assembling the biobattery

Liedel's colleague Martin Oschatz is working on an alternative to lithium for the anode and found it in sodium. In combination with a specially designed carbon polymer and carbon black, initial tests have already been successful.

While Oschatz wants to further develop his approach in order to produce better supercapacitors, Liedel now wants to combine the different components to create a biobattery. "However, we still have some details to clarify," says Liedel. It is still unclear, for example, how well the ionic liquid chemically combines with the biobased electrode material vanillin.

The chemist is supported by the German Research Foundation (DFG), which is funding the development of polymer-based battery materials for six years with 12 million euros - including the MPI researcher's project.

bl/um

Proteine bilden die Grundlage aller Prozesse in lebenden Zellen. Um diese Prozesse zu verstehen, ist es wichtig, die beteiligten Proteine zu identifizieren und auch zu erkennen, wann sie von der Norm abweichen und so möglicherweise ursächlich für Krankheiten sind. Forscher der TU München haben nun ein Verfahren entwickelt, mit dem große Mengen Proteine mit bislang unerreichter Verlässlichkeit analysiert werden können. Bislang ist die Massenspektrometrie (MS) das bioanalytische Verfahren der Wahl, um Proteine zu identifizieren. Durch die Bestimmung der Masse der Moleküle kann die Art und Menge der in einer Probe vorhandenen Eiweißmoleküle ermittelt werden, die MS hat jedoch methodische Schwächen: Sie erfasst immer nur einen kleinen Teil der Aminosäuren eines Proteins und gleicht diese Sequenz mit Datenbanken ab, um daraus auf das Protein rückzuschließen. Das führt auch zu Fehlern.

Algorithmus mit Millionen Massenspektren trainiert

Informatiker und Chemiker der TU München haben mit 100 Millionen Massenspektren von Proteinen einen selbstlernenden Algorithmus trainiert, von dem sie im Fachjournal „Nature Methods“ berichten. Dieses neuronale Netzwerk verwendet das gesamte gemessene Spektrum, um Proteine zu identifizieren. „Dadurch verpassen wir weniger Proteine und es passieren 100-mal weniger Fehler“, erläutert Biochemiker Bernhard Küster. „Prosit“, wie die Forscher die Künstliche Intelligenz getauft haben, arbeitet somit deutlich schneller als bisherige Systeme und obendrein praktisch fehlerfrei.

Universell einsetzbare Software

„Prosit ist auf alle Organismen dieser Welt anwendbar, auch wenn man deren Proteome vorher nie untersucht hat“, betont Bioinformatiker Mathias Wilhelm. Das ermögliche Untersuchungen, die vorher nicht denkbar waren. In der Medizin soll die neue Methode Geräte revolutionieren, die nach Biomarkern im Blut oder Urin von Patienten suchen oder Therapien hinsichtlich der Wirksamkeit überwachen. „KI-Methoden wie Prosit werden schon bald das Forschungsfeld der Proteomik nachhaltig verändern, da sie in nahezu allen Bereichen der Proteinforschung eingesetzt werden können.“

Auch für die Grundlagenforschung erwartet Kollege Küster große Fortschritte: „Wir erhoffen uns hier einen erheblichen Erkenntnisgewinn, der sich mittel- und langfristig in der Behandlung von Erkrankungen von Mensch, Tier und Pflanze niederschlagen wird.“ Prosit wurde im Rahmen des Forschungsprogramms ProteomeTools entwickelt und vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit rund 3,3 Mio. Euro gefördert. Die neue KI-Methode ist über die Plattform ProteomicsDB verfügbar.

bl

Proteins form the basis of all processes in living cells. In order to understand these processes, it is important to identify the proteins involved and also to recognize when they deviate from the norm and thus possibly cause diseases. Researchers at the Technical University of Munich have now developed a method with which large quantities of proteins can be analyzed with unprecedented reliability. So far, mass spectrometry (MS) has been the bioanalytical method of choice for identifying proteins. By determining the mass of the molecules, it is possible to determine the type and quantity of protein molecules present in a sample. However, MS has methodological weaknesses: it only records a small part of the amino acids of a protein and compares this sequence with databases in order to arrive at the protein. This can lead to errors.

Algorithm trained with millions of mass spectra

Computer scientists and chemists at the Technical University of Munich have trained a self-learning algorithm with 100 million mass spectra of proteins, which they report on in the scientific journal "Nature Methods". This neuronal network uses the entire measured spectrum to identify proteins. As a result, "we miss fewer proteins and make 100 times fewer mistakes," explains biochemist Bernhard Küster. "Prosit", as the researchers called the artificial intelligence, works much faster than previous systems and makes practically no errors.

Universally applicable software

"Prosit is applicable to all organisms in the world, even if their proteomes have never been examined before," stresses bioinformatician Mathias Wilhelm. This makes it possible to carry out investigations that were previously inconceivable. In medicine, the new method is intended to revolutionize devices that search for biomarkers in the blood or urine of patients or monitor therapies with regard to their effectiveness. "AI methods such as Prosit will soon change the field of proteomics, as they can be used in almost every area of protein research."

His colleague Küster also expects great progress in basic research: "We hope to gain a considerable amount of knowledge here, which, in the medium and long term, will be reflected in the treatment of diseases suffered by humans, animals and plants." Prosit was developed as part of the ProteomeTools research program and funded by the German Federal Ministry of Education and Research (BMBF) with around 3.3 million euros. The new AI method is available via the ProteomicsDB platform.

bl/um

Knappe fossile Ressourcen und Klimawandel sind nur zwei Herausforderungen, denen sich Wirtschaft und Gesellschaft künftig gleichermaßen stellen müssen. Forschung und Politik sind sich einig: Die Bioökonomie hat das Potenzial, diese komplexe Aufgabe zu meistern. Dabei gilt es nicht nur, fossile Rohstoffe wie Erdöl durch nachwachsende Rohstoffe zu ersetzen. Die Entwicklung einer biobasierten Wirtschaft muss nachhaltig und kreislauforientiert gestaltet werden – so hat es auch die Europäische Kommission in ihrer aktualisierten Bioökonomie-Strategie ausgerufen.

Land will Vorbild für nachhaltiges Wirtschaften werden

Baden-Württemberg zählte 2013 zu den ersten Bundesländern mit einer eigenen Bioökonomie-Forschungsstrategie. Nun hat die Landesregierung eine ressortübergreifende Politikstrategie beschlossen: Die Landesstrategie „Nachhaltige Bioökonomie Baden-Württemberg“ vom Juni 2019 zielt nun darauf ab, mit innovativen biologischen Konzepten erneuerbare oder recycelbare Rohstoffquellen zu erschließen, die Treibhausgasemissionen zu senken, natürliche Ressourcen zu schonen und die Biodiversität zu stärken. Aber nicht nur das: „Baden-Württemberg soll zu einem Beispielland für eine nachhaltige und kreislauforientierte Wirtschaftsform werden“, so Landwirtschaftsminister Peter Hauk und Umweltminister Franz Untersteller im Vorwort des Strategiepapiers. Ihre beiden Häuser sind federführend für Ausarbeitung und Gestaltung der Landesstrategie.

Die Anfang Juni vorgestellte Strategie entstand im Dialog mit allen relevanten Akteuren. Das nun präsentierte ressortübergreifende Konzept umfasst 37 Maßnahmen, die dazu beitragen sollen, die ambitionierten Ziele zu erreichen. Dazu gehört auch, dass vorhandenes Wissen aus Forschung und Entwicklung in praktische Anwendungen zu überführen und dafür entsprechende Rahmenbedingungen für die Wirtschaft zu schaffen, um die Potenziale auszuschöpfen.  

Ländlichen Raum stärken

Der Minister für Ländlichen Raum und Verbraucherschutz betonte, dass mit der Landesstrategie insbesondere auch die ländlichen Räume in Baden-Württemberg durch die Schaffung neuer Arbeitsplätze gestärkt werden sollen. Große Potenziale sieht Hauk in einer verstärkten stofflichen und energetischen Nutzung von Nebenprodukten und Reststoffen aus der Land- und Ernährungswirtschaft sowie von Holz aus nachhaltiger und heimischer Waldbewirtschaftung.

Ein weiterer Schwerpunkt der Landesstrategie liegt im Ausbau und der Weiterentwicklung der Biogasanlagen. „Biogasanlagen bieten günstige Schnittstellen für eine umfassende und dezentrale Biomassekonversion zu vielfältigen Produkten, wie Fasern, Plattformchemikalien, Nährstoff- und Energieprodukten“, sagte Minister Hauk.

Ressourcenschonung durch effiziente Kreislaufwirtschaft 

Mit der neuen Strategie will die Landesregierung die Bioökonomie auch in Industrie und urbanen Räumen implementieren. Im Konzept werden daher verschiedene Maßnahmen formuliert, die konkret das städtische und industrielle Entwicklungspotenzial ins Auge fassen. „Abfälle und Abwasser beispielsweise enthalten nutzbare Rohstoffe, die wir zurückgewinnen können“, erklärt Umweltminister Franz Untersteller. „Es geht um innovative Biotechnologien zur Ressourcenschonung durch effiziente Kreislaufwirtschaft. Unser Ziel ist es, sogenannte Bioabfall- und Abwasserraffinerien als Reallabore und Pilotanlagen aufzubauen, um biologische und bioinspirierte Verfahren zu entwickeln und umzusetzen.“

Biologische Gewinnung anorganischer Rohstoffe

Bei der Erzeugung von Rohstoffen zur Gewinnung von Energie- und Stoffkreisläufen setzt die Landesregierung auf die Entwicklung von Technologien zur biologischen Gewinnung anorganischen Rohstoffe wie Metall, Phosphor und Chemikalien sowie das biotechnische CO2-Recycling. „Ich bin überzeugt, dass wir mit den Maßnahmen der Landesstrategie zur Bioökonomie dazu beitragen, die Wirtschaft in Baden-Württemberg nachhaltiger und damit zukunftsfähiger zu machen. Das Potenzial einer innovativen biobasierten oder biointegrierten Ökonomie ist enorm, es wird Innovationen anreizen und den Industriestandort Baden-Württemberg sichern helfen“, sagte Ministerpräsident Winfried Kretschmann.

50 Mio. Euro für nachhaltige Bioökonomie 

Für die Umsetzung der geplanten Maßnahmen stellt die Landesregierung von 2020 bis 2024 insgesamt 50 Mio. Euro bereit. Das Budget speist sich jeweils zur Hälfte aus Mitteln des Ministeriums für Ländlichen Raum und Verbraucherschutz und dem Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft des Landes.

bb/pg

180 Mrd. Euro Umsatz macht die Lebensmittelindustrie jährlich in Deutschland. Doch nicht nur die großen Konzerne haben in diesem Markt eine Chance. Vor allem spezielle Verbraucheranforderungen wie Laktose- oder Glutenfreiheit sowie kohlenstoffarme, vegetarische und vegane Rezepturen bieten Potenzial für Nischenprodukte und damit für Start-ups. Die Hochschule Weihenstephan-Triesdorf (HSWT) hat nun einen Inkubator gegründet, um Food-Start-ups ihrer Studenten und Mitarbeiter zu unterstützen.

Gesamte Wertschöpfungskette abgebildet

Die HSWT deckt mit ihren Studiengängen die gesamte Lebensmittelwertschöpfungskette ab. Auch das nötige Wissen für angehende Gründer wird den 4.000 Studenten an der Hochschule vermittelt, insbesondere durch den Studiengang „Lebensmitteltechnologie“ mit den Modulen „Gründung eines Food Start-ups“, „Produktentwicklung“ und „Unternehmensführung". Ab Herbst 2019 starten zudem zwei neue Master-Studiengänge im Bereich „Lebensmittelqualität“. So überrascht es nicht, dass bereits fünf Food-Start-ups aus der HSWT hervorgegangen sind. Sie werden ebenfalls in den „Food Start-up Inkubator Weihenstephan“ (FSIWS) ziehen.

Technikums- und Laborflächen sowie Berater

Im Inkubator stehen den Jungunternehmern eigens für die Lebensmittelproduktion zugelassene Technikums- und Laborflächen zur Verfügung, um Lebensmittelmuster herzustellen und Pilotproduktionen aufzubauen. Außerdem werden sie von Experten der Industrie- und Handelkammer sowie den Food-Start-up-Spezialisten von Startinfood beraten.

Nächste Schritte schon geplant

Bis 2021 soll zudem ein neues Brau- und Getränkezentrum errichtet werden, das die verfügbaren Technikumsflächen verdoppelt. Bis dahin sollen auch weitere Partner für die Vernetzung gewonnen werden, beispielsweise das Fraunhofer Institut IVV, die Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft und das Wissenschaftszentrum Weihenstephan der TU München.

bl

Paukenschlag in der Stammzellforschung bei Nutztieren: Wissenschaftler vom Friedrich-Löffler-Institut (FLI) in Mariensee haben gemeinsam mit Kollegen aus Großbritannien und China bei Schweinen eine besonders entwicklungsfähige Variante von pluripotenten Stammzellen erzeugt: Mithilfe einer speziellen Nährlösung haben die Forscher embryonale Stammzelllinien (ES) mit „erweitertem Potenzial“ aus Schweineembryonen gewonnen (Expanded Potential Stem Cells, EPSCs). Über den Herstellungsweg berichtet das Konsortium im Fachjournal „Nature Cell Biology“.

Gewonnene Stammzellen sind mehr als pluripotent

Embryonale Stammzellen können sich zu jedem möglichen Zelltyp eines Organismus ausdifferenzieren. Außerdem lassen sie sich als Zelllinie unbegrenzt in Kultur halten, was mit bereits ausdifferenzierten Zellen nur begrenzt möglich ist. Bislang waren jedoch Versuche, aus größeren Säugetieren pluripotente embryonale Stammzellen zu gewinnen, nur eingeschränkt erfolgreich. Es entstanden dabei Zelllinien, die nicht alle Eigenschaften der Pluripotenz erfüllt haben und deshalb allenfalls als „ES‐ähnlich“ bezeichnet wurden.

Die mithilfe des Kulturmediums gewonnen EPSCs sind jedoch für die Stammzellforscherszene etwas Besonderes. „Sie haben sogar ein größeres Entwicklungspotenzial als pluripotente Stammzellen", sagt FLI-Forscherin Monika Nowak-Imialek zu bioökonomie.de. Das „erweiterte Potenzial“ besteht darin, dass aus ihnen nicht nur embryonales sondern auch extraembryonales Gewebe (Trophoblast) hervorgehen kann, wie etwa die Plazenta. „Unsere aus Schweineembryonen isolierten EPSCs sind die ersten gut charakterisierten Zelllinien von Schweinen weltweit", so Nowak-Imialek. Das Potenzial von EPSCs, sich zu jedem Zelltyp zu entwickeln, eröffnet neue Möglichkeiten für die Entwicklungsbiologie, Regenerative Medizin, Organtransplantation, Krankheitsmodelle und bei der Suche nach potenziellen Medikamenten. Aber auch für die Tierzüchtung eröffnen sich hier neue Perspektiven.

Nutzung für Krankheitsmodelle und Medikamententests

Die pluripotenten Stammzellen haben viele Vorteile: die Zellen können leicht mittels Genom-Editierung verändert werden, um beispielsweise Krankheitsmodelle zu entwickeln. Sie eignen sich außerdem, um Organchips oder Organoide herzustellen, dreidimensionale Gewebeansammlungen, mittels derer die Verträglichkeit und Wirksamkeit von pharmazeutischen Substanzen getestet werden kann.

bl/pg

Big news in stem cell research in farm animals: Together with colleagues from Great Britain and China, scientists from the Friedrich Löffler Institute (FLI) in Mariensee, Germany, have created a novel variant of pluripotent stem cells in pigs. Using a special nutrient medium, the researchers have obtained embryonic stem cell lines (ES) with "expanded potential" from pig embryos (Expanded Potential Stem Cells, EPSCs). The consortium reports on the production process in the journal "Nature Cell Biology".

Obtained stem cells are more than pluripotent

Embryonic stem cells can differentiate into any possible cell type of an organism. In addition, they can be kept in culture as an unlimited cell line, which is only possible to a limited extent with already differentiated cells. So far, however, attempts to obtain pluripotent embryonic stem cells from larger mammals have had only limited success. The result was cell lines that did not fulfil all the properties of pluripotency and were therefore referred to as "ES-like".

However, EPSCs obtained with the culture medium are of particular interest to stem cell researchers. "They even have greater development potential than pluripotent stem cells," FLI researcher Monika Nowak-Imialek told bioökonomie.de. The "expanded potential" is that the stem cells can give rise not only embryonic but also extraembryonic tissue (trophoblast), such as the placenta. "Our porcine EPSCs isolated from pig embryos are the first well-characterized cell lines worldwide," said Nowak-Imialek. The potential of EPSCs to develop into any cell type opens up new opportunities for developmental biology, regenerative medicine, organ transplantation, disease models and the search for potential drugs. But it also opens up new perspectives for animal breeding.

Use for disease models and drug tests

Pluripotent stem cells have many advantages: the cells can easily be modified using genome editing, for example to develop disease models. They can also be used to produce organ chips or organoids, three-dimensional tissue collections that can be used to test the tolerability and efficacy of pharmaceutical substances.

bl/pg/um

„Keine Aktion ohne Reaktion" – so lautet eine Redewendung, die zum Ausdruck bringt, dass jedes Handeln Folgen hat. Auch der Wandel von einer erdölbasierten hin zu einer nachhaltigen, biobasierten Wirtschaft zieht vielschichtige Veränderungen nach sich - und zwar weltweit. Soziologin Maria Backhouse ist überzeugt, dass „keine gesellschaftlichen Veränderungen, auch Technologieentwicklungen, im luftleeren Raum stattfinden", sondern „von sozialen Ungleichheitsverhältnissen von der globalen bis zur lokalen Ebene durchdrungen" sind. „Für uns stellt sich deshalb die Frage, inwieweit die existierenden sozialen Ungleichheiten durch die Förderpolitik von Bioökonomie verändert, rekonfiguriert, verstärkt oder aufgehoben werden.“


Im Projekt „Bioinequalities“ geht seit zweieinhalb Jahren eine siebenköpfige Nachwuchsgruppe an der Friedrich-Schiller-Universität Jena unter Leitung von Backhouse dieser Frage anhand von Bioenergie und der dafür notwendigen Biomasse – insbesondere Zuckerrohr, Soja und Palmöl – nach. Das Vorhaben wird über fünf Jahre mit rund 2,6 Mio. Euro vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Initiative „Bioökonomie als gesellschaftlicher Wandel“ unterstützt.

Agrarsektor bestimmt vielerorts Ausrichtung der Bioökonomie

Im Fokus der Analysen stehen keine Zukunftsszenarien, sondern der Ist-Zustand. Fakt ist: Der Bioenergiesektor, insbesondere Biokraftstoffe der ersten Generation, ist eng an die Biomasseproduktion gekoppelt. Und Zuckerrohr, Soja oder Palmöl wird meist agrarindustriell produziert, wie Backhouse erklärt. Zweieinhalb Jahre nach Projektstart zieht die Forscherin nun eine erste Bilanz: „Im Bereich der Bioenergie und Biomasse läuft die Bioökonomie in den meisten Ländern auf die Förderung der Agrarindustrie hinaus. Denn der Agrarsektor bestimmt aktuell in vielen Ländern, wie die Bioökonomie auf politischer Ebene, national und international, diskutiert und verhandelt wird. Damit ist eine Reihe von sozioökologischen Problemen verbunden."

Bioenergie wird in den meisten Bioökonomie-Strategiepapieren als wichtiger Sektor präsentiert, den es im Fall von Biokraftstoffen schon seit mehreren Jahrzehnten gibt. Mit Brasilien, Malaysia, Argentinien sowie Deutschland, der Europäischen Union und China haben sich Backhouse und ihr Team wichtige internationale Akteure auf dem Bioenergie- und Biomassefeld für ihre Studie ausgewählt. „Wir untersuchen auf der lokalen und regionalen Ebene die Arbeitsverhältnisse und Landnutzungsrechte, aber auch die politische Ebene: Wer bestimmt mit, wie die Bioökonomie im jeweiligen Land oder auf der EU-Ebene ausgerichtet wird? Wer profitiert von staatlichen Anreizen für Bioenergien und wer nicht? ", erläutert die Projektleiterin.

"No action without reaction" is a phrase that implies that every action has consequences. The shift from a petroleum-based economy to a sustainable, bio-based one entails multi-faceted changes - on a global scale. Sociologist Maria Backhouse is convinced that "no social changes, including technological developments, take place in a vacuum", but are "permeated by social inequalities from the global to the local level". – "For us, this raises the question of the extent to which existing social inequalities are changed, reconfigured, reinforced or eliminated by the policy of promoting the bioeconomy.
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In the "Bioinequalities" project, a seven-member junior research group at the Friedrich Schiller University in Jena, led by Backhouse, has been investigating this question for two and a half years now. The group focuses on bioenergy and the biomass it requires - in particular sugar cane, soya and palm oil. Over five years, the project will be supported by the Federal Ministry of Education and Research (BMBF) with around 2.6 million euros within the framework of the funding programme "Bioeconomy as Societal Change".

Agricultural sector often dominates the bioeconomy

The analyses do not focus on future scenarios, but on the current situation. The fact is that the bioenergy sector, especially first-generation biofuels, is closely linked to biomass production. And sugar cane, soy or palm oil is mostly produced by the agricultural industry, Backhouse explains. Two and a half years after the start of the project, the researcher now takes stock: "In the field of bioenergy and biomass, the bioeconomy in most countries comes down to promoting the agricultural industry. In many countries, the agricultural sector currently determines how the bioeconomy is discussed and negotiated at a political level, nationally and internationally. A number of socio-ecological problems are associated with this."

In most bioeconomic strategy papers, bioenergy is presented as an important sector that has existed for several decades for biofuels. With Brazil, Malaysia, Argentina as well as Germany, the European Union and China, Backhouse and her team have selected important international players in the bioenergy and biomass field for their study. "We are investigating labor relations and land use rights at the local and regional level, but also at the political level: Who is involved in determining how the bioeconomy is organized in the respective country or at the EU level? Who benefits from government incentives for bioenergy and who does not? ", explains the project manager.

Ob Grauschimmelerreger oder Buchsbaumzünsler: Schädlinge, die sich in dem Garten von Andreas von Tiedemann verirren, haben oft das Nachsehen – denn sie legen sich mit einem Experten an, der sich mit Leib und Seele dem Pflanzenschutz verschrieben hat. Seit fast 40 Jahren sucht der Agrarwissenschaftler und promovierte Phytomediziner nach neuen Strategien, um Pflanzenkrankheiten wirksam zu bekämpfen. Dafür wurde er kürzlich mit der höchsten Auszeichnung geehrt, die ein „Pflanzendoktor" bekommen kann: Im August 2018 wurde von Tiedemann von der Deutschen Phytomedizinischen Gesellschaft die Anton-de-Bary-Medaille für sein „Lebenswerk" verliehen. Damit steht der Göttinger Professor für Pflanzenpathologie und Pflanzenschutz mit jenen Koryphäen in einer Reihe, die – wie er sagt – für ihn einst „unerreichbar" schienen. Eine Ruhepolster ist die Medaille für den heute 62-Jährigen keinesfalls: „Ich habe noch viel vor. Der Preis motiviert, dass ich weitermache", sagt der Forscher.

Die Leidenschaft für Pflanzen wurde dem in Brasilien geborenen Sohn eines deutschen Pflanzenzüchters buchstäblich in die Wiege gelegt. „Mein Vater ging in den 1950er Jahren für eine schwedische Saatzuchtfirma nach Brasilien, um dort Braugerste für die brasilianische Bierindustrie zu züchten und eine Zuchtstation aufzubauen", erklärt der Forscher seine Herkunft. Von Tiedemann war vier Jahre alt, als die Familie nach Deutschland zurückkehrte. Kindheit und Jugend verbrachte er im rheinland-pfälzischen Worms. Sein Interesse für Biologie wurde bereits in der Schulzeit geweckt. Neben Versuchen mit Wasserflöhen war es vor allem der Gemüsegarten der Mutter, der ihn als Kind begeisterte. „Ich habe gesehen, wie es ist, wenn man was aussät und was wächst. Das war eine Anschauungsmöglichkeit, die nicht jeder hat, der in der Stadt groß wird. Aber das hat mich dem Thema Pflanze nahegebracht."

Dennoch war es zunächst Skepsis, die den Jungen aus der Stadt zum Studium der Agrarwissenschaften 1981 nach Wien an die Universität für Bodenkultur begleitete. Doch seine „Berührungsängste" waren, wie er sagt, schnell verflogen. „Es war erstaunlich, wie ich nach den ersten Vorlesungen sofort infiziert war. Es hat sich geradezu etwas gelöst im Inneren", erinnert sich von Tiedemann. Nach nur vier Semestern wechselte er von Wien nach Göttingen, wo er, wie einst sein Vater, an der Universität in Agrarwissenschaften diplomierte.

Mit Mikroorganismen gegen Pilzerreger

Das Thema seiner Diplomarbeit war schließlich der Katalysator für seine Karriere als Pflanzendoktor. Damals galt seine Aufmerksamkeit der Zwiebelweißfäule, die von einem bodenbürtigen Pilzerreger verursacht wird. „Die Krankheit ist schwierig zu bekämpfen, weil sie die Zwiebel vom Boden aus befällt und im Grunde nicht mit klassischem Pflanzenschutz kontrolliert werden kann. So kam die Idee auf, einen biologischen Pflanzenschutzansatz zu finden, also Mikroorganismen, die als Gegenspieler zur Kontrolle der Weißfäule eingesetzt werden können."

Die Suche nach natürlichen Antagonisten, die Pflanzenkrankheiten bekämpfen, zieht sich dem Forscher zufolge seither „wie ein roter Faden" durch sein Leben. Die Protagonisten seiner Arbeit variierten dabei. 1985 promovierte er in Göttingen auf dem Gebiet der Pflanzenpathologie, konkret zu Pilzerkrankungen bei der Weinrebe. 1993 folgte die Habilitation. Hier untersuchte er, welchen Einfluss Ozon auf Kulturpflanzen wie Weizen oder Bohnen hat. Während eines Forschungsaufenthaltes in den USA am Boyce-Thompson-Institut in Ithaca von 1994 bis 1996 widmete er sich dem Grauschimmelerreger, der bevorzugt Obstpflanzen wie Erdbeeren angreift. 1996 wurde von Tiedemann zum Professor für Phytomedizin an der Universität Rostock ernannt. 2001 kehrte er an seine frühere Wirkungsstätte an die Universität in Göttingen zurück, wo er seither den Lehrstuhl für Pflanzenpathologie und Pflanzenschutz leitet und einen europaweit einmaligen Masterstudiengang dazu etabliert hat.

Biologische Pflanzenschutzmittel und ihre Grenzen

Wie vielen andere Forscherkarrieren war der des preisgekrönten Phytomediziners nicht immer nur Erfolg beschienen, aber selbst dann war sie überaus lehrreich. Der Agrarwissenschaftler musste die Erfahrung machen, dass seine natürlichen Protagonisten im Feld nicht immer die im Labor erzielte Wirkung erreichen. „In dem sehr komplizierten Netzwerk, in dem Lebewesen untereinander in Wechselwirkung stehen, im Freiland, im Boden oder auf dem Feld, steht natürlich auch der Antagonist, den man einsetzt, unter dem Einfluss anderer", erklärt von Tiedemann. Tiefschläge konnten ihn bei seiner Suche nach natürlichen Gegenspielern für Pflanzenkrankheiten jedoch nicht aufhalten.

Erfolg durch „Misserfolg"

Im Gegenteil: Einen seiner spektakulärsten „Misserfolge" hat der Forscher sogar ganz bewusst publiziert, um auf die Grenzen des biologischen Pflanzenschutzes hinzuweisen. Damals hatte ein Mikroorganismus, der im Labor gegen eine Pilzkrankheit beim Raps eine beeindruckende Wirkung erzielte, im Feld komplett versagt. Eineinhalb Jahre hat der Forscher damals für die Veröffentlichung gekämpft. „Ich wollte zeigen, dass ein biologisches Pflanzenschutzmittel erst dann ein brauchbares Instrument ist, wenn es sich im Feld auch so darstellt", erklärt von Tiedemann. „Doch es ist wahnsinnig schwer, solche negativen, aber auch wichtigen Ergebnisse zu publizieren. Das sehe ich als ein großes Problem in unserer Wissenschaftskultur." Doch der Erfolg des Papers gab dem Forscher im Nachhinein recht und motiviert ihn weiterzumachen.

Der Forscher ist überzeugt, dass biologische Pflanzenschutzmittel bei bestimmten Krankheiten wesentlich besser funktionieren als chemische Substanzen. „Heutige Pflanzenschutzmittel wirken in der Regel über die oberen Pflanzenteile. Dort sind sie sehr gut und leistungsfähig. Aber was die Bodenseite und die Wurzelgesundheit betrifft, die erreichen wir damit nicht." Genau diese Lücke könnte laut von Tiedemann mit biologischen Mitteln geschlossen werden.

Chemischer Pflanzenschutz ist nicht ersetzbar

Nach all diesen Erfahrungen überrascht es wenig, dass selbst der erfahrene Experte für biologischen Pflanzenschutz im eigenen Garten – wenn es nicht anders geht – zu herkömmlichen Fungiziden oder Herbiziden greift, um Schädlinge zu vertreiben. „Die Möglichkeiten, die Natur zu nutzen, sind – wie ich heute weiß – sehr eingeschränkt. Ich habe mich längst davon verabschiedet, dass biologische Pflanzenschutzmittel den chemischen Pflanzenschutz ersetzen könnten. Das ist eine Illusion. Aber es ist immer wieder den Versuch wert, doch was zu finden."

Evidenz statt Hypothese

Seinen Optimismus hat sich der Phytomediziner trotz allem Realismus bewahrt. Denn neben der Forschung ist es die Lehre, die dem promovierten Pflanzendoktor am Herzen liegt. Sein Credo: den Studenten vermitteln, dass die Einhaltung wissenschaftlicher Standards das wichtigste ist und stets zwischen Evidenz und Hypothese unterschieden werden muss. Problematisch sieht der Forscher, dass heutzutage in der Öffentlichkeit „ganz oft hypothesen- und weniger evidenzbasiert" gehandelt werde. „Das kann zu einem riesigen Problem werden, wo gravierende Fehlentscheidungen zustandekommen", argumentiert er. Deshalb drängt der Professor seine Studenten zu den oft mühsamen, aber notwendigen Feldversuchen und warnt davor, dass „die Feldbetrachtung in der modernen Agrarwissenschaft hinten runterfällt".

Hier folgt von Tiedemann dem Weg seines großen Vorbildes, dem Göttinger Phytomediziner Rudolf Heitefuß: „Er hat immer gesagt: Ein guter Agrarwissenschaftler steht immer mit einem Bein in der Furche." Die Landwirtschaft ist dem „Stadtkind" von Tiedemann längst ans Herz gewachsen und zur Richtschnur seiner Karriere geworden: „Es wäre für mich schon befriedigend, wenn ich am Ende Erkenntnisse gewonnen habe, die die Landwirtschaft weiterbringen."

Autorin: Beatrix Boldt

Whether grey mould or boxwood borer: pests that stray into Andreas von Tiedemann's garden are at a disadvantage. After all, they are dealing with an expert who is passionate about plant protection. For almost 40 years, the agricultural scientist and doctor of phytomedicine has been searching for new strategies to effectively combat plant diseases. He was recently honoured with the highest award a "plant doctor" can receive: In August 2018, Tiedemann was awarded the Anton de Bary Medal by the German Phytomedical Society for his "life's work". Thus, the Göttingen professor of plant pathology and plant protection is in line with those luminaries who - as he says - once seemed "unattainable" to him. The 62-year-old does not see the medal as a reason to rest on his laurels: "I still have a lot to do. The award motivates me to continue," says the researcher.

The Brazilian-born son of a German plant breeder was literally born with a passion for plants. "In the 1950s, my father went to Brazil for a Swedish seed company to breed malting barley for the Brazilian beer industry and set up a breeding station there," explains the researcher. Von Tiedemann was four years old when the family returned to Germany. He spent his childhood and youth in Worms in Rhineland-Palatinate. His interest in biology grew during his school years. In addition to experiments with water fleas, it was above all his mother's vegetable garden that inspired him as a child. "I have seen what it is like to sow something and grow something. This was an opportunity that not everyone growing up in the city has. But that brought me closer to the subject of plants."

Nevertheless, it was skepticism that accompanied the boy from the city to Vienna in 1981 to study agricultural sciences at the University of Natural Resources and Applied Life Sciences. But, as he says, his "reservations" quickly vanished. "It was amazing how I was immediately infected after the first lectures. Something within me came free," recalls von Tiedemann. After only four semesters, he moved from Vienna to Göttingen, where, like his father, he obtained a degree in agricultural sciences from the university.

Mit Mikroorganismen gegen Pilzerreger

Das Thema seiner Diplomarbeit war schließlich der Katalysator für seine Karriere als Pflanzendoktor. Damals galt seine Aufmerksamkeit der Zwiebelweißfäule, die von einem bodenbürtigen Pilzerreger verursacht wird. „Die Krankheit ist schwierig zu bekämpfen, weil sie die Zwiebel vom Boden aus befällt und im Grunde nicht mit klassischem Pflanzenschutz kontrolliert werden kann. So kam die Idee auf, einen biologischen Pflanzenschutzansatz zu finden, also Mikroorganismen, die als Gegenspieler zur Kontrolle der Weißfäule eingesetzt werden können."

Die Suche nach natürlichen Antagonisten, die Pflanzenkrankheiten bekämpfen, zieht sich dem Forscher zufolge seither „wie ein roter Faden" durch sein Leben. Die Protagonisten seiner Arbeit variierten dabei. 1985 promovierte er in Göttingen auf dem Gebiet der Pflanzenpathologie, konkret zu Pilzerkrankungen bei der Weinrebe. 1993 folgte die Habilitation. Hier untersuchte er, welchen Einfluss Ozon auf Kulturpflanzen wie Weizen oder Bohnen hat. Während eines Forschungsaufenthaltes in den USA am Boyce-Thompson-Institut in Ithaca von 1994 bis 1996 widmete er sich dem Grauschimmelerreger, der bevorzugt Obstpflanzen wie Erdbeeren angreift. 1996 wurde von Tiedemann zum Professor für Phytomedizin an der Universität Rostock ernannt. 2001 kehrte er an seine frühere Wirkungsstätte an die Universität in Göttingen zurück, wo er seither den Lehrstuhl für Pflanzenpathologie und Pflanzenschutz leitet und einen europaweit einmaligen Masterstudiengang dazu etabliert hat.

Biological plant protection products and their limits

Like many other research careers, the award-winning phytomedical scientist's career has not always been successful, but even then it has been very instructive. The agronomist had to learn that his natural protagonists in the field did not always achieve the effect achieved in the laboratory. "In the very complicated network in which living organisms interact with each other in the field, the antagonist that is used is of course also influenced by others," explains von Tiedemann. However, setbacks could not stop him in his search for natural antagonists for plant diseases.

Success through "failure"

On the contrary, the researcher has even deliberately published one of his most spectacular "failures" in order to point out the limits of biological plant protection. At the time, a microorganism that achieved an impressive effect in the laboratory against a fungal disease in rape had failed completely in the field. The researcher spent a year and a half fighting for publication. "I wanted to show that a biological pesticide is only a useful instrument if it also performs in the field," explains von Tiedemann. "But it is incredibly difficult to publish such negative but also important results. I see this as a big problem in our scientific culture." But the success of the paper later proved the researcher right and motivated him to continue.

The scientist is convinced that biological pesticides work much better in certain diseases than chemical substances. "Today's crop protection products usually act via the upper parts of the plant. There they are very good and efficient. But as far as the soil side and root health are concerned, this is not the case. According to von Tiedemann, it is precisely this gap that could be closed by biological means.

Chemical crop protection cannot be replaced

After all these experiences, it is hardly surprising that even the experienced expert in biological plant protection in his own garden - if there is no other way - uses conventional fungicides or herbicides to drive out pests. "The possibilities of using nature are - as I know today - very limited. I have long since abandoned the idea that biological pesticides could replace chemical pesticides. That is an illusion. But it's always worth trying to find something."

Evidence instead of hypothesis

Despite all his realism, the plant expert has retained his optimism. In addition to research, it is teaching that is close to the doctor's heart. His credo: to teach students that adherence to scientific standards is the most important thing and that it is always necessary to distinguish between evidence and hypothesis. The researcher sees it as problematic that nowadays in society, actions are taken that are "very often hypothesis- and less evidence-based". "This can become a huge problem where serious mistakes are made," he argues. The professor therefore urges his students to carry out the often arduous but necessary field trials and warns that "field observation is falling behind in modern agricultural science".

Here von Tiedemann follows the path of his great role model, the Göttingen phytomedical scientist Rudolf Heitefuß: "He used to say that a good agricultural scientist always has one foot in the furrow." Tiedemann has long grown fond of agriculture and it has become the guiding principle of his career: "It would be satisfying for me if in the end I gain knowledge that will help agriculture to progress."

Author: Beatrix Boldt

Weg von fossilen Rohstoffen: Dieses Ziel verfolgen der Energiesektor ebenso wie die chemische Industrie im Zuge der Klimakrise mit erhöhtem Tempo. Eine wichtige regenerative Alternative zum Erdöl ist dabei die Lignocellulose, ein Verbund verschiedener pflanzlicher Polymere, der in den Zellwänden verholzter Pflanzen vorkommt. Typische Quellen sind Holz und Reststoffe wie Stroh oder Papierabfälle. Bislang sind chemische Grundstoffe auf Basis von Lignocellulose jedoch recht teuer. Einen der wesentlichen Kostentreiber hat nun das Projekt „TrickleZyme“ eliminiert.

Rieselstromreaktor ersetzt Batchverfahren

„Das Problem sind die Enzymkosten für die Umwandlung“, erläutert Stefan Dröge vom Prüf- und Forschungsinstitut (PFI) in Pirmasens. Drei Gruppen von Enzymen sind daran beteiligt, aus Lignocellulose Glukose zu gewinnen, die als Ausgangspunkt vieler Plattformchemikalien und Biokraftstoffe dienen kann: Cellobiohydrolasen, Endoglucanasen und Beta-Glucosidasen. Erzeugt werden diese Enzyme bislang durch Pilzkulturen in Bioreaktoren. Mit jeder Charge werden Pilze und Produkte entnommen und anschließend die Pilzkulturen für die nächste Charge neu angeimpft.

„Wir setzen stattdessen auf einen Rieselstromreaktor“, beschreibt Dröge. Zunächst wird das Stroh mit Wärme und Säure vorbehandelt. Dann fließt dieses Substrat in dem selbst entwickelten Reaktor über ein Festbett aus Kunststoffkörpern, an denen der Pilz wächst. Auf festen Körpern bildet der Pilz Aspergillus nigulans ein flächiges Myzel und schüttet besonders viele Beta-Glucosidasen aus. „Der Vorteil besteht darin, dass der Pilz nur auf den Oberflächen der Kunststoffkörper wächst und die Enzyme direkt ins Medium abgibt“, erklärt der Projektleiter. Das erleichtert die Aufreinigung des Produkts und ermöglicht eine kontinuierliche Prozessführung, die erheblich Zeit einspart und damit eine höhere Produktivität besitzt.

Pilzmutante mit steuerbarem Wachstum

Allerdings gibt es ein Problem: „Die Pilze erzeugen auch Biomasse, und mit der Zeit verstopft der Reaktor“, so Dröge. „Unser Ansatz sind daher spezielle Pilze, deren Wachstum wir gezielt stoppen können. Dann produzieren sie nur noch Enzyme, aber keine Biomasse mehr.“ Möglich macht das eine spezielle Mutante, die die Projektpartner an der Oklahoma State University entwickelt haben: Diesen Pilzen fehlt ein bestimmter Wachstumsfaktor. Sie vermehren sich daher nur, solange dem Nährmedium eben dieser Wachstumsfaktor hinzugegeben wird.

Doch damit entstand ein neues Problem, wie das Forscherteam bald feststellen musste: Das Fehlen des Wachstumsfaktors war für die Pilze Stress, so dass diese verstärkt Melanin bildeten. „Melanin verbraucht Zucker, verunreinigt die Lösung und verklebt den Reaktor“, schildert Dröge. Über die Zusammensetzung der Spurenstoffe in der Nährlösung gelang es schließlich aber, die Melaninproduktion so weit zu verringern, dass sie für den Prozess keine Störung mehr bedeutete.