Mehr als 4.300 Projekte hat die Europäische Union in ihrem Umweltförderprogramm LIFE bereits unterstützt. Jedes Jahr werden die innovativsten Vorhaben mit dem Life Best Project Award prämiert. Noch bis Ende Mai läuft das öffentliche Voting, bei dem jeder Bürger online über sein Lieblingsprojekt abstimmen darf. Auch ein Bioökonomie-Projekt mit deutscher Beteiligung ist unter den 25 nominierten Vorhaben: Leibniz-Forscher aus Potsdam haben ein Verfahren entwickelt, um Abfälle aus der Backindustrie in Bioplastik umzuwandeln.

LIFE ist seit 1992 das Förderprogramm der EU für Umwelt, Naturschutz und Klimapolitik. Im Rahmen dieses Programms wurden bis heute über 4.300 Projekte ko-finanziert. In der aktuellen Förderperiode (2014-2020) stehen 3,4 Milliarden Euro für die Projektfinanzierungen zur Verfügung. Die 25 innovativsten und vielversprechendsten Vorhaben werden alljährlich für den LIFE Environment Best Project Award nominiert. In einem Voting können die Bürger dann über ihre Lieblingsumweltprojekt entscheiden. Der Sieger wird bei der Green Week in Brüssel ausgezeichnet.

Bioplastik aus Brotresten

In diesem Jahr haben es auch mehrere Bioökonomie-Projekte in die engere Auswahl geschafft. Darunter ist auch das BREAD4PLA-Projekt, das nach dem Cradle-to-Cradle-Prinzip aus alten Brotresten neues Verpackungsmaterial gewonnen hat. Das Konsortium wird Plastikforschungsinstitut AIMPLAS in Spanien koordiniert und besteht aus Agraringenieuren, Chemikern und Biotechnologie-Experten, darunter auch vom Leibniz-Institut für Agrartechnik in Potsdam. Die Forscher haben von 2011 bis 2014 daran gearbeitet, aus Backresten eine transparente, dehnbare und zu 100 % biologisch abbaubare Folie herzustellen.  Dafür wurden sie mit knapp 490.000 Euro von der Europäischen Kommission unterstützt. (Projektzusammenfassung: hier klicken)

Allein in Deutschland fallen jährlich etwa 18 Millionen t Lebensmittelreststoffe an, die als Ausgangsmaterial für Produktion von Milchsäure, einem Grundstoff für Bioplastik, genutzt werden kann. Aber auch in Großbritannien gibt es große Menge alte Backwarenreste.  Die Leibniz-Forscher um Joachim Venus haben gemeinsam mit ihren Kollegen aus Spanien ein enzymbasiertes Fermentationsverfahren entwickelt, um zunächst Milchsäure und in einem weitere Schritt PLA herzustellen. Bei PLA handelt es sich um einen kompostier- und recycelbaren Bio-Kunststoff, der eine umweltfreundliche Alternative zu erdölbasierten, thermoplastischen Kunststoffen ist. In ihrem System ließen sich bis zu 4000 t Backwarenrest pro Jahr verwerten, schreiben die Forscher in ihrer Projektzusammenfassung. Aus dem Abfall einer Backfirma ließe sich so durchschnittlich 680 t neue Bioplastik generieren.

Viele innovative Projekte stehen zur Auswahl

Noch bis zum 30. Mai um 23 Uhr kann jeder EU-Bürger online seine Stimme darüber abgeben (hier gehts zum Voting), ob ihm dieses oder eines der anderen 24 Projekte am besten gefällt. Zur Auswahl stehen auch andere ökologische Projektideen. Etwa eine von Solarkraft angetriebenen Aufbereitungsanlage von Meerwasser, bei der als Endprodukt kommerziell nutzbares Salz und Trinkwasser zur Verfügung stehen soll (SOL-BRINE) oder ein Projekt zur Nutzung bisher nicht verwerteter städtischer Abfälle (ENERGY-WASTE). Eine Liste aller nominierten Projekte ist auf folgender Website zu finden: https://ec.europa.eu/eusurvey/runner/bestlifeenv2015
Welches Projekt gewinnt wird sich Anfang Juni bei der Green Week in Brüssel entscheiden, dann wird der Gewinner offiziell ausgezeichnet.

Wie kann die Gesundheit von Pflanzen abseits konventioneller Düngemittel oder Saatzugaben unterstützen? Eine Alternative könnten Naturheilmittel sein, wie sie seit Langem in der Humanmedizin zum Einsatz kommen. Im Rahmen einer neuen Forschungspartnerschaft wollen die Konstanzer Bioplant Naturverfahren GmbH und das Büro für Biologische-Ökologische Beratung nun die Wirkung von auf Naturheilstoffen basierenden Pflanzenstärkungsmitteln genauer untersuchen und neue Produkte entwickeln. Der Grundstein für die Zusammenarbeit wurde im Bodenseeer Vierländer-Netzwerk für Life Sciences "Biolago" gelegt. Unterstützt wird das Projekt durch Innovationsgutscheine des Landes Baden-Württemberg.

Ob gegen Husten, Fieber oder Bluthochdruck – die Natur hält für zahlreiche Krankheiten ein Heilmittel parat. Die Medizin bedient sich dieser Substanzen seit Langem, um Mensch und Tier zu kurieren. Diese Naturheilstoffe könnten aber auch eine umweltfreundliche und gesundheitsverträgliche Alternative zu konventionellen Pflanzenstärkungsmitteln sein. Wie die auf Basis von Naturheilmitteln bestehenden pflanzlichen Fitmacher genau wirken, ist bislang aber wenig bekannt. Das Konstanzer Unternehmen Bioplant Naturverfahren GmbH ist auf die Herstellung biologischer Pflanzen-, Wasser- und Bodenhilfstoffe spezialisiert. Gemeinsam mit dem Büro für Biologische-Ökologische Beratung in Koblenz will der Naturheilmittelexperte das Potenzial bestehender Produkte erweitern und neue natürliche Planzenstärkungsmittel entwickeln. Dafür wollen sie gezielt untersuchen, wie die bestehenden natürlichen Stärkungspräparate auf die unterschiedlichen in der Landwirtschaft genutzten Pflanzenarten wirken.

Wirkung der Endophyten im Blick

Im Fokus steht dabei der Einfluss von Mikroorganismen wie Pilze und Bakterien auf Wachstum und Schädlingsresistenz der Pflanzen. Die Experten sind überzeugt, dass die in den Pflanzen lebenden Mikroorganismen – die endophytische Begleitflora –dabei eine wichtige Rolle spielen könnten. Studien belegen: Bei den meisten mit natürlichen Pflanzenstärkungsmitteln behandelten Nutz- und Zierpflanzen haben Endophyten – sowohl Pilze als auch Bakterien – einen positiven Effekt auf die Wirtspflanzen. Sie können die Vitalität und das Wachstum steigern, die Nährstoffaufnahme fördern und die Pflanzen gegen Umweltstress und Schädlinge widerstandsfähig machen.

Im Rahmen der Forschungspartnerschaft wird das Büro für Biologische-Ökologische Beratung zunächst Literaturrecherchen zum Vorkommen von Endophyten und deren positiven Effekten durchführen. „Inzwischen haben wir Arbeitsanleitungen für Laborversuche erstellt“, so Michael Ernst vom wissenschaftlichen Beratungsbüro. Darüber hinaus wurden bereits Modelltestsysteme für künftige standardisierte Tests von Pflanzenstärkungsmitteln ermittelt, die vielversprechend sind.

Pflanzenstärkungsmittel gezielter einsetzen

Der Naturheilmittelspezialist Bioplant untersucht bereits den Einfluss verschiedener bewährter Präparate auf die Endophytenzusammensetzung verschiedener landwirtschaftlich genutzter Pflanzenarten. Mit einem besseren Verständnis des Wirkmechanismus hofft das Konstanzer Unternehmen natürliche Pflanzenstärkungsmittel künftig noch gezielter einsetzen zu können. „Aber auch Neuentwicklungen sollen im Hinblick auf die nützliche mikrobielle Begleitflora optimiert werden“, erklärt Bioplant-Geschäftsführer Rolf Würthle.

Der Grundstein für die neue Forschungsallianz wurde im Bodenseeer Netzwerk Biolago gelegt. Das Life Science Cluster bringt Unternehmen und Forscher aus den viel Ländern Deutschland, Schweiz, Österreich und Liechtenstein zusammen und fördert Innovationen sowie Unternehmensgründungen. Das neue Konstanzer Projekt wird vom Land Baden-Württemberg gefördert.

Katalysatoren wie Enzyme können chemische Prozesse ankurbeln. Gleichfalls sind sie der Schlüssel, um chemische Stoffe auf effiziente und ressourcenschonende Weise umzuwandeln. Das nachhaltige Potenzial dieser Helfer für die weltweite Wirtschaft ist groß. Mit dem Neubau eines Forschungsgebäudes auf dem Campus Garching will die Technische Universität München (TUM) die Katalyseforschung vorantreiben. In dem soeben eröffneten TUM Catalysis Research Center (CRC) werden  künftig Wissenschaftler verschiedener Fachbereiche der TUM mit Industriepartnern unter einem Dach an neuen Möglichkeiten für den Einsatz von Katalysatoren für eine nachhaltige Wirtschaft forschen. Der Bau des insgesamt 84 Millionen Euro teuren Gebäudes wurde zu knapp einem Drittel vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) finanziert.

Katalysatoren sind für die chemische Industrie wie das Salz in der Suppe unverzichtbar. Mit Blick auf eine nachhaltige Wertschöpfungskette werden sie immer wichtiger. Der Grund: Sie können wesentlich dazu beitragen, biogene Rohstoffe besser zu nutzen sowie die Gewinnung, Speicherung und Umwandlung der Energie verbessern. Viele Fragen, wie etwa die katalytische Nutzung von Naturgas (Methan) zur Produktion weiter veredelter chemischer Zwischenprodukte verwendet werden kann, sind bisher aber nicht beantwortet. Das soll sich künftig ändern. Mit dem Neubau eines Forschungsgebäudes hat die Technische Universität München den Weg zur internationalen Katalyseforschung eingeschlagen. Auf dem Forschungscampus Garching wurde am 9. Mai – in unmittelbarer Nachbarschaft zum Gebäude der Fakultät für Chemie - offiziell das TUM Catalysis Research Center (CRC) eingeweiht. „Die Produktvielfalt unserer führenden Technologiegesellschaft wird künftig nur darstellbar sein, wenn mithilfe spezifischer Katalysatoren Wertprodukte aufgebaut, Überflussprodukte abgebaut und Schadstoffe vermieden werden“, betonte  TUM-Präsident Wolfgang A. Herrmann.

Forschung ohne Grenzen

Wissenschaftler aus fünf Fakultäten sowie Kooperationspartner aus der Industrie werden hier zukünftig unter einem Dach an den Herausforderungen der energie- und der ressourcenschonenden Produktion von chemischen Grundstoffen, Feinchemikalien und pharmazeutischen Produkten forschen. Dafür stehen ihnen hochmoderne Laborräume im neuen Komplex zur Verfügung. „In dieser Forschung gibt es zwischen den klassischen Disziplinen der Ingenieur- und Naturwissenschaften keine Grenzen mehr“, so Hermann weiter. Parallel zum Bau des neuen Katalysezentrums wurde an der TUM das Spektrum um Professuren wie Bioanorganische Chemie, Computergestützte Biokatalyse oder Industrielle Biokatalyse erweitert.

Synergien optimal bündeln

„Mit dem neuen Zentralinstitut für Katalyseforschung haben wir nun einen Ort geschaffen, an dem die hier bestehenden Synergien in optimaler Weise zusammenfließen und wirksam werden“, betont Stefan Müller, Parlamentarischer Staatssekretär im BMBF anlässlich der Einweihung des Gebäudes.  29 Millionen Euro hatte das Bundesforschungsministerium in den Garchinger Bau investiert. Das Zentrum ist zugleich Sitz der strategischen Forschungsallianz „Munich Catalysis“ (MuniCat), in der TUM-Wissenschaftler gemeinsam mit Forschern der Clariant AG im Bereich der chemischen Katalyse zusammenarbeiten. Darüber hinaus kooperiert das CRC mit dem Kompetenzzentrum für Nachwachsende Rohstoffe in Straubing, wo unter anderem Ethanol aus Agrarreststoffen biokatalytisch erzeugt wird.

bb

Forscher aus Oldenburg und Frankfurt am Main haben untersucht, wie sich der weltweite Schiffverkehr auf die Verbreitung fremder Tier- und Pflanzenarten auswirkt.  Mit Hilfe einer neuen Modellierungsmethode konnten sie das Risiko einer Invasion fremder Meeresbewohner errechnen, die als blinde Passagiere an Bord der Frachtschiffe in neue Regionen gelangen. In der im Fachjournal PNAS (2016, Online-Veröffentlichung) erschienen Studie kommen die Wissenschaftler zu dem Ergebnis, dass in Gegenden mit hohem Schiffsaufkommen und gemäßigtem Klima zukünftig mit solchen „Einwanderern“ verstärkt zu rechnen ist. In der Nordsee wurden bereits Algen gesichtet, die aus asiatischen Gewässern stammen.

Ein Großteil des weltweiten Handels wird über den Schiffsverkehr abgewickelt. Doch an Bord der Handelsschiffe werden längst nicht nur Waren transportiert. Schiffsrümpfe und Tanks mit Ballastwasser sind ein beliebter Hort für Tiere und Pflanzen, die unbemerkt  in den Häfen ihrer Heimatländer an Bord gehen und in fremden Ländern genauso unauffällig das Schiff wieder verlassen. Das Problem: Eine Invasion fremder Tier- und Pflanzenarten kann ganze Ökosysteme verändern und Schäden in Milliardenhöhe verursachen.

Forscher vom Senckenberg Biodiversität und Klima Forschungszentrum in Frankfurt am Main und der ICBM der Universität Oldenburg haben daher das Reiseverhalten der blinden Passagiere im Frachtschiffverkehr genauer untersucht. „Es ist wichtig zu wissen, wann und wo Tierarten in unsere Ozeane einwandern, um negative  Auswirkungen zu vermeiden beziehungsweise zu verringern“, erklärt Hanno Seebens vom Senckenberg Biodiversität und Klima Forschungszentrum in Frankfurt am Main und Hauptautor der Studie.

Simulationsmodell erweitert

Mithilfe eines neuen Modellierungsmodells konnte das Team aufzeigen, wie der globale Frachtschiffverkehr die Ausbreitung fremder Tier- und Pflanzenarten befördert und in welchen Regionen die „Einwanderung“ am größten sein wird. „Für unsere Simulationen benutzen wir ein mathematisches Modell, welches Daten über Schiffsbewegungen und Schiffsgrößen mit Wassertemperaturen und Salzgehalt des Wassers verbindet, um die Wahrscheinlichkeit einer Invasion zu bestimmen“, erläutert Bernd Blasius vom Oldenburger ICBM. Im Vergleich zu früheren Modellen kann das neue System erstmals auch errechnen, welche Tier- und Pflanzenarten auswandern werden. Dafür wurde das Programm  mit Verbreitungskarten von potenziell invasiven Arten gekoppelt

Klimawandel befördert Invasion

Der Studie zufolge werden in der Nordsee und an den Küsten der USA zukünftig vermehrt solche Eindringlinge zu erwarten sein. Als Grund werden die ähnlichen Bedingungen in den Meeresregionen genannt, die zudem durch einen regen Schiffsverkehr mit einander verbunden sind. „In der Nordsee konnten sich bereits zwei neue Algen-Arten – Prorocentrum minimum und Polysiphonia harveyi – ansiedeln, die wir als Hochrisiko-Arten eingestuft haben. Hier haben sich unsere Vorhersagen schon bestätigt“, berichtet Seebens. Vor allem an der Westküste der USA rechnen die Forscher in Folge des globalen Klimawandels und der damit verbundenen Erhöhung der Wassertemperatur mit einer besonders großen Invasion fremder Tier- und Pflanzenarten. „Der Klimawandel erhöht die Gefahr einer Invasion – dort beobachten wir heute schon erste Einwanderungen aus Asien als Folge der erhöhten Wassertemperatur“, ergänzt Seebens.

Maritime Eindringlinge stoppen

Ziel der Forscher ist es, mithilfe der gesammelten Informationen aus dem Modellsystem eine Invasion der marinen Tier- und Pflanzenarten zu verhindern. Denn die Einwanderung invasiver Arten verursacht allein innerhalb der Europäischen Union Kosten von mehreren Milliarden Euro pro Jahr. Das neue Modellierungssystem kann Seebens zufolge problemlos erweitert werden, um die Ausbreitung anderer Tier- und Pflanzenarten zu untersuchen.

Ob als Biosprit oder Baumaterial: Stroh gewinnt als Biomasse zunehmend an Bedeutung. Seine energetische Nutzung zur Biogaserzeugung war bisher jedoch begrenzt. Das Problem: die getrockneten Halme und Blätter waren schwer verwertbar und bildeten im Fermenter Schwimmschichten, die den Prozess behinderten. Forscher vom Fraunhofer Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) in Dresden haben das Problem nun gelöst. Unter Zugabe von Natronlauge wurden aus voluminösen Strohballen sogenannte Pellets, die handlich, gut dosierbar und kostengünstig zu transportieren sind und zudem die Gasausbeute deutlich steigern. Für die Neuentwicklung wurde das Dresdner Team mit den auf 10.000 Euro dotierten Biogas-Innovationspreis der Deutschen Landwirtschaft ausgezeichnet.

Im Sommer sind sie ein beliebtes Fotomotiv – die gold-gelben Strohballen auf den Feldern. Ausgedroschen und getrocknet werden die Halme und Blätter von Weizen, Gerste oder Roggen seit Jahrhunderten als Futtermittel, Baumaterial oder Brennstoff genutzt. In der jüngsten Vergangenheit bekommt der Rohstoff neuen Aufwind. Bei der Suche nach Alternativen zu den in der Industrie weitverbreiteten fossilen Rohstoffen hat sich Stroh als nachhaltige und preiswerte Biomasse bei der Herstellung von Treibstoff, Putz- oder Desinfektionsmitteln durchgesetzt. Der Vorteil: Stroh ist nicht nur in großen Mengen verfügbar, sondern stellt im Gegensatz zu Mais auch keine Konkurrenz zur Nahrungsmittelwirtschaft dar.

Unbehandeltes Stroh schwer verwertbar

Die energetische Nutzung von Stroh zur Biogaserzeugung war bisher jedoch arg eingeschränkt und lag gerade bei fünf Prozent. Der Grund: In den Nassfermentern der Biogasanlagen neigte das unbehandelte Stroh schnell zur Bildung von Schwimmschichten, was zu erheblichen Betriebsproblemen führte. Außerdem bewirkten pflanzliche Bestandteile wie Lignin, dass energiereiche Stoffkomponenten wie Zellulose und Hemizellulose nur schwer von Mikroorganismen in Biogasanlagen aufgespaltet werden können. Dieses Problem haben Forscher vom Fraunhofer-IKTS aus Dresden nun gelöst. Das Team um Björn Schwarz fand heraus:  Eine effektive Vergärung von Stroh ist nur durch eine entsprechende Aufbereitung des Rohstoffs und durch die Auflösung der Lignozellulose-Strukturen möglich.

Stroh zu Pellets gepresst

Auf dieser Grundlage entwickelten die Dresdner ein Verfahren, bei dem das voluminöse Stroh zu handlichen Pellets gepresst wird. Zunächst wird das Stroh in einer Hammermühle zerkleinert, wobei natürliche Wachs- und Schutzschichten teilweise aufgelöst werden. Gleichzeitig kommt verdünnte Natronlauge hinzu, die in der Biogasanlage zu einem sogenannten verdauungsfördernden Effekt und somit zu einer Erhöhung der Gasausbeute um bis zu 20 Prozent führt. Beim anschließenden Pressen des Strohs zu Pellets wird schließlich nahezu die gesamte Luft aus den Poren entfernt.

Problem der Schwimmschichtbildung gelöst

Die Vorteile der Biogaspellets liegen auf der Hand: sie sind klein und wesentlich kostengünstiger zu transportieren als große Strohballen. Zudem sind sie mechanisch robust, lassen sich gut lagern und dosieren. Damit eignen sie sich, um problemlos für einen Einsatz in bestehenden Biogasanlagen. Durch die Rückführung der Gärreste auf die Felder bleibt bei dieser energetischen Nutzung zudem der Humuskreislauf geschlossen. Das Entscheidende jedoch: Da die einzelnen Pellets dichter als Wasser sind, kommt es im Biogas-Fermenter zu keiner Schwimmschichtbildung mehr. Die Pellets gehen sofort unter und lösen sich innerhalb einer Stunde komplett auf. In Kombination mit einer mechanisch-chemischen Behandlung konnten die Dresdner Forscher die Gasausbeute gegenüber unbehandeltem Stroh sogar um bis zu 40 Prozent steigern.

Innovationspreis für Biogas-Pellets

Mit dem von Fraunhofer-Forscher Schwarz entwickelten Verfahren wurde das Tor zur breiteren Anwendung von Stroh zur Biogasherstellung geöffnet. Dafür wurde das Fraunhofer-Team auf dem Biogas-Innovationskongress Ende April in Osnabrück ausgezeichnet. In der Kategorie Wissenschaft erhielte es den auf 10.000 Euro dotierten Biogas-Innovationspreis der Deutschen Landwirtschaft. Das Preisgeld wurde von der Landwirtschaftlichen Rentenbank zur Verfügung gestellt. „Wir würden uns sehr freuen, wenn seitens der Politik eine Art Nachhaltigkeitsbonus für Stroh und Wirtschaftsdünger im Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) eingeführt wird, um Bestandsanlagen künftig eine nachhaltige Perspektive zu geben“, sagte Björn Schwarz anlässlich der Preisverleihung.

Die Helmholtz-Gemeinschaft fördert mit 4 Millionen Euro den Aufbau eines neues Innovation Labs für Biotechnologie am Forschungszentrum Jülich. Das „Microbial Process Lab-Mibiolab“ soll innovative Technologien für die Entwicklung von Produktionsprozessen auf der Basis von Mikroorganismen bereitstellen. Das Jülicher Labor ist eines von insgesamt sieben Innovation Labs, die von der Forschungsgemeinschaft in den kommenden Jahren eingerichtet werden. Das Ziel: Unternehmen frühzeitig und damit langfristig in gemeinsame Entwicklungsprojekte einbinden. Für den Aufbau der neuen Kooperationsplattformen stellt die Helmholtz-Gemeinschaft rund 12 Millionen Euro zur Verfügung.

Von der Idee bis zur Markteinführung ist es ein langer Weg. Deshalb setzt die Helmholz-Gemeinschaft auf sogenannte Innovation Labs. Das Ziel: Forschung und Unternehmen frühzeitig zusammenbringen, um den Technologietransfer zu beschleunigen. 12 Millionen Euro will die Forschungsgemeinschaft in den kommenden fünf Jahren in den Ausbau und die Etablierung von insgesamt sieben Innovation Labs investieren. Das Spektrum der Labore reicht dabei von User-Labs und Service-Einheiten bis hin zu Joint Labs oder Open-Innovation-Plattformen. Knapp 4 Millionen Euro fließen davon allein nach Jülich. Am dortigen Forschungszentrum soll mit dem "Microbial Process Lab" (MiBioLab) ein neuartiges Labor für Biotechnologie eingerichtet werden. Am neuen Innovation Lab sollen innovative Technologien für die Entwicklung von Produktionsprozessen für Mikroorganismen entstehen.

Stamm-Phänotypisierung beschleunigen

Die molekularen Werkzeuge zur genetischen Veränderung von Mikroorganismen haben sich in den vergangenen Jahren rasant weiterentwickelt. Heute können bereits in sehr kurzer Zeit große Stammbibliotheken für die unterschiedlichsten Organismen erstellt werden. "Doch zur Entwicklung wirtschaftlicher Produktionsprozesse – für die Herstellung von Chemikalien, Pharmazeutika, Futter- oder Lebensmittelzusätzen – ist nur ein kleiner Bruchteil der katalogisierten Stämme geeignet. Die schnelle Stamm-Phänotypisierung – also die quantitative Analyse von strukturellen und funktionellen Eigenschaften der Mikroorganismen – ist damit für die Entwicklung dieser Produktionsprozesse unerlässlich", erklärt Stephan Noack vom Bereich für Biotechnologie des Instituts für Bio und Geowissenschaften.

Neue Ansätze und Verfahren für Bioprozessentwicklung

Im neuen Jülicher Innovation Lab werden sich die Arbeiten auf eine schnelle Phänotypisierung und eine zielgerichtete Bioprozessentwicklungen konzentrieren. Dabei werden die Wissenschaftler eng mit Partner aus der Industrie zusammenarbeiten, um neue Ansätze und Verfahren für Bioprozesseentwicklung im Labormaßstab zu entwickeln. Im Vordergrund stehen dabei insbesondere Aspekte der Automatisierung und Miniaturisierung.

Insekten auf dem Teller sind hierzulande natürlich noch ein exotischer Gaumenkitzel. In Ländern wie Thailand oder Korea stehen die Krabbeltiere seit Jahrhunderten auf der Speisekarte und werden sogar speziell zum Verzehr gezüchtet. Ernährungsexperten zufolge könnten Made & Co künftig auch vermehrt auf unserem Teller landen und Karriere als Proteinquelle in der Futtermittelindustrie machen. Das Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR) hat eine repräsentative Umfrage zum Thema durchgeführt. Zudem plädiert das BfR dafür, Insekten stärker auf toxikologische und mikrobiologische Sicherheitsaspekte hin zu untersuchen, um Vorbehalte auszuräumen.

Mehr als 1.900 Insektenarten werden nach Einschätzung der Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen (FAO) weltweit gegessen – und das von Mensch und Tier. In Europa ist das nicht angesagt. Ein wesentlicher Grund: Der Ekelfaktor überwiegt. Schon die Vorstellung, Raupen, Heuschrecken oder Mehlwürmer zu essen, sorgt hierzulande für Unbehagen. Wissenschaftler sehen das anders: Für sie gelten Insekten seit Langem als ernährungsphysiologisch günstige Nahrungsquelle und sinnvolle Alternative zum Fleisch mit großem Potenzial, die Probleme der Welternährung zu lösen. Insekten zählen lebensmittelrechtlich in der EU zu den neuartigen Lebensmitteln.

Hoher Proteingehalt und wenig Fett

Ein Plus: der Proteingehalt ist bei Insekten mit 33 bis 77 Prozent überdurchschnittlich hoch und könnte somit Proteinimporte wie Soja ersetzen. Auch beim Fettanteil von nur 13 bis 33 Prozent können die Tiere überzeugen und liefern dabei sogar den gleichen Energiewert wie Fleisch. Der Haken: Ob der Verzehr von Insekten dem Menschen schaden kann, ist weitestgehend unklar. Das Bundesinstitut für Risikobewertung BfR geht daher in die Offensive. Die Experten plädieren dafür, die gesundheitlichen Risiken der Insekten als Lebens- und Futtermittel besser zu erforschen.

Insekten als Tierfutter befürwortet

Hintergrund ist eine repräsentative Umfrage, deren Ergebnisse das Institut bei einem Symposium in Berlin am 24. Mai vorstellte. „Insekten als Nahrungsquelle stoßen zunehmend auf öffentliches Interesse. Umso wichtiger ist es zu klären, wie sicher diese neuen Lebensmittel sind“, sagt BfR-Vizepräsident Reiner Wittkowski. Der Umfrage nach würde die Mehrheit der Deutschen Insekten zwar als Tierfutter befürworten, als Lebensmittel gehen die Meinungen allerdings weit auseinander. Dabei wird bei den Befragten durchaus der hohe Eiweißgehalt als Vorteil erkannt. Doch auch wenn gesundheitlichen Risiken eher nicht befürchtet werden, die Mehrheit würde Insekten nicht essen.

Fragen mit Forschung klären

Die Studie ergab aber auch: Paniert, gebraten und so als Insekt nicht mehr erkennbar, würden viele doch zugreifen. Bei jungen gebildeten Männern zwischen 18 und 33 war die Akzeptanz der Umfrage nach am größten. Die Experten sind überzeugt, dass mit Aufklärung und Forschung die Barriere auch hierzulande abgebaut werden kann. Sie verweisen auf die fehlenden Untersuchungen zur toxikologischen und mikrobiologischen Sicherheit von Insekten. Inhaltsstoffe, Kontaminanten und Rückstände in aus Insekten hergestellten Lebens- und Futtermitteln sollten daher verstärkt berücksichtigt werden. Auch das allergene Potenzial von Lebensmitteln aus essbaren Insekten sollte den Experten zufolge ebenso geprüft werden, wie die mikrobiologischen Risiken und Fragen der Hygiene bei der Auswahl, Haltung und Zucht der essbaren Insekten.

bb

Schon lange bekannt ist: Pflanzen sind natürliche Luftreiniger, weil sie das umweltschädliche Kohlendioxid binden. Doch das Potenzial von Pflanzen, ein gesundes Klima zu schaffen, ist größer als bisher bekannt. Forscher um Christian Lindermayr vom Institut für Biochemische Pflanzenpathologie am Helmholtz-Zentrum München haben jetzt herausgefunden, dass Pflanzen auch Stickstoffmonoxid (NO) direkt aus der Luft fixieren können und es ihnen sogar beim Wachstum hilft. Damit könnten Pflanzen langfristig einen noch größeren Beitrag zur Luftqualität leisten als bisher angenommen. Wie das Team im Fachjournal Plant, Cell & Environment  (2016, Online -Veröffentlichung) berichtet, nutzen sie dafür das pflanzliche Hämoglobin. In Großstädten mit hoher Stickstoffkonzentration könnten Pflanzen demnach ein wichtiger Faktor bei der zukünftigen Städteplanung sein.

Pflanzen säubern auf natürliche Weise die Luft. Sie können schädliche Stoffe wie Formaldehyd, das in vielen Möbeln steckt, aufnehmen und abbauen. Sie binden auch Kohlendioxid, das für die Photosynthese benötigt wird. Mindestens ebenso gesundheitsschädlich ist Stickstoffmonoxid (NO). Stickoxide entstehen meist bei Verbrennungsvorgängen in Anlagen und Motoren. Allein in Deutschland beträgt die Emission von Stickoxiden nach Angaben des Umweltbundesamtes rund 1,3 Millionen Tonnen pro Jahr. Vor allem in Großstädten wie Berlin oder München, die mit einem hohen Autoverkehr belastet sind, ist die Stickstoffkonzentration oft so hoch, dass viele Menschen unter Reizungen der Nasenschleimhäute und der Augen leiden.

Stickoxide fördern Pflanzenwachstum

Bisher war man davon ausgegangen, dass Stickoxide wie Stickstoffmonoxid aus der Luft für Pflanzen nicht verfügbar sind. Nun liefern München Wissenschaftler den Gegenbeweis. Forscher des Instituts für Biochemische Pflanzenpathologie (BIOP), der Abteilung für Experimentelle Umweltsimulation (EUS) und der Abteilung für Analytische BioGeoChemie (BGC) am Helmholtz-Zentrum München haben herausgefunden, dass Pflanzen durchaus NO direkt aus der Luft aufnehmen und in ihren Stoffwechsel einbinden. Doch wie ist das möglich?  In der Studie untersuchten die Forscher die Stickstoffaufnahme anhand der Modellpflanze Arabidopsis thaliana. Durch molekularbiologische Analysen fanden die Forscher heraus, dass Hämoglobin für die NO-Fixierung eine entscheidende Rolle spielt. Es sorgt dafür, dass der Schadstoff überhaupt gebunden werden kann. Verstärkten die Forscher in den Versuchspflanzen gezielt das Hämoglobin-Level, konnten die Pflanzen vierfach höhere Mengen an Stickstoff aufnehmen. Und das nicht ohne Grund: „Wir konnten beobachten, dass hohe Mengen an Stickstoffmonoxid bei Pflanzen nicht toxisch waren, sondern das Pflanzenwachstum sogar verbesserten“, sagt Christian Lindermayr, Gruppenleiter am BIOP.

Natürliche Luftreiniger interessant für Städteplaner

Die Wissenschaftler beschäftigten sich zudem mit der Frage, woher diese Eigenschaft kommt.  „Der Mechanismus ist vermutlich entstanden, um Pflanzen an Standorten mit Stickstoffmangel ein Überleben zu sichern“ erklärt Gitto Kuruthukulangarakoola vom BIOP und Erstautor der im Fachjournal Plant, Cell & Environment erschienenen Studie. Die Forscher gehen davon aus, dass ihre neue Erkenntnis zur direkten NO-Aufnahme von Pflanzen durch die Luft für Städteplaner interessant sein dürfte. In Ballungsräumen könnten sie helfen,  die Luftqualität und somit die Lebensbedingungen zu verbessern.

bb

Krankenhauskittel, die vor Viren  schützen oder Bettlacken, die Insekten fern halten, sind nur zwei Möglichkeiten, die mit Hilfe der sogenannten Mikroverkapselung realisierbar sind. Am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP in Potsdam-Golm wollen Wissenschaftler gemeinsam mit Industriepartnern solche Mikrokapseln entwickeln. Das Ziel: Viren- und Insektenschutz sollen sogar mehreren Waschgängen standhalten. Das Projekt, das durch das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) gefördert wird, ist das Ergebnis eines bundesweiten Netzwerks. Die „Fraunhofer Technologieplattform Mikroverkapselung - TPM “ wurde 2009 ins Leben gerufen, um das wenig bekannte Verfahren publik zu machen und Wissen zu bündeln. Nun wurde das Projekt um zwei Jahre verlängert.

Mikrokapseln, die gezielt Wirkstoffe freisetzen, sind bisher vor allem aus der Pharmaindustrie bekannt. Doch die Minicontainer können auch an Textiloberflächen haften und dort Erstaunliches bewirken. „Damit das Textil auch nach der Reinigung seine spezielle Wirkung behält, entwickeln wir Mikrokapseln, die entweder direkt beim Waschen oder im Nachgang durch Imprägnierung mit dem Wirkstoff beladen werden können“, erklärt Monika Jobmann vom Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP in Potsdam-Golm.

Dass die Mikroverkapselung funktioniert, belegt eine erste Studie der Potsdamer Wissenschaftler, die vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) gefördert wurde. Darin wurde bewiesen, dass die Mikrocontainer an Baumwollgewebe angebunden werden können und der Wirkstoff dabei gezielt und dosiert abgegeben werden kann. Auf Grund dieser Anhaftung können die Kapseln beim oder nach dem Waschen mehrfach mit dem Wirkstoff beladen werden.

Ätherische Öle als Viren-und Insektenschutz

Im nächsten Schritt will Jobmann mit Partnern aus der Industrie diese Methode  so weiterentwickeln, dass Krankenhauskittel oder Bettbezüge zu einem wirksamen Schutz vor Viren und Insekten werden. „Sowohl für die Partikelhülle als auch für den Wirkstoff setzen wir dabei bevorzugt umweltfreundliche und naturbasierte Stoffe ein, die zudem in der Umwelt abbaubar sind“, erklärt Jobmann. Das Team konzentriert sich dabei auf ätherische Öle wie Lavendel-, Pfefferminz- oder Eukalyptusöl, die eingebettet in Minicontainern fest an Textilien haften und dort zielsicher und  über einen langen Zeitraum ihre Wirkung entfalten sollen. „Die Mikroverkapselung hat den Vorteil, dass die Freisetzung des Wirkstoffes deutlich langsamer erfolgt. Der Mückenschutz hält so beispielsweise viel länger“, betont Lobmann. Die Weiterentwicklung der waschbaren Mikrokapseln als Viren- und Insektenschutz  wird erneut vom BMEL gefördert.

Netzwerk bündelt Wissen zu Mikrokapseln

Das Projekt ist das Ergebnis eines bundesweiten Netzwerks. Die „Fraunhofer Technologieplattform Mikroverkapselung - TPM “ wurde 2009 ins Leben gerufen, um das bis dato wenig bekannte Verfahren publik zu machen, Wissen zu bündeln und neue Anwendungen zu finden. Neben antimikrobieller Kleidung fürs Krankenhaus könnte das Verkapselungsverfahren auch für Kosmetik- und Industrietextilien geeignet sein. Die Plattform wird derzeit gemeinsam von den Fraunhofer-Instituten für Angewandte Polymerforschung IAP (Potsdam-Golm) und für Chemische Technologie ICT (Pfinztal) sowie der Fraunhofer-Forschungsgruppe „Partikeltechnologie und Rohstoffinnovation“ der TH Nürnberg betreut. Darüber hinaus sind acht Firmen beteiligen, darunter die Chemiefirmen BASF, Clariant, Follmann, Lanxess und Lonz sowie, die Papierfabrik August Koehler und der Aroma-und Duftspezialist Symrise.

bb

Nicht  nur Menschen, auch Pflanzen schützen sich vor Sonnenbrand. Die Grünalge C. reinhardtii tut das mit einem speziellen Protein, wie Forscher um Michael Hippler von der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU) gemeinsam mit Kollegen der Universität Osaka in Japan im Fachmagazin Nature Communications (2016, Online-Veröffentlichung) berichten. Das Wissen um diesen besonderen „Sonnenbrand-Schutzmechanismus“ ist auch von hoher Relevanz für die Pflanzenzüchtung. Wenn er auf andere Pflanzen zutrifft, könnten langfristig Ernteerträge von Nutzpflanzen noch besser optimiert werden. Dies spielt insbesondere bei zunehmendem Klimastress wie Dürre eine wichtige Rolle.

Sonnenstrahlen sind für Menschen, Tiere und Pflanzen eine lebenswichtige Energiequelle. Doch das Sonnenlicht hat es in sich und ist oft sogar schädlich. Sonnencremes sind daher ein sinnvoller Schutz, um die Haut vor Verbrennungen zu bewahren. Längerfristig helfen Mineralstoffe wie Karotin oder Kalzium, um einem Sonnenbrand vorzubeugen. Ähnlich geht es Pflanzen. Sie brauchen das Licht zwar für die Fotosynthese, um Energie zu gewinnen und Zellbausteine zu bilden. Doch auch Pflanzen können einen Sonnenbrand bekommen. Diesen Prozess haben Forscher bei der Grünalge Chlamydomonas reinhardtii jetzt genauer untersucht.

Schutz vor überschüssiger Lichtenergie

Ein internationales Forscherteam um Michael Hippler von der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU) und Genji Kurisu von der Universität Osaka in Japan hat dabei ein neuartiges Protein entdeckt, das die Grünalge vor Schäden durch zu hohe Lichtintensitäten schützt. Wie das Team im Fachjournal Nature Communications berichtet, handelt es sich dabei um Calredoxin – offenbar ein zentraler Spieler, um Pflanzen vor Sonnenbrand zu bewahren.

"Damit die Fotosynthese effizient ablaufen kann, müssen Schutzmechanismen starke Schwankungen der Lichtintensität kompensieren", erklärt WWU-Forscher Michael Hippler. Bei zu intensiver Sonneneinstrahlung entstehen während der fotosynthetischen Energieumwandlung schädliche Formen von Sauerstoff – zum Beispiel reaktive Sauerstoffspezies, umgangssprachlich "Sauerstoffradikale" genannt. Mit Calredoxin haben Pflanzen einen Weg gefunden, um sich gegen überschüssige Lichtenergie zu schützen. Das Protein wandelt dabei Lichtenergie in Wärmeenergie um, in dem es den Mineralstoff Kalzium bindet und Redoxreaktionen in Gang bringt.

Option für optimale Pflanzenzucht

Ob dieser Mechanismus nur für die Grünalge relevant ist oder auch bei höheren Gefäßpflanzen vorkommt, das wollen die Forscher nun in weiteren Studien herausfinden. Die Wissenschaftler sind sich jedoch sicher, das ihr neues Wissen um den "Sonnenbrand-Schutzmechanismus“ zukünftig helfen kann, Ernteerträge zu optimieren. Zum Beispiel indem Pflanzen gezüchtet werden, die besonders gute Schutzeigenschaften vorweisen können.

bb

Der Strukturwandel im Rheinischen Revier ist in vollem Gange. Wo derzeit noch Braunkohle abgebaut wird, entsteht eine Modellregion für nachhaltiges und biobasiertes Wirtschaften. Doch unter welchen Bedingungen kann der Strukturwandel im Rheinischen Revier hin zu einer Modellregion Bioökonomie gelingen? Im Rahmen des Begleitforschungsprojektes „Bioökonomie – Verstehen. Verbinden. Unterstützen“ suchen Forschende der RWTH Aachen, der TU Dortmund und des Instituts für Pflanzenwissenschaften (IBG-2) des Forschungszentrums Jülich gemeinsam nach Antworten. Das Dortmunder Team um Steffen Strese widmet sich dabei der Frage, was Unternehmen und Start-ups zur Gründung und Ansiedlung im Rheinischen Revier treibt und welche Stärken und Hürden damit einhergehen.

Unter welchen Bedingungen kann der Strukturwandel im Rheinischen Revier zu einer Modellregion Bioökonomie gelingen? Dieser Frage gehen Forschende der RWTH Aachen, der TU Dortmund und des Instituts für Pflanzenwissenschaften (IBG-2) des Forschungszentrums Jülich (FZ Jülich) im Begleitforschungsprojekt „Bioökonomie – Verstehen. Verbinden. Unterstützen“ nach. Neben der regionalen Vernetzung aller Bioökonomie-Akteure spielt die Kommunikation und Wissensvermittlung eine entscheidende Rolle. Diesen Part übernimmt ein Team um Christian Klar am FZ Jülich. Hier wurde im Rahmen des Projektes eine Geschäftsstelle etabliert, um den Transfer der Erkenntnisse aus der Begleitforschung sowie den beiden Flagship-Projekten Bio4MatPro und BioökonomieREVIER in die bioökonomische Praxis zu unterstützen.

Klebstoffe sind aus unserem Alltag nicht wegzudenken. Mit ihrer Hilfe lassen sich unterschiedlichste Materialien wie Glas und Kunststoff oder gar Holz und Metall verbinden und damit sorgen sie für eine lange Haltbarkeit der verschiedensten Produkte. Doch Klebstoffe basieren meist auf erdölbasierten Rohstoffen und sind äußerst stabil, wodurch das Recycling erschwert wird. Im Projekt BIOVIN haben Forschende vom Leibniz-Institut für Katalyse (LIKAT) in Rostock gemeinsam mit dem Klebstoffspezialisten Henkel an biobasierten Klebstoffen geforscht, die sich wieder lösen lassen.

Im Rahmen des dreijährigen Vorhabens, das vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) gefördert wurde, entwickelten die Projektpartner auf Basis von Kohlehydraten und Pflanzenölen neue Synthesebausteine für sogenannte entklebbare Klebstoffe. Aus den kommerziell verfügbaren biobasierten Plattformchemikalien, die aus Lignocellulose gewonnen wurden, konnte das Team eigenen Angaben zufolge mithilfe der Katalyse organische Verbindungen – konkret Diole und Polyole – in großen Mengen herstellen. Dabei handelt es sich um Zwischenprodukte, die zur Polymerherstellung benötigt werden.

Neue katalytische Synthesemethode entwickelt

Am LIKAT wurde hierfür eine katalytische Synthesemethode entwickelt, die es ermöglicht, „nahezu jedes biobasierte Polyol oder Phenol in Vinylether umzuwandeln“ – also in Monomere, die zur Herstellung polymerer Klebstoffe genutzt werden. „Mit einer Ausbeute von bis zu 98 % und einer deutlich geringeren Bildung unerwünschter Beiprodukte ist der Prozess selektiver, effizienter und umweltfreundlicher als das bisher bedeutendste, kommerzielle Verfahren“, berichten die Forschenden.

Im Projekt wurden die neuen Polyole zum einen als Reaktivkomponenten in Polyurethanklebstoffen getestet. Zum anderen wurden Diole und Polyole zu neuen, biobasierten, multifunktionellen Divinylethern (DVE) verarbeitet, aus denen wiederum entklebbare Klebstoffe entstanden.

Vinylether-basierte Polymere für entklebbare Klebstoffe

Diese neuen biobasierten Klebstoffverbindungen hafteten demnach besonders gut auf Kunststoffen, auf Metallen hingegen schlechter. Zudem überzeugten sie mit einer „niedrigeren Toxizität und einem angenehmeren Geruch“ im Vergleich zu den erdölbasierten Verbindungen. Auch lassen sich die neuen Klebstoffe durch Hitze, Licht oder Säure gezielt wieder entkleben, berichten die Forschenden. „Die Entklebung gelang bei milden Versuchsbedingungen sowohl durch thermische als auch durch chemische Spaltung und wurde durch spektroskopische Untersuchungen nachgewiesen.“

Enormes Potenzial für recyclingfreundliche Klebstoffe

Mithilfe entklebbarer Klebstoffe ließen sich viele Elektronikprodukte oder Haushaltsgeräte nicht nur besser reparieren, sondern auch besser recyceln und damit Rohstoffe einsparen. Auch wenn es noch Optimierungsbedarf gebe, so würden die neu entwickelten Vinylether-basierten Polymere bereits heute ihr „enormes Potenzial für neue, recyclingfreundliche Klebstoffsysteme“ zeigen, schreiben die Forschenden. Demnach testet der Projektpartner Henkel erste Prototypen der neu entwickelten Klebstoffverbindungen. Sollten die Tests erfolgreich sein, will das Unternehmen die ausgewählten Vinylether im kommerziellen Maßstab herstellen lassen. 

bb

Adhesives are an integral part of our everyday lives. They can be used to bond a wide variety of materials such as glass and plastic or even wood and metal, ensuring the durability of a wide range of products. However, adhesives are usually based on petroleum-based raw materials and are extremely stable, which makes recycling difficult. In the BIOVIN project, researchers from the Leibniz Institute for Catalysis (LIKAT) in Rostock have joined forces with adhesives specialist Henkel to research bio-based adhesives that can be removed again.

As part of the three-year project, which was funded by the German Federal Ministry of Food and Agriculture (BMEL), the project partners developed new synthetic building blocks for so-called releasable adhesives based on carbohydrates and vegetable oils. According to the team, they were able to produce large quantities of organic compounds - specifically diols and polyols - from the commercially available bio-based platform chemicals obtained from lignocellulose using catalysis. These are intermediate products that are required for polymer production.

New catalytic synthesis method developed

A catalytic synthesis method was developed at LIKAT that makes it possible to ‘convert almost any bio-based polyol or phenol into vinyl ether’ - i.e. into monomers that are used to produce polymer adhesives. ‘With a yield of up to 98% and a significantly lower formation of undesirable by-products, the process is more selective, efficient and environmentally friendly than the most important commercial technique to date,’ report the researchers.
 

In the project, the new polyols were tested as reactive components in polyurethane adhesives. In addition, diols and polyols were processed into new, bio-based, multifunctional divinyl ethers (DVE), which in turn were used to produce de-adhesive adhesives.

Vinyl ether-based polymers for release adhesives

These new bio-based adhesive compounds were found to adhere particularly well to plastics, but less well to metals. They also boasted ‘lower toxicity and a more pleasant odour’ compared to petroleum-based compounds. The researchers report that the new adhesives can also be specifically de-bonded using heat, light or acid. ‘De-adhesion was achieved under mild test conditions through both thermal and chemical decomposition and was verified by spectroscopic analyses.’

Enormous potential for recycling-friendly adhesives

With the help of debonding adhesives, many electronic products or household appliances could not only be repaired more effectively, but also recycled more efficiently, thus saving raw materials. Even if there is still room for optimisation, the newly developed vinyl ether-based polymers are already demonstrating their ‘enormous potential for new, recycling-friendly adhesive systems’, the researchers write. Accordingly, project partner Henkel is testing the first prototypes of the newly developed adhesive compounds. If the tests are successful, the company intends to have the selected vinyl ethers produced on a commercial scale.

bb

Bis 2050 soll die Weltbevölkerung auf rund 9,7 Milliarden Menschen anwachsen, deren Ernährung eine globale Herausforderung wird. Längst wird daran geforscht, Grundnahrungsmittel wie Reis ertragreicher und auch hinsichtlich der Inhaltsstoffe nahrhafter zu machen. Beispielsweise enthalten sogenannte HAHP-Reisorten (high amylose, high protein) im Vergleich zu herkömmlichen Reissorten besonders viel Protein und das Kohlenhydrat Amylose. Sie sind damit vor allem für Menschen mit Proteinmangel und auch für Diabetiker geeignet. Forschenden des Internationalen Reisforschungsinstituts (IRRI) auf den Philippinen und des Max-Planck-Instituts für molekulare Pflanzenphysiologie in Potsdam ist es nun gelungen, HAHP-Reissorten mit weiteren positiven Eigenschaften zu entwickeln.

Kreuzungen, Genanalysen und Genom-Editierung als Grundlage

Herkömmliche Reissorten besitzen einen niedrigen Proteingehalt von 2 bis 8% und einen hohen Kohlenhydratanteil von bis zu 80%. Welche Gene für diese Zusammensetzung verantwortlich sind, hat das Forscherteam durch Kreuzungsexperimente zwischen den Reissorten Samba Mahsuri und IR36ae sowie mithilfe von DNA-Analysen herausgefunden.

Wie das Team in der Fachzeitschrift „PNAS“ berichtet, wird der Gehalt der schwer verdaulichen Amylose im Reiskorn durch das Gen sbeIIb beeinflusst und damit auch der glykämische Index. Der glykämische Index besagt, wie stark ein kohlenhydrathaltiges Lebensmittel auf den Blutzuckerspiegel wirkt und ob es für Diabetiker geeignet ist. Den Forschenden zufolge gelang es mithilfe der Genschere CRISPR-Cas durch den Austausch einer einzelnen Base des sbeIIb-Gens, den Amylose-Gehalt im Reiskorn um 8% zu steigern und zugleich den glykämischen Index um 60% zu reduzieren. 

Wertvolle Inhaltsstoffe und hohe Erträge

Darüber hinaus überzeugt der neu entwickelte Reis mit weiteren wichtigen Inhaltsstoffen: Er enthält eine Fülle essenzieller Aminosäuren wie Histidin, Isoleucin, Lysin, Methionin, Phenylalanin und Valin. Diese lebenswichtigen Aminosäuren müssen über die Nahrung aufgenommen werden, weil sie vom Körper nicht selbst produziert werden können. „Die neuen Reissorten könnten in Regionen eine wichtige Quelle für Proteine und essenzielle Aminosäuren wie Lysin werden, in denen Reis ein Grundnahrungsmittel ist“, sagt Alisdair Ferni vom Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie.

Noch etwas ist besonders an den neu entwickelten Sorten: Den Forschenden zufolge liefern die neuen Pflanzen ähnlich hohe Erträge wie sogenannte Hochertragssorten, was für HAHP-Reis nicht selbstverständlich ist. 

Mögliche EU-Zulassung für gentechnikfreie Reissorten

Neben den neuen genom-editierten Pflanzen konnten die Forschenden den proteinreichen und zuckerarmen Reis auch mithilfe konventioneller Züchtung herstellen. „Solcher HAHP-Reis wäre deshalb nicht von einer künftigen Änderung des EU-Gentechnikgesetzes betroffen, denn er ist ja nicht gentechnisch verändert. Er könnte also auch in der EU zugelassen werden“, sagt Rhowell Tiozon Jr. vom Internationalen Reisforschungsinstitut.
Die Forschenden wollen nun die gezielte Züchtung künftig auch an Reissorten in Asien und Afrika vornehmen und so die Nahrungsgrundlage für möglichst viele Menschen verbessern.

am/bb

The world's population is expected to grow to around 9.7 billion people by 2050, and feeding them will be a global challenge. Research has long been underway to make staple foods such as rice more productive and also more nutritious in terms of their ingredients. For example, so-called HAHP rice varieties (high amylose, high protein) contain particularly high levels of protein and the carbohydrate amylose compared to conventional rice varieties. This makes them particularly suitable for people with a protein deficiency and also for diabetics. Researchers at the International Rice Research Institute (IRRI) in the Philippines and the Max Planck Institute of Molecular Plant Physiology in Potsdam have now succeeded in developing HAHP rice varieties with additional positive properties.

Crossbreeding, genetic analyses and genome editing as a basis

Conventional rice varieties have a low protein content of 2 to 8% and a high carbohydrate content of up to 80%. The research team found out which genes are responsible for this composition through crossing experiments between the rice varieties Samba Mahsuri and IR36ae and with the help of DNA analyses.

As the team reports in the scientific journal "PNAS", the content of the poorly digestible amylose in the rice grain is influenced by the gene sbeIIb and therefore also the glycaemic index. The glycaemic index indicates how strongly a carbohydrate-containing food affects blood sugar levels and whether it is suitable for diabetics. According to the researchers, by replacing a single base of the sbeIIb gene using the CRISPR-Cas gene scissors, it was possible to increase the amylose content in the rice grain by 8% and at the same time reduce the glycaemic index by 60%.

Valuable ingredients and high yields

The newly developed rice also convinces with other important ingredients: It contains a wealth of essential amino acids such as histidine, isoleucine, lysine, methionine, phenylalanine and valine. These vital amino acids must be obtained from food because they cannot be produced by the body itself. ‘The new rice varieties could become an important source of proteins and essential amino acids such as lysine in regions where rice is a staple food,’ says Alisdair Ferni from the Max Planck Institute of Molecular Plant Physiology.

There is something else special about the newly developed varieties: according to the researchers, the new plants deliver yields similar to so-called high-yielding varieties, which is not a given for HAHP rice.

Possible EU authorisation for GMO-free rice varieties

In addition to the new genome-edited plants, the researchers were also able to produce the high-protein, low-sugar rice using conventional breeding methods. ‘Such HAHP rice would therefore not be affected by a future amendment to the EU Genetic Engineering Act, as it is not genetically modified. It could therefore also be authorised in the EU,’ says Rhowell Tiozon Jr. from the International Rice Research Institute.
The researchers now want to carry out targeted breeding on rice varieties in Asia and Africa in the future in order to improve the food supply for as many people as possible.

am/bb

Laut einer Studie von Greenpeace Nordic konkurrieren die geschätzten Methanemissionen von 29 großen Fleisch- und Molkereiunternehmen mit denen der 100 größten fossilen Brennstoffunternehmen der Welt.

Der Greenpeace-Bericht mit dem Titel „Turning down the heat: Pulling the Climate Emergency Brake on Big Meat and Dairy“ legt dar, dass die Klimaerwärmung durch eine Umstellung des Ernährungssystems, die mit den Richtlinien der EAT-Lancet Planetary Health Diet übereinstimmt, deutlich verlangsamt werden könnte. Der Studie zufolge würde sich die Erde um weitere 0,32 Grad Celsius erwärmen, bliebe die Fleisch- und Milchindustrie unreguliert. Eine Abkehr von der Überproduktion und dem übermäßigen Konsum tierischer Produkte bis 2050 könnte hingegen zu einer Abkühlung um 0,12 Grad Celsius führen. 

Auch ein bereits im Juli von der Boston Consulting Group (BCG), dem Good Food Institute (GFI) und Synthesis Capital veröffentlichter Bericht besagt, dass alternative Proteine, wenn sie die Hälfte des Marktanteils am globalen Proteinmarkt erreichen, die Treibhausgasemissionen der Landwirtschaft und der Landnutzung bis 2050 um fast ein Drittel reduzieren würden. Diese Verlagerung würde jährlich 5 Gigatonnen CO2-Äquivalente einsparen, was wiederum dem Ausscheiden von 50% der benzinbetriebenen Autos aus dem Verkehr entsprechen würde.

Ob Landwirtschaft, Verkehr oder Wohnungsbau: Land ist eine knappe und hart umkämpfte Ressource. Doch wie Land genutzt wird, hat maßgeblichen Einfluss auf Klima, Biodiversität und Ernährungssicherheit. Wie könnte eine gerechte und nachhaltige Landnutzung in Zukunft aussehen? Diese Frage stand im Fokus der Zukunftswerkstatt „Landwende: Wie wollen wir Leben?“. Im Rahmen der Veranstaltung, die im April dieses Jahres in Halle von der Nationalen Akademie der Wissenschaften Leopoldina durchgeführt wurde, haben sich insgesamt 29 junge Erwachsene mit diesem Thema auseinandergesetzt und Wege aus dem sogenannten Trilemma gesucht.
 

Zukunftsvision als visuelle Erzählung erschienen

Unterstützt vom Fraunhofer-Institut für Innovationsforschung ISI entwickelten die Teilnehmenden im Alter von 18 und 27 Jahren im Laufe des fünftägigen Treffens Visionen eines idealen Landkreises im Jahr 2070.

Diese Vision wurde nun als visuelle Erzählung – als „Graphic Novel“ – veröffentlicht. Zeichnungen und Wortblasen geben hier Einblicke in den Visionsprozess der Zukunftswerkstatt. Schritt für Schritt wird aufgezeigt, wie sich die Vision entwickelt hat.

Konkrete Schritte zur Gestaltung der Landwende

Die Vision zur Landwende beruht demnach auf den fünf Kategorien „Miteinander und soziale Gerechtigkeit“, „Bildung und Versorgung“, „Ressourcennutzung“, „Landschaftsbild und Landschaftsnutzung“ sowie „Wirtschaft und Kreisläufe“. Zu jedem einzelnen Thema wurden Thesen formuliert, diskutiert und Visionen entwickelt. Die Novelle zeigt schließlich konkrete Schritte auf, wie die Gesellschaft die Landwende schaffen und gestalten kann.

An der Technischen Universität Berlin treiben Professor Peter Neubauer und Dr. Nicolaz Cruz Bournazu die Digitalisierung der Biotechnologie voran. Gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) haben sie seit 2020 das KIWI-biolab aufgebaut, ein Zukunftslabor für KI-gestützte Bioprozess-Entwicklung. Diesen Sommer bekam das Team nun den Zuschlag für eine weitere große BMBF-Förderung: Neubauer und Cruz werden ab 2025 die Koordination der DATIpilot-Innovationscommunity BioBlock übernehmen (Budget: 5 Mio. Euro). Ziel von BioBlock ist, eine sichere und demokratische Wissensaustauschplattform auf Basis von fragmentierten Daten und Blockchain-Technologien in der Biotechnologie zu etablieren. So soll Transfer und Innovation mithilfe von überprüfbaren und verwertbaren FAIR-Daten gefördert werden, also Daten, die auffindbar, zugänglich, interoperabel und wiederverwendbar sind. An dem Konsortium sind unter anderem die Siemens AG, Sartorius Stedim Biotech GmbH und das Institute for Applied Blockchain (IABC) beteiligt.