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Grain weevils eat into grain husks, lay their eggs in the grain and can thus destroy entire harvests. The light-shy weevils are mainly found in grain and storage warehouses. When there is a massive infestation of the crop, "heat nests" develop. This increases humidity and thus the risk of fungal spores attacking the grain. Experts estimate that pest infestation of stored grain causes millions of dollars in damage worldwide. So far, there are hardly any ways to control the pests efficiently - certainly not without chemical insecticides. Researchers at Neubrandenburg University of Applied Sciences and the Leibniz Institute for Plasma Science and Technology (INP) in Greifswald now have an environmentally friendly solution ready.

Plasma air flows around the grains on the conveyor belt

As part of the Physics for Food & Feed project, a process has been developed over the past two years that uses plasma to render grain weevils harmless in harvested crops. In collaboration with the project partner automation & software Günther Tausch from Neubrandenburg, a conveyor belt was specially equipped with four plasma sources and a three-meter-high silo was set up for this purpose. Here, plasma air flows around the grain on the conveyor belt, rendering the pests harmless.

Grain weevil in cereals rendered 99% harmless

In laboratory tests, the cold atmospheric pressure plasma was able to render 99% of the grain weevils in the grain harmless. According to the researchers, the special feature of the so-called plasma silo is the combination of a gas-tight bulk silo with the innovative plasma technology for pest control. The prototype also offers researchers the opportunity to record the climatic conditions and gas composition inside and to treat and take samples of the bulk material during storage.

Field test for plasma silo

From now on, the process will be tested in practice. "In the coming weeks and months, we will conduct experiments using the conveyor belt and check whether the results from the laboratory can be confirmed," says project manager Sebastian Glaß. Among other things, the tests will determine which throughput of grains and which conveyor speed are appropriate to achieve the greatest benefit. With the help of plasma technology, the use of pesticides could be reduced and the grain harvest optimized.

"Physics for Food & Feed" is part of the project "Physics for Food - Eine Region denkt um!" (A region rethinks!) and has been funded by the German Federal Ministry of Education and Research since 2018 as part of the initiative "WIR! - Wandel durch Innovation in der Region" (Change through Innovation in the Region). The focus of the large-scale project is the development of new physical technologies for agriculture and food processing.

Biologisch abbaubare Kunststoffe sind oft längst nicht so schnell und einfach aus der Umwelt verschwunden, wie es ihr Name verspricht. Viele Kunststoffe werden nur sehr langsam oder unvollständig von Mikroorganismen zersetzt. Forschende der Universität Bayreuth haben nun einen neuen Ansatz entwickelt, der dieses Problem lindern könnte: Sie integrieren schon bei der Herstellung Enzyme in den Kunststoff, die später in Klär- oder Kompostieranlagen das Material effektiv abbauen.

Enzyme müssen mehr als 100 Grad Celsius aushalten

Bislang scheiterte diese Idee daran, dass Enzyme nur begrenzt hitzestabil sind und die Schmelzextrusion, die genutzt wird, um bioabbaubare Kunststoffe herzustellen, Temperaturen von weit über 100 Grad Celsius erfordert. In Zusammenarbeit mit der Bundesanstalt für Materialforschung haben die Fachleute nun eine Methode entwickelt, die es erlaubt zu ermitteln, bis zu welcher Temperatur ein Enzym hitzestabil ist. Für Verfahren mit Temperaturen bis zu 200 Grad Celsius lässt sich die Methode verwenden.

Am Beispiel der Proteinase K hat das Forschungsteam den Ansatz erprobt. Die Proteinase K ist ein Enzym, das Moleküle biologisch abbaubarer Kunststoffe aus Polymilchsäure aufspalten kann. „Mit den Verfahren, die wir in unserer neuen Studie vorstellen, wird es möglich sein, Enzyme sehr viel besser als bisher vor thermischer Zersetzung zu bewahren“, hofft Chengzhang Xu von der Universität Bayreuth und Erstautorin der Studie, die im Fachjournal „Biomacromolecules“ veröffentlicht wurde. „Wir haben jetzt ein zuverlässiges Instrument in der Hand, um technische Maßnahmen, die zum Schutz von Enzymen entwickelt und vorgeschlagen werden, in Bezug auf ihre Wirksamkeit zu bewerten.“

Grundlage für neue Hybridmaterialien

Auf eine weitreichende Anwendbarkeit hofft Andreas Greiner von der Universität Bayreuth, der die Forschungsarbeit koordiniert hat: „Die Forschungsergebnisse, die wir am Beispiel der Proteinase K erzielt haben, sind möglicherweise auf andere Proteine übertragbar. Sie stärken damit eine noch junge Forschungsrichtung, die auf der Grundlage von enzymatisch abbaubaren, unter Hitze verformbaren Kunststoffen neue Hybridmaterialen entwickelt.“ Weiter glaubt der Experte: „Diese Materialien dienen nicht nur der Bekämpfung von Mikroplastikmüll, sondern können beispielsweise auch die Entwicklung neuer Arzneimittel oder die Regeneration von erkranktem oder beschädigtem Gewebe unterstützen.“

Pläne für die weitere Arbeit hat das Forschungsteam bereits, wie Xu erklärt: „In Bayreuth beabsichtigen wir, neue Methoden zur hitzebeständigen Verkapselung der Proteinase K zu erforschen.“ Die Verkapselung scheint ein vielversprechender Weg zu sein, um Enzyme in die Herstellung bioabbaubarer Kunststoffe einzubringen.

Biodegradable plastics do not disappear from the environment as quickly and easily as their name promises. Instead, many plastics degrade only very slowly or partially. Researchers at the University of Bayreuth have developed a new approach that could alleviate this problem: They incorporate enzymes into the plastic during production that later effectively degrade the material in wastewater treatment plants or composting facilities.

Enzymes must withstand more than 100 degrees Celsius

Until now, this idea failed because enzymes are only heat-stable to a limited extent and the melt extrusion process for producing biodegradable plastics requires temperatures of well over 100 degrees Celsius. In collaboration with the Federal Institute for Materials Research, the experts have now developed a method for determining the temperature up to which an enzyme is heat stable. The method can be used for processes with temperatures of up to 200 degrees Celsius.

The research team tested the approach using proteinase K as an example. Proteinase K is an enzyme that can degrade molecules of biodegradable plastics made from polylactic acid. "With the methods presented in our new study, it will be possible to preserve enzymes from thermal degradation much better than before," hopes Chengzhang Xu of the University of Bayreuth and lead author of the study published in the journal Biomacromolecules. "We now have a reliable tool in hand to evaluate technical measures developed and proposed to protect enzymes for their effectiveness."

Basis for new hybrid materials

Andreas Greiner from the University of Bayreuth, who coordinated the research work, hopes that it will have wide-ranging applicability: "The results we have achieved using proteinase K as an example are potentially transferable to other proteins. They strengthen a still new research direction in which new hybrid materials based on enzymatically degradable and heat-deformable plastics are being developed." Continuing, the expert says, "These materials not only serve to combat microplastic waste, but can also support, for example, the development of new drugs or the regeneration of diseased or damaged tissue."

The research team already has plans for further work, as Xu explains: "In Bayreuth, we intend to explore new methods for heat-resistant encapsulation of proteinase K." Encapsulation seems to be a promising way to introduce enzymes into the production of biodegradable plastics.

Debatten darüber, welche Chancen und Risiken neue genomische Techniken wie CRISPR-Cas9 für die Landwirtschaft haben und wie man sie regulieren sollte, halten seit Jahren an. Einschneidend war das Urteil des Europäischen Gerichtshofs im Sommer 2018. Auch bioökonomie.de berichtet seit Jahren über Dialogveranstaltungen und Positionspapiere zum Thema. Nachdem, neben anderen Gremien, der Bioökonomierat 2018 seine Empfehlung an die Politik veröffentlicht hatte, sind noch zahlreiche Stellungnahmen aus Wissenschaft und Politikberatung hinzugekommen.

Alle empfehlen mit leichten Abwandlungen mehr oder weniger dasselbe: Pflanzen, die mit CRISPR-Cas9 gezüchtet wurden und keine artfremde DNA enthalten, sollten so reguliert werden, wie herkömmlich gezüchtete Pflanzen. Oder zumindest nicht so streng, wie es das Gesetz bisher vorsieht. Denn wissenschaftlich gesehen, so diese Stellungnahmen unisono, sei die Anwendung des aktuellen Gentechnikrechts auf solche neuen Sorten nicht gerechtfertigt, da sie kein inhärent erhöhtes Risiko bergen.

EU-Kommission will neuen Rechtsrahmen schaffen

Die EU-Kommission hat diese vielen Stimmen aus der Wissenschaft zum Anlass genommen, eine eigene Studie in Auftrag zu geben. Die Ergebnisse dieser Studie wiederum führten zu einem mehrstufigen Konsultationsprozess, der 2023 schließlich in die Gestaltung eines neuen Rechtsrahmens münden soll.

Der Verband Biologie, Biowissenschaften und Biomedizin in Deutschland (VBIO) hat gemeinsam mit dem Wissenschaftskreis Genomik und Gentechnik e.V. (WGG) die momentane Situation zum Anlass genommen, um am 29. November zu einer Dialogveranstaltung zu laden. Primäres Ziel der Veranstaltung im Haus der Bundespressekonferenz war es, Stimmen aus der Wissenschaft zum Thema Regulierung von neuen genomischen Techniken zu Wort kommen zu lassen und ein Forum für Fragen an die Anwesenden Vertreterinnen und Vertreter aus der Forschung zu bieten. Die Veranstalter richteten sich mit dem Format vor allem an Politik und Medien, im Publikum saßen mehrere Bundestagsabgeordnete und Vertreter verschiedener Tages- und Wochenzeitungen.

Keine erhöhten Nebeneffekte

Einer der Podiumsgäste war Professor Holger Puchta, der als einer der Pioniere im Bereich Genom-Editierung an Pflanzen gilt und mit seiner Arbeitsgruppe am Karlsruher Institut für Technologie Spitzenforschung leistet. Von Johannes Schätzl, der für die SPD im Bundestag sitzt, nach der Häufigkeit sogenannten Off-Target-Effekte gefragt, antwortete Puchta, dass seine umfangreiche Forschung keine erhöhten Nebeneffekte der neuen Methode im Vergleich zu früheren gezeigt habe. Im Gegenteil sei die „Genschere“ hochpräzise und ermögliche es, viel weniger ungewollte Mutationen als früher zu erzeugen.

Wissenschaft fürchtet um Zukunft

Mit Jana Streubel vom Institut für Pflanzengenetik an der Universität Hannover und Tobias Brügmann, der am Institut für Forstgenetik des Thünen Instituts mit seiner Arbeitsgruppe an Bäumen forscht und arbeitet, saßen gleich zwei Jungwissenschaftler auf dem Podium. Beide äußerten sich besorgt über die Zukunft ihrer Disziplinen, sollte sich die Gesetzgebung nicht bald ändern. Streubel, die mit ihrer Arbeitsgruppe daran forscht, Pflanzen resistenter gegen Schädlinge zu machen, berichtet von einem „brain drain“ und sieht darin mittelfristig eine Gefahr für die Qualität deutscher Forschung in diesem Bereich. Tobias Brügmann beschreibt leidenschaftlich, wie er hofft, mit den Erkenntnissen aus seinen Arbeiten zum Erhalt der Wälder beitragen zu können. Doch dafür brauche Forschung Verlässlichkeit, vor allem auch von Seiten der Politik.

Zwischen Wissenschaft und Politik: der Weg zu einer neuen Regulierung

Als vierter Gast im Podium sprach sich Professor Stefan Clemens von der Universität Bielefeld dafür aus, bei einer zukünftigen Regulierung unbedingt auch Nachhaltigkeitsaspekte im Blick zu haben. Entscheiden sei, ob eine neue Sorte zu einer nachhaltigen Landwirtschaft beitrage, so Clemens, egal ob sie mit neuen oder alten Methoden gezüchtet worden sei.

Professor Klaus-Dieter Jany, Vorsitzender des WGG, stimmte Clemens aus dem Publikum heraus zu. Konkret ginge es nun darum, dass ein politischer Kompromiss zustande komme, der sowohl den wissenschaftlichen Konsens als auch die vorhandenen gesellschaftlichen Sorgen gegenüber der neuen Technologie in Einklang bringe.

Auf Nachfrage von Christiane Grefe, Redakteurin bei der ZEIT und langjährige Bioökonomie-Beobachterin, was er sich von einer neuen Regulierung erhoffe, antwortete Jany: „Ich erhoffe mir eine handhabbare, praktikable Lösung, die sich am Stand der Wissenschaft orientiert und auch kleinen und mittelgroßen Züchtern die Möglichkeit gibt, diese Technologie zu nutzen. Womöglich wird es für Pflanzen, die mit Genome Editing gezüchtet wurden, ein Register geben, um eine Nachverfolgung zu ermöglichen.“

Noch dreht er seine Runden auf den Versuchsfeldern der Universität Hohenheim. Doch der Ruf des Feldroboters „Phoenix“ hat längst die politische Weltbühne erreicht. Nach einem ersten Auftritt beim Agrarministertreffen der G7-Staaten im Mai dieses Jahres war das Multitalent nun auch der heimliche Star beim Digital-Gipfel in Berlin. Die feierliche Enthüllung fand am 9. Dezember im Beisein von Bundesforschungsministerin Bettina Stark-Watzinger und dem Hohenheimer Agrarwissenschaftler Hans W. Griepentrog (hier im Interview) statt. Auch Bundeskanzler Olaf Scholz ließ sich von dem Hohenheimer Team vom Potenzial der Hightech-Maschine beeindrucken und wählte Phoenix zu einem seiner Favoriten beim diesjährigen Digital-Gipfel.

Innovation für mehr Umwelt- und Artenschutz in der Landwirtschaft

Der in Berlin vorgestellte Feldroboter wird derzeit speziell für das Forschungsprojekt „LaNdwirtschaft 4.0 Ohne chemisch‐synthetischen PflanzenSchutz“ (NOcsPS) entwickelt und vom Bundesforschungsministerium im Rahmen der Förderinitiative Agrarsysteme der Zukunft finanziert. Das von der Uni Hohenheim koordinierte Projekt umfasst insgesamt 16 Teilprojekte. Es ist 2019 gestartet und läuft über 4,5 Jahre. „Wir wollen zeigen, dass die Agrarwissenschaft bei der Digitalisierung besonders innovativ voranschreitet“, sagte Griepentrog. Beim Besuch des Kanzlers erläutert der Agrarwissenschaftler, wie Künstliche Intelligenz (KI) und Robotik die Landwirtschaft künftig mit Umwelt- und Artenschutz versöhnen kann.

Multitalent und Leichtgewicht

So kann der Multifunktionsroboter den Düngereinsatz in der Landwirtschaft drastisch reduzieren. Ermöglicht wird das durch eine in der Front des Roboters eingebaute intelligente Sensorik, die zwischen Kulturpflanzen und Unkraut unterscheidet. „Dazu erfasst der Roboter Pflanzen mit Kamera- und Lasersensoren und wertet die Daten mit Methoden der Künstlichen Intelligenz in Echtzeit aus“, so Griepentrog.

Spezielle Werkzeuge am Heck sorgen dafür, dass die Unkräuter mechanisch und ohne Einsatz von Pflanzenschutzmitteln entfernt werden. „Verschont bleiben Kulturpflanzen und weitgehend die Begleitflora, die das Wachstum der Kulturpflanze fördert und Lebensraum für Insekten bietet“, ergänzt Alexander Stana, Doktorand der Agrartechnik in Hohenheim. Im Vergleich zu herkömmlichen Landmaschinen ist Phoenix mit 420 Kilogramm und der Größe eines Pkw-Anhängers ein Leichtgewicht. Auf Grund seines geringen Gewichts und eines bodenschonenden Bandlaufwerks verhindert der Feldroboter auch eine Verdichtung des Bodens.

Bodenschonende und energiesparende Aussaat

Auch bei der Einzelaussaat von Getreidekörnern oder dem Pflanzen von Weißkohl kann der Agrarroboter künftig durch eine besonders energiesparende und bodenschonende Arbeitsweise überzeugen. Eine aufklappbare Schar sorgt hier dafür, dass das Gerät nur eine dünne Furche in den Boden zieht und – nur wenn nötig – auf volle Breite ausklappt. Die Setzlinge wiederum werden einzeln durch ein Plexiglasrohr in den offenen Boden gebracht, wobei eine Kamera Abstand und Position der Pflanzungen kontrolliert.

Darüber hinaus kann der Roboter mit anderen über das Internet kommunizieren und dank Künstlicher Intelligenz große Datenmengen aus Land- und Lebensmittelwirtschaft auswerten. „In der Landwirtschaft 4.0 erfassen Drohnen den Zustand von Äckern mit Kameras und Lasersensoren. Die künstliche Intelligenz beurteilt, an welchen Stellen Wasser, Dünger oder Pflanzenschutz benötigt werden. Die digitale Technik steuert auch die Roboter, die die Felder punktgenau bearbeiten. Die Landwirte sparen Betriebsmittel – Klima, Umwelt und Artenvielfalt werden geschont“, erläutert Griepentrog.

Die Vision vom Schwarmeinsatz

Aktuell sind Forschende dabei, den Feldroboter zu trainieren, Strukturen von Baumkronen auf Streuobstwiesen zu erkennen und ihren Pflegezustand zu beurteilen. Griepentrog denkt bereits weiter. Seine Vision sind Schwärme kleiner Phoenix-Roboter, die gemächlich und autonom über die Felder navigieren, um schonender und zielgenauer zu arbeiten als große und schwere Landmaschinen dies je könnten. „Die Geräte sind leicht und kostengünstig. Und den Strom können Landwirte selbst durch PV-Anlagen oder im Blockheizkraftwerk mit Biogas produzieren“, so Griepentrog.

Der Digital-Gipfel ist die zentrale Plattform zur Gestaltung des digitalen Aufbruchs und wird von den Bundesministerien für Digitales und Verkehr sowie für Wirtschaft und Klimaschutz koordiniert. Die Veranstaltung präsentierte Ergebnisse von Forschungsarbeiten, stellte Trends vor und bot die Möglichkeit, über digitalpolitische Herausforderungen sowie Lösungsansätze zu diskutieren.

Kleiderhaken bestehen in der Regel aus konventionellen Kunststoffen. Bis zu zehn Milliarden Stück werden weltweit davon jedes Jahr produziert, um Textilien wie Socken, Mützen oder Tücher in Modehäusern zu präsentieren. Recycelt wird davon nur ein geringer Teil. Vor allem Einweghaken sind aufgrund ihrer Größe eine Herausforderung für das Recycling. Doch das könnte sich bald ändern: Mit einem Textilhaken aus pflanzenbasierten Biopolymeren startet traceless materials nun den Praxistest für das erste Pilotprodukt.

Testlauf für kompostierbare Sockenhaken bei C&A gestartet

Die speziell entwickelten Sockenhaken sind das Ergebnis einer Zusammenarbeit zwischen dem Hamburger Bioökonomie-Start-up und dem europäischen Modehändler C&A. Seit Dezember wird das Produkt nun in einer C&A-Filiale in Hamburg-Altona getestet. „Unsere Zusammenarbeit mit traceless ist ein wichtiger Schritt in Richtung unseres ambitionierten Ziels, bis 2028 Einwegplastik mit nachhaltigeren Alternativen für unsere Kundinnen und Kunden zu ersetzen” sagt Aleix Busquets Gonzalez, Head of Global Sustainability bei C&A.

Für die beiden traceless-Gründerinnen Anne Lamp und Johanna Baare ist das Pilotprodukt gleichfalls ein wichtiger Meilenstein auf ihrer Mission, Kunststoff und Biokunststoff in Produkten zu ersetzen, um die Folgen von Plastikverschmutzung und Klimawandel zu reduzieren. „Für traceless bedeutet dieser kleine Haken einen immensen Schritt nach vorne: Es ist das erste Pilotprodukt aus unserem innovativen Biomaterial, das nun in den Regalen steht! Nach vielen Monaten der Produktentwicklung ist unser Team unglaublich stolz auf diese Errungenschaft“, sagt Anne Lamp, CEO & Co-Founder von traceless materials.

Kompostierbare Plastikalternative

Traceless nutzt zur Herstellung des Biomaterials Rückstände aus der Agrarindustrie. Die neuartige Plastikalternative sieht aus wie Kunststoff, kann wie Kunststoff verarbeitet werden, ist aber komplett kompostierbar und kann damit im Biomüll entsorgt werden. Für diese Innovation wurde das Start-up bereits mehrfach ausgezeichnet – zuletzt mit dem Deutschen Gründerpreis. Für die Weiterentwicklung der Technologie erhielt das 2020 gegründete Jungunternehmen einen Zuschuss vom Europäischen Innovationsrat (EIC) in Höhe von 2,4 Mio. Euro.

Coat hooks are usually made from conventional plastics. Every year, up to ten billion of them are produced worldwide to display textiles such as socks, caps or scarves in fashion stores. However, only a small proportion of these are recycled. Disposable hooks in particular pose a recycling challenge due to their size. Yet this could soon change: With a textile hook made from plant-based biopolymers, traceless materials is now starting field trials for the first pilot product.

Test run for compostable sock hooks started at C&A

The specially developed sock hooks are the result of a collaboration between Hamburg-based bioeconomy start-up traceless and European fashion retailer C&A. The product has been tested in a store in Hamburg-Altona since December. "Our collaboration with traceless is an important step towards our ambitious goal of replacing single-use plastic with more sustainable alternatives for our customers by 2028," says Aleix Busquets Gonzalez, Head of Global Sustainability at C&A.

For traceless founders Anne Lamp and Johanna Baare, the pilot product is an equally important milestone on their mission to replace plastic and bioplastic in products to reduce the impact of plastic pollution and climate change. "For traceless, this little hook represents an immense step forward: it is the first pilot product made from our innovative biomaterial to hit the shelves! After many months of product development, our team is incredibly proud of this achievement," says Anne Lamp, CEO & Co-Founder of traceless materials.

Compostable plastic alternative

Traceless uses residues from the agricultural industry to produce the biomaterial. The novel plastic alternative looks like plastic, can be processed like plastic, but is completely compostable and can thus be disposed of in organic waste. The start-up has already received several awards for this innovation - most recently the German Founders' Prize. The young company, founded in 2020, received a grant of 2.4 million euros from the European Innovation Council (EIC) to further develop the technology.

Mit einem Preisgeld von jeweils 2,5 Mio. Euro ehrt die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) jährlich herausragende wissenschaftliche Leistungen auf den verschiedenen Forschungsgebieten. In diesem Jahr geht die begehrte Auszeichnung an vier Wissenschaftlerinnen und sechs Wissenschaftler. Zu den Preisträgerinnen und Preisträgern des Gottfried Wilhelm Leibniz-Preises 2023 gehören auch zwei Wissenschaftlerinnen und ein Wissenschaftler aus der Bioökonomie-Forschung.

Umweltforscher Largus Angenent

Den Leibniz-Preis für herausragende Arbeiten auf dem Gebiet der Umweltbiotechnologie geht an den Umweltforscher Largus Angenent vom Bereich Bioingenieurwissenschaften der Universität Tübingen. Mit der Auszeichnung würdigt die DFG insbesondere seine Beiträge zur mikrobiellen Elektrochemie. Angenent gehört zu den Begründern des Forschungsgebietes und ist Mitgründer und ehemaliger Präsident der International Society for Microbial Electrochemistry and Technology. „Seine Arbeiten sind mit Blick auf den Klimawandel und die damit verbundene Notwendigkeit einer nachhaltigen Nahrungs-, Chemie- und Energiewirtschaft hochaktuell“, heißt es in der Begründung der Jury.

Angenent entwickelt innovative Verfahren, mit denen organische Abfälle und industrielle Abgase in erneuerbare Kraftstoffe, grüne Chemikalien und nachhaltige Lebensmittel umgewandelt werden können. So produziert er aus recyceltem Kohlendioxid essbares Protein, das als Fleischersatz dienen könnte oder „verfüttert“ Kohlendioxid und Wasserstoff an Mikroben und gewinnt daraus Methan, das in das Gasnetz eingespeist werden kann. Die Jury würdigte zudem, dass dieses Verfahren bereits von zwei Start-ups, darunter von dem in Planegg bei München ansässigen Unternehmen Electrochaea in der Praxis getestet wird und damit „erfolgreich in die Anwendung übertragen“ wurde. Der gebürtige Niederländer ist seit 2017 Humboldt-Professor an die Universität Tübingen und seit 2019 zudem Fellow am Max-Planck-Institut für Biologie in Tübingen.

Naturstoffforscherin Sarah Ellen O’Connor

Für ihre grundlegenden Entdeckungen zur pflanzlichen Naturstoffbiosynthese wird Sarah Ellen O’Connor der Leibniz-Preis verliehen. Die Chemikerin und Biologin erforscht Biosynthesewege in Pflanzen und nutzt die Entdeckung neuer Genfunktionen, die Aufklärung enzymatischer Wirkmechanismen sowie molekulargenetische und genomische Methoden, um die Synthese selbst der komplexesten Naturstoffe, wie etwa krebshemmende oder neuroaktive Stoffe, zu entschlüsseln. So ist es O’Connors Arbeitsgruppe kürzlich gelungen, den Biosyntheseweg von Strychnin vollständig aufzuklären, was auch andere über viele Jahre versucht hatten.

Die dabei gewonnenen Einsichten verwendet die Forscherin auch, um neuartige Verbindungen in Pflanzen herzustellen. „Damit eröffnet sie Möglichkeiten zur optimierten Produktion von Naturstoffen sowie den synthetischen Zugang zu neuen Molekülklassen“, so die Jury. „Ich fühle mich zutiefst geehrt, dass ich ausgewählt wurde, diesen wichtigen Preis zu erhalten“, sagte O‘ Connor nach der Bekanntgabe. „Ich schätze mich sehr glücklich, Teil der dynamischen wissenschaftlichen Gemeinschaft in Deutschland zu sein.“

O’Connor ist seit 2019 Direktorin am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena, seit 2022 Honorarprofessorin an der Universität Jena und Mitglied der European Molecular Biology Organization, 2018 konnte die Forscherin einen ERC Advanced Grant einwerben und wurde unter anderem mit dem Ernest Guenther Award in the Chemistry of Natural Products 2022 der American Chemical Society ausgezeichnet.

Enzymforscherin Claudia Höbartner

Mit dem mit 2,5 Mio. Euro dotierten Leibniz-Preis wird auch Claudia Höbartner von der Universität Würzburg geehrt. Mit der Auszeichnung würdigt das Gremium ihre Forschungsarbeit in den Gebieten der organischen und biomolekularen Chemie funktionaler Nukleinsäuren. „Mit ihrer viel beachteten Veröffentlichung zur Aufklärung der ersten Struktur eines DNA-Enzyms, das eine Verknüpfung von RNA-Strängen katalysiert, hat Höbartner Einblicke in das aktive Zentrum des Katalysators auf atomarer Ebene ermöglicht und damit einen bedeutenden Beitrag zur Chemie katalytisch aktiver Nukleinsäuren geleistet“, begründet die Jury ihre Wahl.

Ihre wegweisende Forschung basiere auf einer Kombination aus kreativen Strategien zur Entdeckung neuer katalytischer Nukleinsäuren, sogenannter Ribozyme und Desoxyribozyme, kombiniert mit der Bestimmung ihrer Strukturen und ihrer Funktionsmechanismen. Darüber hinaus nutze die Forscherin neuartige chemische Verfahren und Elemente der chemischen Biologie zur Synthese und Markierung modifizierter RNA, um die biologischen Funktionen von RNA sowie von natürlichen und künstlich erzeugten RNA-Modifikationen zu untersuchen und sichtbar zu machen. Claudia Höbartner ist seit 2014 Professorin an der Universität Göttingen und seit 2017 Lehrstuhlinhaberin für Organische Chemie an der Universität Würzburg. 2016 erhielt sie einen ERC Consolidator Grant und wurde 2022 als Mitglied in die Nationale Akademie der Wissenschaften Leopoldina aufgenommen.

Der Gottfried-Wilhelm-Leibniz-Preis wird seit 1986 von der DFG verliehen. Seither wurden insgesamt 364 Wissenschaftler und 71 Wissenschaftlerinnen ausgezeichnet. Die diesjährigen Preisträgerinnen und Preisträger kommen aus den Geistes- und Sozialwissenschaften, den Natur- und Ingenieurswissenschaften und den Lebenswissenschaften. Die Preisgelder können die Forschenden nach ihren eigenen Vorstellungen bis zu sieben Jahre lang verwenden. Die Auszeichnungen werden am 15. März 2023 in Berlin verliehen.

Euglenoide sind vorwiegend in flachen und süßen Gewässern wie Tümpeln und Dorfteichen zu finden, aber auch im Meer oder Brackwasser und sogar in Salzseen. Die außergewöhnlich weite Verbreitung dieser einzelligen Organismen macht sie zu Überlebenskünstlern, die die Forschung weltweit seit langem fasziniert. Von den 1.000 bekannten Arten sind jedoch nur 20 erforscht. Das Euglena International Network (EIN) will das ändern. Hunderte Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus der ganzen Welt arbeiten hier zusammen, um die Forschung an Euglenoiden voranzutreiben.

Ungenutzte Ressource mit enormem Potenzial

Aus Sicht des EIN-Konsortiums sind Euglenoide eine potenzielle, bislang ungenutzte Ressource, die mit ihrer großen Bandbreite an Lebensweisen beträchtliche Möglichkeiten bietet. Die einzelligen Organismen, deren bekannteste Art das Augentierchen ist, haben zudem ein ähnlich großes Potenzial für neue Biokraftstoffe, innovative Krebsmedikamente oder nachhaltige Lebensmittel. Um dieses Potenzial nutzen zu können, sind jedoch Kenntnisse über die Genstruktur dieser Einzeller-Klasse, die grundlegende Biologie sowie die Evolution der Euglenoiden Voraussetzung. Daran mangelt es derzeit noch.

Genom-Sequenzierung aller bekannten Euglenoiden

Im Laufe des nächsten Jahrzehnts strebt das globale Konsortium EIN daher die Sequenzierung der Genome aller bekannten Eugleonid-Arten an. Beteiligt sind nun auch Forschende der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU).

Schub für Mikroalgenforschung

Hier forscht Mikrobiologe Michael Lebert seit langem an dem Augentierchen Euglena gracilis. Gemeinsam mit seinem Team hat er ein autarkes System für das Wachstum von Pflanzen konstruiert, das auch unter Weltraumbedingungen funktioniert. Lebert ist überzeugt, dass die Arbeit der internationalen Euglena-Initiative erfolgreich sein wird: „In den vergangenen Jahren ist die kommerzielle Nutzung von Euglena gerade in Japan stark forciert worden. Die Kombination von Grundlagen und angewandter Forschung sowie das industrielle Engagement wird einen erheblichen Schub für Mikroalgenforschung und besonders Euglena bewirken.“

Euglenoids are found primarily in shallow and sweet waters such as ponds and village ponds, but also in the sea, brackish water or even salt lakes. The exceptionally wide distribution of these single-celled organisms makes them survival artists that have long fascinated researchers worldwide. However, of the 1,000 known species, only 20 have been studied. The Euglena International Network (EIN) aims to change that: Here, hundreds of scientists from around the world are collaborating to advance research on euglenoids.

Untapped resource with enormous potential

From the EIN consortium's perspective, euglenoids are a yet untapped resource that offers significant opportunities with their wide range of life forms. The single-celled organisms, of which euglenoids are the best known species, have equally great potential for new biofuels, innovative cancer drugs or sustainable food. However, to exploit this potential, knowledge of the gene structure of this single-celled class, the basic biology as well as the evolution of euglenoids is necessary. This is currently still lacking.

Genome sequencing of all known euglenoids

Over the next decade, the EIN global consortium is therefore aiming to sequence the genomes of all known eugleonid species. Researchers from the Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) are also involved.

Boost for microalgae research

Microbiologist Michael Lebert has been researching Euglena gracilis for a long time. Together with his team, he has constructed a self-sufficient system for plant growth that also functions under space conditions. Lebert is convinced that the work of the international Euglena Initiative will be successful: "In recent years, the commercial use of Euglena has been pushed hard, especially in Japan. The combination of basic and applied research, as well as industrial involvement, will provide a significant boost to microalgae research and Euglena in particular."

Die Elektromobilität erlebt ein rasantes Wachstum. Doch zum einen sind wichtige Fragen der Ladeinfrastruktur für Elektroautos noch ungeklärt, zum anderen wird es im Mobilitätssektor auch zukünftig Einsatzbereiche geben, in denen batterieelektrische Lösungen wenig geeignet sind. Synthetische, CO₂-neutrale Kraftstoffe könnten diese Bereiche abdecken. An der Hochschule Coburg analysiert ein Forschungsteam nun einen weiteren Ansatz, um biogenen, klimafreundlichen Diesel zu produzieren.

Thermokatalytisches Reforming

Im EU-geförderten Projekt To-Syn-Fuel nutzen die Forschenden ein Verfahren, das am Fraunhofer UMSICHT Institut entwickelt wurde. „Thermokatalytisches Reforming“ (TCR) heißt die Methode, die Biomasse in ihre Bestandteile zerlegt, diese dann veredelt und aufreinigt. Im Fall des Forschungsprojekts handelt es sich bei der Biomasse um einen Abfallstoff, genauer um Klärschlamm. Am Ende des neuen Verfahrens liegen schließlich drei biogene Produkte vor: ein Synthesegas mit hohem Wasserstoffanteil, Biokohle sowie ein Rohöl.

Letzteres nutzen die Projektbeteiligten nun, um daraus Biodiesel zu produzieren. Fraunhofer-Berechnungen zufolge setzt dieser Kraftstoff rund 85 % weniger CO₂-Emissionen frei als Diesel auf Erdölbasis. „Perspektivisch könnten sie in hunderten dezentralen Kleinanlagen hergestellt werden“, betont der Coburger Kraftstoff-Forscher Markus Jakob. Allein Bayern habe das Potenzial, ab 2030 rund 400.000 Tonnen Klärschlamm in normkonforme Kraftstoffe umzusetzen.

Erprobung auf dem Rollenprüfstand

Die genauen Leistungsdaten des neuen Biodiesels werden derzeit mit Hilfe eines Serien-Diesel-Pkws auf dem Rollenprüfstand der Hochschule Coburg ermittelt. „Ziel unserer Untersuchungen ist die Analyse von Verbrauchs- und Emissionswerten im Vergleich zum Standardkraftstoff“, erläutert Jakob.

Sollte sich der neue Kraftstoff bewähren, könnte er zwar nicht den gesamten Dieselbedarf decken. Dennoch könnte er die CO₂-Bilanz des Straßenverkehrs verbessern, zeigt sich der Forscher überzeugt: „Da aus dem TCR-Verfahren bereits normkonforme Kraftstoffe hergestellt werden können, ist es auf einfache Weise möglich, die verfügbaren Mengen des neuen Kraftstoffs den bekannten Serienkraftstoffen beizumischen.“

Electromobility is experiencing rapid growth. However, important issues relating to the charging infrastructure for electric cars remain unresolved. Further, there will continue to be areas of application in the mobility sector for which battery-electric solutions are less suitable. Synthetic, CO2-neutral fuels could cover these areas. A team of researchers at Coburg University of Applied Sciences is now investigating another approach to producing biogenic, climate-friendly diesel.

Thermocatalytic reforming

In the EU-funded project To-Syn-Fuel, the researchers use a process developed at the Fraunhofer Institute for Environmental, Safety and Energy Technology UMSICHT. "Thermocatalytic Reforming" (TCR) is the name of the method, which breaks biomass down into its components, then refines and purifies them. In the case of the research project, the biomass is a waste material, more precisely sewage sludge. At the end of the new process, there are ultimately three biogenic products: a synthesis gas with a high hydrogen content, biochar and a crude oil.

The project team is now using the latter to produce biodiesel. According to Fraunhofer calculations, this fuel releases around 85% fewer CO2 emissions than petroleum-based diesel. "In the long term, it could be produced in hundreds of small, decentralized plants," emphasizes Coburg-based fuel researcher Markus Jakob. He adds that in Bavaria alone there is the potential to convert around 400,000 metric tons of sewage sludge into standard-compliant fuels from 2030.

Testing on the chassis dynamometer

The exact performance data of the new biodiesel are currently being determined with the help of a series-production diesel car on the roller dynamometer at Coburg University of Applied Sciences. "The aim of our investigations is to analyze consumption and emission values in comparison with the standard fuel," Jakob explains.

If the new fuel becomes established, it would not cover the entire demand for diesel. Nevertheless, it could improve the CO2 balance of road traffic, the researcher is convinced: "Since the TCR process can already be used to produce fuels that comply with standards, it is easy to mix the available quantities of the new fuel with known series fuels."