Biotechnologie/Systembiologie

Die Demonstrationsanlage vom Projekt SmartBioH2-BW gehört zu insgesamt fünf Bioraffinerie-Vorhaben, die das Land Baden-Württemberg im Rahmen des Förderprogramms „Bioökonomie – Bioraffinerien zur Gewinnung von Rohstoffen aus Abfall und Abwasser – Bio-Ab-Cycling“ seit 2021 mit mehreren Millionen Euro unterstützt. Zentrales Anliegen ist dabei, regionale Rohstoffreserven zu erschließen und nutzbar zu machen. Abwasser und Abfälle aus der Industrie werden bisher selten als Ressource verwendet.

In der Biotechnologie werden seit langem mithilfe von Mikroorganismen Produkte für die Medizin, Landwirtschaft oder Chemieindustrie hergestellt oder industrielle Prozesse angekurbelt. Aber auch bei der Diagnose und Therapie von Krankheiten rücken Bakterien zunehmend in den Fokus. Nun könnten sich neue Möglichkeiten in der biotechnologischen Anwendung von Bakterien auftun. Den Grundstein haben Forschende der Universität Bayreuth gelegt.

Knapp 40 % der weltweiten CO₂-Emissionen gehen auf das Konto der Baubranche. In Deutschland werden 12 % der Treibhausgasemissionen dem Sektor zugeschrieben. Vor allem bei der Herstellung des für Beton so wichtigen Bindemittels Zement entstehen große Mengen des klimaschädlichen Treibhausgases Kohlendioxid (CO₂). Die Entwicklung nachhaltiger Baustoffe, die CO₂ binden und damit die Emissionen reduzieren, ist auch am Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT ein zentrales Forschungsthema.

Anaerobe Bakterien gehören zu den ältesten Organismen der Erde. Da für sie Sauerstoff lebensbedrohlich ist, haben sie spezielle Stoffwechselwege entwickelt, die ihnen ein Überleben in sauerstofffreien Regionen ermöglichen.  So sind anaerobe Bakterien auch im menschlichen Darm angesiedelt, wo sie erheblichen Einfluss auf die Gesundheit haben. Aber nicht nur das. Ihr spezieller Stoffwechsel macht sie auch zu begehrten Werkzeugen in der Biotechnologie. Bisher spielen sie hier eine untergeordnete Rolle.

Die Synthetische Biologie verbindet Biowissenschaften und Ingenieurswissenschaften, um biologische Systeme wie Zellen oder Organismen mit neuen Eigenschaften und Fähigkeiten auszustatten. So können beispielsweise Bakterien oder Hefen so verändert werden, dass sie pflanzliche Roh- und Reststoffe in neue Produkte wie Kraftstoffe, Chemikalien, Fasern oder Medikamente umwandeln. Für die Bioökonomie bietet das sogenannte Bio-Engineering damit die notwendigen Werkzeuge, um die Industrie nachhaltiger zu machen.

Ob in Kunststoffen, Nahrungsmitteln, Sportschuhen, Kosmetika oder Smartphone: Kohlenstoff ist in zahlreichen Produkten enthalten und damit ein wichtiger Rohstoff für die Industrie. Bisher werden zur Kohlenstoffgewinnung meist fossile Rohstoffe verwendet, bei deren Produktion und Verbrennung allein große Mengen des klimaschädlichen CO₂ freigesetzt werden.

Der Anbau von Reinkulturen wie Mais ist nicht immer umweltfreundlich. Ein kombinierter Anbau mit Leguminosen wie Erbsen und Bohnen gilt seit langem als vielversprechender Ansatz, um die Landwirtschaft nachhaltiger zu machen. Doch auch die oft ungeliebten Unkräuter, die sich auf Weizen- und Gerstenfeldern tummeln, können einen positiven Effekt für den Ackerbau haben. Das ist das Ergebnis eines zweijährigen Feldexperiments der Universität Bonn.

Pfauenfedern oder Schmetterlingsflügel, wie die des Tagpfauenauges, faszinieren durch ihre Farbenpracht. Verantwortlich für diesen schillernden Effekt sind jedoch keine Pigmente, sondern winzige Strukturen, die das Licht auf besondere Weise reflektieren. Auch einige Bakterien haben das Talent, ähnlich glitzernde und schillernde Strukturen zu bilden.

Ob Möbel, Parkett oder Musikinstrumente: Das Holz der Esche wird wegen seiner guten Eigenschaften seit Jahrhunderten geschätzt und vielseitig genutzt. Doch der Bestand schrumpft, weil ein Pilz dem Baum den Garaus macht. Seit Beginn der 1990er Jahre werden regelmäßig Triebe und Äste gewöhnlicher Eschen von dem Pilz Hymenoscyphus fraxineus befallen, der den Baum schwächt und schließlich absterben lässt. Eine wirksame Lösung gegen das Eschentriebsterben gibt es bisher nicht.