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Posts Tagged ‘Biotechnologie’

RipplingerAm 11. und 12. September 2017 findet der 10. Bundesalgenstammtisch statt. Das zehnjährige Jubiläum gibt Anlass für einen Rück- und Ausblick im Interview mit Dr. Peter Ripplinger, stellvertretender Vorsitzender der DECHEMA-Fachgruppe Algenbiotechnologie und Geschäftsführer der Subitec GmbH.

 

Wie hat sich die Algenbiotechnologie in den letzten zehn Jahren entwickelt?

In den letzten zehn Jahren hat eine gewisse Skalierung stattgefunden: Raus aus dem Labor, hin zu Pilotanlagen und dort, wo schon Märkte existieren, auch in die Produktion.

Ein ganz großer Trend ging weg von der energetischen und hin zur stofflichen Nutzung. Vor zehn Jahren stand das Thema Biofuels national und international noch ganz weit oben auf der Agenda. Auch die europäische Community hat sich zuerst mit mehreren großen EU-Projekten und dem nationalen Projekt AUFWIND auf dieses Thema konzentriert. Dadurch entstanden unter anderem in Portugal und Spanien große Anlagen, und man konnte die Möglichkeiten der Skalierung für verschiedene Systeme vom geschlossenen Reaktor bis zum Open Pond austesten. Dazu hat man wichtige Aufgabenstellungen wie Medienrecycling, Rauchgasnutzung, eine Erhöhung des Automatisierungsgrades bearbeitet; man lernte in der Prozessführung dazu und ebenso beim Umgang mit Kontaminationen – alles zusammen führt dazu, dass sich die Technik enorm weiterentwickelt, und das ist wichtig für die Senkung der Produktionskosten – und damit auch für die Erschließung neuer Anwendungsfelder.

Was sind heute und in naher Zukunft die wichtigsten Märkte?

Es gibt ganz klar einen existierenden Markt im Bereich der Nahrungsergänzungsmittel, ob Astaxanthin, Omega-3-Fettsäuren oder „Ganzalgen“ – also Spirulina oder die neue ökozertifizierte Chlorella. Dieser Markt entwickelt sich sehr positiv – diese Entwicklung wird in jüngster Zeit auch – durch die Normungsaktivitäten von CEN und DINunterstützt. Es zeichnet sich zudem ab, dass durch die Überarbeitung der Novel-Food-Verordnung die Zulassung von Algen als Nahrungsergänzungsmittel erleichtert wird. Bisher war das eine hohe Hürde, denn die Firmen im Algenbereich sind meist klein; die Zulassung ist mit hohen Kosten verbunden und der mangelnde Schutz vor Nachahmern führt zu einer starken Unsicherheit.

Ein weiterer Markt, der beständig wächst und in dem sich Algen schon gut etabliert haben, ist die Aquakultur. Bisher nicht industriell genutzte Mikroalgen werden zunehmend in der Larvenaufzucht bei neuen Fischarten eingesetzt. Synthetisches Astaxanthin, das bisher in der Lachszucht für die Rotfärbung sorgt, kann nun auch aus der Mikroalge Hämatococcus pluvialis auf natürliche Weise gewonnen werden um die Märkte für Biofisch zu erschließen. Evonik und DSM haben im März 2017 ein Joint Venture zur heterotrophen Produktion von Algenöl gegründet, um das knapper werdende Fischöl in der Lachszucht zu ersetzen. Viele Algenfirmen, gerade aus dem ehemaligen Biofuel-Sektor,  arbeiten auch an der photoautotrophen Produktion von Algen als Futtermittel.

Der dritte Bereich sind Nischen im Bereich der Kosmetik und vielleicht mittelfristig auch im Pharmabereich. Die Proteinproduktion in Algen hat wegen der Glykosilierungsmuster Vorteile gegenüber tierischen Zellen; diese Arbeiten sind aber noch im Entwicklungsstadium.

Lesen Sie im zweiten Teil des Interviews, welche Perspektiven für die energetische Nutzung von Mikroalgen bestehen.

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Nachlese zur DECHEMA-Frühjahrstagung der Biotechnologen

Wie haben Sie Ihre Berufswahl getroffen? Sind Sie in die Fußstapfen der Eltern getreten, hat eine Lehrerin Sie für Ihr Fach begeistert, oder hat das Berufsbildungszentrum Sie überzeugt?

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Wenn ich groß bin…

Wer weiß, welche Einflüsse für die Berufswahl prägend sind, kann Jugendliche gezielter für seine Disziplin gewinnen. Aber was zählt heute – YouTube, „Peer Group“ oder doch das Vorbild aus der Fernsehserie? Überraschenderweise Letzteres, wie der Vortrag von Volker Gehrau, Universität Münster, zum Auftakt des Programms der DECHEMA-Frühjahrstagung der Biotechnologen 2017 zeigte. „Kommunikation mal anders: Wie man Wissenschaft populär machen kann“ war das Motto am ersten Nachmittag  , der traditionell dem Blick „um die Biotechnologie herum“ gewidmet ist. Volker Gehrau stellt den Stand der Forschung zum Einfluss von Medien auf die Berufswahl vor. Das Fernsehen spielt hier nach wie vor eine große Rolle;  auch weil   sich die Zahl der Berufe, mit denen Kinder und Jugendliche „im echten Leben“ in Berührung kommen, in den letzten Jahrzehnten deutlich verringert hat – Handwerksbetriebe sind aus der Nachbarschaft in Industriegebiete abgewandert, vieles ist „unsichtbar“ geworden, und im Fernsehen sehen wir Superstars, Models und Kommissare. Abhilfe kann man mit einfachsten Methoden schon im Kindergartenalter schaffen, etwa mit Pixibüchern, die Berufe vorstellen.

Einen anderen Weg ist die Initiative „Chemie im Dialog“ gegangen. In Zusammenarbeit mit bekannten YouTubern wurden Informationen über Chemie in deren normalen Channels vorgestellt; für Erwachsene sind die Clips vielleicht nicht immer leicht nachvollziehbar, bei Jugendlichen kommen sie jedoch gut an. Bei der Berührung zwischen YouTubern und Berufsalltag stoßen die Formate zwar an ihre Grenzen, aber insgesamt ist das aufwändige Programm sehr erfolgreich, wie Stefan Hilger, Geschäftsführer der Initiative, darlegte.

Science Slams sind inzwischen in vielen Städten etabliert; in Kneipen oder Clubs in lockerer Atmosphäre stellen Wissenschaftler ihre Arbeit leicht verständlich und unterhaltsam vor. Wie das aussehen kann, zeigte Corrado Nai in seinem Slam-Vortrag über schwarze Pilze.

Die unterschiedlichen Ansätze waren Anlass für viele Diskussionen, die sich über beide Tage der Frühjahrstagung hinzogen. Einerseits ist manches sicher Geschmackssache für den seriösen Wissenschaftler, andererseits gilt der alte Marketingspruch: Der Wurm muss dem Fisch schmecken, nicht dem Angler. Das Thema Nachwuchsgewinnung wird die Fachgemeinschaft Biotechnologie weiter begleiten; der Tag bot viele Anregungen dafür.

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… mach‘ ich CRISPR/Cas.

Am zweiten Tag standen fachliche Inhalte im Mittelpunkt. „Verrückt nach CRISPR“ – „Wunderwaffe  CRISPR“ – „mit der Genschere gegen Krebs“ – die Medien überschlagen sich mit Meldungen zu den neuen biotechnologischen Methoden. Was ist Hype, was berechtigte Hoffnung? Um diese Fragen besser beantworten zu können, haben Experten aus Gremien und Netzwerken  der DECHEMA die Potenziale und Grenzen von CRISPR/Cas, TALEN und Co. für verschiedene Anwendungen vorgestellt. Ein Überblick zur Gen-Editierung mit sequenzspezifischen Nucleasen in Säugerzellen von Ralf Kühn, Max-Delbrück-Zentrum für Molekulare Medizin, eine Einschätzung zum Genome Editing bei Pflanzen von Bernd Müller-Röber, Universität Potsdam, und der Weg zur Gewinnung robuster Chassis-Organismen für die synthetische Biologie, dargestellt von Stephan Noack, FZ Jülich, wurden ergänzt durch Anwendungsmöglichkeiten in der personalisierten Medizin auf Basis von Stammzellen, die Stefan Wild, Miltenyi Biotech, vorstellte, und durch einen Überblick über CRISPR-basierte Technologien für die weiße Biotechnologie von Ümit Pul, B.R.A.I.N. So stellte von Säugerzellen und Stammzellen über Pflanzen bis  zu Hefen und Bakterien zu jedem Thema ein ausgewiesener Fachmann den aktuellen Stand von Forschung und Anwendung dar. Dadurch wurden nicht nur Vergleiche zwischen den Anwendungsfällen möglich, das Bild wurde auch deutlich differenzierter. So ist CRISPR/Cas keineswegs das Wundertool für alle Fälle – je nach Zielsetzung können andere Verfahren deutlich geeigneter sein. Und bei aller Präzision lässt sich in der Praxis nicht jedes Ziel mit der „Genschere“ erreichen. Andererseits steht mit den verschiedenen Methoden jetzt ein Werkzeugkasten zur Verfügung, der sich in den kommenden Jahren weiter verfeinern und ausdifferenzieren wird und vieles, was derzeit noch als Zukunftsmusik scheint, machbar werden lässt.

Die DECHEMA-Frühjahrstagung der Biotechnologen hat sich in den letzten Jahren zunehmend zu einem echten „Familientreffen“ der Community entwickelt, bei dem Beiräte, engagierte Mitglieder und Interessierte zusammenkommen, um im lockeren Rahmen zu diskutieren, Kontakte zu knüpfen und aktuelle Themen aufzugreifen. Dieses Ziel hat sie 2017 vollauf erreicht. Die Vorbereitungen für 2018 laufen – Themenvorschläge sind willkommen. Den Termin 5.-6. März 2018 sollte man sich auf jeden Fall schon vormerken.

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Die Blutversorgung ist bislang eine der Hürden bei der Entwicklung komplexer künstlicher Gewebestrukturen [„Grafik blutkreislauf“ ]von User:Sansculotte - self-drawn. Lizenziert unter CC BY-SA 2.5 über Wikimedia Commons - https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Grafik_blutkreislauf.jpg

Die Blutversorgung ist bislang eine der Hürden bei der Entwicklung komplexer künstlicher Gewebestrukturen [„Grafik blutkreislauf“ von User:Sansculotte – self-drawn. Lizenziert unter CC BY-SA 2.5 über Wikimedia Commons]

In den letzten Jahren wurden bereits erfolgreich künstliche menschliche Gewebe wie Haut oder Knorpel- und Knochenimplantate entwickelt. Dieses Tissue Engineering wurde in erster Linie dazu genutzt, um irreversibel geschädigte Gewebestrukturen und Organe zu ersetzen. Künstliche Gewebe und Organe könnten aber auch in der pharmazeutischen und biochemischen Industrie als Ersatz für Tierversuche bei der Entwicklung von Medikamenten, toxikologischen Tests und Untersuchungen zur biologischen Verträglichkeit verschiedener Substanzen dienen. Zurzeit mangelt es noch an komplexeren Geweben mit den entsprechenden biologischen Funktionen. Auch wegen der hohen Herstellungskosten sind bisher nur wenige Produkte im Handel erhältlich.

Ziel dieses Projektes der industriellen Gemeinschaftsforschung ist es, komplexe dreidimensionale Gewebestrukturen mit biologischer Funktion in einem Perfusions-Bioreaktor herzustellen. Er verfügt über mindestens eine Kulturkammer, in die das Trägersubtrat eingebracht wird. Außerdem gibt es Ein- und Ausführgänge für Nährstoffe bzw. Stoffwechselprodukte. Dadurch kann eine Mikroumgebung wie im Körper simuliert werden. Ein zentrales Problem ist die optimale Versorgung der Gewebe mit Nährstoffen und Sauerstoff. Um es zu lösen, durchziehen Hohlfasern aus Kollagen in Form von künstlichen Blutgefäßen den Bioreaktor. Sie werden mit gewebetypischen Zellen besiedelt und dienen als Gerüst für die dreidimensionalen Gefäßstrukturen. Um die Zellen in variablen physiologischen Mikroumgebungen in Echtzeit und quantitativ studieren zu können, soll ein Messsystem entwickelt werden, das die Stoffwechselaktivität der Zellen und die räumliche Verteilung von Sauerstoff im Bioreaktor erfasst. Dazu wird ein optisches Verfahren dienen, das die Eigenfluoreszenz stoffwechselrelevanter Moleküle wie NADH (Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid) misst. Mit Erkenntnissen aus diesem Projekt können Testsysteme ohne Tierversuche sowie Bioreaktoren oder Bioplotter entwickelt werden, die die Forschung und Entwicklung in den Bereichen Tissue Engineering, Drug Screening und Toxizitätstestung noch effektiver machen.

Mehr zum Projekt

IGF –Projekt 18353 BR: Vaskularisierung perfundierter Lab on a chip Systeme mit integrierter Online Überwachung

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ACHEMA EU BioeconomyWhat can be achieved in three years? Three years after birth, a child goes to kindergarten; depending on the planetary configuration, a spaceship could travel from earth to Jupiter; and a poplar in short rotation forestry can be harvested every three years.

How has the European bioeconomy developed over the past three years? Is it still in its infancy, has it already covered a long distance? Or is it even ripe for harvest?

At ACHEMA 2012 and 2015, one-day sessions on the EU bioeconomy have been organized jointly by DECHEMA, ERRMA, VCI and FNR. The ACHEMA 2012 event culminated in a paper called “The Frankfurt ACHEMA-Manifesto on the PPPs within the bioeconomy”. HORIZON2020 was under way, the organizational framework for funding of bioeconomy research needed yet to be detailed. A comparison between the 2012 Manifesto and the 2015 conclusions shows how much progress has already been made:

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Im „Schaufenster Bioökonomie“ (Halle 6, K16) können Besucher bei der IndustrialGreenTec auf der Hannover Messe besichtigen, wie die Bioökonomie unseren Alltag verändern wird. In der Wohnung und bei der Arbeit werden wir ihre Produkte nutzen. Auch industrielle Produktionsprozesse werden neu gestaltet. Das  DECHEMA-Forschungsinstitut und der DECHEMA e.V. tragen zum Zukunftsbild bei.

Neuer Algenreaktor erhöht Effizienz und sieht auch noch gut aus

Hingucker im wahrsten Sinne des Wortes ist der Algenbioreaktor der Universität Erlangen, der am DECHEMA-Stand erstmals öffentlich präsentiert wird. Algen gelten als vielversprechende natürliche Reaktoren für eine Vielzahl von Einsatzgebieten in der Bioökonomie von der Produktion pharmazeutischer Wirkstoffe bis zur Wasserstofferzeugung. Eins der Probleme ist die Lichtzufuhr, denn viele Algen benötigen Licht als Energiequelle. Der intern beleuchtete Photobioreaktor, der im Fachbereich Bioverfahrenstechnik der Universität Erlangen-Nürnberg entwickelt wurde, löst dieses Problem auf elegante Weise: Ein Magnetfeld bringt kleine Kugeln berührungslos zum Leuchten; sie bewegen sich frei im Reaktor und sorgen dafür, dass in allen Bereichen eine gleichmäßige Beleuchtung gewährleistet ist.

DECHEMA -Forschungsinstitut zeigt neuentwickelte elektrobiotechnologische Reaktorsysteme

Das DECHEMA-Forschungsinstitut präsentiert neuentwickelte Reaktorsysteme für elektrobiotechnologische Produktionsverfahren.  Unter anderem zeigen die Wissenschaftler Screening-Systeme und Produktions-Reaktoren für enzymatische und mikrobielle Elektrosynthesen. Ziel des BMBF-geförderten Projektes ist es, mit Hilfe von Mikroorganismen Treibstoffe und Basischemikalien aus Kohlendioxid herzustellen. Der Clou: Anders als in herkömmlichen Verfahren „fressen“ die Organismen nicht Zucker oder andere Nährstoffe, sondern werden direkt mit Strom „gefüttert“. So könnte Überschussstrom aus Solaranlagen oder Windkraft, der gerade nicht genutzt werden kann, für solche Verfahren eingesetzt werden. Das DFI zeigt auf der Hannover Messe beispielhafte Reaktorsysteme sowie eine elektrochemische Mikrotiterplatte, die zur schnellen Prozessentwicklung eingesetzt werden kann.

Gesamte Breite der Bioökonomie abgedeckt

Außerdem wird ein Verfahren zur elektrochemischen Abwasserreinigung gezeigt, mit dem Arzneimittelrückstände besser entfernt werden können. Wie Mikropartikel bei der Kultivierung von Mikroorganismen wirken, lässt sich ebenfalls besichtigen. durch diese Methode kann die Ausbeute der Prozesse erheblich gesteigert werden. Besucher finden darüber hinaus Informationen zum Angebot der DECHEMA von Publikationen wie dem Statuspapier Geobiotechnologie, das die Einsatzmöglichkeiten mikrobieller Prozesse für Bodensanierung und Rohstoffgewinnung darstellt, bis zu den zahlreichen Veranstaltungen. Auch über Möglichkeiten zur Mitarbeit in den zahlreichen Gremien von Algenbiotechnologie über die Nutzung nachwachsender Rohstoffe bis zur Zellkulturtechnik kann man sich aus erster Hand Auskunft geben lassen.

Das DFI auf der Hannover Messe – ausführliche Exponatbeschreibungen

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Die Forschung ist für Joachim von Braun ein wichtiges Element

Die Forschung ist für Joachim von Braun ein wichtiges Element

von Maximilian Enders, DECHEMA e.V.

Bioökonomie ist ein Stichwort, das besonders in den kommenden Jahren noch an Bedeutung gewinnen wird. Im Rahmen der ACHEMA 2012 stand am Montag eine Podiumsdiskussion im Zeichen dieses Themas. Dr. Georg Schütte vom Bundesministerium für Bildung und Forschung wies schon zu Beginn darauf hin, wie vielfältig die Bioökonomie eigentlich ist. Darunter fielen aus seiner Sicht zum Beispiel die biobasierten Kunststoffe und Bioraffinerien. Aber auch Begriffe wie Ressourcenschonung und Nachhaltigkeit würden nach dazu gehören.

Beim Stichwort Nachhaltigkeit war auch Martina Fleckenstein vom WWF dabei. Für sie stellten sich vor allem die Fragen: „Wo bauen wir an, was bauen wir an und wie bauen wir an?“ Vor allem sei wichtig, wie ernsthaft die Nachhaltigkeit tatsächlich umgesetzt würde, da es für diese keine konkrete Definition gebe. Nachhaltigkeit zieht natürlich auch immer die Frage nach verantwortlicher Nutzung mit sich. „Integrierte Konzepte“ sind für Dr. Lutz Guderjahn aus dem Vorstand der CropEnergies AG wichtig. Dabei ging es ihm vor allem um die Nutzung von landwirtschaftlichen Flächen nicht nur zur Herstellung von Biokraftstoffen, sondern auch für weitere Produkte wie Nahrungsmittel oder Werkstoffe.
Die Nahrungsmittel waren ein Ansatzpunkt für Clemens Neumann vom Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (BMELV). Er sagte, die Priorität der Landnutzung müsse auf der Lebensmittelproduktion bleiben, um damit auch den Zugang zu Nahrungsmitteln sicherzustellen. Darauf müsse auch die Politik achten.

Besonders an Standards für die Bioökonomie fehle es noch, bemängelte der Agrarökonom Joachim von Braun von der Universität Bonn. Zwar sei die langfristige Preiserwartung für Produkte aus der Bioökonomie positiv, aber es müssten umfassende Fußabdrücke dieser erstellt werden; von der Herstellung über den Konsum bis zur Verwertung. Denn „der Verbraucher kann nicht entscheiden, wenn er nicht Bescheid weiß.“, erläuterte von Braun weiter.

Der Trend der stark zunehmenden Bioökonomie wird von zwei Faktoren getrieben, beschrieb Dr. Holger Zinke von der BRAIN AG die derzeitige und auch zukünftige Lage. Zum einen sei es die Verknappung der fossilen Ressourcen, zum anderen aber auch die Nachfrage nach biobasierten Produkten durch Industrie und Verbraucher. Und auf diesem Markt sei vor allem Wissen ein primärer Faktor, nicht so sehr die hergestellten Produkte. Daher forderte er für Deutschland, dass weiter in die Forschung investiert wird. Auch Neumann vom BMELV sah die Chancen vor allem darin, in die Forschung zu investieren und nicht zusätzliche Marktanreize mittels Förderungen in der Wirtschaft zu schaffen.

In einem waren sich alle Diskussionsteilnehmer aber einig: Der Verbraucher muss transparent und umfassend über die biobasierten Produkte informiert werden, um nicht wieder in die „E10-Falle“ zu tappen. Dabei könnte zum Beispiel ein „Grüner Engel“ helfen. Diese Zertifikate müssten laut Fleckenstein vom WWF aber auf freiwilligen Selbstverpflichtungen der Industrie beruhen. Sie warnte vor „Low Level Lösungen“ und plädierte stattdessen für hohe Standards mit Ökobilanzen, die die Flächennutzung, den Wasserverbrauch und viele weitere Faktoren umfassen. Auch soziale Praktiken in den Herstellungsländern müssten dabei berücksichtigt werden, ergänzte Schütte. Man müsse mit Hilfe des Siegels ein positives Image beim Verbraucher schaffen.

Zinke kritisierte, dass es in Deutschland und der EU vor allem an politischem Momentum fehle. In Amerika würden die CEOs der führenden Unternehmen ins Weiße Haus eingeladen, um konkrete Pläne zu besprechen. Das Fehlen dieser Anreize und der unzureichende Rahmen für biobasierte Produkte war auch Guderjahn ein Dorn im Auge. Wichtig sei es nach von Braun jetzt vor allem „keine Zeit zu verlieren.“

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