Dr. Anita Loeschcke | HHU Düsseldorf | IMET – Molekulare Enzymtechnologie

Bioaktive bakterielle Naturprodukte

Bakterielle Sekundärmetabolite sind Naturstoffe mit vielfältigen Bioaktivitäten. Die Nachwuchsgruppe von Dr. Anita Loeschcke entwickelt Tools, die die heterologe Expression von Genclustern und die Aktivierung von Synthesewegen ermöglichen. Der Schwerpunkt liegt auf der Biosynthese diverser bioaktiver Sekundärmetabolite.

Bilder:  Anita Loeschcke, HHU Düsseldorf

Nach ihrem Biologiestudium in Köln fertigte Anita Loeschcke ihre Diplomarbeit am Institut für Molekulare Enzymtechnologie (IMET) der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf im Forschungszentrum Jülich an. Sie beschäftigte sich mit der heterologen Expression von Genclustern in Bakterien. In ihrer anschließenden Promotion testete sie dann das sogenannte TREX Tool für Genexpressionen in verschiedenen bakteriellen Wirten wie Escherichia coli, Pseudomonas putida und Rhodobacter capsulatus. Als Zielprodukte standen hier Carotinoide im Vordergrund. Seit Beendigung ihrer Promotion an der HHU Düsseldorf in 2012 ist Anita Loeschcke Post-Doc im IMET. Gemeinsam mit der Arbeitsgruppe Bakterielle Photobiotechnologie von Dr. Thomas Drepper arbeitet sie an der Weiterentwicklung und Anwendung der Expressionstools insbesondere mit Pseudomonas putida. Das Spektrum der Zielprodukte wird erweitert auf andere Sekundärmetabolite wie weitere Terpene, Pyrrol-Alkaloide, Lipopeptide, Violaceine und Phenazine. Die Bestimmung der antibakteriellen Wirksamkeit dieser Produkte ist ein weiterer wichtiger Teil ihrer Forschung.

Bereits durch das BOOST FUND-Projekt PNP-EXPRESS hatte Anita Loeschcke den ersten Kontakt zum BioSC. Intensiv hat sie dann am SEED FUND-Projekt BioSAF mitgearbeitet, indem sie zwei kürzlich identifizierte Ccd2-Typ-Gene mit katalytisch aktiven Genprodukten nachweisen konnte. Seit Mai 2017 ist sie Leiterin des FocusLabs CombiCom. In diesem interdisziplinären Projekt mit dreijähriger Laufzeit werden mit neuen molekularbiologischen Methoden bekannte und neue Naturstoffe produziert sowie deren Wirksamkeit für den Pflanzenschutz und für medizinische Anwendungen evaluiert. Parallel zu diesen biologischen Forschungsansätzen werden die Akzeptanz für Produkte aus synthetisch-biologischen Verfahren in der Bevölkerung analysiert und Strategien zu deren Markteinführung entwickelt.

2. BioSC Spotlight: Alternative Nutzungspfade der Durchwachsenen Silphie

Die eintägige Veranstaltung möchte darstellen, wie die Low-Input-Pflanze Durchwachsene Silphie zu hochwertigen Industrieprodukten veredelt werden kann. Bisher wird die Silphie „nur“ als Maisersatz für Biogasanlagen gesehen. Zusätzlich gab es erhebliche Etablierungsschwierigkeiten, da man sie bisher aufwändig pflanzen musste, was nun durch ein neuerprobtes Sätechnikverfahren deutlich vereinfacht werden wird. In NRW beschäftigen sich zahlreiche Einrichtungen mit unterschiedlichen Aspekten, insbesondere auch alternativen Nutzungsmöglichkeiten, welche wir sowohl den Praktikern als auch Firmen und Forschungseinrichtungen vorstellen möchten. Spezielle Einblicke werden zusätzlich bei der Besichtigung entsprechender Feldexperimente gegeben.

Wissenschaftler aus dem BioSC und externe Experten werden aktuelle Entwicklungen und Forschungsergebnisse vorstellen und diskutieren. Das BioSC Spotlight "Alternative Nutzungspfade der Durchwachsenen Silphie" fokussiert ein Themenfeld, das von hoher Relevanz für die Bioökonomie ist und leistet einen Beitrag zur Bioökonomiestrategie des Landes NRW. Die Teilnahme ist kostenlos, die Teilnehmerzahl ist jedoch begrenzt.

Wann: 01. September 2017
Wo: Forum am Campus Klein-Altendorf der Universität Bonn (Campus Nord, Campus Klein-Altendorf 1, 53359 Rheinbach)
Anmeldeschluss: 25.08.2017

Hier gelangen Sie zur Anmeldung.

Photos: Christian Wever, HHU Düsseldorf

Vorläufiges Programm:

„BioSC im Dialog“ beim Bürgerforum RWTHextern: „Vertical Farming – Ein Konzept mit Zukunft?“

Am 30. Juni 2017 fand in Aachen eine gemeinsame Veranstaltung von „BioSC im Dialog“ und „RWTHextern“ statt. Prof. Dr. Georg Noga, Professor für Gartenbauwissenschaft an der Universität Bonn, sprach über Vertical Farming, einen innovativen Ansatz für die Nahrungsmittelproduktion in städtischen Ballungsräumen. Der Vortrag stieß auf breites Interesse und endete mit einer lebhaften Diskussion.

Fotos: Georg Noga, Universität Bonn (1,4), Corinna Sinken, RWTHextern (2,3)

2050 werden geschätzt 9 Milliarden Menschen auf der Erde leben, ein Großteil davon in städtischen Ballungsräumen. Für eine ausreichende und gesunde Nahrungsmittelversorgung würde eine zusätzliche landwirtschaftliche Nutzfläche von 10 Milliarden Hektar benötigt, die aber nur durch den Eingriff in bislang unberührte Ökosysteme bereitgestellt werden könnte.

Ein Ansatz, um die Bevölkerung in den weltweit rasant wachsenden städtischen Ballungsräumen zu versorgen, ist das Vertical Farming: die Produktion von Lebensmitteln in und an mehrstöckigen Gebäuden. Beim Anbau von Nahrungspflanzen kommen hier hydroponische Verfahren zum Einsatz: die Pflanzen werden ohne Erde in einer Nährlösung angezogen und die Wurzeln teilweise mit Sand, Kies, Kokosfasern o.ä. stabilisiert. Die Nährlösungen können recycelt werden, wodurch eine Wasserersparnis von bis zu 90% erreicht werden kann. Der Flächenbedarf kann gegenüber dem konventionellen Anbau um den Faktor 1000 reduziert werden. Durch die Erhöhung der CO₂-Konzentration gegenüber der Außenluft mit CO₂ aus der Heizungsanlage können die Erträge um bis zu 60% und der Gehalt an sekundären Pflanzenstoffen um bis zu 35% gesteigert werden. Außerdem sind die Pflanzen innerhalb geschlossener Gebäude vor Trockenheit, Frost oder Hagel geschützt, was den Gartenbau an praktisch jedem Standort ermöglicht, und Schädlinge und Krankheiten sind leichter zu kontrollieren.

Prof. Noga stellte verschiedene Pilotanlagen vor, bei denen die Pflanzenproduktion mit der Tierproduktion, etwa der Kultivierung von Fischen, kombiniert wird oder in die ein Supermarkt integriert ist. Er rechnete vor, dass der Bedarf an Frischgemüse einer Stadt wie Bonn durch eine Vertical Farming-Anlage von der Größe eines durchschnittlichen Parkhauses gedeckt werden könnte.

Allerdings ist diese Art des Pflanzenanbaus hauptsächlich für Gemüse und Gewürze geeignet, im Zuge der züchterischen Verkleinerung von Obstgehölzen zukünftig vielleicht auch für Obst. Kartoffeln, Getreide, Reis und Mais wird man aber auch in Zukunft im Freien anbauen müssen.

Ein Nachteil ist die notwendige Zusatzbeleuchtung mit LED-Leuchten, die viel Energie benötigt und derzeit noch für zu hohe Kosten und Erzeugerpreise sorgt. Die LED-Hersteller arbeiten intensiv an der Verbesserung der Energieeffizienz. Trotz der Nachteile wird Vertical Farming bereits praktiziert, etwa in Südkorea, wo eine dichte Besiedlung und eine hohe Luftverschmutzung es erforderlich machen. Prof. Noga wies darauf hin, dass Vertical Farming ein erhebliches Forschungs- und Innovationspotenzial birgt.

Von den rund 50 Zuhörern kamen zahlreiche Fragen und Anmerkungen. So wurde infrage gestellt, ob Vertical Farming angesichts der Grundstücks- und Immobilienpreise in städtischen Ballungsräumen rentabel sein kann. Andere Beiträge bezogen sich auf die Einschränkung des Sortenrepertoires und den Anbau gentechnisch veränderter Pflanzen. Die Veranstaltung endete nach einer lebhaften gut halbstündigen Diskussion.

Neu im BioSC: PD Dr. Wolfgang Britz, Universität Bonn

Das BioSC begrüßt eine neue Core Group. PD Dr. Wolfgang Britz leitet die Gruppe „Economic Modeling of Agricultural Systems“ des Instituts für Lebensmittel- und Ressourcenökonomik der Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn. Sein Forschungsschwerpunkt liegt auf der quantitativen Analyse der Auswirkungen von Agrar-, Umwelt- und Handelspolitiken auf den Agrar- und Ernährungssektor, die Umwelt und den ländlichen Raum mittels verschiedener Typen von ökonomischen Simulationsmodellen.

Die Gruppe fokussiert sich auf die Entwicklung und Anwendung von ökonomischen Simulationsmodellen von der Ebene des landwirtschaftlichen Betriebs bis zur globalen Skala, um quantitativ Fragen der Nachhaltigkeit und Bereitstellung von ökosystemaren Dienstleistungen durch Agrar- und Ernährungssysteme zu analysieren. Die im Jahr 2017 gegründete Arbeitsgruppe bildet hiermit eine zentrale Anlaufstelle für ökonomische Modellierung an der landwirtschaftlichen Fakultät und arbeitet in zahlreichen Projekten mit internationalen Forschungsnetzwerken zusammen.

Wolfgang Britz erlangte 1994 seine Doktorwürde in Agricultural Economics an der Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn. Es folgte eine Zeit als Berater für EuroCARE, EUROSTAT und FAO, bevor er an die Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn zurückkehrte. Hier habilitierte er sich 2015 in Agricultural Policy and Quantitative Modeling. 2016 leitete Wolfgang Britz vorübergehend den Lehrstuhl Produktionsökonomik, bevor er in diesem Jahr Leiter der Arbeitsgruppe Economic Modeling of Agricultural Systems wurde.

BOOST FUND-Projekt RIPE – Verzögerung der Reifungsprozesse in Obst und Gemüse durch spezifische Peptide

Weltweit geht ein großer Anteil an Nahrungsmitteln während der Ernte sowie bei Transport und Lagerung verloren. Eine Reduzierung dieser Verluste ist von großer Bedeutung für eine nachhaltige Sicherung der weltweiten Ernährung. Diese Problematik adressiert das BioSC-Projekt RIPE. Im Fokus steht das Pflanzenhormon Ethylen, das die Fruchtreife beeinflusst.

 Bilder: Felix Jakob, RWTH Aachen / Georg Groth, HHU Düsseldorf

Synthetische Peptide, die aus Proteinen des Ethylen-Signalwegs abgeleitet wurden, bieten einen vielversprechenden Ansatzpunkt, Reifung und Seneszenz von Obst und Gemüse zu verzögern und ihr Verderben zu verhindern, ohne dafür das Erbgut der Pflanzen verändern zu müssen. Im Projekt RIPE sollen diese Reife-hemmenden Peptide sowie ihre Applikation auf verschiedene Fruchtarten weiter verbessert werden, um damit eine mögliche kommerzielle Nutzung neuartiger Reifeinhibitoren voranzutreiben.

Im bisherigen Projektverlauf hat sich die Arbeitsgruppe um Prof. Groth (HHU Düsseldorf) vor allem mit der Wechselwirkung der synthetischen Peptide mit dem Ethylenrezeptor auf molekularer Ebene beschäftigt und konnte zeigen, welche Domäne für die Interaktion verantwortlich ist. Proteinkristallisationsstudien sollen weitere Einblicke in die Wechselwirkung der Reife-hemmenden Peptide mit den Proteinen des Ethylen-Signalwegs geben. Mit Hilfe Computer-gestützter Moleküldynamik-Simulationen entwickelt die Arbeitsgruppe von Prof. Gohlke (HHU Düsseldorf) derzeit ein Modell des Peptidrezeptors sowie neue Wirkstoffvarianten. In silico kann dann getestet werden, welche Peptide bei der Interaktion mit dem Rezeptor die höchste Spezifität aufweisen.

Die Applikation der Peptide auf der Oberfläche von Obst- und Gemüse erfolgt über einen Mikrogel-Container, in dem das Peptid gebunden ist und aus dem es nach und nach freigesetzt werden soll. Der Gruppe um Prof. Pich (RWTH Aachen) gelang bereits die Entwicklung eines speziellen Mikrogels, an welches das synthetische Peptid NOP-1 über bestimmte Säure- oder Carboxygruppen binden konnte. Die Arbeitsgruppe von Prof. Schwaneberg (RWTH Aachen) beschäftigt sich mit der Aufbringung der Mikrogel-Container auf die Fruchtoberfläche. Hierfür werden spezielle Ankerproteine entwickelt, die eine reversible Bindung ermöglichen. Ziel ist es, dass der Mikrogel-Container zwar Niederschlägen standhält, sich aber bei einem bestimmten pH-Wert wieder von der Blattoberfläche abwaschen lässt, so dass der Verbraucher keine Rückstände auf der Obst- oder Gemüseoberfläche vorfindet.

Ob der gewünschte Effekt des isolierten Peptids auf den Reifungsprozess auch wirklich auf der Frucht beobachtet werden kann, untersucht die Gruppe von Prof. Noga (Universität Bonn). Das Peptid NOP-1 wurde bereits in verschiedenen Konzentrationen auf Äpfeln und Tomaten getestet und eine Verzögerung der Reifung konnte festgestellt werden. Ebenfalls wurde untersucht, ob die Aufbringung der Peptide einen Einfluss auf die Qualitätsparameter bei Äpfeln und Tomaten hat. Erfreulicherweise wurde dies bisher nicht beobachtet.

Die bisherigen Ergebnisse im Rahmen des RIPE-Projekts zeigen, dass das untersuchte NOP-1 Peptid das Potenzial zur Reife-Verzögerung aufweist. Dies würde einen neuartigen Zugang zur Kontrolle der Ethylenantwort in Pflanzen bedeuten, der nicht auf die Verwendung von Chemikalien nach der Ernte oder auf transgene Pflanzen angewiesen ist.

17. BioSC Lecture: The forest- and plant-based bioeconomy - opportunities for cooperation

Am 12. Mai 2017 fand im Forschungszentrum Jülich die 17. BioSC-Lecture statt. Dr. Andreas Kleinschmit von Lengefeld, Direktor für Forschung und Innovation beim FCBA in Champs-sur-Marne, Frankreich, stellte das europaweit größte Institut für Forstwirtschaft und Holzverarbeitung vor.

Fotos: FCBA (1,4), FZ Jülich (2,3)

Das French Institute of Technology for Forest-based and Furniture Sectors (FCBA) ist ein Technologiezentrum, das sich mit Forstwirtschaft, Cellulosegewinnung und -verarbeitung, Holzkonstruktion und Möbelbau beschäftigt. Mit dieser Vielseitigkeit sowohl in der Forschung als auch der Entwicklung ist es in Europa einzigartig. Es ist der einzige Akteur im Holzsektor, welcher bei der biotechnologischen Verbesserung der forstlichen Biomasseproduktion beginnt, von der Nano-bis zur Makrostruktur arbeitet, sowie die sozio-ökonomischen Aspekte und Umweltaspekte in seine Aktivitäten einbindet.

Frankreich hat nach Schweden, Finnland und Spanien die viertgrößte Waldfläche in Europa. Die Laubholzfläche französischer Wälder entspricht mit gut 10 Mio. ha der gesamten Waldfläche der Bundesrepublik. Seit der Gebietsreform 2016 ist die neue Region Aquitanien bei der Wertschöpfung im forstbasierten Sektor in Europa führend. Zurzeit werden von der französischen Politik, welche diesen Sektor als zukunftsweisend in die Gruppe der 16 wichtigsten Industrien Frankreichs aufgenommen hat, Programme für Forschung und Innovationen lanciert. Die rund 500 internationalen Partner des FCBA sind weltweit verteilt, wobei der Schwerpunkt in Europa liegt. Ziel der Forschungsprojekte des FCBA ist der Technologietransfer und die Umsetzung der Forschungsergebnisse in der Industrie.

Neben einer Grundfinanzierung durch den französischen Staat finanziert sich das FCBA aus Drittmitteln, die mit 150 Projekten fast 50% des Jahresbudgets ausmachen. Die Drittmittel sind dabei gleichmäßig auf nationale, europäische und internationale Projekte verteilt. Die rund 100 Mitarbeiter bringen mit ihren vielfältigen Hintergründen ein breites Wissensspektrum in die Projekte ein. Das FCBA legt großen Wert auf qualifizierte Ausbildung und bietet in Kooperation mit Universitäten ein Doktorandenprogramm an.

Ein Forschungsschwerpunkt des FCBA ist die Anpassung der Forstwirtschaft an den Klimawandel. Dabei nutzt das Institut seine jahrzehntelange Erfahrung in der Züchtung, um etwa die Lebenszyklen von Bäumen zu verkürzen oder ihre Anpassungsfähigkeit z.B. an Trockenheit zu erhöhen. Daneben werden alternative Managementmodellen für Wälder entwickelt. Ergänzt werden die Arbeiten durch ökonomische Analysen zu Wettbewerbsfähigkeit und Nachhaltigkeit.

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