Acht SEED FUND-Projekte und fünf BOOST FUND-Projekte wurden 2016 erfolgreich abgeschlossen. In den Projekten ging es vor allem um die Konversion von Biomasse und die Produktion von Plattformchemikalien und hochwertigen Substanzen.
Ein Schwerpunkt bei den abgeschlossenen Projekten war die Erschließung von Biomasse für die Konversion zu hochwertigen Produkten. Das BOOST FUND-Projekt OrCaCel optimierte die Vorbehandlung und Fraktionierung pflanzlicher Biomasse. Verschiedene mehrjährige Pflanzen wurden unter verschiedenen Bedingungen angebaut und ihre Zellwandzusammensetzung sowie die Produktströme aus der Fraktionierung mit dem OrganoCat-Prozess wurden charakterisiert.
Um ökonomisch rentable industrielle Konversionsprozesse zu etablieren, werden erhebliche Mengen pflanzlicher biomasseabbauender Enzyme benötigt. Viele können aber nicht in großen Mengen und zu darstellbaren Preisen produziert werden. Diese Herausforderung wurde in zwei BOOST FUND-Projekten bearbeitet. BioBreak optimierte erfolgreich zwei wichtige bakterielle Sekretionssysteme in den Produktionsstämmen Escherichia coli und Bacillus subtilis. BioExpresSPro identifizierte mit Hilfe von Datenbankanalysen neue natürlich vorkommende biomasse-abbauende Enzyme und entwickelte eine neue, auf synthetischer Biologie basierende Strategie, die Hochdurchsatz-Klonierung, high level-Expression und Sekretion von Enzymen bei verschiedenen mikrobiellen Chassis-Organismen.
Eine alternative Erschließung von Biomasse geht über die Gewinnung von Synthesegas und daran anschließend von Methanol z.B. aus Holzresten oder Klärschlamm. In dem SEED FUND-Projekt MetEvo wurde das Konzept der metabolischen Evolution erfolgreich angewendet, um die Methanolassimilation eines methanolverwertenden Corynebacterium glutamicum-Stamms deutlich zu steigern.
Ein weiterer Schwerpunkt der 2016 abgeschlossenen Projekte war die Produktion von Plattformchemikalien und hochwertigen Substanzen. Die ökonomische Rentabilität von neuen Synthesewegen wird häufig durch niedrige biokatalytische Effizienz eingeschränkt. Deshalb wurde im SEED FUND-Projekt ROXENSE ein generalisierbares Konzept zur Optimierung biokatalytischer Produktausbeuten etabliert, das das metabolische Redoxgleichgewicht in Zellen verschiebt. Im SEED FUND-Projekt MoniCon wurde an der Entwicklung von definierten mikrobiellen Mischkulturen gearbeitet, die aufgereinigte Enzymcocktails ersetzen sollen. Im BOOST FUND-Projekt GLUFACT wurde der häufig genutzte Produktionswirt Gluconobacter oxydans genetisch charakterisiert und ein Stamm mit erhöhter Biomasseausbeute entwickelt. Darüberhinaus wurden neue, industriell relevante Dehydrogenasen identifiziert und neue Fermentationsstrategien entwickelt. Im SEED FUND-Projekt UstiOpt wurde ein unkonventioneller Sekretionsweg in Ustilago optimiert, der die eukaryotische Produktion von nicht-glykolysierten Proteinen, z.B. Antikörperfragmenten, ermöglicht.
Einige Projekte adressierten die Synthese von pflanzlichen und mikrobiellen Naturstoffen. Im BOOST FUND-Projekt MoRe-Plants ging es um die heterologe Expression von Multienzymkaskaden in Mikroorganismen zur Produktion spezifischer Alkaloide, die in der Krebstherapie eingesetzt werden. Das SEED FUND-Projekt DiPro zielte auf die in vitro-Synthese von Lignanen ab, die sehr attraktiv für die pharmazeutische Anwendung sind. Um die Synthese spezifisch und effizient zu machen, wurden dirigierende Proteine, welche die regio- und stereospezifische Kontrolle bestimmter Reaktionsschritte ermöglichen, identifiziert und exprimiert. Zwei SEED FUND-Projekte arbeiteten zu Biotensiden, für aufgrund ihres breiten Anwendungsspektrums, ihrer biologischen Abbaubarkeit und ihrer geringen Toxizität weltweit immer stärker nachgefragt werden. Im Projekt NovoSurf wurden neue Biotensiden in Bodenbakterien identifiziert und ihre Eignung für die Bekämpfung von Nematoden untersucht. Im Projekt VariSurf wurde die biotechnologische Produktion von Biotensiden optimiert.
Die Transformation von einer konventionellen zu einer bio-basierten Wirtschaft kann Veränderungen etwa in den globalen Biomasse-Handelsströmen verursachen. Im SEED FUND-Projekt Econ-BioSC wurden neue quantitative Methoden entwickelt, um potenzielle Effekte solcher Veränderungen auf sensitive Ökosysteme, z.B. tropische Regenwälder, zu analysieren.
Das BioSC begrüßt eine neue Core Group. Prof. Petra Bauer leitet das Institut für Botanik an der Heinrich-Heine Universität Düsseldorf. Im Zentrum ihrer Forschung steht der Mikronährstoff Eisen, der bei vielen Reaktionen und Transportvorgängen in der Pflanze eine wichtige Rolle spielt.
Petra Bauer erforscht die Aufnahme, Speicherung und Verteilung von Eisen in der Pflanze und betrachtet insbesondere die Regulation der Eisenhomöostaseprozesse. Hierfür verwendet sie beispielsweise pflanzliche Modellsysteme, um neue Genfunktionen für die Aufnahme und Verteilung von Eisen zu identifizieren. Langfristiges Ziel ist es, die effiziente Nutzung von Mineralstoffen in der Rhizosphäre zu gewährleisten sowie den Mineralstoffgehalt im Hinblick auf eine Qualitätssteigerung von pflanzlichen Nahrungsmitteln zu erhöhen.
Petra Bauer promovierte 1996 an der Universität zu Köln in Kooperation mit dem französischen „Institut des Sciences Végétales, CNRS“. Anschließend verschlug es sie für 3 Jahre nach Berkeley, USA, wo sie im „Department of Plant and Microbial Biology“ als Postdoc tätig war. Zurück in Deutschland leitete sie ab 2002 die Nachwuchsforschergruppe „Pflanzenstress und Entwicklung“ im Rahmen einer Emmy-Noether-Förderung. Im Jahr 2004 wechselte sie als Junior-Professorin an der Universität des Saarlandes und wurde ebendort 2009 als W2-Professorin für Pflanzenbiologie berufen. 2013 folgte sie einem Ruf als W3-Professorin an die Heinrich-Heine Universität Düsseldorf.
Prof. Dr. Petra Bauer
Tel.: +49 211 81-13479
Am 15. März 2017 fand im Forschungszentrum Jülich die 16. BioSC-Lecture statt. Dr. Léon Broers, Mitglied des Vorstands der KWS SAAT SE (Einbeck) und Mitglied des deutschen Bioökonomierats, diskutierte, welchen Beitrag die Pflanzenzüchtung für eine nachhaltige Bioökonomie leisten kann und welche Voraussetzungen dafür notwendig sind.
Einleitend skizzierte Herr Broers die globalen Herausforderungen der nächsten Jahrzehnte. 2050 werden 9 - 10 Milliarden Menschen auf der Erde leben. Neben der Nachfrage nach Nahrungsmitteln werden auch der Energiebedarf und die Nachfrage nach Biomasse für die stoffliche Nutzung erheblich steigen. Die landwirtschaftliche Anbaufläche kann jedoch nicht weiter ausgedehnt werden. Gleichzeitig werden extreme Wetterereignisse häufiger, die Verfügbarkeit von Ressourcen wie Frischwasser verschlechtert sich, die Auslaugung und Erosion der Böden ist ein weit verbreitetes Problem und der Schädlingsdruck auf Nutzpflanzen nimmt zu. Bereits heute hungern weltweit knapp 8 Millionen Menschen. Neben unzureichender Kalorienzufuhr ist der Mangel an Mikronährstoffen, d.h. Vitaminen und Spurenelementen, ein erhebliches Problem, an dem rund 2 Milliarden Menschen leiden.
Schon heute trägt die Pflanzenzüchtung vielfach zur Bewältigung dieser Herausforderungen bei, wie Herr Broers an verschiedenen Beispielen darstellte. Anhand von Zuckerrüben und Getreide zeigte er, welche Ertragssteigerungen mit Hilfe der Züchtung möglich sind: Im Jahr 1950 konnte 1t Zucker/ha erzeugt werden, 2017 werden Ernten von 16t/ha erwartet. Diese Optimierung erfordert lange Zeiträume: Die Implementierung eines Gens aus einer Wildtyp-Rübe in eine Zuckerrübe benötigt mit klassischer Züchtung 20 Jahre. Bei Weizen, Roggen und Triticale konnten von 2004 bis 2016 Ertragssteigerungen um 5 - 15% erreicht werden.
Auch die qualitative Verbesserung von Nahrungspflanzen kann züchterisch erreicht werden. So konnte der Befall von Roggen mit Mutterkorn durch die Züchtung von Sorten mit einer hohen Pollenausschüttung minimiert werden. Die Anreicherung wichtiger Mikronährstoffe in Nahrungspflanzen ist ebenfalls möglich, wie etwa beim „Golden Rice“, der Beta-Karotin, eine Vorstufe von Vitamin A, enthält. Ein weiterer wichtiger Bereich ist die Züchtung von Sorten, die resistent gegenüber Pathogenen oder abiotischem Stress sind. Hier wurden Beispiele aus der Maiszüchtung gezeigt.
Zum Abschluss des Vortrags nannte Herr Broers verschiedene Voraussetzungen, die aus seiner Sicht erfüllt sein müssen, damit die Pflanzenzüchtung auch in Zukunft zu der Entwicklung einer nachhaltigen Bioökonomie und zu der Bewältigung der globalen Herausforderungen beitragen kann. Neben der Bewahrung genetischer Ressourcen und dem Zugang dazu nannte er die Offenheit gegenüber neuen Züchtungstechniken, den Schutz geistigen Eigentums und eine effizientere Überführung wissenschaftlicher Ergebnisse in die Anwendung.
Die pflanzliche Zellwand steht im Mittelpunkt von Holger Kloses Forschungsarbeiten. Sie stellt eine Barriere dar, die Pathogene überwinden müssen, aber sie ist auch eine Ressource, die stofflich verwertet werden kann. In beiden Fällen spielt ihre Struktur und Zusammensetzung eine entscheidende Rolle, und damit auch die genetischen Grundlagen ihrer Biosynthese.
Holger Klose studierte Biotechnologie an der RWTH Aachen und promovierte anschließend in der Arbeitsgruppe von Dr. Ulrich Commandeur. In der Dissertation gelang ihm in der Modellpflanze Tabak die gerichtete Expression von Cellulasen zur Modifikation der Zellwand.
2014 wechselte er als Postdoc an den Lehrstuhl von Prof. Björn Usadel am Institut für Botanik und Molekulare Genetik der RWTH Aachen und forschte dort im BOOST FUND-Projekt EnZiP, in dem es um die Vereinfachung der Prozessierung von pflanzlicher Biomasse ging. Von 2014 bis 2016 war er Koordinator des BOOST FUND-Projekts OrCaCel, das in Zusammenarbeit mit den Lehrstühlen von Prof. Walter Leitner (RWTH Aachen, ITMC - Technische Chemie) und Prof. Ulrich Schurr (FZ Jülich, IBG-2 - Pflanzenwissenschaften) lief. In dem Projekt wurden mehrjährige Pflanzen unter verschiedenen Bedingungen angebaut und die Biomasse mit dem an der RWTH entwickelten OrganoCat-Prozess fraktioniert. Die Gruppe von Holger Klose analysierte die jeweilige Zellwandzusammensetzung und deren Einfluss auf die Produktausbeute.
Die Widerstandsfähigkeit (recalcitrance) der pflanzlichen Zellwand gegenüber dem enzymatischen Abbau, aber auch gegenüber Dampf- und Säurebehandlung wird einerseits bestimmt von ihrer quantitativen Zusammensetzung, d.h. den Mengenanteilen von Cellulose, Hemicellulose und Lignin, andererseits von der qualitativen Zusammensetzung, d.h. der Verzweigung und Länge der Polymere und der Art der chemischen Bindungen. Diese Eigenschaften werden z.B. untersucht mit Hilfe von chemischer oder enzymatischer Hydrolyse, oder durch den immunologischen Nachweis bestimmter Epitope. Mit genomweiten Assoziationsstudien lassen dann sich die genetischen Grundlagen der Zellwandzusammensetzung analysieren.
Seit 2017 ist Holger Klose Leiter des FocusLabs AP3. In diesem interdisziplinären Projekt soll das Konzept einer neuen Bioraffinerie für die nachhaltige Umsetzung von Biomasse aus mehrjährigen Pflanzen unter Verwendung der OrganoCat-Technologie etabliert und ökonomisch validiert werden. Darüberhinaus ist er am SEED FUND-Projekt BioDeg beteiligt, in dem es um die Entwicklung maßgeschneiderter rekombinanter Enzyme für den Abbau verschiedener Typen von Biomasse geht.
Weitere Forschungsthemen sind die Zellwandzusammensetzung in diversen Rapssorten im Zusammenhang mit Verticillium-Befall im BOOST FUND-Projekt PlaMint sowie die Zellwände in Tomatenpflanzen. Ein neueres Arbeitsgebiet ist der Aufbau des sogenannten Samenschleims (mucilage), eine Schicht mehrheitlich aus Pectin, die Pflanzensamen umhüllt. Sie kann die Qualität von Samen z.B. für die Ölproduktion beeinflussen.
Die Arbeitsgruppe von Holger Klose umfasst zurzeit zwei Doktoranden und zwei Postdocs.
Im Juni 2017 erfolgt die nächste Ausschreibung für den BioSC Supervision Award. Mit dem Supervision Award zeichnet das Bioeconomy Science Center (BioSC) junge Nachwuchswissenschaftler für besondere Leistungen in Bezug auf die Qualität ihrer Betreuung von Promovierenden aus. Über die Vergabe der Prämien entscheidet ein Gutachtergremium aus anerkannten Wissenschaftlern anhand der eingereichten Arbeiten. Der Wettbewerb erfolgt im Rahmen des NRW-Strategieprojekts BioSC.
Das Gutachtergremium entscheidet vorrangig auf Basis der exzellenten Betreuungsleistung und der Fähigkeit der Wissenschaftler, Studenten und Doktoranden zu motivieren, interdisziplinär und somit auch über den eigenen „Fachbereich hinaus“ zu denken. Auch die hohe Qualität der jeweiligen durchgeführten Lehrtätigkeiten fließt in die Bewertung mit ein. Mit der Auszeichnung sollen die Startvoraussetzungen für eine exzellente Karriereentwicklung von jungen Nachwuchswissenschaftlern verbessert werden.
Vorschlagsberechtigt sind Core Group-Leiter und Promovierende.
Die Gewinner erhalten eine Prämie in Höhe von bis zu 25.000 EUR sowie eine Urkunde. Es können mehrere Personen prämiert werden. Die Preisverleihung erfolgt im Rahmen des 2. BioSC Symposium.
Kontakt: Greta Mittweg, +49 2461 61-6521, g.mittweg@fz-juelich.de
Auch in Phase 2 des NRW-Strategieprojekts BioSC gibt es wieder verschiedene Möglichkeiten für die Core Groups, sich an der Weiterentwicklung des BioSC zu beteiligen. SEED FUND 2.0-Projekte, White Papers und Aufenthalte von Gastwissenschaftlern können weiterhin beantragt werden. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, gemeinsam mit der Geschäftsstelle Veranstaltungen wie z.B. BioSC Spotlights oder Summer Schools zu organisieren.
SEED FUND Call im Mai/Juni 2017
SEED FUND-Projekte wird es in einem angepassten Format weiterhin in Phase 2 geben. Zum einen wird das Förderinstrument ermöglichen, themenoffenen neue Ansätze innerhalb der drei Fokusthemenfelder und der Kompetenzplattform „Ökonomie, Strategie und Konzepte“ zu beantragen. Zum anderen wird es themengebundene SEED FUND 2.0- Calls geben, die sich an den Themen der FocusLabs orientieren. Der erste Call zum SEED FUND 2.0 ist für Ende Mai/Anfang Juni geplant. Dieser Call wird themenoffen (im obigen Sinne) sein; spätere Calls werden nach derzeitigem Stand vorwiegend themengebundene Calls sein.
Call for White Papers im Juni 2017
Für White Papers wird es zukünftig zu zwei bis drei Zeitpunkten im Jahr Calls mit festen Einreichungsfristen geben. Der erste Call for White Papers in 2017 ist für Juni geplant.
Aufenthalte von Gastwissenschaftlern
Auch in Phase 2 des NRW-Strategieprojekts gibt es wieder die Möglichkeit, mehrmonatige Aufenthalte von nationalen und internationalen Gastwissenschaftlern zu beantragen, sofern sie die im BioSC vorhandene Expertise ergänzen, diese z.B. durch einen Workshop ins BioSC eingebracht wird und zu einem interdisziplinären Austausch im BioSC beiträgt. Das Antragsformular ist im Intranet zu finden. Bei Fragen wenden Sie sich gerne an die Geschäftsstelle.
Vorschläge für BioSC Spotlights
Gesucht werden Themenvorschläge und Gastgeber aus den Core Groups für das neue Veranstaltungsformat „BioSC Spotlight“, das zukünftig zwei- bis viermal im Jahr stattfinden soll. Im Rahmen dieser i.d.R. eintägigen öffentlichen „Mini-Symposien“ soll jeweils ein ausgewähltes Themenfeld im Kontext des BioSC beleuchtet werden, indem externe Referenten sowie Sprecher aus BioSC-Projekten ihre wissenschaftlichen Ergebnisse präsentieren und aktuelle Entwicklungen im Themenfeld diskutieren.
Grundsätzlich steht allen Core Groups die Möglichkeit offen, Gastgeber eines BioSC Spotlights zu sein und die Veranstaltung gemeinsam mit der Geschäftsstelle zu gestalten. Mit Vorschlägen und Fragen zur Vorgehensweise können Sie sich gerne an die Geschäftsstelle wenden.
Vorschläge für Season Schools
Ebenfalls gesucht werden Themenvorschläge und Gastgeber für zukünftige internationale Summer/Winter Schools in der Phase 2. Diese sollten sich thematisch im Rahmen der Fokusthemenfelder und der Kompetenzplattform bewegen. Sie sollen die interdisziplinäre Vernetzung fördern und sich vorwiegend an PhD-Studenten aus dem BioSC als auch aus dem internationalem Raum richten. Sie können von einer bis zu zwei Wochen dauern und sollten externe Referenten beteiligen. Die Organisation übernimmt die Geschäftsstelle, die Programmplanung erfolgt in Zusammenarbeit zwischen dem Gastgeber und einem kleinen Programmkommittee.
Wenn Sie Interesse daran haben, mit Unterstützung der Geschäftsstelle eine BioSC Season School zu gestalten, wenden Sie sich gerne an Greta Mittweg.
WICHTIG: Publikationen aus BioSC-Projekten
Bitte beachten Sie, dass es bei Publikationen von Ergebnissen aus BioSC-Projekten aufgrund der Fördervorschriften des MIWF unbedingt erforderlich ist, das BioSC und die Förderung des Projekts durch das MIWF in den Acknowledgements zu nennen. Sofern das jeweilige Journal es zulässt, sollte das BioSC außerdem als zweite Affiliation zur eigenen Institution genannt werden (siehe auch Acknowledgements template im Intranet). Diese Nennungen sind auch wichtig für die Sichtbarkeit des BioSC und als Erfolgsnachweis gegenüber dem Fördergeber. Nur Publikationen, in denen das BioSC in beiden Formen, zumindest aber im Acknowledgement, genannt ist, können als Publikationen aus den BioSC-Projekten auf der Homepage gelistet und als Kenngröße gewertet werden.
Dr. Heike Slusarczyk
Geschäftsführung und wissenschaftlich-administrative Leitung
Tel.: +49 2461 61 30 03, Fax: +49 2461 61 9882
Email: h.slusarczyk@fz-juelich.de
Dr. Simone Krafft
Wissenschaftlich-administrative Koordination
Tel.: +49 2461 61 63 55, Fax: +49 2461 61 9882
Email: s.krafft@fz-juelich.de
Greta Mittweg
Wissenschaftlich-administrative Koordination Graduiertenausbildung
Tel.: +49 2461 61 65 21, Fax: +49 2461 61 9882
Email: g.mittweg@fz-juelich.de
Petra Büschgens
Finanzmanagement
Tel.: +49 2461 61 98 49, Fax: +49 2461 9882
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Dr. Heike Baron (Büro RWTH Aachen)
Wissenschaftlich-administrative Koordination
Tel.: +49 241 80-26544
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Dr. Angela Gubelt (Büro Universität Bonn)
Wissenschaftlich-administrative Koordination
Tel.: +49 228 73-2143
Email: a.gubelt@fz-juelich.de
Dr. Sira Groscurth (Büro Universität Düsseldorf)
Wissenschaftlich-administrative Koordination
Tel.: +49 211 81-11615
Email: s.groscurth@fz-juelich.de
2. Internationaler Bioökonomie-Kongress
12.-13.09.2017 in Stuttgart-Hohenheim
Veranstalter: Universität Hohenheim / BioPro Baden-Württemberg / Ministerium für Wissenschaft , Forschung und Kunst Baden-Württemberg
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