Themen F&E Grüne Biotech
Am Karlsruher Institut für Technologie, aber auch bei Partnern in der Region ist in Sachen Grüne Biotechnologie / Angewandte Botanik Einiges los. Hier finden Sie Informationen zu möglichen Themen und Kontaktdaten von Menschen, die Sie ansprechen können. Wir erwarten von Ihnen einen hohen Grad an Eigeninitiative. Wenn Sie Hilfestellung brauchen oder Fragen haben, können Sie jederzeit Kontakt aufnehmen und wir helfen Ihnen gern. Was wir jedoch nicht tun werden: Ihnen vorzuschreiben, wie Sie recherchieren sollen oder Ihnen die Recherche hinterherzutragen. Wenn Sie das nicht alleine hinbekommen können oder wollen, sind Sie hier am falschen Platz...
Übrigens: wenn Sie ein ganz eigenes Thema bearbeiten wollen, was hier nicht gelistet ist, ist das natürlich auch möglich. Eigentlich wäre das sogar die beste Option. Sprechen Sie mich einfach mit Ihrer Idee an, ich versuche dann, Ihnen dabei zu helfen, diese Idee auszuarbeiten.
| Projekt Nr. | Name des Projekts | Recherchehilfe |
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Tödliches After Eight - Minzduft als Bioherbizid? Pflanzen können über etherische Öle andere Pflanzen verdrängen. Wir haben entdeckt, dass verschiedene Minzarten hier sehr spannend sind. Durch den Vergleich von nahe verwandten Arten, die mehr oder weniger wirksam sind, gelang es, die aktiven Komponenten zu identifizieren. Manche dieser Komponenten wirken auf das Actinskelett von Pflanzen, andere auf die Mikrotubuli. Dies konnten wir mithilfe von Zell-Linien zeigen, bei denen das Cytoskelett über GFP sichtbar gemacht wurde. Nun arbeiten wir gemeinsam mit dem Föderalen Institut für biologischen Landbau in Frick (Schweiz) an der Frage, ob man damit ein Bioherbizid entwickeln könnte. Ist das realistisch? Welche Fragen und Probleme muss man hierfür lösen? Bezug zu anderen Lehrveranstaltungen: Nutzpflanzen (Sekundärstoffe, Exkretionsgewebe, Lamiaceen), Nutzpflanzenpraktikum (Sekundärstoffe, Exkretionsgewebe, Lamiaceen), Grundlagen der Biologie (Cytoskelett), Allgemeine Chemie (lipophile versus hydrophile Moleküle, Kohlenstoff-Verbindungen) |
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Spar Phosphat - Dünger aus Nachwachsenden Rohstoffen Phosphate sind neben Nitraten die wichtigsten Zutaten für Mineraldünger. Von ATP bis zu den Bausteinen der DNS hängen alle Lebensformen von der Verfügbarkeit von Phosphat ab. Hierzulande herrscht eher Überfülle - der Bodensee war durch den Eintrag von Phosphat aus der Landwirtschaft in den 70er Jahren grün von Algen, deren Absterben im Herbst den See fast zum Umkippen brachten. Mittelfristig wird es aber eng werden; denn die Phosphatminen werden in wenigen Jahrzehnten erschöpft sein und liegen in Weltgegenden, die nicht gerade stabil sind (etwa Syrien). Können wir hier nachhaltige Alternativen finden? Eine Idee ist es aus Pflanzenresten Mineralstoffe wie Phosphat durch Verkohlung (sogenannte Biochar) wiederzugewinnen. Gemeinsam mit der Arbeitsgruppe Stapf am Institut für Technische Chemie (Campus Nord) untersuchen wir derzeit, ob man die Mohrenhirse als schnell wachsende C4-Pflanze, die auch auf mageren Grenzertragsböden gedeiht nutzen kann, um mineralisch gebundenes Phosphat freizusetzen und danach als Biodünger zu nutzen. Wie liegt Phosphor im Boden überhaupt vor? Wie können Pflanzen ihn mobilisieren? Was ist Pyrolyse und wie kann man damit Pflanzenreste aufarbeiten? Wie teuer darf das Produkt eigentlich sein, um auf dem Markt bestehen zu können? Bezug zu anderen Lehrveranstaltungen: Nutzpflanzen (Speicherstoffe, Photosynthese, Poaceen), Nutzpflanzenpraktikum (Speicherstoffe, Poaceen), Grundlagen der Biologie (Photosynthese, Atmung, ATP), Allgemeine Chemie (Phosphat, Ionen, pH). |
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Elektrischer Stuhl für Mikroalgen? Die Mikroalge Spirulina (eigentlich eine Cyanobakterie, also ein Prokaryot) zählt zu den am schnellsten wachsenden Produkten im Superfood-Sektor. Aber auch andere Mikroalgen sind für die grüne Biotechnologie interessant, da sie schnell wachsen und voll von Proteinen, mehrfach ungesättigten Fettsäuren und anderen lebensmitteltechnisch interessanten Inhaltsstoffen sind. Um an diese wertvollen Inhaltsstoffe dranzukommen, muss man diese Zellen jedoch aufschließen. Da es um eine Nutzung als Lebensmittel geht, verbieten sich drastische chemische Verfahren. In der Arbeitsgruppe Bioelektrik am Campus Nord Institut für Hochimpuls- und Mikrowellentechnologie wird untersucht, wie man mithilfe von ultrastarken und ultrakurzen elektrischen Blitzen die Zellen knacken kann. Wir arbeiten seit vielen Jahren mit dieser Gruppe zusammen und untersuchen dabei die biologischen Mechanismen. In einem Netzwerk mit Unternehmen der Lebensmittel-Industrie und anderen Universitäten in Baden-Württemberg soll das Potential von Mikroalgen als neuartige Lebensmittel erschlossen werden. Was bringt das? Welche Proteine machen diese Algen wertvoll? Wie kann man die aufgeschlossenen Proteine weiter verarbeiten? Wie sieht das ökonomisch aus? Bezug zu anderen Lehrveranstaltungen: Nutzpflanzen (Speicherstoffe, Photosynthese), Grundlagen der Biologie (Biomembranen, Proteine, Zellorganellen, Evolution Pflanzen), Allgemeine Chemie (Ionengleichgewichte, Peptidbindung) |
M. Sci. Damaris Krust (Doktorandin) |
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Creeping Assistants: Neue Nützlinge im Garteneinsatz Läuse vertilgende Marienkäfer und Schnecken verputzende Laufenten sind allgemein bekannt. Der Einsatz von sogenannten Nützlingen als umweltschonende Alternative zum chemischen Pflanzenschutz hat noch sehr viel Potential. Andererseits gab es auch schon Fälle, wo solche Nützlinge später selber zur Plage wurden (in Australien passierte das mehrfach). Unser Botanischer Garten hat schon viele Jahre Erfahrung mit dem Einsatz von Nützlingen. Welche Nützlinge sich eignen, hängt natürlich von den jeweiligen Bedingungen ab - welche Nutzpflanze soll geschützt werden? Um welche Anbauflächen geht es? Welche chemischen Insektizide werden konventionell genutzt? Wie schädlich und wie teuer sind die? Welche Mengen von Nützlingen muss man einsetzen? Sind die Nützlinge konkurrenzfähig? Wie kann man die erzeugen? Worauf muss man bei der Vermarktung achten? Gibt es hier noch Lücken mit Forschungsbedarf? Bezug zu anderen Lehrveranstaltungen: Organisationsformen des Tierreichs (Arthropoden, Nematoden), Zoologische Bestimmungsübungen, Allgemeine Chemie (Molekülstrukturen und chemische Eigenschaften von Insektiziden) |
Biologische Schädlingsbekämpfung im Botanischen GartenBiologischer Pflanzenschutz an der LTZ Augustenberg
Technischer Leiter des Gartens, Gärtnermeister Joachim Daumann und Karlheinz Knoch |
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Weinbau ohne Gift? Globalisierung lief schon lange auf biologischer Ebene, bevor der Begriff ökonomisch defniniert wurde. Dies betrifft vor allem auch Pathogene, die Kulturpflanzen befallen können. Ein prominentes Opfer war der Weinbau, der konventionell mit extrem hohem Einsatz von Fungiziden betrieben wird. Das will eigentlich niemand – die Züchtung von pilzwiderstandsfähigen Rebsorten (PiWis) ist hier eine Alternative. Freilich: die Natur schläft nicht. Schon gibt es neue Pathogen-Stämme, die auf PiWis wachsen können und die Züchtung neuer Rebsorten dauert lang. Können wir diesen Wettlauf gewinnen? Wie sieht der Weg von der Idee zum kommerziellen Anbau einer neuen Sorte aus? Wie ist die Wirtschaftlichkeit? Bezug zu anderen Lehrveranstaltungen: Nutzpflanzen (Domestizierung, Evolution), Grundlagen der Biologie (Evolution, Genetik), Mathematik (Modellierung von Resistenz-Management) |
Dr. Oliver Trapp, Julius-Kühn-Institut |
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Kommunizieren statt vergiften? Ein neues Testsystem, um pflanzliche Immunität zu steigern. Chemischer Pflanzenschutz ist teuer und belastet die Umwelt. Doch gibt es Alternativen? Die Evolution hat in der Regel ein Gleichgewicht eingestellt, was auf dem Austausch von chemischen Signalen zwischen Pflanzen und Pilzen oder zwischen Pflanzen und Pflanzen beruht. Pilze können Pflanzen, nachdem sie zuvor die Immunität mit solchen Signalen manipuliert haben. Das kann auch so aussehen, dass sie Konkurrenten aus dem Feld schlagen, indem sie die pflanzliche Immunität so umlenken, dass der Gegner, nicht aber sie selbst getroffen werden. Nicht alle Pilzattacken sind negativ - die Mykorrhiza ist für beide Seiten von Vorteil. Durch Fungizide werden aber auch diese günstigen Pilze getötet. In unserem Projekt DialogProTec arbeiten wir mit mehreren Forschungspartnern der Region zusammen, um die Biodiversität von Pilzen für einen nachhaltigen Pflanzenschutz nutzbar zu machen. Um solche Signale finden zu können, entwickeln wir derzeit einen Immunitäts-Chip, mit dem man die Immunreaktion der Pflanze über eine Fluoreszenz sichtbar machen kann, so dass man dann 30000 Pilzstämme vom Institut für Biologische Wirkstoff-Forschung in Kaiserslautern screenen kann. Bezug zu anderen Lehrveranstaltungen: Nutzpflanzen, Nutzpflanzenpraktikum (Wurzel), Allgemeine Chemie (pH), Grundlagen der Biologie (Koevolution) |
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Algen als neues "Superfood"? Das Unternehmen Algae Natural agiert in Basel und in Strasbourg und entwickelt Algen für verschiedene Nutzungen in Nahrungs- und Kosmetikindustrie. Gründer Francis Kurz engagiert sich für die Verknüpfung zwischen den Universitäten der EUCOR Region und Unternehmen der Biotechnologiebranche. Das Unternehmen verfügt über eine lange Erfahrung in der Kultivierung von Algen in verschiedenen Typen von Biofermentern für verschiedene Anwendungen. Da Algen auf kleiner Fläche eine hohe Produktivität entfalten, könnten sie ohne Konkurrenz zu den begrenzten Nutzflächen der Landwirtschaft für die Erzeugung zahlreicher Produkte eingesetzt werden. Bezug zu anderen Lehrveranstaltungen: Nutzpflanzen (pflanzliche Zellen, Photosynthese), Allgemeine Chemie (Ionengleichgewichte, Diffusion), Grundlagen der Biologie (Energiestoffwechsel) |
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Metabolisches LEGO mit Pflanzenzellen Klingt vielleicht etwas abgefahren, aber das BMBF hat im Rahmen des Ideenwettbewerbs Bioökonomie immerhin 750 T€ zur Verfügung gestellt, um diese Idee zu verfolgen. Hintergrund ist die sogenannte pflanzliche Zellfermentation, worunter man versteht, dass man mithilfe von pflanzlichen Zellkulturen medizinisch interessante Wirkstoffe herstellt, indem man den weitverzweigten und erst teilweise verstandenen Sekundärmetabolismus der Pflanzen anzapft. Weltführer ist die Firma Phyton bei Ahrensburg, die in riesigen Stahltanks in einer ehemaligen Ketchup-Fabrik etwa die Hälfte des Weltmarkts für den Anti-Tumorwirkstoff Paclitaxel erzeugt. Hier wäre noch viel Potential zu heben, freilich produzieren die meisten Pflanzenzellen in Kultur nicht das, was sie im Gewebe erzeugen. Grund: Pflanzenzellen sind Teamarbeiter, sie arbeiten in einer komplexen synthetischen, aber auch regulatorischen Kette zusammen, in etwa so, wie ein Fließband in einer Autofabrik. So etwas kann man natürlich nicht so leicht nachmachen, aber wir haben hier eine Idee entwickelt. Gemeinsam mit dem Institut für Mikrostrukturtechnik am Campus Nord haben wir einen Mikrofluidik-Chip für Pflanzenzellen entwickelt, mit dem wir verschiedene Zelltypen in einer Art Metabolik-LEGO zusammenarbeiten lassen. Momentan geht es darum, den Stoffwechselweg für die Bildung wertvoller Harringtonine (Anti-Tumorsubstanzen) aus dem bedrohten Baum Cephalotaxus hainanensis (Hainanensische Kopfeibe) in Tabakzellen zu überführen und dann verschiedene Zellen miteinander zu kombinieren. Bezug zu anderen Lehrveranstaltungen: Nutzpflanzen (Sekundärmetabolismus, Exkretionsgewebe, Biodiversität 4), Allgemeine Chemie (hydrophil, lipophil), Grundlagen der Biologie (Kompartimentierung) |
Bericht in KIT-Neuland über unsere Arbeit M.Sci. Nasim Reshadinejad (Doktorandin)
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Eine elektrische Nase für Pflanzendüfte Viele Pflanzen sind aromatisch und werden daher seit altersher von den Menschen als Gewürze oder für Parfüms genutzt. Wozu Pflanzen das tun? Die landläufige Meinung, das damit Insekten für die Bestäubung angelockt werden, ist natürlich richtig, gibt aber nur einen Teil der Wahrheit wieder. Mit Düften locken Wurzeln nützliche Bakterien an, die Krankheitserreger fernhalten, mit Düften werden Schlupfwespen angelockt, die knabbernde Raupen aus dem Verkehr ziehen und mit Düften können sich Pflanzen sogar gegenseitig vor einer Attacke eines Fressfeindes warnen oder ihren Tagesrhythmus verstellen, wenn es erforderlich ist. Wir verstehen erst die Spitze dieses Eisbergs dieser faszinierenden Welt. Ein Grund liegt darin, dass wir selber nicht besonders gut darin sind, diese komplexen Düfte wahrzunehmen und zu unterscheiden. Könnten wir die Nase eines Hundes mit dem Gehirn eines Menschen kombinieren, wären wir vermutlich schon weiter... Könnte man die Hundenase vielleicht durch eine elektronische Spürnase ersetzen? Genau dies versucht Prof. Dr. Saleh Okur direkt im Nachbargebäude am Lichttechnischen Institut. Er hat ein System aus Nanokristall-Sensoren aufgebaut, wobei jeder Sensor eine unterschiedliche elektronische Signatur produziert und die jeweilige Testsubstanz unterschiedlich bindet - aus diesem Feuerwerk an elektronischen Signaturen kann er eine Art Duft-Fingerabdruck errechnen. Das ist eigentlich gar nicht so viel anders als das, was unsere olfaktorischen Sensoren in der Nase tun, nur eben "objektiver". Kann man mit dieser sogenannten "e-nose" Blütendüfte unterscheiden oder sogar die Duftstoffe messen? Neben einem interessanten Werkzeug für die pflanzliche Evolution könnte man auch zahlreiche industriellen Anwendungen entwickeln. Bezug zu anderen Lehrveranstaltungen: Nutzpflanzen (Sekundärmetabolismus, Exkretionsgewebe, Biodiversität 4), Allgemeine Chemie (Phasenzustände), Grundlagen der Biologie (Evolution der Pflanzen, Koevolution), Zoologie (Insekten) |
Prof. Dr. Salih Okur (LTI, Campus Süd, IFG, Campus Nord) Publikation |
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Wilde Erdbeeren für eine bessere Landwirtschaft Unsere Landwirtschaft muss sich auf den Klimawandel vorbereiten. Unsere Kulturpflanzen müssen mit einer besseren Stress-Resilienz ausgestattet werden - abiotischer Stress wie Kälte, Hitze, Trockenheit, aber auch neuartige Krankheitserreger, die sich ausbreiten. Unsere Kulturpflanzen wurden jedoch einseitig auf hohen Ertrag hin gezüchtet, dabei blieben Resistenzen auf der Strecke. Die wilden Vorfahren unserer Kulturpflanzen haben diese Gene aber durchaus. Können wir diese nicht einfach durch Züchtung wieder in unsere Hochertragssorten einbringen? Ja, das kann man, aber nur, wenn man diese wilden Vorfahren zur Verfügung hat. Mit dieser Idee wurde vom Bundesministerium für Landwirtschaft eine Genbank für Wildpflanzen mit Potential für Ernährung und Landwirtschaft (WEL) ins Leben gerufen. Der Botanische Garten des KIT war hier für den Südwesten Deutschlands zuständig. Nun geht es darum, diese Ressourcen nutzbar zu machen. Zum Beispiel wird zur Zeit versucht, Wilderdbeeren zu finden, die gegen Kälte resistent sind, damit man sie in Ägypten im Winter anbauen kann oder Resistenzen zu finden, um Erdbeeren gegen das Pilzpathogen Colleotriche resistent zu machen, so dass man weniger Fungizide einsetzen muss. Natürlich muss man dann auch sehen, dass die Produkte schmecken und gesund sind, sprich man muss die Inhaltsstoffe messen. Bezug zu anderen Lehrveranstaltungen: Nutzpflanzen (Evolution von Nutzpflanzen, Rosengewächse), Allgemeine Chemie (Analytik, Polarität), Grundlagen der Biologie (Evolution der Pflanzen) |
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Schwarzerde hilft dem Klimawandel Der Klimawandel ist auch bei uns angekommen. Die trockenen und heißen Sommer machen vielen Bäumen zu schaffen. Die Bäume vertrocknen nicht einfach nur, sondern sterben an eigentlich harmlosen Pilzen, die als harmlose Mitesser von Holzresten leben. Wenn ihr "Wirt" unter Stress gerät, ändern sie ihr Verhalten, töten die Pflanze mit Toxinen ab und verspeisen die Leiche, um damit Energie für Sex zu gewinnen (um Fruchtkörper bilden und sich einen neuen Wirt suchen zu können). Allein im letzten Jahr mussten in Karlsruhe 4000 Stadtbäume gefällt werden. Aber man sterbende Bäume wieder zum Leben erwecken, wenn man ihr Wurzelmikrobiom in Ordnung bringt, so dass ihr Immunsystem erstarken kann. Schwarzerde, eine alte Kulturtechnik, geht bis in die Jungsteinzeit zurück. Damit liesse sich bis zu 25% des atmosphärischen Kohlendioxids binden und gleichzeitig die Baumgesundheit verbessern. |