Referenzen

RNA Interferenz (RNAi) wird vermehrt als Technik für gentechnisch veränderte (GV-)Pflanzen und Pflanzenschutzmittel angewandt. Die Umweltrisikobewertung ist für RNAi allerdings noch nicht ausreichend entwickelt. Dieses Projekt sollen daher zur Weiterentwicklung einer angemessenen Umweltrisikobewertung von RNAi-basierten GV-Pflanzen beitragen und entsprechende Konzepte ergänzen.

Ziel des Projekts »GENIE« ist es, ein kosteneffizientes und lizenzfreies Verfahren zur Genom-Editierung zu entwickeln, das für verschiedene Nutzpflanzenarten anwendbar ist. Im Zentrum steht dabei die Kombination einer am Fraunhofer IME entwickelten laser-basierten Transfektionsmethode mit der kürzlich beschriebenen, OpenCRISPR-1-Nuklease. Diese wurde mithilfe künstlicher Intelligenz generiert und ist ohne Lizenzgebühren auch kommerziell nutzbar – ein entscheidender Vorteil für KMU.

Die Landwirtschaft steht vor einem tiefgreifenden Wandel, in dem wirtschaftliche, ökologische und gesellschaftliche Interessen unter dem Einfluss von Klimawandel und geopolitischen Krisen ausbalanciert werden müssen. Regulatorische Vorgaben, wie die EU-Ziele zur Halbierung des Einsatzes chemischer Pflanzenschutzmittel (PSM) bis 2030, stellen Landwirte vor große Herausforderungen, da alternative Strategien zur Bekämpfung von Pflanzenkrankheiten noch nicht ausgereift sind. Ein übermäßiger Einsatz von Fungiziden führt zu Biodiversitätsverlusten, während ihr Verzicht erhebliche Ertragseinbußen nach sich ziehen kann. Das mittelfristige Ziel muss es daher sein, die Menge an PSM optimal an den tatsächlichen Bedarf anzupassen und nur dann PSM auszubringen, wenn tatsächlich ein pathogener Befall vorhanden ist oder droht. Hierfür müssen neue innovative Verfahren entwickelt werden, um einen solchen Befall möglichst frühzeitig zu erkennen oder anhand intelligenter Prognosemodelle vorhersagen zu können.

Plant Molecular Farming ist die Produktion hochwertiger Verbindungen aus Pflanzen mithilfe der Biotechnologie. Mehrere solcher Pflanzenbiotechnologien befinden sich in der Entwicklung, und bereits einige wenige Produkte sind kommerziell erhältlich (wie das Biologikum Elelyso (Protalix Biotherapeutics) und der Sekundärmetabolit Paclitaxel (Phyton Biotech). Die Pflanzenbiotechnologie für Biologika wurde erst in den letzten 20 Jahren entwickelt. Daher sind die Plattformen zur Pflanzenherstellung noch nicht ausgereift im Vergleich zu den mikrobiellen und Säugetierzellexpressionsystemen, die heute routinemäßig in der Pharmaindustrie eingesetzt werden und auf deren Grundlage die aktuellen Richtlinien zur Guten Herstellungspraxis entwickelt wurden.

Neue Pflanzenzüchtungstechniken (NPBT) eröffnen der Landwirtschaft beispiellose Möglichkeiten. Diese NPBT sind mindestens genauso effizient und oft präziser als herkömmliche traditionelle und gentechnisch veränderte Techniken und vermeiden gleichzeitig die Einführung vererbbarer Transgene von entfernten Arten in das Pflanzengenom. Bei entsprechender Kommunikation dürften NPBT breite Akzeptanz finden, insbesondere wenn sie für gesellschaftlich vorteilhafte Züchtungsziele eingesetzt werden. Ein weithin anerkanntes Ziel ist die Molekulare Landwirtschaft, die die Nutzung von Pflanzen zur Produktion wertvoller Biomoleküle (z. B. Biopharmazeutika) bezeichnet. Kulturtabak (Nicotiana tabacum) und sein naher australischer Verwandter Nicotiana benthamiana sind aufgrund ihrer vorteilhaften Eigenschaften bevorzugte Arten in der Molekularen Landwirtschaft: Sie eignen sich nicht für den menschlichen Verzehr, sind leicht zu regenerieren, haben eine hohe Produktivität, einen reichhaltigen Sekundärstoffwechsel und sind mit genetischen Werkzeugen ausgestattet. Im Gegensatz dazu ist der traditionelle Tabakanbau in der EU stark rückläufig, was in vielen ländlichen Gebieten zu gravierenden sozialen Problemen führt.

Das International Center for Networked, Adaptive Production (ICNAP) geht auf eine Initiative des Landes Nordrhein-Westfalen und der Fraunhofer-Gesellschaft mit intensiver Unterstützung aus der Industrie zurück, die als Fraunhofer-Leistungszentrum »Vernetzte, adaptive Produktion« Ende 2016 in Aachen gestartet wurde. Aufgabe des Leistungszentrums ist es, eine offene Forschungsplattform und Testumgebung für die Industrie zu entwerfen, in der neue Konzepte einer digitalisierten Produktion und deren Transfer in die Industrie erforscht und praxisnah erprobt werden können. Das ICNAP ist aus dieser Initiative hervorgegangen und verstetigt die gute Zusammenarbeit in den Industrieprojekten. So können nun auch weitere Unternehmen als Partner innerhalb der Community von den Arbeiten des Leistungszentrums profitieren.

Der Fibroblasten Wachstumsfaktor 21 (FGF21) ist ein metabolisch wirkendes Peptidhormon, das Adipositas assoziierte metabolische Störungen in verschiedenen Tiermodellen reduzieren kann. Erste klinische Studien mit FGF21 Analoga (Applikation durch Injektion) bestätigten die Reduktion von Körpergewicht, Blutlipiden und Insulin beim Menschen und deuten auf die Leber als wichtiges Zielorgan hin, insbesondere bei Patienten mit Fettleber. Die Leber ist auch der Hauptproduzent von FGF21, aber direkte hepatische Effekte und Mechanismen sind bisher unzureichend aufgeklärt. Im Projekt soll untersucht werden, ob ein orales Applikationssystem positive metabolische Effekte durch eine gezielte Wirkung auf die Leber hat und Nebenwirkungen vermieden werden können.

Die Biotechnologie ist Bestandteil des Strategischen Forschungsfelds Bioökonomie der Fraunhofer-Gesellschaft: Die Produktion neuartiger Substanzen mit Hilfe lebendiger Organismen soll Kranke heilen, knapp werdende Rohstoffe ersetzen und unser Leben einfacher und komfortabler machen. Im Verlauf der letzten 30 Jahre konnte durch Digitalisierung die Profitabilität und Qualität erhöht und die Zeit bis zur Markteinführung in der chemischen Industrie gesenkt werden. Dieses Potential wird aktuell in den meisten Bioprozessen und zugehörigen Firmen bestenfalls ansatzweise erkannt oder gehoben.

Das übergeordnete Ziel des Graduiertenkollegs (GRK) mit dem Titel "Tumor-Targeted Drug Delivery" (Akronym 2(TD)) ist es, die aktuellen Herausforderungen auf dem Gebiet der Entwicklung des Krebs-DDS anzugehen und therapeutische und theranosetische Szenarien zu erforschen, die zu verbesserten Patientenresultaten führen und eine klare Perspektive für die klinische Übersetzung haben. Während sich die Mehrzahl der Forschungskonsortien im Bereich Drug-Delivery in Deutschland und Europa primär auf neue Materialien für die Nanomedizin konzentriert, wird sich 2(TD) auf medizinische Bedürfnisse und klinische Anwendungen konzentrieren und darauf abzielen, Fallstricke bei der Übersetzung von tumorgerichteten Drug-Delivery-Konzepten systematisch zu identifizieren und zu überwinden. Zu diesem Zweck wird das 2(TD)-Konsortium Wissen generieren und die Zusammenarbeit an den Schnittstellen der Schlüsselbereiche Tumorbiologie, chemische Verfahrenstechnik und klinische Medizin fördern.

Die Verunreinigung von Abwässern aus Privathaushalten und der Industrie mit Schwermetallen und gelösten Spurenstoffen, wie z.B. Zusatzstoffe und Arzneimitteln, nimmt in Europa stetig zu. Da diese gelösten Stoffe nur schwer oder gar nicht biologisch abbaubar sind und sich in der Umwelt, Pflanzen und Tieren mit unbekannter Wirkung anreichern, steigen die Umweltauflauflagen für die Abwasserbehandlung und Wasserwiederverwendung in der EU. Allerdings sedimentieren diese Spurenstoffe nicht und passieren auf Grund ihrer Größe im Nano- und Mikrometerbereich konventionelle Filtersysteme. Außerdem werden sie wegen ihrer geringer Bioverfügbarkeit in Kläranlagen kaum biologisch abgebaut, sodass es immer schwieriger wird, die Umweltauflagen in der EU einzuhalten. Das „Aachen Network for Waste Water Reuse, AIX-Net-WWR” ebnet den Weg in eine nachhaltige, dezentrale und wirtschaftliche Wasserver- und -entsorgung in der nahen Zukunft. Aus Abwasser wird so mittels innovativer Technologien Wasser geeigneter Qualität für die Wiederverwendung in Quartieren, in der Landwirtschaft oder Industrie gewonnen. Im Abwasser enthaltene Wärme und Wertstoffe werden wiederverwendet. Durch regionale Schwerpunktbildung trägt das Bündnis signifikant zum lokalen Strukturwandel bei, während es einen erheblichen Beitrag zu den global drängenden Problemen der Wasser- und Ressourcenknappheit sowie des Klimawandels liefert.