Referenzen

Die künstliche Photosynthese (KP) ist eine Technologie, die nachhaltig reichlich vorhandenen Ressourcen wie Sonnenlicht, Wasser und CO2 in Form von Brennstoffen wie Wasserstoff, Methanol oder Bausteine für die chemische Industrie umwandeln kann. In ihrer Grundkonzeption ahmt die KP die Prozesse der natürlichen Photosynthese (NP) nach, indem auf der Basis synthetischer, z. B. abiotischer und/oder biologischer Komponenten, die Sonnenenergie zur Spaltung bzw. Oxidation von Wasser und zur Reduktion von CO2 nutzt und sie in Energieträger umwandelt. Durch die Nutzung von CO2 als Rohstoff kann die KP einen wichtigen Beitrag zur künftigen Abkehr von fossilen Brennstoffen und zur Verringerung von Treibhausgasemissionen leisten und potenziell zur Bekämpfung des Klimawandels beitragen. Im Vergleich zu anderen erneuerbaren Energiequellen wie Sonne- und Windenergie, die intermittierend Energie produzieren, kann die KP überschüssige Energie in chemische Energie umwandeln und somit zu einer stabilen Energieversorgung, auch wenn Licht oder Wind nicht verfügbar sind beitragen. Ihre Entwicklung ist daher ein zentraler Bestandteil zukünftiger Energiestrategien und innovativer Ansätze im Ressourcermanagement.

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 pflanzenzellbasierte PCP-Technologie ermöglicht im Gegensatz zu Säugerzellen die schnelle und flexible Herstellung komplexer Biopharmazeutika, scheitert jedoch bislang an den verfahrenstechnischen und regulatorischen Transferhürden. Mithilfe eines Ko-Kreation-Ansatzes soll als offener Experimentierraum ein PCP-Demonstrator entwickelt werden, in dem Firmen die GMP-konforme Produktion ihrer Kandidaten erproben und die PCP-Technologie für die individuelle Anwendung qualifizieren können.

Als Alternative zu synthetischen und mineralischen Pestiziden gewinnen biologische Pflanzenschutzmittel (Biologicals) zunehmend an Bedeutung, da sie sehr spezifisch wirken und schnell durch Bodenbakterien abgebaut werden. Damit können biologische Pflanzenschutzmittel einen wichtigen Beitrag zur Minimierung von Ernteausfällen und damit zu den UN-Nachhaltigkeitszielen (UN SDGs) 12 „Nachaltige/r Konsum und Produktion“ und 13 „Maßnahmen zum Klimaschutz“ genauso wie zur „Farm to Fork“ Strategie der EU leisten. Allein die Identifizierung, Produktion und Testung neuer Biologicals ist zurzeit extrem aufwendig, da sich die Ursprungsorganismen oft nicht oder nur sehr schwer kultivieren lassen. Mit der patentierten Plant Cell Pack (PCP)-Plattform der Fraunhofer IME sollen neue Biologicals innerhalb von 1 Monat direkt in Pflanzenzellen produziert und auf ihre Wirksamkeit untersucht werden können.

Das TRANSVAC2-Konsortium besteht aus einem umfassenden Verbund führender europäischer Institutionen, die die Initiative mit dem Ziel der Weiterentwicklung einer voll funktionsfähigen und nachhaltigen europäischen Infrastruktur für Impfstoffforschung und -entwicklung vorantreiben wollen. TRANSVAC2 wird Innovationen sowohl für die prophylaktische als auch für die therapeutische Impfstoffentwicklung auf der Grundlage eines krankheitsübergreifenden und ganzheitlichen Ansatzes fördern und so das bei der Entwicklung von Human- und Tierimpfstoffen gewonnene Wissen und die Expertise optimieren. Erreicht wird dies durch die Überbrückung der translationalen Lücke in der biomedizinischen Forschung und durch die Förderung der Zusammenarbeit zwischen öffentlichen Exzellenzeinrichtungen für Impfstoffforschung und -entwicklung, verwandten Initiativen und Netzwerken in Europa sowie Industriepartnern. TRANSVAC2 wird bestehende europäische Forschungsinfrastrukturen im öffentlichen und privaten Sektor ergänzen und in diese integrieren.

Die auf Pflanzenzellen basierende, am Fraunhofer IME entwickelte Plant Cell Pack (PCP)-Technologie stellt eine Alternative zur Entwicklung solcher Proteine im Kleinstmaßstab dar, jedoch besteht bislang keine technische Möglichkeit, diese kosteneffizient im mittleren Produktionsmaßstab in PCPs herzustellen. Ziel des Projektes ist es, die für das Screening von komplexen Proteinvarianten in Kleinstmengen (μg-Bereich) im Hochdurchsatz entwickelte PCP-Technologie zur Etablierung schneller und flexibler Herstellungsprozesse im g-Bereich zu skalieren. Im Projekt sollen zwei technische Ansätze (Zentrifugation und Filtration) und entsprechende Prozessführungsstrategien (Ko-Kultivierung und Inkubationsbedingungen) mithilfe eines Modellproteins technisch erprobt und anschließend die Produktausbeuten von drei wirtschaftlich relevanten Proteinen (Wachstumsfaktor, Stoffwechselregulator und Immunotoxin) verglichen werden. Das geeignetste Verfahren wird als Demonstrator in den Pilotmaßstab skaliert, wobei insbesondere darauf geachtet wird, dass die Technologie unmittelbar in ein industrielles Umfeld integriert werden kann. Zielgruppen für die skalierte PCP-Technologie sind primär KMUs, die sich auf die Herstellung von rekombinanten Proteinen im mittleren Maßstab spezialisiert haben und die in die Lage versetzt werden sollen, nicht nur einfache, sondern auch komplexe Proteine schnell, flexibel und kosteneffizient herzustellen und sich so neue Geschäftsmodelle zu erschließen.

Im Angesicht der Energiewende stellen Solarkraftstoffe eine nachhaltige Lösung für eine umweltschonenden Energieversorgung dar – ob in der Mobilität, Privathaushalten oder in Industriebranchen mit hohem CO2-Ausstoß. Ein vielversprechender Ansatz zur Herstellung von Solarkraftstoff ist die künstliche Photosynthese; jedoch sind die derzeitigen Systeme ineffizient und aufgrund der hohen Kosten für den Einsatz in der Industrie ungeeignet. Das EU-Projekt SUNGATE will diesen Einschränkungen entgegenwirken und kombiniert dazu die Grundlagen der künstlichen Photosynthese mit der Photoelektrokatalyse sowie der Flowmikroreaktortechnik und Biotechnologie. Das übergeordnete Ziel von SUNGATE ist es, eine Technologie bereitzustellen, die eine kosteneffiziente globale Energieversorgung gewährleisten kann und bis zum Jahr 2050 zur Klimaneutralität beiträgt.

Die Nationale Reduktions- und Innovationsstrategie für Zucker, Fette und Salz in Fertigprodukten des BMEL wurde initiiert, um u. a. der stetigen Zunahme ernährungsbedingter Erkrankungen durch den übermäßigen Konsum von zuckerhaltigen Lebensmitteln und wirtschaftlichen und gesamtgesellschaftlichen Folgekosten entgegenzuwirken. Im Projekt NovelSweets2 konnte auf der Grundlage des natürlich-vorkommenden süßschmeckenden Proteins Brazzein ein verbessertes Funktionsmuster entwickelt werden, dass 10.000-fach süßer ist als Haushaltszucker (in Bezug auf das Gewicht) und honig- und leicht umami-artige Noten aufweist. Um das Verwertungspotential zu erschließen, bedarf es jedoch weiterer Entwicklungsmaßnahmen zur Optimierung des Herstellungsprozesses und zur Produktvalidierung. Diese Schritte sind notwendig, um die Wirtschaftlichkeit zu steigern, die Überlegenheit gegenüber Konkurrenzprodukten zu demonstrieren, ein tragfähiges Geschäftsszenario zu entwickeln und die Voraussetzungen für eine Zulassung zu erfüllen.

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.

Bereits seit der Steinzeit verwendeten Menschen Pflanzen für Kosmetik. Das ist heute noch so, Körperpflegeprodukte und Kosmetik bestehen aus etwa 25-30 Prozent natürlichen und 70-75 Prozent synthetischen Inhaltsstoffen. Die Branche ist bemüht, Inhaltsstoffe, die bislang auf petrochemische Vorstufen zurückgehen, künftig aus biologischen Ressourcen zu gewinnen. Das verspricht mehr Nachhaltigkeit und neue Eigenschaften der Produkte. Gleichzeitig beobachten wir den verstärkten Wunsch der Verbraucherinnen und Verbraucher nach mehr natürlichen Inhaltsstoffen. Die Verwendung von pflanzlichen Inhaltsstoffen in der Kosmetik ist seit einiger Zeit wieder in den Fokus von Forschung und Entwicklung gerückt. Allerdings ist die Nutzung von ganzen Pflanzen oder Früchten mit einer Reihe von Herausforderungen verknüpft. Je nach Jahreszeit und Umweltbedingungen können Erntemengen und Qualität schwanken. Oder das Pflanzenmaterial ist sogar mit Schadstoffen wie Schwermetallen oder Pestiziden belastet.