Hochdurchsatz-Screening von Biologicals als Alternative zu Pestiziden in der Landwirtschaft

Die steigende Weltbevölkerung von derzeit ca. 7,8 Mrd. auf ca. 9,7 Mrd. Menschen in 2050 erfordert eine jährliche Steigerung der Lebensmittelproduktion um 8% . Dafür müssen neben der Steigerung der Produktivität selbst, Ernteausfälle drastisch gesenkt werden, die je nach Kulturpflanze 20-40% ausmachen können. Pflanzenschutzmittel (Pestizide) zur Bekämpfung von Schädlingen und Krankheiten leisten dabei einen wichtigen Beitrag . Allerdings beeinträchtigen derzeit vorwiegend genutzte Pestizide die Boden- und Wasserqualität, die biologische Vielfalt und damit die Ökosysteme und können als Rückstände Lebensmittel belasten. Dies betrifft sowohl in der konventionellen Landwirtschaft eingesetzte Pestizide, wie die Neonikotinoid-Insektizide oder das Herbizid Glyphosat, genauso wie das im Ökoanbau verwendete Kupfersulfat.

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 können. Ein bekanntes Beispiel sind die Bacillus thuringiensis (BT)-Proteine, die sowohl im konventionellen als auch im Ökoanbau eingesetzt 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.

Diesem Problem kann mit der patentierten Plant Cell Pack (PCP)-Plattform begegnet werden, mit der neue Biologicals innerhalb von einem Monat direkt in Pflanzenzellen produziert und untersucht werden können. 

Herausfordernd ist zurzeit der hohe Personalaufwand, mit dem die Plattform betrieben wird. Zwar sind die einzelnen Teilprozesse des Screening-Systems bereits automatisiert, der Transfer zwischen den Elementen bedarf allerdings manueller Anpassungen. Um den Transfer zwischen den Teilprozessen des Hochdurchsatz-Screeningsystems zu vereinfachen und die Kosten zu reduzieren, soll die PCP-Plattform weiter automatisiert werden, so dass sie im im industriellen Umfeld eingesetzt werden kann.