LEDitSHAKE

Die Zukunft der Wirkstoff- und Lebensmittelversorgung durch lichtoptimierte Pflanzenzellkulturen sicherstellen – ganz ohne Gentechnik

Ökologische Nachhaltigkeit und eine gesunde Ernährung bei wachsender Weltbevölkerung gehören zu den größten Herausforderungen, denen wir uns als Gesellschaft stellen müssen. Hierbei spielt auch der Konflikt zwischen dem Anbau von Nahrungsmittelpflanzen und Nutzpflanzen zur Gewinnung von technischen Roh- oder Wirkstoffen eine bedeutende Rolle, sodass auch die Versorgung mit diesen Stoffen kurz- bis mittelfristig gefährdet ist.

Pflanzenzellkulturen (PZK) stellen bereits jetzt eine wichtige Alternative zu konventionell angebauten Pflanzen bei der Herstellung von sekundären Pflanzeninhaltsstoffen zum Einsatz primär in Kosmetika und Personal Care Produkten, aber auch als Lebensmittelzusatzstoffe und Wirkstoffe dar. Im Gegensatz zu ganzen Pflanzen können PZK unabhängig von saisonalen Begebenheiten, verfügbarer Anbaufläche sowie unter vollständigem Verzicht von Pestiziden kultiviert werden, was eine hohe Qualität, Versorgungsicherheit sowie lokale Produktion der benötigten Stoffe ermöglicht.

Mittels Licht spezifischer Wellenlängen kann die Produktion von Biomasse wie auch gewünschter Inhaltsstoffe positiv beeinflusst werden. Dabei handelt es sich um eine nicht invasive, nicht chemische und nicht gentechnische Einflussnahme, welche insbesondere bei Kosmetik und Lebensmitteln wichtige Faktoren für die Akzeptanz bei den Endverbrauchern darstellen.

Daher wurde am Fraunhofer IME in Aachen ein Beleuchtungssystem für PZK entwickelt, mit dem der Einfluss von Licht mit spezifischen Wellenlängen auf die Kulturen untersucht wird, um optimale Lichtrezepte für die Herstellung der wertvollen Inhaltsstoffe zu finden. Das zum Patent angemeldete LEDitSHAKE-System erlaubt den Einsatz von 12 Lichtbedingungen parallel in einem Schüttelinkubator, während in kommerziell erhältlichen Schüttelinkubatoren nur weißes Licht möglich ist. Mit LEDitSHAKE können die Intensität, die Photoperiode und das Spektrum des Lichts (rot, grün, blau, weiß, farred, UV) gesteuert und der jeweilige Einfluss untersucht werden.

Das am IME etablierte Verfahren (Kombination von statistischer Versuchsplanung und LEDitSHAKE) ist einzigartig und stellt den aktuellen Stand der Technik dar. Das LEDitSHAKE-System ist modular aufgebaut und kann in jedem  Standardschüttelinkubator für die Kultivierung pflanzlicher Zellkulturen installiert werden und ist somit universell einsetzbar.

Um das Potential der Nutzung von Pflanzenzellkulturen zur nachhaltigen Herstellung von Wirkstoffen und mittelfristig auch von Lebensmitteln weiter auszunutzen, soll LEDitSHAKE 2022 durch die Teilnahme am Fraunhofer AHEAD Programm in Richtung Ausgründung oder Lizensierung weiterentwickelt werden. Aber auch in regulären Forschungsprojekten kommt die LEDitSHAKE-Technologie weiter zum Einsatz, zum Beispiel bei der Untersuchung des Einflusses von Licht auf verschiedene Pflanzenzellen, aber auch Cyanobakterien.