Das Projekt "Teil Fraunhofer IGB" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik, Institutsteil Straubing, Bio-, Elektro- und Chemokatalyse durchgeführt. Der Ersatz von fossilen durch nachwachsende Rohstoffen ist eine zentrale Herausforderung des 21. Jahrhunderts. Chitin, das zweithäufigste Biopolymer der Welt, hat das Potential zur Lösung dieser Herausforderung beizutragen. Chitin kann aus Pilzen, Insekten und Krustentierschalen gewonnen werden. Allein in Kanada fielen im Jahr 2016 mehr als 130.000 Tonnen Krustentierschalen als Abfallstoff der Fischereiindustrie an. In der EU fallen jährlich rund 750.000 Tonnen solcher Abfälle an. Aktuell wird dieser Abfallstrom kaum genutzt und landet größtenteils auf Deponien. Bei Entsorgungskosten von rund 7500 Euro /t, ist diese Vorgehen weder nachhaltig noch wirtschaftlich sinnvoll. Der daraus resultierende geringe Preis für dieses Abfallprodukt der Fischerei- und Lebensmittelindustrie in Verbindungen mit seinen natürlichen Eigenschaften wie Bioabbaubarkeit, Biokompatibilität, antimikrobielle Eigenschaften und der nicht vorhandenen Toxizität machen Chitin zu einem interessanten Rohstoff insbesondere für die Medizin- und Pharmabranche. Chitin kommt als Rohstoff sowohl für die Herstellung von neuen bio-basierten Materialen für den 3D-Druck, wie auch für die Produktion von antimikrobiellen Wirkstoffen in der Tierernährung in Frage. Bisher ist der Einsatz von Chitin im Kunststoffbereich nicht möglich. Deshalb ist die Entwicklung von Verfahren zur selektiven Funktionalisierung von Chitin hin zu einem thermoplastischen Biopolymer von zentraler Bedeutung. Zusätzlich erprobt das ChitoMat-Projekt die Möglichkeit Antibiotika durch Chitin-Derivate zu ersetzen.
Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Johann Heinrich von Thünen-Institut, Bundesforschungsinstitut für Ländliche Räume, Wald und Fischerei, Institut für Forstgenetik durchgeführt. Pappeln werden in Kurzumtriebsplantagen (KUP) für die Produktion von Bioenergie angebaut. Während der gesamten Zeit ist die Plantage Pilzerregern ausgesetzt, die schwere Schäden an den Bäumen verursachen können. Die meisten der schädlichen Pilzerreger bei der Pappel sind biotrophe Rostpilze der Gattung Melampsora. Die kosmopolitische Art Melampsora larici-populina stellt die größte Bedrohung für Pappelplantagen dar, da sie jährlich Wachstumseinbußen von bis zu 50 Prozent verursacht. Pflanzen erkennen Pilze über Rezeptoren, die das Pathogen-assoziierte molekulare Muster ('pathogen-associated molecular pattern'; PAMP) Chitin als Ligand binden. Wesentliche Bestandteile dieser Chitin-Rezeptoren sind 'Lysin-Motif-Receptor-Like-Kinasen' (LysM-RLKs). Analysen der Chitin-Signalkette in dikotyledonen Pflanzen zeigen, dass enzymatisch aktive und inaktive LysM-RLKs miteinander interagieren müssen, um einen funktionellen Rezeptor zu bilden. Die Wahrnehmung des Chitins löst in Pflanzen eine Immunantwort aus, die zu einer Resistenz gegen den Eindringling führen kann. Auf der anderen Seite müssen pilzliche Symbionten diese Immunantwort umgehen oder unterdrücken, um die Etablierung einer Mykorrhizierung zu erreichen. In dieser Hinsicht könnten LysM-Effektoren als Modulatoren der pflanzliche Immunantwort eine Rolle spielen. Ferner wird die Kommunikation zwischen der Pflanze und dem Mykorrhizapilz durch pilzliche Myc-Faktoren erleichtert, die von LysM-Rezeptoren des Wirts wahrgenommen werden. Das Ziel des beantragten Projekts ist es, LysM-RLK-Gene in Pappeln und LysM-Effektor-Gene in dem Mykorrhiza-Pilz Laccaria bicolor zu identifizieren. Diese Gene sollen funktionell charakterisiert werden, um dann ausgewählte Gene für die Verbesserung von Pathogenresistenz und Mykorrhizierung zu nutzen. Zu diesem Zweck werden transgene Linien hergestellt. Zusätzlich ist geplant CRISPR/Cas9 zur Genom-Editierung zu verwenden.
Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Göttingen, Albrecht-von-Haller Institut für Pflanzenwissenschaften, Abteilung Zellbiologie der Pflanze durchgeführt. Pappeln werden in Kurzumtriebsplantagen (KUP) für die Produktion von Bioenergie angebaut. Während der gesamten Zeit ist die Plantage Pilzerregern ausgesetzt, die schwere Schäden an den Bäumen verursachen können. Die meisten der schädlichen Pilzerreger bei der Pappel sind biotrophe Rostpilze der Gattung Melampsora. Die kosmopolitische Art Melampsora larici-populina stellt die größte Bedrohung für Pappelplantagen dar, da sie jährlich Wachstumseinbußen von bis zu 50 Prozent verursacht. Pflanzen erkennen Pilze über Rezeptoren, die das Pathogen-assoziierte molekulare Muster ('pathogen-associated molecular pattern'; PAMP) Chitin als Ligand binden. Wesentliche Bestandteile dieser Chitin-Rezeptoren sind 'Lysin-Motif-Receptor-Like-Kinasen' (LysM-RLKs). Analysen der Chitin-Signalkette in dikotyledonen Pflanzen zeigen, dass enzymatisch aktive und inaktive LysM-RLKs miteinander interagieren müssen, um einen funktionellen Rezeptor zu bilden. Die Wahrnehmung des Chitins löst in Pflanzen eine Immunantwort aus, die zu einer Resistenz gegen den Eindringling führen kann. Auf der anderen Seite müssen pilzliche Symbionten diese Immunantwort umgehen oder unterdrücken, um die Etablierung einer Mykorrhizierung zu erreichen. In dieser Hinsicht könnten LysM-Effektoren als Modulatoren der pflanzliche Immunantwort eine Rolle spielen. Ferner wird die Kommunikation zwischen der Pflanze und dem Mykorrhizapilz durch pilzliche Myc-Faktoren erleichtert, die von LysM-Rezeptoren des Wirts wahrgenommen werden. Das Ziel des beantragten Projekts ist es, LysM-RLK-Gene in Pappeln und LysM-Effektor-Gene in dem Mykorrhiza-Pilz Laccaria bicolor zu identifizieren. Diese Gene sollen funktionell charakterisiert werden, um dann ausgewählte Gene für die Verbesserung von Pathogenresistenz und Mykorrhizierung zu nutzen. Zu diesem Zweck werden transgene Linien hergestellt. Zusätzlich ist geplant CRISPR/Cas9 zur Genom-Editierung zu verwenden.
Das Projekt "Teilprojekt C" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Göttingen, Büsgen-Institut, Abteilung Forstbotanik und Baumphysiologie durchgeführt. Pappeln werden in Kurzumtriebsplantagen (KUP) für die Produktion von Bioenergie angebaut. Während der gesamten Zeit ist die Plantage Pilzerregern ausgesetzt, die schwere Schäden an den Bäumen verursachen können. Die meisten der schädlichen Pilzerreger bei der Pappel sind biotrophe Rostpilze der Gattung Melampsora. Die kosmopolitische Art Melampsora larici-populina stellt die größte Bedrohung für Pappelplantagen dar, da sie jährlich Wachstumseinbußen von bis zu 50 Prozent verursacht. Pflanzen erkennen Pilze über Rezeptoren, die das Pathogen-assoziierte molekulare Muster ('pathogen-associated molecular pattern'; PAMP) Chitin als Ligand binden. Wesentliche Bestandteile dieser Chitin-Rezeptoren sind 'Lysin-Motif-Receptor-Like-Kinasen' (LysM-RLKs). Analysen der Chitin-Signalkette in dikotyledonen Pflanzen zeigen, dass enzymatisch aktive und inaktive LysM-RLKs miteinander interagieren müssen, um einen funktionellen Rezeptor zu bilden. Die Wahrnehmung des Chitins löst in Pflanzen eine Immunantwort aus, die zu einer Resistenz gegen den Eindringling führen kann. Auf der anderen Seite müssen pilzliche Symbionten diese Immunantwort umgehen oder unterdrücken, um die Etablierung einer Mykorrhizierung zu erreichen. In dieser Hinsicht könnten LysM-Effektoren als Modulatoren der pflanzliche Immunantwort eine Rolle spielen. Ferner wird die Kommunikation zwischen der Pflanze und dem Mykorrhizapilz durch pilzliche Myc-Faktoren erleichtert, die von LysM-Rezeptoren des Wirts wahrgenommen werden. Das Ziel des beantragten Projekts ist es, LysM-RLK-Gene in Pappeln und LysM-Effektor-Gene in dem Mykorrhiza-Pilz Laccaria bicolor zu identifizieren. Diese Gene sollen funktionell charakterisiert werden, um dann ausgewählte Gene für die Verbesserung von Pathogenresistenz und Mykorrhizierung zu nutzen. Zu diesem Zweck werden transgene Linien hergestellt. Zusätzlich ist geplant CRISPR/Cas9 zur Genom-Editierung zu verwenden.
Das Projekt "Ursprung und Bedeutung der Chitinaseaktivitaet im Magen-Darm-Trakt des Dorsches (Gadus morhua L.)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hamburg, Zentrum für Meeres- und Klimaforschung, Institut für Hydrobiologie und Fischereiwissenschaft, Hydrobiologische Abteilung durchgeführt. Untersucht wird der Chitinabbau durch Chitinasen im Magen-Darm-Trakt des Dorsches. Der Dorsch, ein weit verbreiteter, kommerziell bedeutsamer Fisch, ernaehrt sich zeitlebens unter anderem von chitinhaltiger Nahrung (Crustaceen-Plankton, bzw. spaeter groessere Krebse). Chitin selbst ist nach Zellulose die zweithaeufigste organische Verbindung der Erde. Es ist ein Polysaccharid, bestehend aus N-Acetyl-beta-D-glucosamin-Einheiten, welches mechanisch hochstabil ist und in Wasser, verduennten Saeuren und Laugen unloeslich ist. Der biologische Abbau von Chitin erfolgt durch ein Enzymsystem (Chitinasen + Chitobiasen). Beide Enzyme wurden im Verdauungskanal von Gadus morhua nachgewiesen. Verschiedene Charakteristika der Enzymaktivitaeten (pH-Optima) lassen mindestens zwei Enzymsysteme in Magen und Darm des Dorsches vermuten. Der fischeigene und/oder bakterielle Ursprung der Enzymsysteme wird untersucht. Neben allgemein verdauungsunterstuetzender Wirkung der Chitinasen wird auch die Moeglichkeit der Resorption der Chitinabbauprodukte im Darm nicht ausgeschlossen. Dies wuerde fuer den Fisch die Erschliessung einer weiteren Energiequelle bedeuten. Hinsichtlich des Naehrstoff-Recyclings ist ausserdem von Bedeutung, dass die Chitinbausteine Stickstoff enthalten, welcher im marinen Milieu ein Mangelelement darstellt.
Das Projekt "Teilprojekt C" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von AGLUKON Spezialdünger GmbH & Co. KG durchgeführt. Angestrebt wird ein Biostimulanz mit Düngewirkung auf Basis von nachwachsenden Rohstoffen zur Anwendung im Boden (an der Wurzel) oder auf der Pflanze. Dieses soll die Stresstoleranz der Pflanzen erhöhen, deren Nährstoffaufnahme verbessern, durch die Optimierung physiko-chemischer Faktoren im Wurzelraum das Bodenleben positiv beeinflussen und damit die Bodenfruchtbarkeit erhalten bzw. fördern. Das Produkt trägt den Arbeitstitel KeraSan und besteht aus Keratin, z.B. aus Federn oder Hornsubstanz, sowie Chitin/Chitosan, z.B. aus Schalen von Krebstieren. Beide fallen in der Nahrungsmittelindustrie in großen Mengen als bislang nicht industriell verwertbarer Abfallstoff an. KeraSan ist als quellbares, kationisches Gel angelegt und gleichzeitig bioabbaubar. Die Abbauprodukte (Aminosäuren und kurze Peptidsequenzen sowie Chitosanoligomere) wirken als Dünger, stimulieren die Bodenmikroflora und können pflanzliche Stressanpassungsreaktionen aktivieren. Die Kombination aus Quellbarkeit und Abbaubarkeit bildet darüber hinaus einen innovativen Freisetzungsmechanismus, so dass Nährstoffe und Feuchtigkeit bedarfsgerecht an den Boden abgegeben werden. KeraSan vereinigt somit Charakteristika von Biostimulanzien zur Stärkung pflanzlicher Abwehrkräfte und Hilfsstoffen zur Verbesserung des Bodenwasserhaltevermögens mit einer Düngewirkung im kurz- und mittelfristigen Bereich, als vollständig biologisch abbaubares Produkt aus organischen Abfallstoffen. Anwendungsperspektiven liegen besonders im Bereich von Applikationen als platziert ausgebrachte Starterdünger (z. B. Saatband-, oder Unterfußdüngung) aber auch im Bereich der Blattdüngung, wobei für die jeweiligen Anwendungen zusätzlich förderliche Nährstoffe wie Phosphat oder Mikronährstoffe mit Funktionen in der Stressabwehr (z. B. Zink, Mangan, Bor etc.) in den jeweiligen Formulierungen gezielt zu dotiert werden können.
Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Institut für Baustoffforschung, Lehr- und Forschungsgebiet Strukturelle Polymerkomposite im Bauwesen durchgeführt. Angestrebt wird ein Biostimulanz mit Düngewirkung auf Basis von nachwachsenden Rohstoffen zur Anwendung im Boden (an der Wurzel) oder auf der Pflanze. Dieses soll die Stresstoleranz der Pflanzen erhöhen, deren Nährstoffaufnahme verbessern, durch die Optimierung physiko-chemischer Faktoren im Wurzelraum das Bodenleben positiv beeinflussen und damit die Bodenfruchtbarkeit erhalten bzw. fördern. Das Produkt trägt den Arbeitstitel KeraSan und besteht aus Keratin, z.B. aus Federn oder Hornsubstanz, sowie Chitin/Chitosan, z.B. aus Schalen von Krebstieren. Beide fallen in der Nahrungsmittelindustrie in großen Mengen als bislang nicht industriell verwertbarer Abfallstoff an. KeraSan ist als quellbares, kationisches Gel angelegt und gleichzeitig bioabbaubar. Die Abbauprodukte (Aminosäuren und kurze Peptidsequenzen sowie Chitosanoligomere) wirken als Dünger, stimulieren die Bodenmikroflora und können pflanzliche Stressanpassungsreaktionen aktivieren. Die Kombination aus Quellbarkeit und Abbaubarkeit bildet darüber hinaus einen innovativen Freisetzungsmechanismus, so dass Nährstoffe und Feuchtigkeit bedarfsgerecht an den Boden abgegeben werden. KeraSan vereinigt somit Charakteristika von Biostimulanzien zur Stärkung pflanzlicher Abwehrkräfte und Hilfsstoffen zur Verbesserung des Bodenwasserhaltevermögens mit einer Düngewirkung im kurz- und mittelfristigen Bereich, als vollständig biologisch abbaubares Produkt aus organischen Abfallstoffen. Anwendungsperspektiven liegen besonders im Bereich von Applikationen als platziert ausgebrachte Starterdünger (z. B. Saatband-, oder Unterfußdüngung) aber auch im Bereich der Blattdüngung, wobei für die jeweiligen Anwendungen zusätzlich förderliche Nährstoffe wie Phosphat oder Mikronährstoffe mit Funktionen in der Stressabwehr (z. B. Zink, Mangan, Bor etc.) in den jeweiligen Formulierungen gezielt zu dotiert werden können.
Das Projekt "Teilprojekt D" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie durchgeführt. Pappel wird in Kurzumtriebsplantagen (SRC für 'short rotation coppices') für die Produktion von Bioenergie angebaut. Während der gesamten Zeit ist die Plantage ständig Pilzerregern ausgesetzt, die schwere Schäden an den Bäumen verursachen können. Die meisten dieser schädlichen Pilzerreger bei der Pappel sind biotrophe Rostpilze der Gattung Melampsora. Insbesondere stellt die kosmopolitische Art M. laricipopulina die größte Bedrohung für Pappelplantagen dar, die jährlich Wachstumseinbußen von bis zu 50 Prozent verursachen. Pflanzen erkennen Pilze über Chitin-Rezeptoren, die ein bestimmtes Pathogen-assoziiertes molekulares Muster ('pathogen-associated molecular pattern'; PAMP) erkennen. Wesentliche Bestandteile dieser Chitin-Rezeptoren sind Lysin-Motiv-'Receptor-Like-Kinasen' (LysM-RLKs). Analysen des 'Chitin-Signalling' in dikotyledonen Pflanzen zeigen, dass enzymatisch aktive und inaktive LysM-RLKs miteinander interagieren müssen, um einen funktionellen Rezeptor zu bilden. Die Wahrnehmung des Chitins löst in Pflanzen eine Immunantwort aus, die zu einer Resistenz gegen den Eindringling führen kann. Auf der anderen Seite müssen pilzliche Symbionten diese Immunantwort umgehen oder unterdrücken, um eine Etablierung einer Mycorrhizierung zu erreichen. In dieser Hinsicht könnten LysM-Effektoren, die als Modulatoren einer Immunantwort betrachtet werden können, eine Rolle spielen. Ferner wird die Kommunikation zwischen der Pflanze und dem Mykorrhizapilz durch pilzliche Myc-Faktoren erleichtert, die von LysM-Rezeptoren des Wirts wahrgenommen werden. Das Ziel des beantragten Projekts ist es, LysM-RLK-Gene in Pappeln und LysM-Effektor-Gene in dem Mykorrhiza-Pilz Laccaria bicolor zu identifizieren. Diese Gene sollen funktionell charakterisiert werden, um dann ausgewählte Gene für die Verbesserung von Pathogenresistenz und Mykorrhizierung zu nutzen. Zu diesem Zweck werden transgene Linien hergestellt. Zusätzlich ist geplant CRISPR/Cas9 zur Genom- Editierung zu verwenden.
Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hohenheim, Institut für Kulturpflanzenwissenschaften (340), Fachgebiet Ernährungsphysiologie der Kulturpflanzen (340h) durchgeführt. Angestrebt wird ein Biostimulanz mit Düngewirkung auf Basis von nachwachsenden Rohstoffen zur Anwendung im Boden (an der Wurzel) oder auf der Pflanze. Dieses soll die Stresstoleranz der Pflanzen erhöhen, deren Nährstoffaufnahme verbessern, durch die Optimierung physikochemischer Faktoren im Wurzelraum das Bodenleben positiv beeinflussen und damit die Bodenfruchtbarkeit erhalten bzw. fördern. Das Produkt trägt den Arbeitstitel KeraSan und besteht aus Keratin, z.B. aus Federn oder Hornsubstanz, sowie Chitin/Chitosan, z.B. aus Schalen von Krebstieren. Beide fallen in der Nahrungsmittelindustrie in großen Mengen als bislang nicht industriell verwertbarer Abfallstoff an. KeraSan ist als quellbares, kationisches Gel angelegt und gleichzeitig bioabbaubar. Die Abbauprodukte (Aminosäuren und kurze Peptidsequenzen sowie Chitosanoligomere) wirken als Dünger, stimulieren die Bodenmikroflora und können pflanzliche Stressanpassungsreaktionen aktivieren. Die Kombination aus Quellbarkeit und Abbaubarkeit bildet darüber hinaus einen innovativen Freisetzungsmechanismus, so dass Nährstoffe und Feuchtigkeit bedarfsgerecht an den Boden abgegeben werden. KeraSan vereinigt somit Charakteristika von Biostimulanzien zur Stärkung pflanzlicher Abwehrkräfte und Hilfsstoffen zur Verbesserung des Bodenwasserhaltevermögens mit einer Düngewirkung im kurz- und mittelfristigen Bereich, als vollständig biologisch abbaubares Produkt aus organischen Abfallstoffen. Anwendungsperspektiven liegen besonders im Bereich von Applikationen als platziert ausgebrachte Starterdünger (z. B. Saatband-, oder Unterfußdüngung) aber auch im Bereich der Blattdüngung, wobei für die jeweiligen Anwendungen zusätzlich förderliche Nährstoffe wie Phosphat oder Mikronährstoffe mit Funktionen in der Stressabwehr (z. B. Zink, Mangan, Bor etc.) in den jeweiligen Formulierungen gezielt zu dotiert werden können.
Das Projekt "Teilprojekt E" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von FALKE KGaA durchgeführt. Vor dem Hintergrund begrenzter Ressourcen wie Erdöl, Wasser und Anbaufläche sowie zunehmender Umweltschädigung und Konfliktpotenziale besteht ein großes gesellschaftliches und unternehmerisches Interesse, wettbewerbsfähige, sozial und ökologisch nachhaltige Rohstoffalternativen für die Textilindustrie bereitzustellen. Das Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung einer völlig neuen Prozesskette für die Herstellung von biobasierten, veganen Textilien aus Chitosan-Fasern (Filament- und Stapelfasergarne). Chitosan ist chemisch eng verwandt mit Chitin, der nach der Zellulose häufigsten Verbindung in der lebenden Natur. Es kommt in der Natur in verschiedenen Quellen vor: Insekten, Krabben- und Krebsschalen sowie als strukturbestimmender Zellwandbestandteil aller Pilze. Daher kann Chitin ein aus Nebenprodukten bei der Produktion von Krabbenfleisch, Insektenprotein oder Pilzbiomasse-Abfall aus industriellen Prozessen gewonnen werden. Chitosan seinerseits kann leicht aus Chitin durch Deacetylierung hergestellt werden. Das vorliegende Projekt beabsichtigt, Chitosan aus der etablierten und weltweit dominierenden industriellen Zellfabrik Aspergillus niger mit sehr hohem Durchsatz, hoher Qualität und Reinheit, kurzer Herstellungszeit, schonender Extraktion und vielfältigen Veredelungs- und Umformungsmöglichkeiten zu produzieren. Das Chitosan wird hierbei aus Sekundärrohstoffquellen (Abfallstrom aus der industriellen filamentöse Pilzkultivierung) sowie aus Primärrohstoffquellen (industrielle filamentöse Pilzkultivierung) gewonnen. Die bemerkenswerten Eigenschaften von Chitosan wie biologische Abbaubarkeit, Antibiotizität und Kompatibilität mit Baumwolle und Zellulose machen es zu einem vielversprechenden Biomaterial für die Herstellung von natürlichen Fasern für textile Anwendungen.