DUZ TRANSFER - Lebenswichtige Life Sciences - WISSENSCHAFT WIRKSAM MACHEN - Hochschulallianz für den Mittelstand
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DUZ TRANSFER
WISSENSCHAFT WIRKSAM MACHEN
Lebenswichtige
Life Sciences
36 I 07/20 DUZ TRANSFER I EDITORIAL
EDITORIAL
Die Corona-Pandemie ist für Gesellschaft und Politik eine enorme Herausforderung.
Dabei erhält die Forschung und Entwicklung im Bereich der Life Sciences in den ers-
ten Monaten der Krise eine besondere Aufmerksamkeit. Natürlich steht und stand die
Entwicklung eines Impfstoffs an virologischen und biotechnologischen Instituten und
Fachbereichen im medialen Fokus. Es wird aber zunehmend deutlich, dass die anwen-
dungsorientierte Forschung und der Technologietransfer der Hochschulen für ange-
Foto: Tim David Müller-Zitzke
wandte Wissenschaften gemeinsam mit der regionalen Wirtschaft parallel zur Impf-
stoffentwicklung im Rahmen der Pandemiebekämpfung hinaus einen essenziellen
Beitrag leisten.
Die vorliegende Ausgabe von DUZ Transfer gibt Ihnen Einblicke in die Vielfalt der Life
Sciences. Prof. Dr. Christiane Zell zeigt im Interview den Wandel des Lehr- und For-
Prof. Dr.-Ing. Peter Ritzenhoff schungsgebiets auf – von einer beschreibenden hin zu einer gestaltenden und nutzen-
Der Rektor der Hochschule
den Rolle. Auch die immer größere wirtschaftliche Bedeutung der Life Sciences führt
Bremerhaven hat zum 1. März
2020 den Vorstandsvorsitz der dazu, dass Hochschulen die Biotechnologie und andere Lebenswissenschaften ausbau-
Hochschulallianz für den en. Durch weitere Beiträge in dieser Ausgabe wird deutlich, dass vor allem durch die
Mittelstand übernommen. fachübergreifende Zusammenarbeit neue Potenziale erschlossen werden. So werden
unter anderem Biotechnologie und Elektrochemie kombiniert, um ein neues Verfahren
zur Umwandlung von CO2 und elektrischer Energie in Erdgas zu entwickeln. Die Life
Sciences bieten auf vielfältige Weise Lösungen für viele globale Herausforderungen.
Angesichts der globalen Aufgaben freue ich mich, dass die Hochschulallianz für den
Mittelstand sich als neuer Partner im europäischen informellen Netzwerk der Hoch-
schulverbände für angewandte Wissenschaften UAS4EUROPE nun auch in Brüssel da-
für einsetzt, die Sichtbarkeit und Bedeutung der Hochschulen für angewandte Wissen-
schaften für die Europäische Forschungslandschaft zu unterstreichen. Schließlich wird
bereits viel auf internationaler Ebene auch im Bereich der Life Sciences bewirkt, wie Sie
in dieser Ausgabe selbst feststellen können.
Ich wünsche Ihnen spannende Impulse. Bleiben Sie gesund!
Ihr Peter Ritzenhoff
INHALT
37 „ES MUSS SEHR VIEL MEHR 42 LEGIONELLEN AUF DER SPUR 47 AUS MOLKE BIOGAS GEWINNEN
PASSIEREN“ Wasserhygiene: Hochschule Gasgewinnung: Hochschule Offenburg
Die Lebenswissenschaften könnten Bremerhaven
ihr Potenzial noch sehr viel besser 48 METHANOGENE – MIT CO2 WIRD
entfalten, wenn Deutschland weitaus 44 HYGIENISCH SICHERE SCHALTER MEHR DARAUS
mehr in die informationstechnolo- Oberflächendesinfektion: Energiegewinnung: TH Mittelhessen
gische Infrastruktur investieren TH Lübeck
würde, sagt Alfred Pühler, einer der 49 POLYPHENOLE – ZU WERTVOLL
Pioniere der Gen- und Biotechnologie 45 FORSCHUNGSTALENT IN DER ZUM WEGWERFEN
MARZIPANSTADT Lebensmittel: TH Lübeck
40 „LIFE SCIENCES VERÄNDERN Johanna Gasser: TH Lübeck
DIE WELT“ 50 PHOSPHOR AUS KLÄRSCHLAMM
Für die Offenburger Biotechnologiepro- 46 VON DER IDEE BIS ZUM Rohstoffrückgewinnung:
fessorin Christiane Zell haben Lebens- KLINIKEINSATZ TH Mittelhessen
wissenschaften die gleiche transforma- Medizintechnik: Hochschule 51 HAFM: UAS4EUROPE-MITGLIED
tive Kraft wie die Digitalisierung Hamm-Lippstadt 52 IMPRESSUM
XXXXXXXXX I DUZ TRANSFER 07/20 I 37 „ES MUSS SEHR VIEL MEHR PASSIEREN“ Die Lebenswissenschaften in Deutschland brauchen eine moderne informationstechnologische Infrastruktur, um ihr Potenzial besser ausschöpfen zu können, fordert Leopoldina-Mitglied Alfred Pühler INTERVIEW: VERONIKA RENKES Der erste „Zukunftsreport Wissenschaft“, den die Nationa- den Ausbau wissensintensiver Dienstleistungen und innova- le Akademie der Wissenschaften Leopoldina veröffentlich- tiver forschungsbasierter Industriezweige.“ Allerdings kamen te, war den „Lebenswissenschaften im Umbruch“ gewidmet. die Experten zu einer ernüchternden Diagnose: „Deutschland Das 2014 erschienene Papier strich die Bedeutung der Le- ist auf die rasanten Entwicklungen rund um die Omics-Tech- benswissenschaften als Leitdisziplin des 21. Jahrhunderts nologien weder in technologischer noch informationstechni- heraus: „Wie auch andere Wissenschaftsbereiche verän- scher Hinsicht ausreichend vorbereitet.“ Eine Maßnahme, die dern sich derzeit die Lebenswissenschaften – dazu gehö- hier Abhilfe schaffen soll, ist der Aufbau von de.NBI. Das seit ren Biologie, Biochemie, Gentechnologie, Ernährungswis- 2015 vom Bundesforschungsministerium geförderte Deut- senschaften, Medizin und Pharmazie – dramatisch durch sche Netzwerk für Bioinformatik-Infrastruktur stellt allen den Einsatz neuer Technologien. Mithilfe bioanalytischer Forschenden in den Lebenswissenschaften eine Infrastruktur Hochdurchsatzverfahren, sogenannter Omics-Technologien zur Verfügung, die die Analyse umfangreicher Datenmengen wie Genomics, Transcriptomics, Proteomics oder Metabo- mit Bioinformatik erleichtert. lomics können in kurzer Zeit riesige Datenmengen über Le- bensprozesse gewonnen werden. Daraus erhofft man sich Herr Professor Pühler, warum benötigen wir ein solches weitreichende Erkenntnisse über Ursachen von Erkrankungen Netzwerk für die Lebenswissenschaften wie de.NBI? und darauf aufbauend die Entwicklung zielgerichteter Thera- Die Lebenswissenschaften ermöglichen mithilfe der Omics- pien, neue Einsichten zur gesunden Ernährung oder Innovati- Technologien, dass wir das zelluläre Geschehen zum Beispiel onen in der Biotechnologie und Bioökonomie. Diese Technolo- bei Krebs insgesamt umfassender und detaillierter verste- gien bieten auch ein großes Wertschöpfungspotenzial, durch hen. Man geht in den Lebenswissenschaften vom isolierten
38 I 07/20 DUZ TRANSFER I LIFE SCIENCES: HINTERGRUND
Blick einer Disziplin zu einem längst fälligen Gesamt-
blick über. Dieser umfassende Blick ist überall da
notwendig, wo Zellen eine wichtige Rolle einnehmen
und wo die Wissenschaft anwendungsorientiert der
Bevölkerung Rede und Antwort stehen muss. Dazu
zählen: Die Landwirtschaft, wo die Züchtung heute
ohne Omics-Technologien nicht mehr auskommt. Die
Biotechnologie, wo man auf Omics-Daten aufbauend
Produktionsorganismen entwickelt. Die Medizin,
wo man mit Omics-Technologien analysiert, was in
einem Zellgewebe schief-läuft. Das führt hin bis zur
personalisierten Medizin, wo die Omics-Technologien
es ermöglichen, für eine spezifische Erkrankung
passende Medikamente zu entwickeln.
2014 stellte die Leopoldina im „Zukunftsreport Wis-
senschaft“ fest, dass Deutschland bei den Omics-
Technologien hinterherhinkt. Und heute?
Der Report wies auf zwei Schwachstellen hin, die
immer noch aktuell sind: Die Omics-Technologien
stehen nicht flächendeckend zur Verfügung und
vor allem auch nicht die Auswertung der erzeug-
ten Daten. Aber beides ist für die Forschung in den
Lebenswissenschaften essenziell: Denn um Omics-
Technologien zu nutzen, braucht man kosteninten-
sive Instrumente, die sich viele Hochschulen nicht
leisten können. Deshalb muss man Zentren bilden,
die Omics-Technologien für diejenigen zugänglich
machen, die über solche Analyseinstrumente und
-methoden nicht verfügen. Heute, sechs Jahre nach
Erscheinen des Zukunftsreports, muss man konsta-
tieren: Die Omics-Technologien wurden nicht so ge-
fördert, wie es notwendig wäre. Das, was letztendlich
initiiert werden konnte, verlief sehr zäh. So dauerte
es mehrere Jahre, bis die Deutsche Forschungsge-
meinschaft Sequenzier-Zentren in Kiel, Dresden, Köln
und Tübingen geschaffen hat. Denn das gewichtige
Gegenargument des Bundesforschungsministeriums
zu dieser zentralen Forderung der Leopoldina lautete:
„Diese Technologie ist doch bereits in vielen anderen
Ländern angesiedelt und wird außerdem von Indus-
trieunternehmenangeboten. Nutzt doch das Angebot
dieser Industrieunternehmen.“ Eine Folge davon: Die-
se vier Zentren sind unterfinanziert und sollen jetzt
in die große Humansequenzierung einsteigen. Mein
Fazit: Es muss in Deutschland sehr viel mehr passie-
ren, um den Anschluss an andere Länder zu finden.
Warum sind bundes- und europaweite Netzwerke
effektiver als Insellösungen?
Der Zugang zu Forschungsinfrastrukturen ist bei
Insellösungen vielen Forschern verschlossen, nur
handverlesene Wissenschaftler profitieren davon. Um
die Lebenswissenschaften voranzubringen, benötigen
wir aber Netzwerke, die möglichst viele Wissenschaft-
ler bis hin zum Nachwuchs nutzen können. Zudem
kann man verteilte Netze dynamischer gestalten. So
LIFE SCIENCES: HINTERGRUND I DUZ TRANSFER 07/20 I 39
vereinen wir unter dem Dach von de.NBI zurzeit insgesamt de.NBI-Cloud haben wir das hierzulande vorhandene akade-
40 Projekte, die in acht Servicezentren mit unterschiedlichen mische Cloud-Wissen zusammengebunden und die de.NBI-
Schwerpunkten zusammengefasst sind. Die Zentren stellen Cloud als verteilte Struktur an sechs Standorten errichtet. Die
dem Netzwerk ihre Softwarelösungen und Tools zur Verfü- de.NBI-Cloud ist auf bioinformatische Analysen ausgerichtet
gung und beraten Forscherinnen und Forscher, mit welchem und wird zentral gesteuert. Da sie als Infrastruktur konzipiert
Tools sie arbeiten sollten, wie man diese anwendet, was man ist, steht sie nicht nur de.NBI-Mitgliedern, sondern allen For-
mit den Ergebnissen machen kann und welche Daten sich für schenden aus den Lebenswissenschaften zur Analyse ihrer
eine Analyse eignen. Die Tools sind so konstruiert, dass sie Daten zur Verfügung. Dabei spielt es keine Rolle, ob der Nutzer
leicht anwendbar sind und auch von Forschern genutzt wer- Diplomand, Doktorand, Postdoc oder Professor ist.
den können, die keine Kenntnisse in Bioinformatik mitbrin-
gen. Zudem bieten wir passende Trainingskurse an. Warum ist eine solche Infrastruktur im Bereich der
Lebenswissenschaften wichtig für den Standort Deutschland?
Warum ist es wichtig, dass diese Datenkompetenz bei den Die durch das de.NBI-Netzwerk etablierte Infrastruktur funk-
staatlichen Hochschulen und Forschungsinstitutionen tioniert auch bei Krisen sofort. So konnte sich de.NBI umge-
liegt und nicht allein in Unternehmen? hend an der Auswertung von COVID-19-Forschungsdaten be-
Die Erkenntnisse auf diesem Gebiet müssen von den Forsche- teiligen. Eine Umfrage im de.NBI-Netzwerk hat ergeben, dass
rinnen und Forschern der Lebenswissenschaften weiterge- de.NBI an nahezu 30 COVID-19-Forschungsprojekten beteiligt
trieben werden. Über die Omics-Technologien erhält man ist. Die vom de.NBI-Netzwerk bearbeiteten Forschungspro-
riesige Datenmengen, mit denen man so nichts anfangen jekte decken das gesamte Spektrum der Corona-Forschung
kann, auch als Big-Data-Problem bekannt. Diese Datenmen- ab. Die beteiligten infektiösen Viren werden z. B. einer
gen müssen von den Programmen aufgearbeitet werden, um Sequenzanalyse unterzogen und Modelle für die zukünftige
zu validen Ergebnissen zu gelangen. Die Wissenschaftler sind Ausbreitung entworfen. Weiterhin werden Wechselwirkungen
darauf angewiesen, damit sie ihre Forschung vorantreiben der infektiösen Viren mit menschlichem Gewebe studiert
können, wie bei den aktuellen Covid-19-Erkrankungen: So und auftretende Krankheitsverläufe untersucht. Ein weiterer
kann man aus einer Speichelprobe das Virusgenom sequen- Schwerpunkt ist die Medikamentenentwicklung. Zur Ana-
zieren, womit man die Signatur und damit Stellen im Virus- lyse von COVID-19-Forschungsdaten nutzt das Netzwerk die
genome mit Mutationen erfasst. Danach prüft man, ob solche erprobten de.NBI-Computerprogramme und greift vor allem
Mutationen bereits in anderen Virusgenomen gefunden wur- auf die angebotene Rechnerstruktur der de.NBI-Cloud zurück.
den. Aus einer solchen Analyse lassen sich Aussagen über die Das de.NBI-Netzwerk hat durch seine Beiträge zur Corona-
Verbreitung von Viren ableiten. Nehmen wir als jüngstes Bei- Forschung nachgewiesen, dass die etablierte Infrastruktur als
spiel den Corona-Ausbruch in Gütersloh, wo behauptet wurde, schnelle Eingreiftruppe zur Analyse von großen Datenmen-
„die Viren, die man bei Tönnies gefunden hat, kommen aus gen in den Lebenswissenschaften zur Verfügung steht. //
Bulgarien und Rumänien“. Mittels einer Signaturanalyse lässt
sich eine solche Hypothese leicht überprüfen.
Und die Rolle der Unternehmen?
Es gibt Unternehmen, die Sequenzierdienste anbieten, PROF. DR. ALFRED PÜHLER
allerdings ohne eine Analyse der erstellten Sequenzdaten.
Forschende können mit reinen Sequenzdaten meist wenig gilt als einer der Pionie-
anfangen und brauchen zur Analyse der Daten bioinformati- re der modernen Gen-
sche Unterstützung, zum Beispiel durch das de.NBI-Netzwerk, technik, Biotechnologie
welches spezielle Expertise für die gesamten Lebenswissen- und Genomforschung.
Foto: Universität Bielefeld
schaften bereit hält. Einzelne Unternehmen können dies
So war er maßgeblich an
nicht leisten.
der Entschlüsselung der
Brauchen Sie zur Auswertung solcher Datenmengen aber Genomsequenz mehrerer
nicht Supercomputer-Ressourcen, wie sie etwa das Mikroorganismen beteiligt.
Forschungszentrum Jülich vorhält? 1979 wurde Pühler auf den
Supercomputer erweisen sich für viele Naturwissenschaften Lehrstuhl für Genetik an die Universität Bielefeld berufen,
als unumgänglich. Für die Lebenswissenschaften mit vielen wo er bis 2008 tätig war. Nach seiner Pensionierung wech-
unterschiedlichen Analyseansätzen sind jedoch andere selte er als Senior Research Professor an das Center for
Rechnerstrukturen vorteilhafter. Das de.NBI-Netzwerk hat Biotechnology der Uni Bielefeld, das er mit aufgebaut hat.
deshalb eine eigene Rechnerstruktur auf Cloud-Basis einge- Zudem ist er Koordinator des vom BMBF seit 2015 geför-
richtet. Diese neu eingerichtete de.NBI-Cloud hat den Vorteil, derten Deutschen Netzwerks für Bioinformatik-Infrastruk-
dass sie komplett vom de.NBI-Projekt getragen wird und
tur – de. NBI und Mitglied der Leopoldina.
damit sicherstellt, dass die gerechneten Forschungsdaten in
Deutschland gehalten werden können. Zur Etablierung der
40 I 07/20 DUZ TRANSFER I LIFE SCIENCES: POTENZIALE
„LIFE SCIENCES
VERÄNDERN
DIE WELT“
Für die Offenburger Wissenschaftlerin Christiane Zell haben
Lebenswissenschaften die gleiche transformative Kraft wie die
Digitalisierung. Was Hochschulen für angewandte Wissenschaften zum
Wandel beitragen können, erklärt sie im Interview
INTERVIEW: RAINER DETTMAR
Frau Professorin Zell, Sie lehren Biologie, Bioinformatik, technologie, ist eine Schlüsseltechnologie. Die sprung-
Biotechnik sowie Biologische Verfahren an der Fakultät haften Fortschritte im Verständnis biologischer Prozesse
Maschinenbau und Verfahrenstechnik der Hochschule schaffen ganz neue Einsatzgebiete und Gestaltungsmög-
Offenburg. Was macht Ihr Fach, die Biotechnologie, zu lichkeiten. Man denke an Geneditierungsverfahren wie
einem spannenden Studien- und Forschungsgebiet? die Genschere CRISPR/Cas in Kombination mit modernen
Die faszinierenden Inhalte. Man lernt zu verstehen, was Analyse- und Datenauswertungsmethoden. Es gibt ganz
das Leben und die Lebewesen ausmacht, wie sie mit und neue Chancen zur Gestaltung biologischer Prozesse und
in ihrer Umwelt agieren. Und man lernt, wie man dieses zur Bewältigung globaler Herausforderungen. Die Life
Wissen nutzen kann, um zum Beispiel umweltschonen- Sciences besitzen eine ähnlich transformative Kraft wie
der zu produzieren oder Medikamente zu entwickeln. die Digitalisierung. Für Deutschland als Hochtechnolo-
Biotech-nologie ist Zukunftstechnologie. Sie hat eine giestandort sind sie von elementarer Bedeutung, denn sie
zentrale Bedeutung für nachhaltige Produktion, für die stärken die Wettbewerbsfähigkeit und schaffen Arbeits-
Gesundheit und die Ernährung einer wachsenden Welt- plätze. Sie sind ein Wachstums- und Wirtschaftsmotor.
bevölkerung.Schon das Studium ist sehr spannend. Es
gibt viele anwendungsbezogene Praktika, Kleingruppen Welche Forschungsfragen stellen sich an Fachhochschu-
im Labor, Projektarbeit mit industriellen Partnern. Letzte len und Hochschulen für angewandte Wissenschaften in
Woche sagte mir ein Student im Biotechnik-Praktikum: der Corona-Pandemie?
Es ist spannend, dass das theoretisch Gelernte wirklich In den ersten Monaten der Pandemie fand Forschung
funktioniert – das Einklonieren eines Gens in ein Bakte- eher dort statt, wo ohnehin an entsprechenden The-
rium oder der Nachweis von Mikroorganismen durch PCR men geforscht wird, also an virologischen Instituten
(englisch: Polymerase Chain Reaction, deutsch Polymera- oder dort, wo diagnostische Tests hergestellt wurden.
se-Kettenreaktion). Doch mit einiger Verzögerung werden sich viele weitere
Forschungsgruppen mit dem Thema Covid-19 befassen.
Worin besteht die Bedeutung der Lebenswissenschaften Hochschulen für angewandte Wissenschaften haben aber
für unsere heutige Welt – für Wissenschaft, Wirtschaft, schon vorher zu Methoden geforscht und gelehrt, die
Arbeitsmarkt, Gesundheitswesen? sich jetzt im Kontext der Corona-Krise einsetzen las-
Es gibt zentrale gesellschaftliche Herausforderungen wie sen. Man muss nur den Forschungsschwerpunkt etwas
die wachsende Weltbevölkerung und den entsprechend ändern. Ein schönes Beispiel habe ich kürzlich im Podcast
zunehmenden Bedarf an Energie und Nahrungsmitteln, „Coronavirus-Update“ von Prof. Dr. Christian Drosten
die umwelt- und klimaschonend produziert werden gehört. Die Methoden, die er im Zusammenhang mit einer
müssen. Die neuen Möglichkeiten der Life Sciences topaktuellen Corona-Studie nannte, kennen unsere Bio-
beziehungsweise der Biotechnologie liefern Grundlagen technologie-Studierenden bereits aus Vorlesungen und
für eine nachhaltige Produktion und den Übergang von Praktika. Natürlich nicht die Forschungsinhalte selbst,
erdöl- zu biobasierten Verfahren. Die Gesundheitsversor- aber die Methoden: PCR- und Antikörpertests gehören
gung einer alternden Gesellschaft ist eine große Aufgabe. bei uns ebenso zum Standard-Studienprogramm wie die
Hier schaffen Life Sciences Grundlagen für eine immer Herstellung komplementärer DNA oder das Einbringen
stärker wissensbasierte und individualisierte Medizin der Information für das grün fluoreszierende Protein
und eine erfolgreiche Prävention. Mein Fach, die Bio- in Plasmid-DNA von Bakterien und das anschließende
LIFE SCIENCES: POTENZIALE I DUZ TRANSFER 07/20 I 41
Foto: Hochschule Offenburg
„Life Sciences verändern die Welt“, davon ist Prof. Dr. Christiane Zell überzeugt
Exprimieren dieser DNA. In der von Christian Drosten be- Energiewende. Das Forschungsprojekt EBIPREP zur Her-
schriebenen Studie kamen solche Methoden zum Einsatz, stellung von Wertstoffen aus Holzhackschnitzeln ist ein
um genetisch veränderte Coronaviren herzustellen, die Schritt zur Bioökonomie. Auch die Entwicklung bioba-
nach Infektion menschlicher Zellen eine grüne Fluores- sierter und biologisch abbaubarer Kunststoffe oder die
zenz verursachen. So konnte man feststellen, in welchen Herstellung von Ersatzgewebe im 3D-Druck fallen mir in
Geweben sich Coronaviren gut vermehren – vor allem die diesem Zusammenhang ein.
Nasenschleimhaut scheint sehr empfänglich zu sein.
Wie gut sind die Life Sciences an Fachhochschulen und
Wo ist lebenswissenschaftliche Forschung besonders Hochschulen für angewandte Wissenschaften aufge-
relevant? stellt?
Life Sciences verändern die Welt. Das sieht man in der Unsere Hochschulen zeichnen sich ja durch ihren Anwen-
Medizin: Die biologischen Daten aus modernen Hoch- dungsbezug aus. Die Lebenswissenschaften haben sich
durchsatzverfahren und zunehmend auch durch Künst- extrem gewandelt – von einer beschreibenden hin zu ei-
liche Intelligenz unterstützte Auswertungsverfahren ner gestaltenden und nutzenden Rolle. Ihre immer größe-
ermöglichen ein immer besseres Verständnis von Krank- re wirtschaftliche Bedeutung führt dazu, dass Hochschu-
heit beziehungsweise Gesundheit und sind Basis für neue len die Biotechnologie und andere Lebenswissenschaften
Medikamente und individualisierte Therapien. Moderne ausbauen. Die Hochschule Offenburg zum Beispiel hat
diagnostische Verfahren und Auswertungsmethoden den Ausbau der Life Sciences als strategisches Ziel fest-
ermöglichen sowohl die Identifizierung eines mit einer gelegt und bietet neben Medizintechnik und Biomechanik
Krankheit in Zusammenhang stehenden Gens als auch die seit zwei Jahren einen Bachelor- und einen internationa-
genaue Ermittlung der Wirksamkeit eines Medikaments. len kooperativen Masterstudiengang im Bereich Biotech-
Das erspart auch unnötige Therapien: Bei einer präzisen nologie an. Gleichzeitig werden Forschungsfelder in den
Diagnose werden nur jene Menschen behandelt, die von Life Sciences aus- und aufgebaut.
einer Behandlung auch profitieren. So werden bestimmte
Medikamente heute nur nach Diagnose des tatsächlich Können Sie interessante Anwendungen nennen, die in
behandelbaren Subtyps von Brustkrebs eingesetzt. Ein Kooperation mit der Industrie entwickelt wurden?
anderes Beispiel: Man kann mit modernen biotechnolo- Hochinteressant finde ich die Charakterisierung von
gischen Tests feststellen, wie schnell bestimmte Medika- Tumorzellen, um sie mit zielgerichteten Therapien zu
mentengruppen wie Antidepressiva, Herzrhythmusme- behandeln. An einer solchen Thematik haben wir in
dikamente oder Bluthochdruckmittel verstoffwechselt einem Kooperationsprojekt mit dem Institut für Mikro-
werden. So lassen sich Dosen genauer bestimmen und systemtechnik IMTEK der Universität Freiburg und drei
Nebenwirkungen reduzieren. In Deutschland allein ster- Partnerunternehmen gearbeitet. Mit mehreren lebens-
ben laut der Firma Roche jährlich 16 000 Menschen an mittelverarbeitenden Betrieben in der Region überlegen
Medikamentennebenwirkungen. wir, wie industrielle Abfallstoffe für die Produktion von
Wertstoffen oder Bio-energie genutzt werden können,
Die Life Sciences können aber auch für viele andere glo- statt sie aufwendig zu entsorgen. Mit anderen regionalen
bale Herausforderungen Lösungen bieten: Unser Projekt Herstellern wiederum arbeiten wir an der Entwicklung
BioMeth (siehe Bericht Seite 47) etwa ist ein Beitrag zur diagnostischer Kits für die Medizin. //
42 I 07/20 DUZ TRANSFER I XXXXXX LEGIONELLEN AUF DER SPUR Mit einem Schnelltest will Biotechnologieexperte Carsten Harms von der Hochschule Bremerhaven ein Problem der Wasserhygiene bekämpfen Die mikrobielle Verunreinigung von Trink- und Prozesswasser WENIGER ENERGIE, WENIGER CHEMIE rückt immer stärker in den Fokus der Öffentlichkeit. Vor allem Legionellen stellen eine Gefahr dar. Der Temperaturbereich, „Die konventionelle Wasserhygiene beruht zum einen auf ei- in dem sie wachsen – 20 bis 50 Grad Celsius, optimal 35 bis 46 ner thermischen Hygienisierung und zum anderen auf einer Grad – erhöht das Risiko ihres Vorkommens in öffentlichen chemischen Reinigung der Rohrleitungen, um eingetragene und industriellen Kläranlagen sowie in Verdunstungskühl- Mikroorganismen am Wachstum zu hindern oder abzutö- anlagen, Kühltürmen oder Nassabscheidern von Prozesswas- ten“, erklärt Carsten Harms. Durch eine schnelle, sensitive ser. Dem Legionellen-Problem widmet sich ein Projekt von und quantitative Analysemethode könnten die Systemtem- Prof. Dr. Carsten Harms, der an der Hochschule Bremer- peratur abgesenkt und Chemikalien bedarfsgerechter ein- haven Biotechnologie und Angewandte Molekulargenetik gesetzt werden. Im Arbeitsblatt W 551 des Deutschen Vereins lehrt. Der Leiter des Bremerhavener Institute for Applied des Gas- und Wasserfaches e.V. (DVGW) werden die seit 2004 Molecular Biology (BIAMOL) und des Bioanalytik-Labors notwendigen technischen Maßnahmen und Schutzvorkeh- der Hochschule Bremerhaven entwickelt ein Schnell- rungen in Trinkwasser-Installationen beschrieben. Seit De- nachweissystem für die Bakterienanalyse in Trink- und zember 2012 ist zudem eine alle drei Jahre wiederkehrende Prozesswasser, das von der BIS Bremerhaven gefördert Legionenellenprüfung für alle öffentlichen Einrichtungen wird. Seine Methodik beschreibt Carsten Harms als „Kom- und Mehrfamilienhäuser vorgeschrieben, die Durchfluss- bination aus Anreicherung der gefährlichen Bakterien Trinkwassererwärmer besitzen. Allein mehr als zwei Millio- durch funktionalisierte Kügelchen, sogenannte Beads, mit nen Mehrfamilienhäuser fallen darunter. der Anbindung an fluoreszenzmarkierte Biomoleküle und der fluoreszenzoptischen Detektion mittels Durchfluss- Im Juli 2017 reagierte der Gesetzgeber mit einer Neufassung zytometrie“. Der Schnellnachweis soll der erste Schritt zu der „42. Bundesimmissionsschutzverordnung zu Legionellen einer Quantifizierung bakterieller Krankheitserreger in in Verdunstungskühlanlagen“ auf die Gefahr durch Verduns- Trink- und Prozesswasser sein und wird nach den beste- tungskühlanlagen, Kühltürme und Nassabscheider (Pro- henden Richtlinien zur Untersuchung von Trinkwasser mit zesswasser). Diese müssen nun alle drei Monate auf Legio- Einhaltung der Grenzwerte entwickelt. Kooperationspart- nellenbefall untersucht werden. Prozesswassersysteme sind ner ist die Bremer Firma OLS OMNI Life Science. in vielen Industriezweigen in großer Menge zu finden: in der
LIFE SCIENCES: WASSERHYGIENE I DUZ TRANSFER 07/20 I 43
Lebensmittel-, Recycling- und Papierindustrie ebenso wie in Durchflusszytometrie spezifisch und zeiteffizient analysiert
großen Kühlanlagen. Oft sind sie in offenen Kreisläufen im werden. Das Ergebnis sind quantitative Informationen über
Einsatz, sodass sich stetig kleinste Wassertröpfchen (Aero- jede einzelne analysierte Zelle. Zudem könne eine „Lebend-
sole) bilden können – Bakterien inklusive. tot-Differenzierung durch Fluoreszenzfärbung“ durchge-
führt werden. So könnten nicht nur Fragen nach der Ge-
„Legionellen sind ein natürlicher Bestandteil des Wassers samtkontamination von Wasser mit lebenden und toten
und gelangen aus den Quellen der Trinkwasserversorgung Bakterien beantwortet werden. Basierend auf der Vermeh-
in die Leitungsnetze“, erläutert Carsten Harms. „Sie gefähr- rung lebender Bakterien könnten auch differenzierte Aus-
den den Menschen nicht durch Trinken, sondern durch Ae- wertungen vorgenommen werden.
rosole, die zum Beispiel beim Duschen eingeatmet werden.“
In Warmwasserkreisläufen ist die Gefahr der exponentiellen Auch bei kommunalen Wasserversorgern erkennt Carsten
Ausbreitung von Mikroorganismen besonders hoch – und Harms enormes Einsparpotenzial: „Alle diese Versorger ha-
damit auch das Risiko für Angestellte durch die Übertragung ben mehrmals wöchentlich Vorfälle durch defekte Leitun-
pathogener Bakterien in Aerosolen. Auch bei gesunden Men- gen. In der Regel wird nach der Reparatur so lange gespült,
schen können sie zu Legionellose führen, einer schweren bis die mikrobiologische Untersuchung mit negativem Er-
Lungenentzündung, die bisweilen tödlich verläuft. gebnis vorliegt“, so der Biologe. Ein sicherer Schnelltest wäre
also auch hier sehr ressourcenschonend. //
DIE LANGE SUCHE NACH DER QUELLE
Normalerweise wird das Legionellenwachstum bei Tempe-
raturen oberhalb von 55 Grad Celsius gehemmt. Ab 60 Grad
kommt es nach Angaben des Robert-Koch-Instituts zum Ab-
sterben. Allerdings können sich Legionellen in natürlichen
Wirten wie Amöben recht gut gegen Desinfektionsmaßnah-
men und ungünstige Umwelteinflüsse schützen. Zudem sind
sie in der Lage, längere Phasen im VNBC-Zustand zu überste-
hen: „viable but nonculturable“ (lebensfähig, aber nicht kul-
tivierbar). In dieser Art Ruhezustand können sie nur schwer
mikrobiologisch nachgewiesen werden, sind aber weiterhin
eine Gefahr.
„Eine kontinuierliche Überwachung speziell der Anlagen,
die zu einer massiven Verbreitung von Legionellen führen
können, ein sogenanntes Online-Monitoring, ist aktuell zu
aufwendig“, erklärt Carsten Harms. „Die mikrobiologische
Analyse auf Legionella pneumophila dauert bis zu zwölf
Tage.“ Auch sei sie zu teuer, um flächendeckend eingesetzt
zu werden. Rund zehn Monate dauerte es, bis das Klärwerk
einer Papierfabrik in Düren 2018 für stark erhöhte Legionel-
lenwerte in der Ruhr verantwortlich gemacht werden konn-
te. Die Quellen für Legionellen-Ausbrüche in Bremen 2016
und Jülich 2014 wurden nie gefunden. „Durch ein einfaches,
kostengünstiges und schnelles Online-Monitoring würde die
aufwendige Suche nach Infektionsherden entfallen“, sagt
Carsten Harms. Statt umweltbelastender Biozidbehandlung
oder energieaufwendigem periodischem Erhitzen auf über
60 Grad Celsius – in Österreich sogar 65 – könne „bei aufkei-
Fotos: Hochschule Bremerhaven
mender Belastung“ direkt gegengesteuert werden.
SCHNELLES WISSEN ÜBER JEDE ZELLE
Die Idee des Bremerhavener Forschers: Durch Kombination
einer Anbindung an die bakterienspezifischen Biomoleküle
und die Größendetektion der dazugehörigen Beads sowie der Wasserhygiene: Prof. Dr. Carsten Harms entwickelt einen Schnell-
fluoreszenzoptischen Detektion sollen die Bakterien mittels test für die Bakterienanalyse in Trink- und Prozesswasser
44 I 07/20 DUZ TRANSFER I LIFE SCIENCES: OBERFLÄCHENDESINFEKTION
HYGIENISCH SICHERE SCHALTER,
GRIFFE, TASTEN – EIN TRAUM!
Mikrobiologen der Technischen Hochschule Lübeck und der Medizintechnikhersteller Dräger arbeiten
an Oberflächen, die Krankheitserregern keine Chance zum Anhaften geben
auf einer Fläche von wenigen Quadrat- seine Abschlussarbeit im Studiengang
zentimetern Tausende von Bakterien Angewandte Chemie kontaminierte
sitzen können, die auch mal bis zu ei- er standardisiert Testoberflächen mit
nem halben Jahr lebensfähig bleiben, multiresistenten Bakterien und ermit-
dann erscheint aus hygienischer Sicht telte am Ende der Testzeit die Anzahl
schon der Schalter eines medizini- der überlebenden Bakterien auf diesen
schen Gerätes im Krankenhaus als po- Oberflächen. Für das mehrmonatige
tenziell lebensbedrohlich“, so die Fach- Projekt arbeitete Wippermann mit der
ärztin für Medizinische Mikrobiologie. Drägerwerk AG & Co. KGaA zusammen.
Hersteller von Medizingeräten wie die Ließ sich bereits eine wirksame Ober-
Lübecker Firma Dräger wissen um die fläche finden? „Wir sind sicherlich
Gefahr und richten ihr Augenmerk des- auf dem richtigen Weg“, sagt Dagmar
halb seit Langem auf „Hygienic Design“: Willkomm. „Man darf aber nicht ver-
Geräte sollen so gebaut und gestaltet gessen, dass eine solche Oberfläche
sein, dass sie Bakterien und Viren mög- nicht nur wirksam sein muss, sondern
lichst wenig Anhaftungsbereiche bie-
Fotos: TH Lübeck
auch bezahlbar und alltagstauglich.
ten und sich zudem gut reinigen und Das ist so ähnlich wie bei Leitstruktu-
desinfizieren lassen. Raue Oberflächen, ren in der pharmazeutischen Industrie:
schlecht zu reinigende Nischen und Bis ein marktfähiges Produkt daraus
Prof. Dr. Dagmar Willkomm: Mikrobiologin scharfe Ecken sind in der Gestaltung wird, ist noch eine Menge Entwick-
tabu. Eine neuere Entwicklung ist es lungsarbeit erforderlich.“ Fest stehe
Die Übertragung von Infektionser- auch, Oberflächen so zu beschichten, jedenfalls, dass von einem solchen Ko-
regern durch Kontakt mit kontami- dass sie die Anhaftung von Bakterien operationsprojekt alle Mitwirkenden
nierten Oberflächen ist ein wichtiges erst gar nicht zulassen oder, besser profitieren. „Wir bringen hier unsere
Thema im Gesundheitswesen – nicht noch, Bakterien abtöten. Viele Firmen Kompetenzen aus ganz unterschiedli-
erst seit Covid-19. Durch Berühren, Be- versuchen aktuell solche „mikrobizi- chen Bereichen zusammen: das mikro-
husten, Beniesen, Bespritzen oder Se- den Oberflächen“ zu entwickeln. Ob biologische Know-how und unsere dazu
dimentation gelangen Bakterien oder diese für medizinische Geräte tauglich sehr gut ausgestatteten Labore von TH-
Viren auf eine Oberfläche und werden sind, muss allerdings erst mikrobiolo- Seite, die technische Sichtweise, die
bei deren Berührung auf einen ande- gisch getestet werden. Das Schwieri- Anwendungsperspektive und das Ma-
ren Menschen übertragen. Dieser er- ge bei einer solchen Testmethode: Sie terialscouting seitens der Kollegen von
krankt an dem Erreger oder überträgt soll lebensnahe Bedingungen schaffen. Dräger. Dazu ein Bachelorstudent, der
ihn auf eine weitere Person, die viel- Idealerweise sollte sie die Übertragung am Ende seines Studiums über ein
leicht ebenfalls daran erkrankt. Dieser durch einen menschlichen Fingerab- hohes Maß an Fachkompetenz verfügt
gefürchtete Mechanismus der „noso- druck nachahmen. Die Methode muss und als unvoreingenommener Neuling
komialen Infektionen“ fällt besonders so gut standardisiert sein, dass sich auf dem Gebiet eine Menge innova-
dann auf, wenn man es mit multire- auch geringfügig erhöhte Absterbera- tiver Ideen hat – das ist einfach eine
sistenten Erregern zu tun hat: Bakte- ten der aufgebrachten Bakterien auf sehr gelungene Kombination“, so die
rien, die resistent gegen sehr viele der einer Testoberfläche nachweisen las- Mikrobiologin.
heute verfügbaren Antibiotika sind sen. Und so einfach, dass sie von ver-
und nur wenige Therapieoptionen für schiedenen Anwendern in verschiede- „Derartige Oberflächen haben ein im-
einen daran erkrankten Patienten zu- nen Labors mit identischem Ergebnis menses Nutzungspotenzial, nicht nur
lassen – manchmal gar keine. durchgeführt werden kann. im medizinischen Bereich“, erklärt Dag-
mar Willkomm. „Stellen Sie sich vor, bei
Prof. Dr. Dagmar Willkomm, seit 2017 In Dagmar Willkomms Mikrobiolo- einer Pandemie wüsste man: Der Griff
Inhaberin des Lehrstuhls für Mikro- gielabor an der TH Lübeck konnte der des Einkaufswagens und das Tastatur-
biologie und In-vitro-Diagnostik an Student Dominik Wippermann eine feld für die Kartenzahlung an der Su-
der Technischen Hochschule (TH) Lü- derartige Methode zur Testung von permarktkasse sind safe – ein Traum!
beck, sucht Wege aus dem Dilemma: Oberflächen auf ihre Bakterien abtö- Vielleicht sind wir ja bei der nächsten
„Wenn man sich vergegenwärtigt, dass tende Wirkung weiterentwickeln. Für Pandemie so weit.“ //LIFE SCIENCES: NACHWUCHS I DUZ TRANSFER 07/20 I 45
FORSCHUNGSTALENT IN DER
MARZIPANSTADT
Mit ihrer Arbeit über Polyphenole aus Reststoffen gewann die Lübecker Doktorandin Johanna Gasser
den „Phytochemical Analysis Young Scientist Prize“. Jetzt schreibt sie ihre Dissertation
an meiner Dissertation, die ich die- Kosmetikindustrie gefragt sind. Das
ses Jahr an der Uni Bremen abgeben Bundesministerium für Bildung und
werde.“ Forschung unterstützt das Projekt im
Rahmen der Förderlinie Ingenieur-
Prof. Dr. Peter Spiteller vom Institut nachwuchs des Programms Forschung
für Organische und Analytische Che- an Fachhochschulen. //
mie der Universität Bremen ist Gassers
Doktorvater in einem kooperativen
Promotionsverfahren. Die Hauptpro-
jektarbeit dafür führt die Forscherin
im Centrum Industrielle Biotechnolo-
gie der Technischen Hochschule (TH)
Lübeck durch, wo sie von Prof. Dr.
Veronika Hellwig betreut wird.
In Südtirol geboren und zur Schule ge-
gangen, hatte Johanna Gasser an der
Fotos: TH Lübeck
Universität Innsbruck ihren Bache-
lor- und Masterabschluss in Chemie
erlangt und sich damit 2015 auf die
Johanna Gasser: Ausgezeichnete Promotionsstelle bei Hellwig bewor-
Nachwuchswissenschaftlerin der TH Lübeck ben. „Schon in Innsbruck hatte ich an
Naturstoffen geforscht – es ging um
„Es ist schön zu erfahren, dass andere Abbauprodukte von Chlorophyll. Da
spannend finden, was ich mache“, sagt passte die ausgeschriebene Promoti-
Johanna Gasser über den „Phytoche- onsstelle in Lübeck ideal. Und die Stadt
mical Analysis Young Scientist Prize“. gefiel mir natürlich auch.“
Den brachte sie vor einem Jahr vom
„Young Scientists’ Meeting 2019“ der Im Labor Instrumentelle Analytik der
Phytochemical Society of Europe mit TH Lübeck stellt Gassers Arbeit seit
nach Lübeck. Mit einem Vortrag über 2016 eine tragende Säule des Projekts
Polyphenole aus Reststoffen der Mar- VEREMA (siehe Beispiel Seite 49). „Die-
zipanproduktion hatte Gasser in Buda- ses Kürzel steht für die Verwertung
pest die Jury überzeugt. Neben Gasser von Reststoffen aus der Marzipanpro-
präsentierten 33 weitere Nachwuchs- duktion“, erklärt die Doktorandin. „Das
wissenschaftler ihre Arbeiten zur Bio- neue Verfahren sollte zeigen, welche
chemie, zu molekularen Aspekten und wertvollen Produkte sich aus Reststof-
zur Pharmakologie von bioaktiven Na- fen der Lebensmittelproduktion ge-
turstoffen. winnen lassen.“
Doch nicht nur bei den hochrangigen Für ihre Promotion hat Johanna Gasser
Wissenschaftlern, die sich in Ungarns in Brühwasser aus der Marzipanpro-
Hauptstadt versammelt hatten, stieß duktion sowie abgelöster Mandelhaut
Gassers Thema auf Interesse. Welche biologisch aktive Substanzen identifi-
internationale Reputation ihr Preis ziert, deren chemische Struktur mas-
besitzt, kann Gasser an den zahlrei- senspektrometrisch aufgeklärt und
chen Konferenzeinladungen ablesen, das biologische Potenzial der Stoffe
die sie in den letzten Monaten erreich- getestet. Ihr Forschungsschwerpunkt
ten. „Das ist großartig, aber nicht jede liegt dabei auf Polyphenolen – anti-
Einladung kann ich auch annehmen“, oxidativ und antimikrobiell wirkenden
erklärt sie. „Denn ich schreibe gerade Naturstoffen, die in der Pharma- und46 I 07/20 DUZ TRANSFER I LIFE SCIENCES: MEDIZINTECHNIK
VON DER IDEE BIS
ZUM KLINIKEINSATZ
Medizintechnik-Experten der Hochschule Hamm-Lippstadt sind an der Entwicklung innovativer
Produkte beteiligt und helfen dabei, dass sie erfolgreich am Markt eingeführt werden
Produkt, das die Therapie dieser Patien- ten zahlreiche Patienten erfolgreich
ten verbessern soll, wurde mittlerweile behandelt werden“, freut sich Jürgen
von der fasciotens GmbH auf den Markt Trzewik. „Die Abschlussarbeit von
gebracht. Die innovative Firma wurde Herrn Behle beschreibt den langen
2016 von den Chirurgen Dr. Gereon Lill Weg von einer innovativen Idee bis hin
und Dr. Frank Beyer gegründet. Ihre zur erfolgreichen Markteinführung
Vision: die Behandlung offener Abdo- und ersten erfolgreichen Patientenan-
men grundlegend zu erneuern und zu wendung. Ein überaus komplexes und
verbessern. Als Krankenpfleger am umfangreiches Thema, das man als Be-
Kölner St. Elisabeth Krankenhaus hatte treuer nur sehr selten begleiten kann.
Behle sowohl Lill als auch das medizini- Ein echtes Highlight“, so Trzewik.
sche Problem kennengelernt. Als Lill ihm
von der Produktidee berichtete, befand Aber wahrscheinlich wird er Ähnliches
er sich im vierten Semester des Bache- bald wieder erleben: Im Rahmen des
lorstudiengangs Biomedizinische Tech- Forschungsprojekts fasciotens Pediat-
nologie und belegte den Schwerpunkt ric sucht die Hochschule Hamm-Lipp-
Medizintechnik bei Prof. Dr. Jürgen stadt zusammen mit der fasciotens
Trzewik. „Die Inhalte des Studiums und GmbH und der Everwand & Fell GmbH
die Vorlesungen von Professor Trzewik einen innovativen Lösungsansatz zur
halfen mir bei der Entwicklung und Versorgung von Bauchwanddefekten
Zulassung des Produkts wesentlich bei Neugeborenen. Unter Leitung von
weiter“, erinnert sich der heutige Pro- Jürgen Trzewik entwickeln zwei wis-
duktmanager bei fasciotens. senschaftliche Mitarbeiter Messstän-
de zur Exploration und Validierung
Ausgestattet mit einem Innovations- des Verfahrens. Das Projekt wird mit
gutschein des Landes Nordrhein-West- 160 000 Euro durch das Zentrale In-
falen über 10 000 Euro, machte sich novationsprogramm Mittelstand (ZIM)
Stefan Behle 2018 an die Entwicklung des Bundesministeriums für Wirt-
der Zulassungsstrategie von fasciotens schaft und Energie gefördert. //
Abdomen: Mit dem Medizinprodukt
lässt sich die Bauchwandfaszie mit-
samt des Haut- und Unterhautfettge-
„Innovationen in der Medizintechnik webes vom Körper weg (nach ventral)
sind wichtig für den Fortschritt der ziehen. So verhindert es bei der Thera-
medizinischen Versorgung“, sagt Ste- pie offener Abdomen die Faszienretrak-
fan Behle. „Bei Nischenprodukten, die tion und schafft eine Vergrößerung des
nur bei wenigen Patienten angewen- intraabdominellen Volumens. Dabei
det werden, ist es dennoch schwierig, stützt es sich während der Behandlung
Kooperationspartner zu finden.“ Auch auf dem Brustkorb und dem vorde-
für das Medizinprodukt, das Behle für ren Beckenring des Patienten ab. „Als
seine Masterarbeit im Studiengang lebensrettende Maßnahme wird bei den
„Biomedizinisches Management und Patienten der Bauch geöffnet – für Tage,
Marketing“ der Hochschule Hamm- Wochen, manchmal sogar Monate“,
Lippstadt mitentwickelte, zeigten eta- erklärt Stefan Behle. Dabei schrumpft
Foto: HS Hamm Lippstadt
blierte Firmen zwar durchaus Interes- die Bauchdecke und der Bauch lässt
se, doch kam es nicht zur Kooperation sich nicht mehr verschließen. „20 bis
oder Produktion. 40 Prozent der Patienten mit offenem
Abdomen sterben letztlich – einer der
Dabei werden pro Jahr rund 22 000 Pa- Gründe, warum wir dieses Produkt Hospitation im Bethesda Krankenhaus Ber-
tienten mit einem offenen Abdomen unbedingt entwickeln wollten.“ gedorf: Dr. Gereon Lill, Stefan Behle, Prof. Dr.
(Bauch) in Europa behandelt. Und das „Seit Zulassung des Produkts konn- Jürgen Trzewik und Henning Niebuhr (v.l.n.r.)LIFE SCIENCES: GASGEWINNUNG I DUZ TRANSFER 07/20 I 47
AUS MOLKE
BIOGAS GEWINNEN
In einer Ziegenkäsefabrik sucht ein Offenburger Forscherteam Speicherlösungen für die
Energiewende. Sein Erfolgsrezept: biologische Methanisierung
„Die Energiewende gelingt nur, wenn wir es schaffen, die re- Aber es wäre noch mehr drin: „Rohbiogas verfügt über einen
generativ erzeugte Energie auch zu speichern“, sagt Prof. Dr. viel zu niedrigen Methangehalt, um es direkt ins Erdgasnetz
Christiane Zell, die Biotechnologie an der Hochschule Offen- einspeisen zu können“, erklärt Forscherin Zell. „In Biogasan-
burg lehrt (siehe auch Interview ab Seite 40). Das Problem: lagen entsteht nur bis zu 70 Prozent Methan. Der Rest ist stö-
Mal weht der Wind oder scheint die Sonne, mal nicht. Die rendes CO2, das abgetrennt werden muss.“ Die Versuchsanlage
Einspeisung aus beiden Quellen ins Stromnetz schwankt ent- könnte dieses Problem lösen. Denn hier wird das CO2 genutzt,
sprechend. Und die Kapazitäten existierender Pump-, Druck- um die Biomasse in weiteres Methan umzuwandeln. „Indem
luft- oder Batteriespeicher reichen nicht, um überschüssige wir externen Wasserstoff einspeisen, den wir mit Überschuss-
Energie aufzunehmen, wenn sie anfällt. „Das Erdgasnetz ist strom herstellen, gewinnen wir 97 Prozent Methan in der Bio-
der einzige Speicherort in Deutschland, der geeignet wäre“, gasanlage“, erklärt Christiane Zell. Diese höhere Effizienz habe
glaubt Christiane Zell. „Es ist groß genug, um die Energie- nicht nur für die Molkerei einen Vorteil, die energiereicheres
menge aufzunehmen: mehr als 200 Terawattstunden. Und es Gas verbrennen kann. Man könnte das Gas auch ins Erdgas-
überzieht ganz Deutschland.“ Damit komme die Energie auch netz einspeisen.
dorthin, wo sie gebraucht wird – „aber nur, wenn sie gasförmig
vorliegt, am besten als Methan“. Das 2018 gestartete Projekt ist auf 30 Monate angelegt. Den
größten Teil der Gesamtkosten von knapp 490 000 Euro trägt
die Deutsche Bundesstiftung Umwelt. Projektpartner neben
Monte Ziego sind die Wehrle Umwelt GmbH aus Emmendingen
und die Ecobel GmbH aus dem schweizerischen Rüschlikon.
Einen Knackpunkt der aktuellen Forschung beschreibt Chris-
tiane Zell so: „Wie bringt man Wasserstoff dazu, sich in einem
flüssigen Medium wie Molke zu lösen? Einfach reinblubbern
– das funktioniert nicht. Wir arbeiten deshalb an einem Bega-
sungssystem über Membranen.“ Ob und wann das Verfahren
Foto: Hochschule Offenburg
marktreif werde, sei eine Frage der Wirtschaftlichkeit. „Im
Labormaßstab funktioniert es“, so die Wissenschaftlerin. „Ob
sich das Verfahren in größerem Maßstab rechnet, hängt stark
von den Rahmenbedingungen ab: Je höher die CO2-Bepreisung
steigt, desto höher die Wirtschaftlichkeit unserer Methanisie-
rung. Klimaschutz ist wahnsinnig wichtig – die technischen
Zwei Schritte sind laut Zell erforderlich, um aus Energieüber- Möglichkeiten zur CO2-Reduktion sind da. Jetzt muss die
schüssen Methan zu machen: „Die elektrische Energie wird Politik handeln.“ //
zunächst genutzt, um in einem elektrolytischen Prozess aus
Wasser Wasserstoff zu gewinnen. Anschließend wird dieser
zusammen mit Kohlenstoffdioxid in Methan umgewandelt,
mithilfe von Mikroorganismen.“
Seit 2013 forschen Professorin Zell und ihr Kollege Prof. Dr.
Ulrich Hochberg von der Fakultät Maschinenbau und Verfah-
renstechnik im Projekt BioMeth an der biologischen Metha-
nisierung. Nun möchten sie ihre im Labor entwickelte Power-
to-Gas-Technologie im industriellen Maßstab testen. Die dafür
Foto: Hochschule Offenburg
nötige Pilot-Biogasanlage steht in der Käserei Monte Ziego in
Teningen, knapp 50 Kilometer südlich von Offenburg. Deren
Geschäftsführer Martin Buhl möchte Monte Ziego zu Deutsch-
lands erster „Nullenergie-Käserei“ machen. Neben einer Solar-
stromanlage hat Buhl 2014 eine Biogasanlage eröffnet, die mit
Molke betrieben wird, einem Nebenprodukt der Käseproduk- Zunächst im Labor in kleinem Maßstab entwickelt:: die Power-
tion. „Molke ist sonst kaum zu verwerten, sie lässt sich aber to-Gas-Technologie (Foto oben); Doktorand Philipp Huber: im
hervorragend zu Biogas vergären“, so Martin Buhl. Biotechnologischen Labor der Hochschule Offenburg48 I 07/20 DUZ TRANSFER I XXXXXX
Foto: Hochschule Mittelhessen
Teamwork: Prof. Dr. Dirk Holtmann (r.) und Doktorand Marc Pfitzer auf der Suche nach neuem Anwendungspotenzial von Methanogenen
METHANOGENE - MIT CO2 WIRD MEHR
DARAUS
Ein Projekt, in dem die Technische Hochschule Mittelhessen und die Technische Universität Dresden
zusammenarbeiten, kombiniert Biotechnologie und Elektrochemie, um neue Potenziale zu erschließen
Eine nachhaltige, bio-basierte Wirt- – mit 340 000 Euro gefördert – wird mehrere Pilotanlagen gebaut, unter
schaft, „deren vielfältiges Angebot die von Prof. Dr. Dirk Holtmann vom Gie- anderem in Dänemark.
Welt ausreichend und gesund ernährt ßener Fachbereich Life Science Engi-
sowie mit hochwertigen Produkten neering geleitet. Es beschäftigt sich „Zur Produktion von Chemikalien und
aus nachwachsenden Rohstoffen ver- mit der Entwicklung neuer und der Treibstoffen nutzt die Bioökonomie
sorgt“ – dieses Ziel verfolgt die Bun- Optimierung bestehender Kultivie- zukünftig nicht nur nachwachsende
desregierung mit der „Nationalen For- rungsprinzipien von Methanogenen, Rohstoffe, sondern auch regenerative
schungsstrategie Bioökonomie 2030“. methanbildenden Mikroben, die in elektrische Energiequellen“, erklärt
Ein Projekt, an dem die Technische den weitverbreiteten Biogasanlagen Dirk Holtmann. „Die Bioelektrosyn-
Hochschule Mittelhessen beteiligt bislang als effiziente Produzenten von these ist eine ideale Plattform, Prozes-
ist, könnte ein Schritt zur Umsetzung Bio-Methan eingesetzt werden. Hier se mit hoher Energie- und Rohstoffef-
dieser Vision sein. Die Projektpartner kommen diese Organismen in den na- fizienz sowie mit hoher Flexibilität zur
möchten einerseits den Power-to- türlichen Lebensgemeinschaften vor. Pufferung von Stromspitzen zu etab-
Gas-Prozess optimieren, zum anderen Das Team um Dirk Holtmann versucht lieren. Der Einsatz von CO2 als Rohstoff
eine Basis für die industrielle Herstel- nun, das Anwendungspotenzial von erweitert die Rohstoffbasis für die
lung höherwertiger biotechnologi- Methanogenen über die Methanpro- Produktionsprozesse und reduziert
scher Produkte schaffen. Ein Beispiel duktion hinaus zu erweitern. gleichzeitig die CO2-Emissionen“, so
dafür wäre Isopren, das bei der Her- der Forscher. Das Ziel in diesem Pro-
stellung von Kautschuk eingesetzt Auf drei Jahre ist das Projekt zur bio- jekt sei es, nach den drei Jahren neue
wird. Aber auch andere Grundstoffe, logischen Methanisierung angelegt, Verfahren so weit entwickelt zu ha-
die Bestandteile von Terpentin oder für das Dirk Holtmann mit dem Insti- ben, dass diese von Unternehmen in
von Geruchs- und Geschmacksstoffen tut für Mikrobiologie der Technischen Praxisanwendungen getestet werden
sind, kommen infrage. Universität Dresden zusammenar- können. Laut Dirk Holtmann besitzt
beitet. Weitere Kooperationspartner die Kombination von Biotechnologie
Das gesamte Projekt wird vom Bun- sind die Universitäten Kiel und Tübin- und Elektrochemie „sehr großes Po-
desministerium für Bildung und For- gen sowie die Electrochea GmbH. Das tenzial, einen entscheidenden Beitrag
schung (BMBF) im Rahmen der Na- Münchener Start-up hat ein neuarti- für die notwendige Sektorenkopplung
tionalen Forschungsstrategie mit ges Verfahren zur Umwandlung des zu leisten“ – die Vernetzung der Ener-
insgesamt zwei Millionen Euro unter- Klimagases CO2 und elektrischer Ener- giewirtschaft mit der produzierenden
stützt. Das hessische Forschungsteam gie in Erdgas entwickelt und bereits Industrie. //LIFE SCIENCES: LEBENSMITTEL: I DUZ TRANSFER 07/20 I 49
POLYPHENOLE – ZU WERTVOLL
ZUM WEGWERFEN
An der Technischen Hochschule Lübeck wird ein Verfahren entwickelt, das aus Resten der
Marzipanproduktion Stoffe gewinnt, die von anderen Industrien gebraucht werden
Bei der Herstellung von Marzipan werden Mandelkerne über- triezweigen Antioxidantien zukünftig am besten eingesetzt
brüht, gehäutet, gemahlen und mit Zucker zu Marzipanroh- und vermarktet werden können. Für Veronika Hellwig steht
masse verarbeitet. Die Mandelhaut und das Brühwasser, die fest: „Die Gewinnung von antioxidativen Inhaltsstoffen muss
dabei als Reststoffe anfallen, werden bislang entweder zur künftig nicht in der Marzipanproduktionsstätte, sondern
Biogasproduktion oder als Futter- und Düngemittel verwen- kann auch direkt beim Endnutzer wie etwa einer Kosmetikfir-
det. „Doch sowohl in der Mandelhaut als auch im Brühwasser ma oder einem Arzneimittelhersteller durchgeführt werden.“
stecken noch wertvolle Substanzen, die in der Pharma- oder
Kosmetikindustrie durchaus gefragt sind“, stellt die Lübecker Dass die bisherigen Abnehmer, insbesondere Biogasanla-
Chemikerin Prof. Dr. Veronika Hellwig fest. Vor allem Polyphe- genbetreiber, die Reststoffe aus der Marzipanfabrik künftig
nole hat die Wissenschaftlerin dabei im Auge: Die Antioxidan- vermissen könnten, glaubt die Chemikerin nicht: „Antibak-
tien schützen den menschlichen Körper vor freien Radikalen, terielle Wirkstoffe sind in der Methanproduktion doch eher
die Körperzellen schädigen. Polyphenole in Gesundheitspro- kontraproduktiv. Die Polyphenole sind anderswo viel besser
dukten, Kosmetik, Lebens- und Nahrungsergänzungsmitteln aufgehoben.“ //
sind in der Lage, die aggressiven Sauerstoffverbindungen zu
neutralisieren.
Wie sich Polyphenole und andere wertvolle Stoffe aus Man-
delhaut und Brühwasser gewinnen lassen, erforscht Vero-
nika Hellwig seit 2015 im Projekt VEREMA der Technischen
Hochschule (TH) Lübeck. VEREMA steht für Verwertung von
Reststoffen aus der Marzipanproduktion. Im Labor für Instru-
mentelle Analytik der TH wurden aus der Mandelhaut und
dem Brühwasser einer Lübecker Marzipanfabrik zunächst Ge-
mische aus mehreren Hundert Einzelsubstanzen gewonnen.
Anschließend wurden die Extrakte in ihre Einzelsubstanzen
aufgetrennt und auf ihr Verwertungspotenzial hin getestet.
„Bei dem Verfahren, das wir entwickeln, ist es wichtig, dass
Foto: TH Lübeck
die stoffliche Zusammensetzung der Reststoffe auch reprodu-
zierbar ist. Und es muss auch dann funktionieren, wenn Frak-
tionen verschiedener Hersteller zusammenkommen“, erklärt
Veronika Hellwig. Außerdem dürfe der Produktionsprozess
nicht gestört werden. Und wenn möglich sollte das Verfahren
auf andere Produktionsprozesse der Lebensmittelindustrie
übertragbar sein. „Bei Trester zum Beispiel könnte es auch
funktionieren“, so die Forscherin.
Im Rahmen der Förderlinie Ingenieurnachwuchs des Pro-
gramms Forschung an Fachhochschulen wird das Projekt
vom Bundesministerium für Bildung und Forschung unter-
stützt. Eine tragende Säule von Verema nämlich ist die Pro-
motion der jungen Chemikerin Johanna Gasser (siehe Porträt
Seite 45). Mit Gassers Dissertation in diesem Sommer ist das
Kapitel Reststoff-Analyse für die Marzipanindustrie abge-
schlossen. Hellwig: „Wir haben erreicht, was wir wollten. Wir
wissen jetzt, welche Stoffe sich finden lassen, wofür sie gut
Foto: TH Lübeck
sind und ab wann sich das Verfahren wirtschaftlich rechnet.“
Nachdem Hellwig und ihr Team die Wirksamkeit der gefun-
denen Substanzen ermittelt hatten, erstellten sie ein wirt- Im Labor: die Chemikerin Prof. Dr. Veronika Hellwig (oben) und
schaftliches Konzept, aus dem hervorgeht, in welchen Indus- Doktorandin Johanna GasserSie können auch lesen
