Technologien für Umwelt und Gesellschaft Technologies for the Environment and Society
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115 2020
Techn olog ien für
Umwe l t und Gesellscha ft
Technologies for the
Enviro nment a nd Society
Das Zellgift im Rucksack Modellierung in der Wildtierforschung Kristallklare Strategien
Cytotoxin-carrying backpacks Modeling in wildlife research Crystal-clear strategies
10 14 22
E ditor ial INHALT | CONTENTS
I nha lt
Liebe Leserin, lieber Leser, Contents
ob Covid-Pandemie, Klimawandel oder Verlust biolo-
gischer Vielfalt – unsere Gesellschaft steht vor großen
Herausforderungen. Die Wissenschaft spielt dabei eine
bedeutende Rolle – sie liefert wichtige Erkenntnisse 4 Nachrichten | News
und entwickelt Technologien, die mithelfen, die großen
Probleme unserer Zeit zu lösen. Für das aktuelle Ver- 7 Direktorenkolumne | Director‘s column
bundjournal haben wir die „Technologiebrille“ aufge- Thomas Schröder
setzt und vieles entdeckt, das zukunftsweisend ist – wie Im Spannungsfeld zwischen Technologie-Souveränität
proteinbasierte Biopharmazeutika, die sich für den und Forschungsfreiheit | A delicate balance between
zielgenauen Einsatz gegen Krebs und Virusinfektionen technological sovereignty and freedom of research
eignen (ab S. 10), Modellierung von Umweltdaten für den
Artenschutz (ab S. 14) und energieeffiziente Leistungs-
elektronik (ab S. 22).
Wir sind stolz darauf, im Forschungsverbund Berlin in TITEL | TITLE
einem Umfeld zu arbeiten, das international und divers
ist. Wir wissen aber auch, dass „Diversity“ gelebt und ge- Technologien für Umwelt und Gesellschaft |
fördert werden muss. Mit dem Marthe-Vogt-Podcast ha- Technologies for the Environment and Society
ben wir dieses Jahr junge Forscherinnen sichtbar gemacht
– sie erzählen leidenschaftlich und offen über ihren Weg 8 Gastbeitrag | Guest commentary
in die Wissenschaft. Auch unsere diesjährige Marthe- Ottmar Edenhofer, Mercator Research Institute on
Vogt-Preisträgerin (ab S. 34) kommt dort zu Wort. Und Global Commons and Climate Change
2021 beginnt eine neue Etappe der Gleichstellungsarbeit Eine Technologie-Offensive für „negative Emissionen“ |
im FVB, denn erstmalig wurde eine Zentrale Gleichstel- A technology drive to achieve “negative emissions”
lungsbeauftragte gewählt (S. 44). Wir freuen uns!
FMP 10 Das Zellgift im Rucksack | Cytotoxin-carrying
Viel Spaß beim Lesen wünschen backpacks
Anja Wirsing und Natalia Stolyarchuk
IZW 14 Dynamische Modelle und Szenarien in der
Wildtierforschung | Dynamic models and scenarios in
Dear Reader, wildlife research
Be it the Covid pandemic, climate change or biodiversity
loss – our society faces major challenges. Science plays IGB 17 Fernerkundungsdaten könnten zukünftig Monitoring
a key role in this regard by providing important insights und Schutz von Seen erleichtern | Remote sensing
and developing technologies that help solve the pressing data could make it easier to monitor and protect lakes
issues of our time. For the latest issue of Verbundjournal, in the future
we have donned our “tech glasses” and sounded out
many future-oriented elements. Examples include pro- FBH 20 Robuste Lasertechnik für Klimasatelliten | Robust
tein-based biopharmaceuticals that can be used to target laser technology for climate satellites
cancer and viral infections (from p. 10), environmental
data modeling for species conservation (from p. 14) and IKZ 22 Kristallklare Strategien für eine nachhaltige Zukunft |
energy-efficient power electronics (from p. 22).
Crystal-clear strategies for a sustainable future
We are proud to work in an environment at the For
schungsverbund Berlin that is both international and WIAS 25 Alles fließt, alles ändert sich: die Kunst der
diverse. But we are also aware of the fact that diversity Strömungssimulation | Everything flows, nothing
must be embraced and promoted. This year, the Marthe stands still: the art of flow simulation
Vogt Podcast has raised the visibility of young women
scientists who talk passionately and openly about how
they got into science. This year’s winner of the Marthe
Vogt Award (from p. 34) is one of the contributors. 2021
marks the beginning of a new phase in gender equality
at FVB, where a Central Equal Opportunities Officer has
been elected for the first time (p. 44). We are delighted!
We hope you enjoy reading about our work!
Anja Wirsing and Natalia Stolyarchuk
Translation: Teresa Gehrs
INHALT | CONTENTS
FORSCHUNG IM FOKUS | SCIENCE IN FOCUS
MBI 28 Atombillard mit Röntgenstrahlen: eine neue Methode,
10
ins Innere der Moleküle zu blicken | Atom-billiards
with X-Rays: a new approach to look inside molecules
PDI 30 Nano-Erdbeben kontrollieren Spin-Zentren in
Siliziumkarbid | Nanoearthquakes control spin centers
17 in silicon carbide
TRANSFER | TRANSFER
IGB 32 IGB Policy Brief: Hat die nachhaltige Aquakultur in
Deutschland eine Zukunft? | IGB Policy Brief: Does
20 sustainable aquaculture in Germany have a future?
25 VERBUND INTERN | VERBUND INSIDE
FVB 34 Methodologisches Kunststück: Biochemikerin Annita
Louloupi erhält Marthe-Vogt-Preis | Methodological
tour de force: Biochemist Annita Louloupi receives
Marthe Vogt Award
36
22 MBI Chemie in Bewegung – Jochen Mikosch erhält ERC
Consolidator Grant | Chemistry in motion – Jochen
Mikosch receives ERC Consolidator Grant
30 FMP 37 Architektur von Synapsen erforschen – ERC Starting
Grant für Fan Liu | Exploring the architecture of
synapses – ERC Starting Grant for Fan Liu
FVB 38 FMP, PDI und WIAS erfolgreich im Leibniz-
Wettbewerb | FMP, PDI and WIAS successful in the
Leibniz Competition
39
28 IKZ Kristalle für die zukünftige Synchrotron und
Freie-Elektronen-Laser-Forschung | Crystals for future
synchrotron and free-electron laser research
FVB 40 „Klein-Klein bringt nichts“ | “Thinking big in
procurement”
FVB/ 42
Der Grundstein ist gelegt | Laying of the foundation
IGB stone
43 Personen | People
47
32 42 Aus der Leibniz-Gemeinschaft | From the Leibniz
Association
verbundjournal | 115/2020
NACHRICHTEN | NEWS
Nac hrichte n
News
FBH UVC LED demonstrator for surface
disinfection
UVC-LED-Demonstrator zur Desinfektion The prototype with 265 nm LEDs was devel-
von Oberflächen oped especially for the disinfection of everyday
Der Prototyp mit 265 nm LEDs wurde speziell objects. The system uses the advantages of UV
für die Desinfektion von Alltagsgegenständen LEDs: they have a longer lifetime and require
entwickelt. Der Strahler nutzt die Vorteile von less maintenance than conventional irradiation
UV-LEDs: Sie haben eine längere Lebensdauer sources. In addition, the wavelength and irra-
und müssen seltener gewartet werden als her- diation characteristics of LEDs can be specifi-
kömmliche Strahlquellen. Zudem lassen sich bei cally adjusted and thus tailored to the desired
LEDs die Wellenlänge und Abstrahleigenschaf- application. In this FBH demonstrator, 128 LEDs
ten gezielt verändern und somit exakt auf die with optical powers of 25 mW each were in-
4 gewünschte Anwendung zuschneiden. In diesem stalled. The object to be disinfected lies on a
FBH-Demonstrator wurden 128 LEDs mit opti- UV-transparent glass and can thus be irradiated
schen Leistungen von jeweils 25 mW verbaut. from both sides. The average irradiance is about
Das zu desinfizierende Objekt liegt auf einer 15 mW/cm2. A cooling system ensures constant
UV-transparenten Scheibe und kann so beidsei- and long-lasting LED operation.
tig bestrahlt werden. Die mittlere Bestrahlungs-
stärke liegt bei etwa 15 mW/cm2. Ein Kühlsystem
sichert den gleichbleibenden und langlebigen FMP
LED-Betrieb.
Erfolgreiche Beteiligung an
Sonderforschungsbereichen
Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
hat einen neuen Sonderforschungsbereich
(SFB) bewilligt: SFB 1449 „Dynamic Hydrogels
at Biointerfaces“. Erforscht werden anhand
der Atemwege und des Darms dynamische
Hydrogele an Biogrenzflächen. Prof. Christian
Hackenberger (FMP) leitet zusammen mit
Prof. Oliver Seitz (HU Berlin) das Teilprojekt
„Semi-synthetic approaches to probe mucin
function“. Im verlängerten SFB 1078 wird die
Funktion von Proteinen erforscht. Dr. Han Sun,
Prof. Adam Lange und Prof. Hartmut Oschkinat
leiten Teilprojekte am FMP. Die Förderung der
Projekte beginnt am 1. Januar 2021, die Laufzeit
beträgt vier Jahre.
Foto / Photo: P. Immerz/FBH
Successful participation in “Sonder-
forschungsbereichen”
The German Research Foundation (DFG) is
establishing a new “Sonderforschungsbereich
(SFB)”: SFB 1449 “Dynamic Hydrogels at Bio-
interfaces.” Dynamic hydrogels at biointerfaces
verbundjournal | 115/2020
NACHRICHTEN | NEWS
will be investigated using the respiratory tract
and the intestine. Prof. Christian Hackenberger
(FMP) leads together with Oliver Seitz (HU Ber-
lin) the subproject “Semi-synthetic approaches
to probe mucin function.” In the extended SFB
1078 the function of proteins is investigated. Dr.
Han Sun, Prof. Adam Lange and Prof. Hartmut
Oschkinat are heading subprojects at the FMP.
Funding for the projects will begin on January 1,
2021 and will run for four years.
Struktur von Phagen-DNA-Tunnel in
atomarer Auflösung aufgeklärt
Phagen können Bakterien vernichten und
sind darum für die Wissenschaft von großem
Interesse. Grundlagenforscher vom FMP in- IGB/IZW
teressieren sich insbesondere für den Tunnel,
durch den die Phagen ihre DNA in Bakterien Auszeichnungen bei der UN-Dekade
einschleusen. Nun haben sie zusammen mit für biologische Vielfalt
Kollegen des Forschungszentrums Jülich und Das IGB-Projekt „Artenschutz durch umwelt-
des Universitätsklinikums Jena die 3D-Struktur verträgliche Beleuchtung“ (AuBe) sowie das
dieser entscheidenden Phagen-Komponente in „Deutsche Artenschutzforschungsprojekt
atomarer Auflösung aufgeklärt. Die Kombina- – Pardelluchs“ vom Leibniz-IZW setzen sich
tion zweier Methoden – der Festkörper-Kern- in besonderer Weise für den Erhalt der bio-
spinresonanz (NMR) und Kryoelektronenmi- logischen Vielfalt ein – und wurden dafür als
kroskopie – war der Schlüssel zum Erfolg. Die offizielle Projekte der UN-Dekade Biologische 5
Arbeit ist im Fachmagazin „Nature Communi- Vielfalt ausgezeichnet.
cations“ erschienen. Bei AuBe untersuchen Forschende sowie
Bürgerwissenschaftlerinnen und -wissenschaft-
Light shed on the atomic resolution ler gemeinsam, welche Insektenarten durch
structure of phage DNA tube Straßenbeleuchtung beeinträchtigt werden und
Given that phages are able to destroy bacteria, wie umweltgerechte Beleuchtungslösungen
they are of particular interest to science. Basic aussehen könnten. Als Partnerkommunen sind
researchers from FMP are especially interested Neuglobsow und Gülpe (beide Brandenburg) so-
in the tube used by phages to implant their DNA wie Krakow am See (Mecklenburg-Vorpommern)
into bacteria. In collaboration with colleagues und Fulda (Hessen) mit im Boot.
from Forschungszentrum Jülich and Jena Uni- Der ausschließlich auf der iberischen Halbinsel
versity Hospital, they have now revealed the vorkommende Pardelluchs wurde 2002 auf der
3D structure of this crucial phage component „Roten Liste“ der bedrohten Arten der Welt-
Visualisierung / Visualization: Barth van Rossum/FMP · Foto / Photo: M. Brandt/IZW
in atomic resolution. The key to success was naturschutzunion (IUCN) als vom Aussterben
combining two methods – solid-state nuclear bedroht eingestuft. Zu seinem Schutz wurde
magnetic resonance (NMR) and cryo-electron ein integrierter Artenschutzplan ins Leben
microscopy. The study has been published in the gerufen – unter anderem werden Jungtiere des
journal Nature Communications. Zuchtprogramms in verschiedenen Regionen
doi: 10.1038/s41467-020-19611-1 Spaniens und Portugals ausgewildert, um die
Freilandpopulation zu stabilisieren. Forschen-
de des Leibniz-IZW sind seit 2005 Partner
des „Iberian Lynx Ex situ Conservation Pro-
gramme“, das die Zucht und die Auswilderung
der Jungtiere betreibt.
Awards within the United Nations Decade
on Biodiversity
The IGB project “Species protection through
environmentally friendly lighting” (AuBe) and
the Leibniz-IZW project entitled “Deutsche
Artenschutzforschungsprojekt – Pardelluchs”
are particularly committed to the conservation
verbundjournal | 115/2020
NACHRICHTEN | NEWS
of biodiversity. They have now been recognized including FVB’s Leibniz Institute of Freshwater
as official projects of the United Nations Decade Ecology and Inland Fisheries (IGB) and the
on Biodiversity. Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research
In the AuBe project, researchers and citizen (Leibniz-IZW).
scientists join forces to investigate which insect www.climate-change.center
species are affected by street lighting, and how
to design environmentally friendly lighting
solutions. The municipalities of Neuglobsow and MBI
Gülpe (both in Brandenburg), Krakow am See
(Mecklenburg-Western Pomerania) and Fulda Licht verwirbelt Magnetisierung
(Hesse) are involved in the project as partners. Ein Team von Forschenden angeführt vom
The Iberian Lynx, found only in the Iberian Pen- Max-Born-Institut (MBI) und dem Massachu-
insula, was classified as an endangered species setts Institute of Technology (MIT) hat her-
in the IUCN Red List of Threatened Species in ausgefunden, wie Magnetisierungsmuster, die
2002. An integrated species conservation plan Skyrmionen genannt werden, in einem Ferro-
was launched to protect the lynx. The meas- magneten schneller erzeugt werden können als
ures included releasing young lynxes from the bisher bekannt. Die Forschenden haben aufge-
breeding program into the wild in various re- klärt, wie sich die Topologie des magnetischen
gions of Spain and Portugal in a bid to stabilize Systems dabei ändert. Wie sie im Fachjournal
wild populations. Since 2005, scientists from „Nature Materials“ berichten, bieten die Ergeb-
Leibniz-IZW have been a partner of the “Iberian nisse fundamentale Einblicke in topologische
Lynx Ex situ Conservation Programme,” which is Phasenübergänge und beflügeln neue Ideen, wie
responsible for breeding young cubs and releas- magnetische Skyrmionen für die Informations-
ing them into the wild. technologie genutzt werden können.
Twisting magnetization with light
6 Partner beim Climate Change Center Berlin A team of scientists led by the Max Born Insti-
Brandenburg tute (MBI) and the Massachusetts Institute of
Mit einer Website und der Veranstaltungsreihe Technology (MIT) has demonstrated how tiny
CLIMATE:Lab geht das Climate Change Center magnetization patterns known as skyrmions
Berlin Brandenburg (CCC) in die Öffentlichkeit. can be written into a ferromagnetic material
Das CCC ist eine Gemeinschaftsinitiative von faster than previously thought possible. The
Technischer Universität Berlin, Freier Uni- researchers have clarified how the topology of
versität Berlin, Charité – Universitätsmedizin the magnetic system changes in this process.
Berlin, der Universität der Künste Berlin, der As reported in the journal Nature Materials, the
Universität Potsdam und dem Potsdam-Institut findings are relevant for topological phase tran-
für Klimafolgenforschung. Es versteht sich als sitions in general, and may inspire new routes
transdisziplinäres Zentrum für Forschung und for how to use magnetic skyrmions in informa-
Wissenstransfer rund um die Themen Klima- tion technology.
wandel und Klimaanpassung. Weitere For- doi: 10.1038/s41563-020-00807-1
schungseinrichtungen sind beteiligt, vom FVB
das Leibniz-Institut für Gewässerökologie und
Binnenfischerei (IGB) sowie das Leibniz-Institut
für Zoo- und Wildtierforschung (Leibniz-IZW).
Partners of the Climate Change Center
Berlin Brandenburg
The Climate Change Center Berlin Brandenburg
(CCC) goes public with a website and a series Ein Laserlichtpuls verwandelt die gleichmäßige
of events called CLIMATE:Lab. The CCC is a Magnetisierung (überall nach unten gerichtet) einer
joint initiative of Technische Universität Berlin, dünnen magnetischen Schicht in einen Skyrmionen-
Freie Universität Berlin, Charité – Universitäts- wirbel, wo die Magnetisierung im Zentrum nach oben
medizin Berlin, Berlin University of the Arts, zeigt. Diese Umwandlung ändert auch die sogenannte
the University of Potsdam and the Potsdam Topologie des Systems.
Institute for Climate Impact Research. It sees A laser pulse transforms a uniform magnetization
Abb. / Figure: MBI
itself as a transdisciplinary center for research (magnetization down everywhere) to a skyrmion swirl
and knowledge transfer concerning all aspects of where the magnetization in the center points up. This
climate change and climate change adaptation. transformation changes the so-called topology of the
Other research institutions are also involved, system.
verbundjournal | 115/2020
DIREKTORENKOLUMNE | DIRECTOR’S COLUMN
Im Spannungsfeld zwischen Technologie-
Souveränität und Forschungsfreiheit
A delicate balance between technological
sovereignty and freedom of research
Thomas Schröder
Direktor | Director, Leibniz-Institut für Kristallzüchtung
Die weltweite Pandemie belegt die Zerbrech- The global pandemic
lichkeit sicher geglaubter globaler Liefer- demonstrates the
ketten, selbst im Bereich einfacher Produkte fragility of global
wie Schutzmasken. Viel komplexer stellt sich supply chains that
jedoch die Situation in der Hochtechnologie were once thought
dar: Neben der Pandemie erschwert Protektio- secure, even for simple
nismus den Bezug von Schlüsselkomponenten. products such as protective masks. And yet the
Und Chinas Transformation zur Industrie- situation is much more complex in the high-tech
macht („Made in China 2025“-Strategie) tritt sector: on top of the pandemic, the procurement 7
zunehmend in Konkurrenz zur europäischen of key components is made even more difficult
Wertschöpfung. Diese Entwicklungen füh- by protectionism. And China’s transformation
ren in der Politik zu einem Umdenken: Statt into an industrial power (the “Made in China
uneingeschränkter Globalisierung tritt das 2025” strategy) is increasingly in competition
Thema Technologie-Souveränität in Deutsch- with European added value. These developments
land und Europa in den Fokus. Nach meiner lead to a rethink in policy: instead of unfettered
Meinung muss sich auch die Leibniz-Gemein- globalization, emphasis is placed on the issue
schaft zu diesem zentralen politischen Thema of technological sovereignty in Germany and
der kommenden Jahre klar positionieren. In Europe. In my opinion, the Leibniz Association
der Leibniz AG „Technologie-Souveränität“ must also take a clear position on this central
bereiten wir aktuell ein Positionspapier vor, political issue in the years ahead. In the Leibniz
wie Leibniz komplementär zu anderen Wis- research group on “Technological Sovereignty,”
senschaftsorganisationen wertvolle Beiträge we are currently preparing a position paper on
liefern kann. Konkret werden auch Technolo- how Leibniz can provide valuable input as a
gie-Cluster identifiziert, wo wir im Sinne einer complementary factor to other research organiza-
vernetzten „Forschungsfabrik“ mit unseren tions. To be precise, technology clusters are also
Technologie-Plattformen eine weltweit füh- being identified where our technology platforms
rende F&E-Rolle über zentrale Bereiche der enable us to take on a world-leading role in R&D
Wertschöpfung einnehmen können. Doch gilt across key elements of the value chain in the
es dabei zu gewährleisten, nicht das „Kinde spirit of a networked “research factory.” However,
mit dem Bade auszuschütten“: Unsere Wissen- it is important to ensure that we do not “throw
schaftlerinnen und Wissenschaftler müssen the baby out with the bath water”: our scientists
auch weiterhin offen mit den besten Köpfen der must continue to collaborate openly with the best
Welt zusammenarbeiten. Die „Bonner Erklärung minds in the world. The “Bonn Declaration on
der Forschungsfreiheit“ vom 20. Oktober 2020 Freedom of Scientific Research,” adopted on
unterstreicht eindrucksvoll die gesellschafts- October 20, 2020, strikingly underlines the
Foto / Photo: Tina Merkau
politische Bedeutung der „Open Science“. Die socio-political importance of open science. As
Anwendungsorientierung in der Forschung wird such, the orientation to applied research will
uns somit künftig im Spannungsfeld zwischen require us to act wisely in the future in the del-
Forschungsfreiheit und Technologie-Souveräni- icate balance between freedom of research and
tät kluges Handeln abverlangen – auch im FVB technological sovereignty – also in the FVB and
Translation:
und in der Leibniz-Gemeinschaft. the Leibniz Association. Teresa Gehrs
verbundjournal | 115/2020
GASTBEITRAG | GUEST COMMENTARY
E ine Techno l o gie-Offensive für
„ neg at ive Emissionen“
A techno l o gy dr ive to a chieve
“neg at ive e missions”
Ottmar Edenhofer
Direktor des Mercator Research Institute on Global
Commons and Climate Change (MCC) und des
Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK),
Professor für die Ökonomie des Klimawandels an
der Technischen Universität Berlin
Director of the Mercator Research Institute on
Global Commons and Climate Change (MCC) and
the Potsdam Institute for Climate Impact Research
(PIK), Professor of the Economics of Climate
Change at the Technische Universität Berlin
8 Bei den Innovationen, die Europa für das The innovations Europe needs to achieve
große Ziel der Klimaneutralität 2050 the ambitious goal of climate neutrality by
braucht, geht es nicht nur um Sonne und 2050 do not stop at sun and wind. It is also
Wind. Es geht auch darum, CO2 aus der important to remove carbon dioxide from
Atmosphäre zurückzuholen. the atmosphere.
Der vor rund einem Jahr von der EU-Kommission The European Green Deal presented by the
vorgestellte European Green Deal ist ein mutiger European Commission around a year ago is a
Plan. Bis 2050 soll die Europäische Union, mit bold plan. The EU, which currently has a popula-
480 Millionen Menschen und 18 Prozent der tion of 480 million and accounts for 18 percent
Weltwirtschaft, klimaneutral werden: Ihr Beitrag of the global economy, aims to be climate neu-
zur Erderwärmung soll dann unter dem Strich tral by 2050: by then, the continent should have
null sein. Die Ankündigung entfaltet bereits Kraft achieved net-zero emissions. The announcement
nach außen – die Zielmarke 2050 steht auch im is already making waves outside the EU – the
Klimaplan des neuen US-Präsidenten Joe Biden, goal of reaching net-zero emissions by 2050 is
und China versprach im September immerhin für also set out in the climate change plan of the
2060 CO2-Neutralität. new US president Joe Biden, and in September
China announced its aim to achieve carbon
Natürlich ist in Brüssel klar: Immer ehrgeizigere neutrality by 2060.
Ziele zu formulieren, genügt nicht – man braucht
für einen solchen Kraftakt konkrete Maßnahmen. Of course, Brussels knows that it does not suffice
Diesbezüglich steht laut EU-Kommission ganz to set increasingly ambitious goals – concrete
oben auf der Agenda: „In umweltfreundliche measures are needed to achieve such a major un-
Technologien investieren“ und „die Industrie bei dertaking. In light of this, “investing in environ-
Innovation unterstützen“. Es geht um Energie mentally-friendly technologies” and “supporting
aus Sonne und Wind, ihre Nutzung in Haushalt, industry to innovation” are high on the agenda,
Verkehr und Industrie, Energieeffizienz, kurz um according to the European Commission. It is a
alles, was Treibhausgas-Ausstoß obsolet macht. matter of generating energy from sun and wind,
Aber es hat noch eine weitere Dimension. Von der using this energy in households, transport and
Foto / Photo: MCC
man noch zu wenig hört. industry, increasing energy efficiency – in short,
everything that eliminates greenhouse gas emis-
Denn Europa muss nicht nur die Emissionen sions. But there is another dimension to it. One
in Richtung null herunterfahren, sondern auch of which little mention is made.
verbundjournal | 115/2020
GASTBEITRAG | GUEST COMMENTARY
Treibhausgas aus der Atmosphäre zurückholen. In addition to bringing down emissions to zero,
Auch 2050 werden wir vor allem in der Industrie Europe must remove greenhouse gas from the
noch fossile Brennstoffe verfeuern, trotz aller atmosphere. We will still be burning fossil fuels in
Konzepte etwa für CO2-freie Luftfahrt, Stahl- oder 2050, primarily in industry, in spite of all the con-
Zementindustrie. Klimaneutralität erfordert dann cepts for carbon-free technologies in sectors such
einen Ausgleich durch „negative Emissionen“. as aviation, steel and cement. Climate neutrality
Das ist auch wichtig im globalen Maßstab. Gemäß will then require compensation through “nega-
dem Paris-Abkommen will die Menschheit die tive emissions.” This is also important on a global
Erderwärmung auf deutlich unter 2 und möglichst scale. According to the Paris Agreement, human-
1,5 Grad gegenüber dem vorindustriellen Zeitalter ity wants to limit global warming to well below
begrenzen. Nach Berechnungen des Weltklimarats 2 degrees above pre-industrial temperatures,
IPCC erfordern das 2- und mehr noch das 1,5-Grad- and ideally to below 1.5 degrees. The Intergov-
Ziel CO2-Entnahme – um eben unvermeidbare ernmental Panel on Climate Change (IPCC) has
Emissionen zu kompensieren und um von einem calculated that meeting the 2-degree target – let
Pfad mit höherem Temperaturanstieg zurückzu- alone the 1.5-degree goal – will require carbon
steuern. Das darf niemanden dazu verleiten, bei dioxide removal to compensate for unavoidable
der Emissionsminderung nachzulassen, aber es ist emissions and to steer us away from a path of ris-
eine notwendige Ergänzung. ing temperatures. This aspect should not be taken
as grounds to become complacent about reducing
Die Wissenschaft hat über CO2-Entnahme neue Er- emissions – it is a necessary complement.
kenntnisse gewonnen. Es stehen natürlich Auf- und
Wiederaufforstung im Raum, aber auch unkonven- Scientists have gained new knowledge on carbon
tionelle Methoden. Etwa Plantagen mit besonders dioxide removal. Besides the obvious proposals of
schnell wachsenden Pflanzen zum Verfeuern in Bio- afforestation and reforestation, there are also calls
kraftwerken, mit Abscheiden und unterirdischem for the use of unconventional methods. Examples
Speichern des CO2. Ferner feingemahlene, über include plantations of fast-growing plant species
Meeren oder Böden verteilte Mineralien, die durch for burning in biofuel plants, with the crops’ 9
Beschleunigung der natürlichen Verwitterungspro- carbon being captured and stored underground.
zesse CO2 binden. Und technische Lösungen wie Or crushed minerals spread across oceans, or soils
Luftfilter-Anlagen. Man erforscht auch mögliche that bind carbon dioxide by accelerating natural
Zielkonflikte zu Nahrungsversorgung oder Arten- weathering processes. And technical solutions
vielfalt sowie die Sicherheit der CO2-Speicherung such as air filtration systems. Research is also
etwa in leergepumpten Erdgas-Lagerstätten. Doch being conducted into potential trade-offs with
parallel dazu müssen die Optionen von Ingenieuren food supply or biodiversity, and into the safety of
für den großskaligen Einsatz ausentwickelt werden. carbon storage in places such as depleted natural
Europa braucht jetzt eine Technologie-Offensive gas reservoirs. But, in parallel with that, engineers
für negative Emissionen. must fully develop these options for large-scale
deployment. Europe now needs a technology drive
Die Zeit drängt. Neue Technologien fallen nicht to achieve negative emissions.
wie Früchte vom Baum. Sie stehen am Ende oft
jahrzehntelanger Prozesse, sind Ergebnis einer Time is short. New technologies do not appear
Kette von Innovationen. Aus der entsprechenden out of the blue. They are often the culmination
Literatur lässt sich ablesen: Wenn Entnahmetech- of decades of processes, the result of a chain of
nologien bis 2050 großflächig ausgerollt werden innovations. The relevant literature suggests
sollen, dann müssten eigentlich ungefähr jetzt that, if carbon removal technologies are to be
größere Demonstrationsanlagen, Nischenan- massively scaled up by mid-century, then large
wendungen und erste Einführungen unmittelbar demonstration plants, niche applications, and
bevorstehen. early adaption would have to be forthcoming
more or less now.
Die EU sollte aufs Tempo drücken, indem sie
im Rahmen des Green Deals Schlüsselprojekte The EU should move up a gear by promoting key
fördert. Und sie sollte so schnell wie möglich das projects within the Green Deal. It should also
marktwirtschaftliche Signal setzen, dass sich lose no time in signalizing to the market that it
Investitionen in negative Emissionen – ebenso wie is economically worthwhile – and increasingly
in Emissionsvermeidung – betriebswirtschaftlich profitable – to invest in negative emissions and
lohnen und immer rentabler werden. Dieses markt- emission prevention. This market-based signal
wirtschaftliche Signal ist eine alle Sektoren umfas- goes by the name of European carbon pricing
sende und mit einem klaren Zeitplan für weiteren across all sectors with a clear timetable for fur-
Translation:
Anstieg versehene europäische CO2-Bepreisung. ther increases. Teresa Gehrs
verbundjournal | 115/2020
TITEL · TECHNOLOGIEN FÜR UMWELT UND GESELLSCHAFT · FMP
Interview mit | Interview with
Prof. Dr. Christian Hackenberger
Leiter des Forschungsbereichs „Chemische Biologie“ und des Departments „Chemische Biologie II“ am Leibniz-For-
schungsinstitut für Molekulare Pharmakologie (FMP), Leibniz-Humboldt-Professor für Chemische Biologie an der Hum-
boldt-Universität zu Berlin
Head of the “Chemical Biology” research area and Head of the “Chemical Biology II” department at the Leibniz-Forschungs
institut für Molekulare Pharmakologie (FMP), Leibniz-Humboldt Professor for Chemical Biology at Humboldt-Universität
zu Berlin
Das Zellgift im Rucksack
10 Cytotoxin-carrying backpacks
D a s I n t e r v i e w f ü h r t e | T h e i n t e r v i e w w a s c o n d u c t e d b y B e a t r i c e H a m b e r g e r.
Prof. Christian Hackenberger erforscht Professor Christian Hackenberger conducts
proteinbasierte Biopharmazeutika, die ziel- research into protein-based biopharma-
genau gegen Krebs und Virusinfektionen ceuticals that can be used as a targeted
eingesetzt werden können. Auf der Berlin approach to treat cancer and viral infec-
Science Week Anfang November wurde der tions. At the Berlin Science Week in early
FMP-Forscher mit dem „Breakthrough of the November, the FMP researcher received the
year“-Award ausgezeichnet. “Breakthrough of the Year” award.
Herr Prof. Hackenberger, Glückwunsch zum Award. Professor Hackenberger, congratulations on the
Richtig feiern konnten Sie die Auszeichnung in der award. I suppose you were not able to properly cele
aktuellen Situation sicher nicht. Hat das Ihre Freude brate this distinction due to the current situation.
etwas getrübt? Did this put a damper on your spirits?
Tatsächlich fand alles online statt, aber nein, It all took place online, but no, it didn’t dampen
getrübt hat das meine Freude sicherlich nicht. Die my spirits at all. I was really delighted, particu-
Begeisterung ist groß, insbesondere weil ich als larly because I received the award in the Life
Chemiker in der Kategorie Lebenswissenschaften Sciences category, despite being a chemist. This
ausgezeichnet worden bin. Damit hätte ich nie was completely unexpected.
gerechnet.
Foto / Photo: Silke Oßwald
And yet you have already managed to block the
Dabei ist es Ihnen mit einer Art molekularem flu virus using a kind of molecular superglue. Now
Superkleber bereits gelungen, das Grippevirus zu you’re hoping to tackle the coronavirus. Is there
blockieren. Jetzt Sie sind auch am Coronavirus hope of antiviral treatment against COVID-19 any
dran. Gibt es Hoffnung, dass wir bald eine antivirale time soon?
Therapie gegen COVID-19 haben?
verbundjournal | 115/2020TITLE · TECHNOLOGIES FOR THE ENVIRONMENT AND SOCIETY · FMP
Wir arbeiten mit Hochdruck daran, unsere Pha- We are working hard to adapt our phage capsids to
gen-Kapside auf das Coronavirus zu adaptieren, the coronavirus, and I can say that the first results
und ich kann Ihnen sagen: Die ersten Ergebnisse look very promising. However, this approach is so
sehen sehr vielversprechend aus. Allerdings ist der very new that we will need a lot more time before
Ansatz so komplett neu, dass wir noch viel Zeit we can enter the clinical phase. So, I‘d rather
brauchen werden, um in die klinische Phase gehen not raise unrealistic expectations for the current
zu können. Insofern möchte ich für die aktuelle pandemic. But I am confident that our concept
Pandemie keine falschen Hoffnungen wecken. is applicable to other viral infections caused by
Ich bin aber zuversichtlich, dass unser Konzept coronaviruses as well as the flu virus. And then we
auf andere virale Infektionen durch Coronaviren would have a platform that could also be trans-
genauso anwendbar ist wie auf das Influenzavirus. ferred to any other virus.
Und dann hätten wir eine Plattform, die auch auf
jedes andere x-beliebige Virus übertragbar wäre. Your approach is based on the use of harmless virus-
es to combat dangerous viruses. How does the whole
Ihr Ansatz basiert darauf, gefährliche Viren mit thing work?
ungefährlichen Viren zu bekämpfen. Wie funktioniert
das Ganze? The basic concept is that we chemically modify
empty, non-infectious shells of a phage virus so
Das Grundkonzept ist, dass wir leere, nicht-in- that the dangerous virus is completely enveloped
fektiöse Hüllen eines Phagen-Virus chemisch and can no longer infect human cells. These phage
so modifizieren, dass das gefährliche Virus capsids function like a kind of superglue that
komplett eingehüllt wird und damit nicht mehr sticks perfectly to the binding sites of the virus.
für eine menschliche Zelle infektiös ist. D
iese It is also our virus-specific design that makes the
Phagen-Kapside funktionieren wie eine Art approach so special. It has enabled us to render
Superkleber, der passgenau an die Bindungsstellen influenza viruses harmless in human lung models
des Virus bindet. Unser virusspezifisches Design from Charité. The challenge with the coronavirus
macht den Ansatz auch so besonders. An mensch- is finding out the routes it uses to bind to lung 11
lichen Lungenmodellen der Charité konnten cells or other cells of the body. We’re dependent
wir Influenzaviren auf diese Weise unschädlich on ongoing findings from the community for
machen. Bei Corona besteht die Herausforderung this – but, as I said, we are on the right track.
darin, die Wege zu kennen, über die das Virus an
Lungen- oder andere Körperzellen bindet. Da sind Your second breakthrough of the year – the devel-
wir auf die laufenden Erkenntnisse aus der Com- opment of antibody-drug conjugates, or ADCs for
munity angewiesen – aber wie gesagt, wir sind short – also concerns targeted design.
hier auf einem guten Weg.
The award refers to a technology we have
Um ein passgenaues Design geht es auch bei ihrem developed that enables antibodies in cancer
zweiten Durchbruch des Jahres, der Entwicklung von immunotherapy to be loaded with a drug that is
sogenannten Antikörper-Wirkstoff-Konjugaten – then released in the cancer cell exactly where it
kurz ADCs. is needed. The basic idea is to spare patients the
side effects of chemotherapy. The results were so
Die Auszeichnung bezieht sich auf eine von successful that, together with our partner Ludwig-
uns entwickelte Technologie, die es ermöglicht, Maximilians-Universität München (LMU), we
Antikörper aus dem Bereich der Krebsimmun- founded Tubulis as a spin-off in 2019. Within this
therapie mit einem Medikament zu beladen, das company, ADCs are now being further developed
dann gezielt in der Krebszelle freigesetzt wird. Die and brought to the market, with Dominik Schu-
Grundidee ist, Patienten die Nebenwirkungen ei- macher, a former PhD student of mine, in the role
ner Chemotherapie zu ersparen. Wir waren damit of CEO.
so erfolgreich, dass wir 2019 zusammen mit unse-
ren Kooperationspartnern von der Ludwig-Maxi- Tubulis succeeded in attracting almost eleven million
milians-Universität München (LMU) das Start-up euro in capital this summer. What was it that in-
Tubulis ausgegründet haben. Dort werden die spired the investors?
ADCs mit meinem ehemaligen Doktoranden
Dominik Schumacher als CEO jetzt weiterent I reckon the decisive factor was our ability to
wickelt und zur Marktreife gebracht. demonstrate that our preparations are better than
a drug that has already been approved. But that’s
Knapp elf Millionen Euro Kapital konnte Tubulis in not all. I also think we were able to convince them
diesem Sommer einwerben. Was hat die Investoren as an entire team. After all, there is still close col-
überzeugt? laboration between Tubulis, LMU and FMP.
verbundjournal | 115/2020TITEL · TECHNOLOGIEN FÜR UMWELT UND GESELLSCHAFT · FMP
Ausschlaggebend war vermutlich, dass wir zeigen Better than an approved drug – what do you mean
konnten: Unsere Präparate sind besser als ein be- by this?
reits zugelassenes Medikament. Aber nicht nur das,
ich denke auch, dass wir als gesamtes Team über- We conducted a comparative study with the
zeugen konnten, da immer noch enge Kooperatio- antibody-drug conjugate Adcetris®, which is
nen mit Tubulis, der LMU und dem FMP laufen. approved for the treatment of Hodgkin lympho-
ma. We reconstructed this drug 1:1, the only
Besser als ein zugelassenes Medikament – das müs- difference being that we linked the antibody and
sen Sie erklären. the active agent to our patented P5 technology.
Subsequent preclinical trials showed that our
Wir haben sozusagen eine Vergleichsstudie mit “P5-Adcetris” is much more stable and effective
dem Antikörper-Wirkstoff-Konjugat Adcetris® than the original version. Ultimately, survival
durchgeführt, das zur Behandlung des Hodg- time doubled in our in-vivo experiment.
kin-Lymphoms zugelassen ist. Dieses Medikament
haben wir 1:1 nachgebaut, mit dem einzigen What makes the approach so superior?
Unterschied, dass wir Antikörper und Wirkstoff mit
unserer patentierten P5-Technologie verknüpft It is the way we bind drug molecules to an anti-
haben. Anschließende prä-klinische Versuche zeig- body. To do this, we developed a chemical process
ten, dass unser „P5-Adcetris“ wesentlich stabiler and another process that works with a natural
und wirksamer ist als das Original. Letztlich konnte enzyme. If you imagine the antibody as a sniffer
im in-vivo-Versuch die Überlebenszeit verdoppelt dog that is able to recognize cancer cells based on
werden. certain characteristics – whether receptors on the
cell surface or certain sugar structures – then we
Woran liegt diese Überlegenheit? have redesigned the backpack it uses to deliver
the cell toxin, as it were. And this backpack is
Es ist die Art und Weise, wie wir Medikamenten- attached so securely to the sniffer dog’s back
12 moleküle an einen Antikörper binden. Dafür haben that the payload is not dropped en route, but
wir ein chemisches Verfahren entwickelt und eines, is released at the right time, in the right place.
das mit einem natürlichen Enzym arbeitet. Wenn Chemotherapy can therefore act directly where it
Sie sich den Antikörper als Spürhund vorstellen, is needed, leaving healthy cells intact.
der Krebszellen aufgrund bestimmter Merkmale
erkennt – seien es Rezeptoren auf der Zellober- The weakness of previous conjugates was their lack
fläche oder bestimmte Zuckerstrukturen – dann of stable linkage between antibody and drug, which
haben wir sozusagen den Rucksack neu entwickelt, in some cases led to nasty side effects. When will you
in dem er das Zellgift transportiert. Und dieser be able to show in humans that your technology is
Rucksack ist eben so gut und sicher auf dem Rü- better?
cken des Spürhundes angebracht, dass die Fracht
nicht schon vorher verlorengeht, sondern zur I think we will be able to achieve this more
richtigen Zeit am richtigen Ort freigesetzt wird. Die quickly than the antiviral drugs. A time horizon
Chemotherapie kann also unmittelbar dort wirken, of a few years would be conceivable for our lead
wo sie gebraucht wird und gesunde Zellen werden candidate for treatment of lymphatic diseases.
geschont. It is too early to say anything about other tumor
entities because the whole system has to be
Die stabile Verknüpfung zwischen Antikörper und readjusted each time. You need the right anti-
Medikament war der Schwachpunkt bisheriger body and the specific drug, which will then be
Konjugate und hat zum Teil zu bösen Nebenwirkun- effective against this precise tumor. This is far
gen geführt. Wann werden Sie im Menschen zeigen from trivial.
können, dass Ihre Technologie besser ist?
To clarify matters: you don’t develop the antibodies
Ich denke, hier könnten wir schneller sein als mit yourself, do you?
den antiviralen Medikamenten. Ein Zeithorizont
von wenigen Jahren wäre für unseren Lead-Kan- No, we don’t. What we do in my research group
didaten zur Behandlung von lymphatischen is add functionality to an existing antibody. The
Erkrankungen vorstellbar. Für andere Tumorentitä- possibilities go far beyond the delivery of chemo
ten kann ich noch keine Aussage treffen, denn das therapeutic agents. But our partners at LMU,
ganze System muss jedes Mal neu justiert werden. and in particular Professor Heinrich Leonhardt’s
Sie brauchen den passenden Antikörper und das research group, develop new antibodies. In other
entsprechende Medikament, das dann genau bei words, we are working on all fronts to keep our
diesem Tumor wirkt. Das ist alles andere als trivial. pipeline filled.
verbundjournal | 115/2020TITLE · TECHNOLOGIES FOR THE ENVIRONMENT AND SOCIETY · FMP
Zur Klarstellung: Die Antikörper entwickeln Sie
nicht selbst?
Korrekt. Das was wir in meiner Arbeitsgruppe
machen, ist, einen vorhandenen Antikörper mit
einer Zusatzfunktion auszustatten. Die Möglich-
keiten reichen aber weit über den Transport von
Chemotherapeutika hinaus. Unsere Kooperati-
onspartner an der LMU München, allen voran die
Arbeitsgruppe von Prof. Heinrich Leonhardt, ent- Mithilfe der neu entwickelten Technologie können Cysteine (SH)
wickeln aber neue Antikörper. Wir arbeiten also von Tumor-erkennenden Antikörpern (gelb) einfach mit toxischen
an allen Fronten, um unsere Pipeline zu füllen. Wirkstoffmolekülen verbunden werden. Die entstehende Bindung ist
während der Zirkulation im Blut sehr stabil und ermöglicht so einen
Was ist neben dem Zellgift im Rucksack noch sicheren Transport zum Tumor.
geplant? The new technology enables a simple way of connecting the cytsteine
residues (SH) of a tumor-sensing antibody (yellow) to toxic drug
Im Bereich des gezielten Wirkstofftransports be- molecules. The emerging linker is highly stable during blood circula-
fassen wir uns außerdem damit, wie wir Antibio- tion and enables therefore a safe transport to the tumor side.
tika zu bakteriellen Infektionen bringen können,
die schwer zugänglich sind. Darüber hinaus
lassen sich Antikörper auch für diagnostische What other plans do you have besides cytotoxin-
Zwecke nutzbar machen, dergestalt, dass die auf- carrying backpacks?
gespürten Krebszellen durch eine Art Blaulicht
für den Arzt sichtbar werden. Und es sind noch In the area of targeted drug delivery, we are also
eine ganze Reihe weiterer neuer Verfahren und addressing how to get antibiotics to bacterial
Anwendungsgebiete geplant, die ich Ihnen aber infections that are difficult to access. In addition,
heute noch nicht verraten darf. antibodies can also be used for diagnostic pur- 13
poses by displaying a kind of warning blue light
Sie sind Chemiker und nun auch Unternehmer. Wie that enables a physician to view cancer cells that
fühlen Sie sich in dieser Doppelrolle? have been detected. A whole range of other new
methods and fields of application are also at the
Ich sehe mich weniger als Chemiker oder planning stage, but these cannot be revealed yet.
Unternehmer, sondern als Teil einer großen
wissenschaftlichen Community. Gemeinsam mit You are a chemist and now also an entrepreneur.
Kollegen aus anderen Bereichen, insbesondere How do you feel in this dual role?
auch in der Industrie, an Lösungen arbeiten, die
einen Mehrwert für die Gesellschaft haben, das I am merely part of a large scientific community,
ist es, was mich stolz macht und motiviert. Im rather than seeing myself as a chemist or an en-
Übrigen bin ich zwar einer der vier Mitgründer trepreneur. It fills me with pride and motivation
von Tubulis und an den strategischen Planungen to collaborate with colleagues from other areas,
beteiligt, aber aus dem operativen Tagesgeschäft especially in industry, to find solutions that add
halte ich mich heraus. Der Dominik macht das value to society. And by the way, despite being
so gut, dass ich im Hintergrund einfach nur one of the four co-founders of Tubulis and con-
klatschen kann. tributing to strategic planning, I am not involved
with day-to-day operations. Dominik is so good
Und was wünscht sich der Forscher Christian at it that I can only applaud in the background.
Hackenberger für seine eigene Zukunft?
Visualisierung / Visualization: Barth van Rossum/FMP
And what wishes does Christian Hackenberger, the
Natürlich, dass wir das Begonnene erfolgreich researcher, have for his own future?
zu Ende führen. Persönlich wünsche ich mir,
dass mir meine wissenschaftliche Neugier und That we can successfully finish off what we have
Kreativität erhalten bleibt, damit ich mich immer started, of course. Personally, I hope to be able
wieder auf neue Herausforderungen einlassen to retain my scientific curiosity and creativity, so
kann. Und natürlich, dass mir meine Begeisterung that I can keep tackling new challenges. And, of
für unsere Forschung weiterhin solch phantasti- course, that my enthusiasm for our research will
sche Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter beschert, continue to attract such fantastic students and
wie ich sie bisher hatte. Das ist und bleibt eines staff as in the past. This is, and remains, one of
der größten Geschenke, die man als Hochschul- the greatest gifts that a university lecturer can
Translation:
lehrer bekommen kann! hope to receive! Teresa Gehrs
verbundjournal | 115/2020TITEL · TECHNOLOGIEN FÜR UMWELT UND GESELLSCHAFT · IZW
Dynamis che M odelle und Szena r ien
in de r Wil dt ie rfor schung
Dynamic models and scenarios in
w ildlife research
Jan Zwilling
Über Jahrmillionen haben sich Tier- und Plants and animals have adapted to changes
Pflanzenwelt beständig an sich verändern- in the environment for millions of years.
de Umweltbedingungen angepasst. Doch Due to human activity, however, the pace of
durch das Wirken des Menschen hat dieser change has accelerated and reached unprec-
Wandel beispiellose Ausmaße und eine edented levels. For science to serve as the
atemberaubende Geschwindigkeit erreicht. cornerstone of effective wildlife conserva-
Nur wenn Veränderungen rechtzeitig tion requires the detection and analysis of
erkannt, analysiert und ihre Implikationen these changes in good time, and the impli-
für alle Komponenten der Ökosysteme cations of those changes for all components
verstanden werden, kann die Wissenschaft of ecosystems to be understood. To this end,
14 der Grundstein für einen wirksamen Arten- the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife
schutz sein. Das Leibniz-Institut für Zoo- Research (Leibniz-IZW) also relies on state-
und Wildtierforschung (Leibniz-IZW) setzt of-the-art, computer-based technologies
dafür auch auf moderne, computergestützte and methods for the collection, analysis and
Technologien und Methoden zur Erfassung, modeling of environmental data, enabling
Analyse und Modellierung von Umweltda- scientists to derive scenarios for future
ten – um nahezu in Echtzeit aus der gegen- developments from current dynamics in
wärtigen Dynamik Szenarien für zukünftige almost real time.
Entwicklungen ableiten zu können.
After spreading from Southern and Eastern Europe,
Im September 2020 erreichte die für Wild- African swine fever, a disease fatal to wild boar
und Hausschweine tödliche Afrikanische and domestic pigs, reached Germany in September
Schweinepest nach Süd- und Osteuropa mit 2020, with the first confirmed case in Brandenburg.
einem ersten nachgewiesenen Fall in Branden- Almost 300 cases of infection were recorded in just
burg auch Deutschland. Innerhalb von nur drei three months, and the veterinary public health
Monaten wurden fast 300 infizierte Fälle erfasst, authorities are working frantically to contain the
und das Tierseuchenmanagement arbeitet disease. In such cases, having precise knowledge
fieberhaft an Eindämmungsmaßnahmen. Um in of the spatial dynamics of transmissions helps
solchen Fällen zielgenaue Gegenmaßnahmen zu tremendously in enabling targeted countermeas-
treffen, die eine weitere Ausbreitung der Seuche ures to be taken, preventing the further spread of
verhindern, sind genaue Kenntnisse über die the disease. “The issue is rather complex,” stated
räumliche Dynamik von Übertragungen enorm Stephanie Kramer-Schadt, Head of the Department
hilfreich. „Die Fragestellung ist dabei durchaus of Ecological Dynamics at the Leibniz-IZW and
komplex“, sagt Stephanie Kramer-Schadt, Leite- holder of a professorial chair at Technische Univer-
rin der Abteilung für Ökologische Dynamiken am sität Berlin. “How do individual cases of infection
Leibniz-IZW und Professorin an der Technischen influence the spatial and temporal spread of a
Universität Berlin. „Wie breitet sich beispiels- disease in a large, heterogeneous landscape, for
weise eine Krankheit durch individuelle Anste- example, and what factors play a role in this? We
ckungen räumlich und zeitlich in einem großen, are unable to investigate these dynamics in wild
landschaftlich heterogenen Gebiet aus und animals under laboratory conditions.”
welche Faktoren beeinflussen die Ausbreitung?
Diese Dynamiken in Wildtieren können wir nicht In collaboration with partners from the Helm-
unter Labor-Bedingungen untersuchen.“ holtz-Centre for Environmental Research,
verbundjournal | 115/2020TITLE · TECHNOLOGIES FOR THE ENVIRONMENT AND SOCIETY · IZW
Schematische Darstellung des individuenbezogenen Modells der Klassischen Schweinepest, die verschiedene mögliche
Ansätze zur Simulation der Bewegung in epidemiologischen Modellen und den analytischen Arbeitsablauf zeigt.
Schematic representation of the agent-based model of classical swine fever, showing different possible approaches to
simulate movement in epidemiological models and the analytical workflow.
Für die Klassische Schweinepest, einer anderen Kramer-Schadt and her team had previously 15
viralen Krankheit von Wildschweinen, hatte developed and programmed an individual-based,
Kramer-Schadt gemeinsam mit ihrem Team und mechanistic model for classical swine fever,
Kooperationspartnern vom Helmholtz-Zentrum another viral disease in wild boar. Based on
für Umweltforschung ein individuenbasiertes, high-resolution telemetry data, a mechanistic,
mechanistisches Modell entwickelt und pro- individual-based model was designed which
grammiert. Es simuliert auf der Basis hochauflö- simulates movement patterns of individual
sender Telemetriedaten Bewegungsmuster von wild boar and, as a result, their likelihood of
einzelnen Wildschweinen und dadurch Kontakt- contact with other specimens. To achieve this,
wahrscheinlichkeiten zu anderen Tieren. Das the model uses characteristics such as the
Modell nutzt dafür Eigenschaften wie Alter und age, sex and life-history strategy of individual
Geschlecht und Lebenslaufstrategie einzelner wild boar. To obtain movement data, wild boar
Wildschweine. Für die Bewegungsdaten wurden were fitted with tracking devices and followed
Wildschweine mit Peilsendern ausgestattet und with high temporal precision using satellite
zeitlich eng getaktet per Satellitentelemetrie telemetry. Besides accounting for distances and
verfolgt. In das Modell flossen neben Distanzen landscape-driven movement patterns of the
Quelle / Source: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/oik.07002
und Landschafts-getriebenen Bewegungsmus- species, the model also included epidemiological
tern der Art auch epidemiologische Faktoren factors and seasonality, both of which influence
und jahreszeitliche Schwankungen ein, die the movements of wild boar. The objective of
Wildschweine in ihrer Bewegung beeinflus- this methodologically and technically complex
sen. Das Ziel dieses methodisch und technisch procedure was to develop robust and compel-
aufwändigen Vorgehens ist es, belastbare und ling scenarios, enabling scientists to accurately
aussagekräftige Szenarien zu erstellen und so- estimate the spread of the disease, including the
mit zukünftige Entwicklungen inklusive der sie parameters that influence this.
beeinflussenden Parameter genau abzuschätzen.
The Leibniz-IZW team has also developed a
Ein vergleichbares Modell – individuenbezogen, similar – individual-based, mechanistic and
mechanistisch und in die Zukunft gerichtet – hat future-oriented – model for the Eurasian lynx
das Team am Leibniz-IZW auch für den Luchs in Germany. However, the reason for creating
in Deutschland erstellt. Doch nicht eine Seuche this model was not an epidemic. Instead, the
war hier der Anlass, sondern die Entwicklung der researchers were keen to determine the devel-
Bestandsgrößen der hochbedrohten Katzenart opment of population sizes of this critically
und mögliche unnatürliche Todesursachen. „Wir endangered wild felid and any possible unnatural
verbundjournal | 115/2020TITEL · TECHNOLOGIEN FÜR UMWELT UND GESELLSCHAFT · IZW
haben Telemetrie- und Beobachtungsdaten mit causes of death. “We integrated telemetry and ob-
Informationen zu bekannten Todesursachen in servation data with information on known causes
einem Modell integriert und die in der Simulati- of death in a model, and compared the population
on vorhergesagten Bestandszahlen mit den tat- numbers predicted in the simulation with actual
sächlichen abgeglichen“, erklärt Kramer-Schadt. figures,” explained Kramer-Schadt. “This demon-
„Es ergab sich eine Dunkelziffer in den Todes- strated that there must have been an underreport-
zahlen, die stark mit den bekannten illegalen ing of deaths that corresponds closely to known
Tötungen übereinstimmt.“ Solche Erkenntnisse incidents of illegal hunting.” Such findings help in
helfen, Schutzmaßnahmen zu priorisieren. the prioritization of conservation measures.
Um solche Erkenntnisse zu ermöglichen, arbeiten In order to produce such findings, the veteri-
am Leibniz-IZW längst nicht mehr nur Tierärztin- narians and wildlife biologists engaged at the
nen oder Wildbiologen, sondern auch Biostatisti- Leibniz-IZW have been joined by biostatisticians,
ker, Programmiererinnen und Datenmanager. Das programmers and data managers. The Institute
Institut hat die Modellierung und die „com- has systematically stepped up its modeling
putational biology“ in den letzten Jahren gezielt and computational biology activities in recent
gestärkt. Im Institut (mit-)entwickelte, fortschritt- years. Advanced tools (co-)developed at the
liche Werkzeuge wie die Module „NLMR“, „IsoriX“ Leibniz-IZW, such as the “NLMR” and “IsoriX”
oder „camtrapR“ für die weltweit verbreitete or “camtrapR” modules, for the globally es-
Statistiksprache R sind mittlerweile von den Com- tablished statistical programming language R,
putern des Instituts ausgeschwärmt und helfen have become highly popular, helping research-
Forschenden weltweit bei der Aufbereitung und ers around the world to process and analyze
Analyse großer Mengen hochauflösender Daten. large quantities of high-resolution data. “One
„Eine Besonderheit ist der ‚Hochdurchsatz‘-Work- of the special features is the ‘high-throughput’
flow, den wir für das Umwelt-Erbgut-Metabar- workflow we established for environmental DNA
coding etablierten“, sagt Dr. Andreas Wilting metabarcoding,” remarked Dr. Andreas Wilting
16 aus Kramer-Schadts Abteilung. „Unser Team in from Kramer-Schadt’s department. “Our team in
Vietnam und Laos sammelt Proben des Erbguts Vietnam and Laos uses leeches to collect samples
der endemischen Fauna mithilfe von Blutegeln. of the genetic make-up of endemic fauna. The
Die nach der molekulargenetischen Analyse des data obtained from the leeches from the mo-
Erbguts aus den Blutegeln gewonnenen Daten lecular genetic analysis of the genetic material
werden zusammen mit Daten aus hunderten von is integrated into statistical models together
Wildtierkameras in statistische Modelle integriert, with data generated from hundreds of wildlife
um das Vorkommen extrem seltener Arten zu camera traps. This combination of data enables
erfassen. Neben der Verbreitung der bedrohten the researchers to determine the occurrence of
Arten im Truong-Son-Gebirge haben wir auch extremely rare species. Besides mapping the dis-
ein Modell entwickelt, um die Hauptbedrohung tribution of threatened species in the Truong Son
der Säugetiere, die illegale Jagd, über die letzten Mountains, we have also developed a model to
zehn Jahre zu modellieren.“ Dazu integrierte simulate the main threat to the survival of mam-
das Team Daten von über 100.000 gefundenen mals – illegal hunting – over the past decade.” To
Drahtschlingen vom lokalen Naturschutzpartner do this, the team integrated data from more than
WWF Vietnam, um zu ermöglichen, die limitierten 100,000 wire snares collected by the local conser-
Naturschutzressourcen genau dort einzusetzen, vation partner WWF Vietnam to enable the limit-
wo die Konzentration an bedrohten Arten und die ed conservation resources to be deployed exactly
Bedrohung durch die Jagd am größten sind. where concentrations of threatened species and
threats from hunting are greatest.
„Der Einsatz hochentwickelter Technologien und
Methoden erlaubt es uns, auf der Ebene von Indi- “The use of advanced technologies and methods
viduen wie auf Bestands- und Landschaftsebene enables us to develop spatially and temporal-
räumlich und zeitlich spezifische Vorhersagemo- ly specific predictive models at the individual,
delle zu erstellen“, fasst Kramer-Schadt zusam- population and landscape level,” summarized
men. Damit werden drei Ziele zugleich erreicht: Kramer-Schadt. As a result, three goals are
Die Forschung fördert neue Erkenntnisse zur achieved simultaneously: the research generates
Ökologie von Wildtieren zutage, die Entwicklung new insights into wildlife ecology; the develop-
von präzisen mechanistischen Modellen, Szena- ment of precise mechanistic models, scenarios
rien und Werkzeugen stärkt Theorie und Metho- and tools underpins the theory and methods for
den für die Forschung und nicht zuletzt erlaubt research; and, last but not least, the approach
sie einen Blick in die Zukunft der komplexen provides a glimpse into the future of the complex
Translation:
Teresa Gehrs Umwelt in Zeiten rasanten Wandels. environment in times of rapid change.
verbundjournal | 115/2020Sie können auch lesen
