Viele Pflanzen stellen sogenannte Naturstoffe her, die sie vor schädigender UV-Strahlung, Pilzinfektionen oder Fressfeinden schützen, oder Bestäuber anlocken sollen. Unter diesen mehr als 200.000 bisher bekannten pflanzlichen Naturstoffen gibt es unzählige, die zusätzlich vielversprechende pharmakologisch interessante Eigenschaften haben. Allerdings werden diese interessanten Verbindungen häufig nur in sehr geringen Mengen von den jeweiligen Pflanzen gebildet, sodass es schwer ist ausreichende Mengen für ihre Erforschung oder gar eine zukünftige Anwendung zu erhalten.

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Ein Gastbeitrag von Leon Kirschgens & Jacqueline Plaster (everwave)

Der Begriff der Bioökonomie ist in den vergangenen Jahren immer prominenter geworden. Richtig angewendet, könnte sie nicht nur unsere Wirtschaft, sondern auch jeden Einzelnen von uns verändern. Das birgt enormes Potenzial – wie lässt es sich nutzen?

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3 min – so viel Zeit hatte Dr. Eduardo Melo ein komplexes Zusammenspiel aus Nanotechnologie und Biotechnologie zu erklären. Die „Falling Walls Conference“ (alias „Berlin Science Week“) findet jedes Jahr zum Tag des Mauerfalls am 9. November in Berlin statt. Denn die Falling Walls Conference will Mauern einreißen und Grenzen überwinden: In den Köpfen, im Denken und im Handeln [BMBF].

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Brot, Wein, Bier, Käse – bereits seit Jahrtausenden werden biotechnische Anwendungen vom Menschen angewandt. Dabei arbeiten die wichtigsten Helfer der Biotechnologie im Verborgenen: Bakterien, Hefen, Mikroalgen und Enzyme sind für den Menschen unsichtbar, aber trotzdem überall im Einsatz. Doch kann die Biotechnologie auch helfen die Zukunft zu gestalten und vielleicht sogar zu retten? Dieser Frage geht das Futurium in seinem Online-Wissensmagazin „Mit Biotech die Welt retten. Geht das?“ auf den Grund:

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Mit immer schnelleren und hochauflösenden Techniken und immer besseren Computern und intelligenteren Analyseansätzen werden auch in der Pflanzenforschung große Mengen an umfangreichen wissenschaftlichen Datensätzen erzeugt. Das ist ein toller Fortschritt, mit hohem Nutzen für die Wissenschaft und die Gesellschaft! Dies führt jedoch zu einer Vielzahl an Daten aus den verschiedensten Bereichen, die mit den unterschiedlichsten Techniken gewonnen werden, bei denen man am Ende doch auch den Überblick verlieren kann. Mit den großen, komplexen Datensätzen der heutigen Wissenschaft wird es zudem immer schwieriger, Zusammenhänge herzustellen und zu erkennen und die Ergebnisse zu deuten. Deshalb wird unter Beteiligung vieler Wissenschaftler für den Bereich der Pflanzenforschung eine gemeinsame Dateninfrastruktur entwickelt. Hier sollen Daten gesammelt, überprüft, angepasst und über eingebaute Methoden verständlich sichtbar gemacht werden. Diese Dateninfrastruktur soll für alle zugänglich und nutzbar sein. Der Institutsbereich Bioinformatik (IBG-4) ist an dem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen der Nationalen Forschungsdateninfrastruktur (NFDI) geförderten Konsortium DataPLANT beteiligt, das am 01.Oktober 2020 offiziell mit seinen Arbeiten beginnen wird.

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Marine Naturstoffe weisen im Vergleich zu Naturstoffen aus terrestrischen Systemen oft eine größere Anzahl an halogenierten Verbindungen auf. Halogene sind u.a. die Elemente Fluor, Chlor, Brom und Iod. Diese werden oft an pharmazeutische Moleküle angehängt, um deren Bio-Aktivität und Wirkung zu verbessern. Dabei ist es wichtig, dass die Halogene gezielt an die richtige Stelle der Moleküle gekoppelt werden. Das kann man sehr gut mit Enzymen sicherstellen, die Moleküle und Halogene kontrolliert binden und zusammenführen. Deshalb untersucht das BioSC-Seed-Fund Projekt HaloEnz unter anderem den Lappentang (Palmaria palmata), den Knotentang (Ascophyllum nodosum) und auch den Meersalat (Ulva lactuca/Ulva australis) um Enzyme zu finden, die die Halogenierung von Molekülen ermöglichen. Auch einzellige Algen wurden in der Arbeitsgruppe von Prof. Usadel sequenziert, um Enzyme zu untersuchen.

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Die Strukturwandelinitiative Modellregion BioökonomieREVIER hat sich zur Aufgabe gesetzt, Innovationen aus der Wissenschaftslandschaft für die wirtschaftliche Umsetzung in der Region des Rheinisches Reviers zu nutzen.  Eines von 15 Innovationslaboren, die gerade aufgebaut werden, ist das „Digitales Geosystem Rheinisches Revier“ (DG-RR). Hier entwickeln wir eine Art „Echtzeit-Atlas“ für das Rheinische Revier.  Hierzu werden Daten bestehender und neuer Umweltsensorsysteme, u.a. aus der Wetterbeobachtung und Fernerkundung, mit innovativen Simulationsmodellen auf den Hochleistungsrechnern des Jülich Supercomputing Centre kombiniert und analysiert.

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In biotechnologischen Produktionsprozessen werden Mikroorganismen mit außergewöhnlichen Eigenschaften eingesetzt. Sie stammen z.B. aus dem Boden, dem Verdauungsapparat, von Pflanzenoberflächen oder aus dem Wasser. Im Labor lebt eine solcher Mikroorganismus in einem gerührten Gefäß mit ca. 0,5-20 L Volumen (sogenannten Bioreaktoren). Hier werden alle Umgebungsbedingungen präzise kontrolliert. Für die darin lebenden Mikroorganismen ist ein solcher Bioreaktor das reinste Schlaraffenland: Es gibt Nahrung im Überfluss, die Temperatur ist im Wohlfühlbereich und an Luft zum Atmen mangelt es auch nicht.

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