Kurzer Überblick der Endergebnisse:

Von Anfang an hatte das Konsortium ein klares Ziel vor Augen, das sich auch im Titel des Projekts widerspiegelt: „Tabak als nachhaltige Produktionsplattform für das natürliche Biopolymer Cyanophycin als Nebenprodukt zu Öl und Protein“ Dieses Konzept könnte zu keinem besseren Zeitpunkt kommen. Tabak ist vor allem als Raucherpflanze bekannt, und die Weltgesundheitsorganisation (WHO) fordert die Landwirte auf, die landwirtschaftliche Nutzung des Tabaks zu überdenken, da die weltweite Raucherindustrie rückläufig ist. Dieses Projekt würde es ermöglichen, Tabak als Quelle für Biokraftstoff, Biomaterialien und ein Nahrungs-/Futterprotein zu nutzen.

Um dieses bahnbrechende Ziel zu erreichen, wurde eine Kombination aus Pflanzen- und industrieller Biotechnologie eingesetzt, um Cyanophycin (CGP) in den Tabakpflanzen zu produzieren. Zwei verschiedene kommerzielle Tabaksorten wurden miteinander verglichen, um die beste Produktionslinie zu ermitteln. Dies geschah durch die Kultivierung mehrerer Ereignisse in einem Gewächshaus. Nach der Identifizierung der leistungsstärksten und homozygoten Linien wurden von jeder Sorte sechs Events ausgewählt, die im ersten Feldversuch angebaut wurden. Die Pflanzen wurden auf einem Feld in Argentinien angebaut und geerntet. Nach der Analyse der zusätzlichen Daten aus dem ersten Feldversuch wurden die besten Varianten erneut ausgewählt und für einen zweiten Feldversuch angepflanzt. Die Daten aus diesem Versuch ermöglichten schließlich die Auswahl für den dritten und letzten Feldversuch. Das in den Gewächshaus- und Feldversuchen erzeugte Material wurde auch zur Erforschung der vielversprechendsten Möglichkeiten zur Isolierung und Nutzung der CGP in den Pflanzen verwendet. Hierfür wurden drei Hauptziele verfolgt:

• Ermittlung von Möglichkeiten zur Extraktion von CGP aus Silage oder getrockneten Blättern anstelle von gefriergetrocknetem Material
• Minimierung der Kosten und der Schritte bei pH1 im Isolationsverfahren
• Identifizierung neuer CGP-Produkte

Die in diesen Schritten gesammelten Daten wurden verwendet, um die Kosten und Vorteile der CGP-Produktion in Pflanzen zu berechnen und festzustellen, ob dies auch wirtschaftlich machbar wäre. Gleichzeitig wurden in Argentinien Befragungen von Interessengruppen durchgeführt und in Deutschland, Italien, Finnland und den Niederlanden eine Studie über die Wahl der Verbraucher durchgeführt, um herauszufinden, ob die Öffentlichkeit die neue Technologie und die möglichen Produkte akzeptieren würde. Wir haben Conjoint-Experimente für Verpackungsmaterialien und Kosmetika durchgeführt, um die Akzeptanz potenzieller Produkte aus GVO-basierten Materialien zu untersuchen.

Bei dem Projekt wurde auch die Auswirkung des Projekts auf die verantwortungsvolle Forschungs- und Innovationsaufgabe im Auge behalten. Um bewährte Verfahren zu gewährleisten, war es uns wichtig, aktiv mit internen und externen Stakeholdern zusammenzuarbeiten, wobei wir uns von den Herausforderungen der Pandemie nicht beirren ließen. Da es sich bei den Forschern um ein internationales Konsortium mit einem ausgewogenen Verhältnis von Männern und Frauen in der Projektleitung und den Teams handelte, wurden ohnehin regelmäßige Online-Sitzungen anberaumt. Trotz der Pandemie gab es einen persönlichen Austausch zwischen den Projektpartnern aus Wageningen, Rostock, Rosario und Lüneburg. Online-Plattformen wie Fairdom wurden genutzt, um zwischen den Treffen Daten und Ergebnisse auszutauschen. Eine zweisprachige ethnografische Forscherin aus Rio de la Plate war bei den Treffen und der Feldarbeit anwesend. Sie interviewte verschiedene lokale Stakeholder-Gruppen in Argentinien.

Obwohl sich die Ergebnisse des letzten Feldversuchs wegen der Pandemie verzögert haben, haben wir die Elite-Events und die optimale Sorte identifiziert. Damit sind wir bei der Umsetzung von Tabak als Produktionsplattform schon recht weit gekommen. Wenn die Elite-Events durch den dritten Feldversuch verifiziert sind, können sie direkt zur Schaffung homogener Saatgutbestände für den kommerziellen Großanbau von CGP-Tabak verwendet werden. Was die Infrastruktur für die großflächige Produktion betrifft, so hat die Anlage in Argentinien bereits eine technologische Bereitschaftsstufe (TLR) von 4 für den CGP-Isolationsprozess erreicht.

Es wurden mehrere Materialien als potenzielle Endprodukte identifiziert, die aus CGP hergestellt werden können. Dieser Prozess war nicht ohne Herausforderungen. Für die Verwendung von CGP und Polyaspartat mit Lysin- oder Ornithineinschlüssen unterschiedlichen Grades in neuartigen Anwendungen wie pH-abstimmbaren Polymeren hat es länger gedauert als erwartet, gereinigte Fraktionen zu erhalten. Mit dem dritten Feldversuch kann nun aber ausreichend CGP in der erforderlichen Reinheit gewonnen werden, um verschiedene Anwendungstests durchzuführen. Es hat sich auch bestätigt, dass CGP und seine Teilhydrolysederivate nicht für Konservierungsanwendungen verwendet werden können, da sie eine zu geringe Löslichkeit und/oder antimikrobielle Aktivität aufweisen.

Es wurden transgene Tabakereignisse in zwei kommerziellen Sorten erzeugt. Im Gewächshaus waren bis zu 11% des Trockengewichts CGP, was im Feld auf 4% reduziert wurde. Die potenziellen Elite-Events können im Feld mehr als 3g CGP/Pflanze produzieren, ohne dass der Ertrag darunter leidet, selbst wenn die Bedingungen nicht optimal sind. Drei Events in den drei Feldversuchen produzieren sogar 4g CGP/Pflanze ohne nennenswerte Ertragseinbußen. Es wurden viele Erfahrungen mit dem Anbau von CGP-Tabak im Feld gesammelt und die beste Sorte ermittelt. Die Pilotanlage in Argentinien ist etabliert und kann an die billigere und einfachere Methode zur Isolierung von CGP angepasst werden, die während der Forschung entdeckt wurde. Diese Methode kann auch für die industrielle Produktion im mittleren Maßstab angepasst werden. Im Rahmen der Forschung wurden auch mehrere mögliche Anwendungen für CGP ermittelt. Die Ergebnisse der Consumer-Choice-Studie und der Befragung von Interessengruppen in Europa und Argentinien gaben viele nützliche Einblicke in die öffentliche Akzeptanz des Anbaus von CGP-Tabak, und es scheint eine hohe öffentliche Akzeptanz für CGP-Produkte zu geben. Die Consumer-Choice-Studie zeigte sogar eine hohe Akzeptanz von Kosmetika und Verpackungen auf CGP-Basis.

Des Weiteren wurde eine Methode zur Berechnung des Marktpotenzials des in Pflanzen hergestellten CGP entwickelt. Natürlich gab es auf dem Weg dorthin Herausforderungen, und die Arbeit wurde durch die Pandemie stark behindert, aber wir sind dankbar, dass wir das Projekt fortsetzen und erfolgreich abschließen konnten. Insgesamt war die internationale Zusammenarbeit von entscheidender Bedeutung für den Erfolg des Projekts, auch wenn die Vorschriften für den Transfer von Pflanzenmaterial zwischen den Kontinenten eine große Herausforderung darstellten.

Wir freuen uns, Ihnen die Ergebnisse unserer interdisziplinären Arbeit vorstellen zu können

Huckauf, J., Brandt, B. P., Dezar, C., Nausch, H., Hauerwaas, A., Weisenfeld, U., Elshiewy, O., Rua, M., Hugenholtz, J., Wesseler, J., Cingiz, K. & Broer, I. (2022). Sustainable Production of the Cyanophycin Biopolymer in Tobacco in the Greenhouse and Field. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 10, 958. https://doi.org/10.3389/fbioe.2022.896863

veröffentlicht in Frontiers in Bioengineering and Biotechnology.

Das Projekt wurde in diesen beiden Veröffentlichungen erwähnt:

Wesseler, J., & Purnhagen, K. P. (2020). EU Regulation of New Plant Breeding Technologies and their Possible Economic Implications for the EU and Beyond. Campus Kulmbach Legal Working Papers, No 1/20

Cingiz, K., & Wesseler, J. (2019). Opportunities and the Policy Challenges to the Circular Agri-Food System. In EU Bioeconomy Economics and Policies: Volume II (pp. 293-318). Palgrave Macmillan, Cham.