Acerca de

​Zu Beginn würde ich Sie um eine kurze Vorstellung Ihres Forschungsteams sowie Ihres aktuellen Forschungsprojekts bitten.

Internationales TEAM: Doppel Affiliation Uni Innsbruck and FH Campus Wien

Principle Investigator: Beruflicher Werdegang: Studium der Genetik an der Universität Wien, Promotion 2009 Medizinische Universität Wien. Ich bin Projektleitern des ChisMet-Forschungsteams. ChisMet steht für Chitosan Metabolism da Chitosan und dessen Anwendung im Mittelpunkt der Forschungsgruppe stehen. Die Arbeitsgruppe besteht seit 2016. Ich beschäftige mich mit translationaler Forschung, d.h. an der Schnittstelle zwischen Wissenschaft und Technik und damit den Transfer von Grundlagenforschung in industrielle Anwendungen. Dies spiegelt sich auch in den FWF- und FFG-Projekten wider, an denen wir seit 2016 erfolgreich arbeiten.

PostDOC: Dr. Carolina Escobar, verfügt über einen chemischen Hintergrund und breite Expertise in Molekularbiologie und Bioanalytik. Werdegang: Diplom in Technischer Chemie (TU Wien), Promotion an der Universität für Bodenkultur Wien (BOKU) 2021. Carolina Escobar ist Key Scientist bei ChisMet Labs und war schon vor ihrer Promotion im Jahr 2018 Mitglied der Arbeitsgruppe. Sie ist Expertin für Trichoderma-Biologie und verfügt über fundiertes Fachwissen in der Analyse von Pflanzenmikrobiomen. Zusammen mit unseren wissenschaftlichen Partnern trägt Dr. Escobar mit ihren Kompetenzen dazu bei, die Wirkung und Wirksamkeit der erhaltenen bioaktiven Verbindungen und ihre Anwendungen im Pflanzenschutz zu evaluieren und potenziell entscheidende Enzyme, die an der Biokonversion von Chitin aus Pilz- und Insektenquellen beteiligt sind, und oder zum Verständnis der Biokontrolle  beitragen, weiter zu identifizieren und zu charakterisieren.

PostDoc: Dr. Ioannis Kampatsikas. Ist ein leidenschaftlicher Biochemiker mit Forschungs- und Anwendungserfahrung in einem breiten Spektrum unterschiedlicher Wissenschaftsgebiete wie Biochemie, Molekularbiologie, Biotechnologie und Strukturbiologie. Hintergrund: Bachelor- und Masterstudium der Agrar- und Pflanzenschutzwissenschaften an der Aristoteles-Universität Thessaloniki in Griechenland. Europäisches Masterprogramm (IMaHS) in Pflanzenbiochemie: Italien, Deutschland und Österreich. Doktoratsstudium der Chemie am Institut für Biophysikalische Chemie der Universität Wien. Dr. Kampatsikas ist Key Scientist, der in house Produktion und Prozessoptimierung, um hochwertige bioaktive Verbindungen wie Chitin und Chitosan aus nachhaltigen Ressourcen herzustellen. Valeriia Zaremska wird im März die Agenden von Ioannis übernehmen.

Nationale Partner FH Campus Wien: Dr. Harald Kühnel Dr. Harald Kühnel hat selbst am FH-Campus studiert und sein Doktorat in Molekularbiologie an der veterinärmedizinischen Universität abgeschlossen. Der Schwerpunkt seiner Arbeit auf der FH Campus Wien liegt in der Säugetier Zellkultur. Er hat allerdings auch langjährige Industrieerfahrung. In diesem industriellen Umfeld hat er vorwiegend Bindungsstudien an Antikörpern und anderen Proteinen durchgeführt, was ihn für die Mitarbeit in diesem Projekt qualifiziert. Als nationaler Partner in dem FWF-Projekt kooperiert er im Projektteil Visualisierung von Chitosan während der mykoparastischen Interaktion mit den Pathogenen. In Zusammenarbeit mit unserem nationalen Projektpartner wird eine spezifische Sonde entwickelt. Chitosan wird also mikroskopisch in vivo analysiert. Diese Methode könnte als Schnelltest weiterentwickelt werden, um andere Mikroben im Schnelltest nachzuweisen

 

Das Hauptziel der FFG- und FWF-Projekte ist es, grüne und nachhaltige Produkte zu entwickeln, insbesondere Biopolymere wie Chitin und Derivate davon, und ihre Anwendung zu untersuchen, insbesondere in der Pflanzenbiokontrolle. Die aktuellen Projekte sind eine konsequente Weiterentwicklung der Forschung zum Chitinstoffwechsel und zur Biokontrolle, die ich 2009 an der TU Wien (Verfahrenstechnik) begonnen habe. Das aktuelle FWF-Projekt Dynamic Cell Wall Architecture in Trichoderma Mykoparasitismus (Laufzeit: 1. Juli 2021 bis 31. Juli 2025 Projekt: P 34669 Einzelprojekte FWF) beschäftigt sich mit der Verbesserung der Biokontrolle. Im Allgemeinen ist die Biokontrolle ein Populationsnivellierungsprozess, bei dem die Population einer Art die Anzahl einer anderen verringert.

Biologische Pestizide sind teurer in der Entwicklung und wirtsspezifisch, während chemische Pestizide kostengünstig, einfach zu verwenden und breit wirksam sind, aber damit verbundene Bedenken hinsichtlich der Umweltgesundheit haben.

Organische Pestizide haben ein breites Wirkungsspektrum, sind jedoch sowohl für nützliche als auch für pathogene Arten toxisch. Biologische Pestizide sind für den Menschen ungiftig, verursachen keine Grundwasserverschmutzungsprobleme, sind über einen langen Zeitraum stabil und spezifisch (nur eine oder wenige Arten sind betroffen).

In unseren Projekten beschäftigen wir uns mit Trichoderma-Pilzen und Chitosan als biologische Pflanzenschutzmittel.

Das aktuelle FWF-Projekt befasst sich mit der biochemischen Klassifizierung von Enzymen und deren phänotypischer Charakterisierung, um den Mykoparasitismus (Trichoderma frisst Pflanzenpathogene) besser zu verstehen. Wir nehmen die Zellwand und ihre Transformation unter die Lupe, insbesondere die Rolle von Chitin und Chitosan beim Überwachsen des Schädlings. Dies soll zu einem besseren Verständnis des molekularen Mechanismus der Chitosansynthese im Fadenpilzen Trichoderma und insbesondere in Mykoparasitsmus beitragen, mit dem übergeordneten Ziel, die Biokontrollstrategien mit diesem Pilz weiter zu verbessern.

 

Ein weiteres Ziel ist es die mykoparasitäre Interaktion zu visualisieren. Hierzu kooperieren wir mit der Forschungsgruppe von Dr. Harald Kühnel am FH Campus Wien.

Die angewandten Projekte der FFG befassen sich einerseits mit der nachhaltigen enzymatisch und grünen Herstellung von Chitosan aus verschiedenen Ressourcen; dazu werden fermentative Verfahren etabliert, andererseits werden neue Enzyme für enzymatische Extraktionen gesucht und charakterisiert.

Ein weiterer Aspekt ist die nachhaltige Produktion aus „Black Soldier Fly Farming“. Im neuesten FFG-Projekt untersuchen wir, wie ein weiterer wertvoller Prozessschritt in einen Abfallrecyclingprozess integriert werden kann, nämlich die Herstellung des hochaktiven Biopolymers Chitosan aus einem Nebenprodukt der Insektenzucht. Alle unsere Chitosane werden umfassend erforscht und haben ein enormes Potenzial für zukünftige industrielle Anwendungen in der Landwirtschaft, Abwasserbehandlung, Hygiene und Pharmazie.

„Pilze als Schädlingsbekämpfungsmittel“ – Wie funktioniert das? Welche Mechanismen laufen dabei ab?

Der Einsatz von biologischen Pflanzenschutzmitteln ist eine umweltfreundliche und nachhaltige Alternative zu petrochemischen Pflanzenschutzmitteln in der Landwirtschaft. Die Fadenpilze spp. sind wirksame, vielversprechende Alternativen zu chemischen Fungiziden durch parasitäre Zerstörung von Pflanzenpathogenen. Mykoparasitäre Pilze betreiben komplexe Mechanismen um den Feind zu hemmen oder zu töten: Antibiose - Hemmung eines Organismus durch einen anderen als Ergebnis der Diffusion eines Antibiotikums

Nährstoffkonkurrenz – Konkurrenz zwischen Mikroorganismen um Kohlenstoff, Stickstoff, O2, Eisen und andere Nährstoffe

Destruktiver Mykoparasitismus – der Pilze parasitiert auf einem andere.

Die Fähigkeit, während des Parasitismus in Wirtsorganismen einzudringen, erfordert eine adaptive Neugestaltung der Zellwand, um die Erkennung durch den Wirt und seine Abwehrreaktionen zu verhindern. Die wichtigsten Polysaccharide sind hier Chitin, Chitosan und Glukan. Strategien, mit denen sich die Zellwand dem Immunsystem des Wirts entzieht, sind allen Pflanzen- und Humanpathogenen gemein, wurden jedoch bei Mykoparasiten noch nicht untersucht. Unsere bisherigen Studien legen nahe, dass die Umwandlung von Chitin in Chitosan insbesondere als Maskierungs-/Abwehrstrategie und damit als Radikalfänger zum Ausgleich des durch den Wirtspilz verursachten oxidativen Stresses dient. Mykoparasitismus hängt von der Fähigkeit ab, die Wirtsorganismen invasiv zu fressen, und erfordert einen adaptiven Zellwandumbau. Darüber hinaus sezerniert der Pilz Enzyme die den Wirstpilz zersetzten und in weitere Folge invasiv zu wachsen und zu parasitieren oder auch ganz abzutöten.

 

Auf welcher Grundlage sind Sie auf diesen wissenschaftlichen Ansatz gekommen?

Ich habe mit in der Gruppe von Prof Kubicek and der Tu Wien begonnen. Die Idee zum einen, Chitosan nachhaltig herzustellen, und gleichzeitig Chitin und Chitosan als wichtigste Komponenten der Zellwand von Trichoderma während der Interaktionen mit Pathogenen zu erforschen, kam mir während meiner Zeit als PostDoc. Die alternative Herstellung von Chitosanen kam mir aufgrund der limitierten Anwendung von Chitosan aus marinen Quellen und der nachteiligen chemischeren Herstellung. Potente Produkte wie Biopolymere müssen auch für ihre nachhaltige Anwendung geeignet hergestellt werden können.

 

Welche Pilze sind für diesen Prozess geeignet?

Um einen hochwirksamen Biokontrollstamm zu produzieren und zu verwenden, muss er in der Lage sein, zu konkurrieren und zu überleben. Es muss in der Lage sein, sich zu etablieren und zu reproduzieren UND für die Wirtspflanze und die Umwelt nicht toxisch oder schädlich zu sein. Deshalb sind mykoparasitische Trichoderma-Arten so interessant. Da Bodenpilze ihr Netzwerk im Boden erweitern besitzen sie all diese Eigenschaften, um in ihrem Lebensraum zu überleben.

Neben dem invasivem Befall wichtig sind die von Trichoderma produzierten Enzyme, um andere Organismen und Pilze anzugreifen, und deren Zellwand abzubauen und zu fressen. Auch wir erforschen schwerpunktmäßig diesen Enzymen.

 

Basierend auf den bisherigen Forschungsergebnissen: Ist es denkbar auch eine Anwendung für den Menschen zu finden?

Biokontrolle bezieht sich nur auf Schädlings Bekämpfung im Agrarsektor – Komponenten aus der Zellwand, wie es auch Chitosan ist, werden ja schon in der Pharmakologie und Medizin als natürliche Biozide eingesetzt (bisweilen aber aus Schalentieren).

 

Auf ihrer Website benennen Sie die Entwicklung grüner und nachhaltiger Produkte als Ihr wissenschaftliches Hauptziel. Was bedeutet es für Sie persönlich nachhaltige Lösungen für Probleme zu finden?

Meine Mission ist zu versuchen an größeren Hebel zu drehen im Umweltschutz. Dh. die Produkte müssen tatsächlich wirksam und sicher sein, um deren Einsatz zu gewährleisten. Es ist zwar richtig, dass jeder seinen Beitrag mit sparsamen Ressourcenumgang leisten kann, tatsächlich muss man aber Entscheidungsträger überzeugen, da nur durch wissenschaftlichen und technologischen Fortschritt eine Wende herbeigeführt werden kann. Dies kann nur auf höchsten professionelle Niveau passieren. Die Schwierigkeit besteht darin das alternative Ressourcen bestehende übertreffen müssen: Wenn schon nicht ökologisch dann zumindest in ihrer Wirksamkeit. Umweltschutz und Nachhaltigkeit ist eigentlich kein populäres Thema. Aber jeder denkt alles zu verstehen und stellt Ideologien über Tatsachen.  Eine 100% Innovation erscheint unrealistisch aber es bestehen bereits sehr gute Konzepte, die zumindest einander Komplementieren können.  Würden Entscheidungen getroffen, könnte durch den Fokus entscheidend intensiver geforscht werden um tatsächlich etwas umzusetzen; - sei es jetzt in Bezug auf alternative Energien und /oder in der Biokontrolle. Dazu braucht es auch Kompromisse bei Interessenvertretern. Kleine Schritte sind meiner Meinung nach diesbezüglich nutzlos. Die Ziele müssen ambitioniert sein. Es kann nur nachhaltig sein, wenn es auch die Mehrheit akzeptiert und nutzt. Das benötigt die enge Zusammenarbeit mit der Industrie und Überzeugungskraft und Knowhow von Wissenschaftlern, die den Mut haben ihren Ideen zu folgen. Nur so kann man auch überzeugen um z.b. nachhaltige Produkte auf den Markt bringen.

Die Richtlinien Der EU und der UN erfordern ein Umdenken, und dass nicht nur am Papier. Ein nachhaltiges grünes Produkt muss sinnvoll herstellbar sein, auch industriell sonst kann es nicht nachhaltig für die Gesellschaft sein. Es fehlt an Commitment um Dinge in die Tat umsetzten zu können.

Oft braucht es lange um etwas wirklich nachhaltig herzustellen. Die Diskrepanz zwischen dem sogenannten „grün oder nachhaltig“ und der Umsetzung über Hersteller ist vielleicht zu groß. Biologisch anbauen bedeute auch nicht gleich bloß eine Saat unbehandelt in die Erde zu setzten.

Nachhaltigkeit ist ein überstrapaziertes Wort geworden. Es bedeutet für mich einerseits Produkte aus der Kreislaufwirtschaft aufzubereiten anderseits auch den Kreislauf zu schließen, wenn wir z.B. unsere Komponenten aus einer natürlich vorliegenden nachwachsenden Ressource als Wirkstoffe wieder dem Boden zuführen. Was ich weiter damit meine ist das Ziel vor Augen zu haben aus „nachwachsenden“ oder natürlich Ressourcen schonend ein Produkt auf den Markt zu bringen, dass chemische Pestizide teils ersetzten kann und die Pflanze in der Abwehr primed.  Diesbezüglich haben wir gute Aussichten

 Welche Projekte sind in Zukunft geplant?

Wir planen vielleicht für ein Josef Ressel Zentrum einzureichen oder zumindest für größere Projekte um längere Zeit mit einem Team zusammen arbeiten zu können. Einreichung bei der FFG und FWF.

Wir haben noch viel vor!