Forschungsziele

Rhamnolipide sind bakterielle Glycolipide, die eine gute Wirkung als Tenside besitzen. Sie werden bereits in z.B. Kosmetika und zur Dekontaminierung verwendet. Der Vorteil ist ihre Abbaubarkeit und vielseitige Verwendbarkeit. Rhamnolipide können Antibiotika ersetzen, und weisen u.a. Eigenschaften als Pflanzenstärkungsmittel gegen abiotischen Stress (Trockenheit, Hitze, Kälte) bereits bei niedrigen Konzentrationen auf. Sie können gleichzeitig die Etablierung von pilzlichen Erregern verhindern.

Für Blattdüngung und Pflanzenschutz werden oft Mischungen verschiedener synthetischer Materialien als Adjuvantien benötigt. Im Vorhaben werden auf Basis von definierten Rhamnolipiden Präparate entwickelt, welche als umweltfreundliche Blattdünger mit abbaubaren Komplexbildnern gleichzeitig eine Wirkung als umweltfreundliche Pflanzenstärkungsmittel besitzen und synthetische Adjuvantien ersetzen können.

Die Gesellschafter arbeiten seit >25 Jahren über Prozesse auf Blattoberflächen und Transport von der Blattoberfläche in den Blattapoplasten. Thomas Eichert konnte erstmals den transstomatären Transport beweisen, der bis zu 80% der gesamten Aufnahme Blattapplizierter Stoffe ausmachen kann. Ebenso konnten Porengrößen für den cuticulären Transport neu berechnet und Literaturdaten korrigiert werden. Für mehrere Unternehmen hat HGoTECH seitdem Wirkungen von Blatt-applizierten Substanzen als Blattdünger und Fungizide wie auch als „biofortificants“ untersucht: Christian Heck besitzt eine mehr als 10 jährige Erfahrung biostimulatorischer und pflanzenstärkender/stressreduzierender Wirkungen. Verteilung und Aufnahme der Wirkstoffe wie auch der Nachweis der vorgenannten Wirkungen werden in weitestgehend standardisierten Tests überprüft.

Die Abteilung Molekulare Phytomedizin (MPM, Prof. Grundler) der Universität Bonn hat jahrelange Erfahrung und fundierte Expertise in der Analyse und Bewertung binärer und tertiärer Interaktionen zwischen Pflanzen, Pflanzenpathogenen (Nematoden, Pilze, Bakterien), nützlichen Mikroorganismen (Bakterien und Pilze) und antipathogen wirkender Substanzen hinsichtlich des Einflusses auf die Pflanzenentwicklung, den Auswirkungen auf makroskopischer, mikroskopischer und molekularer Ebene sowie auf das pflanzenassoziierte Mikrobiom. Dabei wird sowohl mit der Modellpflanze A. thaliana als auch mit agrarrelevanten Kulturpflanzen im Labor sowie Gewächshaus gearbeitet. In interdisziplinären Projekten (S. Schleker Projektkoordination bzw. -leitung), z.B. NemaContAnt (BMBF) und CombiCom (BioSC), wird die Wirkung verschiedener, mikrobieller und pflanzlicher Sekundärmetabolite auf pflanzenschädliche Nematoden und Pilze untersucht, mit dem Ziel neue, umweltfreundliche Möglichkeiten für eine effektive Bekämpfung zu identifizieren und deren Wirkungsmechanismen aufzuklären. In dem hier beantragten Projekt werden wir diese Kompetenzen zielführend einbringen. Das Know-how, die Infrastruktur und Technologieplattformen zur Durchführung des Projektes sind vorhanden und etabliert.

Das iAMB (Leiter: Prof. Lars Blank) besitzt Expertise in verschiedenen Bereichen der mikrobiologischen Forschung: angewandte Mikrobiologie, synthetische Biologie, Systembiologie und Metabolic Engineering. Ziel unserer Forschung ist, Technologien in Anwendungen umzusetzen. Daher wird die metabolische Charakterisierung unter Produktionsbedingungen in Labor-Fermentern routinemäßig durchgeführt. In 2011 konnten wir die mikrobielle Rhamnolipid-Produktion im rekombinanten Wirtsstamm P. putida etablieren. Der Stamm und die Aufreinigung über Schaumfraktionierung Adsorption wurden patentiert. Durch Stammentwicklung konnten die Produkttiter erhöht werden. Ökotoxikologisch sind diese Rhamnolipide unbedenklich. Zudem wurde eine umfassende Analytik etabliert. Weiter konnten wir die Struktur der Tensid-Moleküle gezielt verändern – ein erster Schritt Richtung Designer Tenside. Wir verfügen über Reinigungsmethoden zur Herstellung aufgereinigter Tenside. In weiteren Arbeiten haben wir die Rhamnolipid-Produktion optimiert.