Drei Säulen für die Zukunft – ProtLab sorgt für sichere Lebensmittel, gesunde Bienen und innovative Kleber

@CC0/Coleur / Eva Johanna Onkels  @CC0/Coleur / Eva Johanna Onkels 

ProtLab setzt auf sogenannte Ankerpeptide. Als Biosensoren sind sie zum Beispiel in der Lage, Toxine in Lebensmitteln zu erkennen. Darüber hinaus untersucht ProtLab, wie Bienen vor der gefährlichen Varroamilbe geschützt und Kleber für Verpackungen hergestellt werden können, die umweltschonend und recyclebar sind. Das Prinzip dahinter: Peptide, die helfen, Enzyme oder andere Proteine sicher an Oberflächen haften zu lassen.

Zentral im Projekt ist die Weiterentwicklung der im Bioeconomy Science Center BioSC entwickelten Green-Release-Technologie. Hinter diesem Begriff verbirgt sich ein umweltfreundliches System, das Wirkstoffe kontrolliert und gezielt freisetzt, um Verschwendung und Umweltbelastung zu vermeiden.

In der Lebensmittelbranche können diese Ankerpeptide dazu beitragen, zu erkennen, woher Obst und Gemüse stammen und ob diese mit Giften belastet sind. Ein Handheld-Gerät soll am Schluss anzeigen, ob eine Belastung vorliegt, erklärt Dr. Florian Bourdeaux, Projektmanager von ProtLab. Das Prinzip dahinter ist hochkomplex. Stark vereinfacht reagieren die Proteine im Sensor auf bestimmte Substanzen in einer Testflüssigkeit. Je nach genauer Zusammensetzung zeigt dann das Gerät an, ob beispielhaft die Nüsse, Äpfel oder Zucchini kontaminiert sind oder nicht. Ein erstes Sensordesign erwies sich als noch nicht ganz passend. Nun ist ein neuer Sensor bereit für den Einsatz, die ersten Messreihen sollen in circa zwei Wochen starten.

Forscher im Kampf gegen die Varroamilbe

Von der Lebensmittelsicherheit hin zum Schutz derjenigen, die dafür sorgen, dass wir Birnen, Äpfel und Co. im heimischen Garten ernten können: die Bienen. Auf deren Feind, die Varroamilbe, haben die Forschenden es abgesehen. Die Varroamilben befallen die Insekten und saugen ihnen schon im Larvenstatus Körperflüssigkeiten aus. Gleichzeitig übertragen sie gefährliche Viren. Das sorgt dafür, dass befallene Bienen von Beginn an rund 1/10 kleiner sind als gesunde Tiere. Sie sind auch fehlgebildet. Die Lebensspanne befallener Bienen ist kürzer und sie kehren seltener in den Bienenstock zurück. Um etwas gegen die Milbe zu tun, setzen Imker auf Gifte wie Ameisen- oder Oxalsäure. „Zurzeit werden Oxalsäure und Ameisensäure so in den Bienenstock eingebracht und man hofft, dass die Milben vor den Bienen sterben“, betont Bourdeaux. Ein Weg, der nicht immer den gewünschten Erfolg bringt. Doch die Experten haben eine Idee: Statt den gesamten Stock großflächig einzusprühen, könnte gezielt gegen die Milben auf den Bienen vorgegangen werden. Mit Bindepeptiden, die nur an den Milben haften, sollen die Parasiten gezielt angegriffen werden. Geringe Mengen an Oxal- oder Ameisensäure, die schon auf winzigen Mikrogel-Containern sind, werden im Stock verteilt. Die säuregefüllten Mikrogele haften dank der Bindepeptide viel besser an den Milben als an der Biene. Es ist daher weniger Säure notwendig, um die Parasiten zu vernichten und schont die Bienen

Doch einfach umzusetzen ist das nicht, wie Bourdeaux weiß. Zuletzt gab es einen leichten Rückschlag. Eine Testreihe habe Hinweise darauf ergeben, dass das entwickelte Verfahren erfolgversprechend sei. Doch bei einer genauen Untersuchung stellte sich heraus, dass die extrem heterogenen Milben kein einheitliches Probenbild abgaben. Die aktuellen Bindepeptide binden nur an wenige Milben, schildert Bourdeaux. Beispielsweise spielen Entwicklungsstatus und Alter der Milben eine Rolle. „Wir müssen umdenken“, resümiert er.

Neue Kleber für alte Probleme 

Die dritte Säule von ProtLab könnte hingegen bald den nächsten großen Meilenstein erreichen. Die Forschenden wollen einen Kleber für transparente Mehrschichtfolien entwickeln, der sich leicht wieder auflösen lässt. Bei diesen Folien handelt es sich um Verpackungsmaterial, zum Beispiel für Käse, Fleisch, Getränke oder Kaffee. Aktuell sind diese chemisch verbundenen Schichten nicht voneinander trennbar.  Wieder sind Ankerpeptide eine mögliche Lösung. Der biologische Kleber von ProtLab soll es ermöglichen, die einzelnen Elemente der Folie nach Gebrauch wieder voneinander zu trennen.

Verabschiedet habe man sich davon, dass der Kleber besonders stark sein müsse, erläutert Bourdeaux. Das sei zulasten der Flexibilität gegangen. „Der Kleber platzte auf, wenn sich das Plastik beispielsweise gedehnt hat“, beschreibt es Florian Bourdeaux. Er ist optimistisch, in absehbarer Zeit einen nächsten großen Schritt gehen zu können: „Wir haben alle Komponenten zusammen, jetzt müssen wir gucken, wie es in der Kombination klappt.“ Unter anderem soll nun erforscht werden, wie Klebestärke mit Flexibilität korreliert, welche Klebstoffmenge nötig ist und wie die Ablösung praktisch ausgestaltet werden kann. Die Wissenschaft im ProtLab ist auf einem guten Weg – für Proteinlösungen und damit nachhaltige Kreislaufwirtschaft vom Anfang bis zum Ende.


ProtLab ist eines von insgesamt 14 BioökonomieREVIER Innovationslaboren, die mit Mitteln des Strukturwandels im Rheinischen Revier durch das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) gefördert werden.

Beteiligte Institute und Forschende:

RWTH Aachen, Lehrstuhl für Biotechnologie (ABBt) und Leibniz Institut für interaktive Materialien DWI: Prof. Dr. Ulrich Schwaneberg, Dr. Florian Bordeaux, (Produktion)

Forschungszentrum Jülich GmbH, Institut für Biotechnologie (IBG-1): Prof. Dr. Marco Oldiges (Produktion)

RWTH Aachen, Lehrstuhl für Werkstoffe der Elektrotechnik I und Institut für Werkstoffe der Elektrotechnik (RWTH) // Lehrstuhl für Mikro- und Nanosysteme und Institut für Werkstoffe der Elektrotechnik (Rwth): Prof. Dr. Sven Ingebrandt (Biosensoren)

RWTH Aachen, Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV): Prof. Dr. Rainer Dahlmann (Kleber)

Aachen Proteineers GmbH