Erfolgreiche Promotion von Rieke Lohse

Im Jahr 2009 legte das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) das Programm "IngenieurNachwuchs" auf, um den Erhalt und den Ausbau der wissenschaftlichen und technologischen Wettbewerbsfähigkeit Deutschlands zu fördern. Zu den 21 bewilligten Vorhaben zum Themenschwerpunkt Verfahrenstechnik gehörte das kürzlich beendete Forschungsprojekt "Entwicklung innovativer Formulierungsverfahren für die Etablierung des Nutzpilzes Beauveria bassiana Isolat ATP-02 in Kulturpflanzen zum Schutz vor Insekten" der Arbeitsgruppe von Herrn Prof. Patel vom Fachbereich Ingenieurwissenschaften und Mathematik, welches über einen Zeitraum von 3 Jahren mit 258.000 Euro gefördert wurde.

Im Zentrum der Forschung stand der insektenabtötende Nutzpilz Beauveria bassiana, welcher in Abhängigkeit vom verwendeten Isolat in der Lage ist Pflanzen systemisch zu durchwachsen, d.h. endophytisch zu kolonisieren, und somit das Potenzial besitzt von Innen heraus vor dem Befall mit Schadinsekten zu schützen. Um diese innovative Möglichkeit des biologischen Pflanzenschutzes auch im konventionellen Landbau zu etablieren, war das Ziel des Projektes diesen Nutzpilz zunächst in einer Flüssigfermentation auf kostengünstigen Roh- und Reststoffen der Agrarindustrie massenzuvermehren und im Anschluss in Kapseln, Saatgutcoatings bzw. Spritzbrühen zu formulieren. Dabei sollte durch die Formulierung ein Schutz gegen Umweltfaktoren wie Sonnenlicht und Austrocknung gewährleistet, eine großtechnische Ausbringung des Nutzpilzes ermöglicht und eine vollständige Besiedlung von Kulturpflanzen wie beispielsweise Raps erzielt werden, um letztendlich die Grundlage für eine völlig neue Pflanzenschutzmaßnahme zu schaffen.

An der Umsetzung des Vorhabens forschte die Arbeitsgruppe in enger Kooperation mit einem KMU und der Arbeitsgruppe von Herrn Prof. Vidal von der Universität Göttingen, an der die im Projekt beschäftigte Doktorandin Rieke Lohse seit Beginn 2011 im Promotionsstudiengang Agrarwissenschaften eingeschrieben war.

Die Doktorandin Rieke Lohse, welche 2010 ihr Masterstudium der Molekularen Biotechnologie an der Universität Bielefeld abschloss, beschäftige sich schon seit ihrer Bachelorarbeit mit der Fermentation von Pilzen im Labor- und Technikumsmaßstab. Dieses Wissen konnte sie während des Projektes dazu nutzen den verwendeten Nutzpilz zu möglichst hohen Ausbeuten in einem technischen Kulturmedium zunächst im Schüttelkolbenmaßstab und später im 2 L-Rührkesselreaktor zu kultivieren. In einem Mineralmedium mit einem Reststoff der Agrarindustrie konnte nach ausgiebiger Recherche die höchste jemals beschriebene Ausbeute für diesen seit 100 Jahren erforschten Nutzpilz erzielt werden. "Da das verwendete Kulturmedium keine teuren komplexen Bestandteile, Vitamine oder Aminosäuren enthält, können wir 1012 Sporen für 0,24 Euro produzieren, was in etwa für die Behandlung von 1 ha Anbaufläche ausreichen würde", so die Doktorandin. Nach der erfolgreichen Massenvermehrung des Nutzpilzes erfolgte die Evaluierung von drei Formulierungsstrategien. An dieser Stelle ist zu betonen, dass es sich hier im Hinblick auf am Markt verfügbare Pflanzenschutzmittel um einen völlig neuen Forschungsansatz handelt, da nicht etwa die Pilze von der Pflanze ferngehalten, sondern in diesem Fall in die Pflanzen hineingebracht werden mussten. Dabei sollte die Formulierung in Saatgutcoatings bzw. Kapseln zu einer direkten Pflanzenkolonisierung schon während der Keimung des Saatgutes bzw. kurz danach führen. Während des Projekts zeigte sich, dass diese Art der Applikation aufgrund eines stark ausgeprägten suppressiven Effekts des Bodens eine hoch-komplexe Formulierung des Nutzpilzes erfordern würde. Im Hinblick auf die Kosten und die beschränkte Projektdauer wurde deshalb eine Sprühformulierung für diesen Nutzpilz entwickelt. Dazu wurden die physikochemischen Eigenschaften, die Biokompatibilität und der Einfluss von verschiedenen Benetzungs- und Haftmitteln, Verdunstungsverzögerern, Feuchterückhaltern, Nährstoffen und UV-Schutzmittel auf die Kolonisierung von Rapspflanzen nach einer Blattapplikation untersucht. Im Rahmen von verschiedenen Nachweismethoden, wie der Re-Isolierung des Nutzpilzes aus dem Pflanzenmaterial, dem mikroskopischen und molekularbiologischen Nachweis, sowie Wirksamkeitstests an Schadinsekten, konnte der applizierte Nutzpilz eindeutig im Inneren der Pflanze nachgewiesen werden. Die Menge an pilzlicher Biomasse im Pflanzenmaterial ist dabei abhängig von der Zusammensetzung der verwendeten Spritzbrühe. "Neben Raps konnten auch Tomatenpflanzen durch die Applikation dieser Spritzbrühe mit dem Nutzpilz kolonisiert werden", so Dr. Desiree Jakobs-Schönwandt, wissenschaftliche Mitarbeiterin im Fachbereich IuM.

Nachdem die neuartige Sprühformulierung zum Patent angemeldet worden ist, konnte auch die Veröffentlichung der Ergebnisse in peer-reviewed Journals erfolgen. Insgesamt wurden im Rahmen der kumulativen Dissertation von Rieke Lohse mit dem Titel "Development of a novel fermentation process and evaluation of formulation strategies for an endophytic Beauveria bassiana strain", welche sie im März 2014 an der Universität Göttingen einreichte, vier Publikationen von Forschungsergebnissen und ein Review zum Thema Endophyten verfasst, wobei bisher eines dieser Manuskripte veröffentlicht wurde. Die Verteidigung der Dissertation erfolgte im Mai ebenfalls in Göttingen. Sobald ein weiteres Manuskript veröffentlicht worden ist, darf sich Rieke Lohse auch selbst als Dr. sc. agr. betiteln.

Neben der kooperativen Promotion wurden im Rahmen der großangelegten Nachwuchsförderung drei Praxisprojekte, drei Bachelor- und zwei Masterarbeiten erfolgreich abgeschlossen. Außerdem konnten in den Modulen Bioverfahrenstechnik und Alternative Kraftstoffe sowohl die technische Fermentationsanlage als auch die Apparaturen zur Formulierung Anwendung finden, was wiederum zu neuen Impulsen in der Lehre beigetragen hat.

"Nicht zuletzt dank den aus dieser Fördermaßnahme erzielten Ergebnissen und der Unterstützung der Hochschulleitung durch eine Forschungsprofessur hatten wir gute Chancen, weitere Forschungsprojekte bewilligt zu bekommen", sagt Prof. Patel. So wird Rieke Lohse nun im Rahmen eines weiteren genehmigten Forschungsprojektes des BMBF als wissenschaftliche Mitarbeiterin weiter an der Fermentation von Endophyten - diesmal allerdings mit dem Ziel der Produktion von Bioinsektiziden mit Hilfe von Endophyten - forschen und dem Fachbereich im Mittelbau erhalten bleiben. (rl)