Moderne Pflanzenbiotechnologie und nachwachsende … · crop to produce biodiesel. ... Laccase und...

Dr. Jens A. Katzek BIO Mitteldeutschland GmbH

Moderne Pflanzenbiotechnologie und

nachwachsende Rohstoffe

InnoPlanta Forum 2006

18. November 2006, Magdeburg

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Old fashion way of using plants

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But one can do more things with plants then you think of ….

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Ein Ansatz: Energiepflanzen in Deutschland

! In 2005 wurden in Deutschland auf etwa 1,4 Millionen Hektar Energiepflanzen angebaut

! Das entspricht rund 11 % der deutschen Ackerfläche

! Davon entfielen 800.000 Hektar auf Raps

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Die Projektion …..

! „An vielen Überseestandorten wird bei anhaltend hohen Erdölpreisen die Produktion von Bioenergie hochgradig rentabel sein, so dass immer mehr Agrarflächen in diesen Bereich umgelenkt werden.

! Gleichzeitig wird sich das Weltmarktpreisniveau für alle wichtigen Agrarprodukte deutlich nach oben bewegen.

! Dieser Prozess schreitet so lange voran, bis sich durch weltweite Preissteigerungen im Nahrungsmittelbereich ein neues Gleichgewicht zwischen Nahrungsmittel und Bioenergieproduktion einstellt.“

Yelto Zimmer, Novo Magazin No. 84

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Die Konkurrenzsituation ….

Preis (€)

Ölpreis

Preis für Lebensmittel

Nachfrage nachBiomassen

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Entwicklung der Rohölpreise 2005/ 2006

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Die erste Herausforderung …

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Einfluss auf den Preis von Lebensmitteln

! “Half the cost of producing a tub of margarine is the edible oils and the price of those commodities has risen by 30 % this year.

! The price of palm oil, an edible oil widely used in food and in cosmetics, has risen by more than 20 % in the past two months on news that Malaysia and Indonesia plan to set aside 40 % of their palm oil crop to produce biodiesel.”

Alan Jope, Vice-president Unilever (7.8.2006)

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Verwendung von Rapsöl (in 1000 to)

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Die zweite Herausforderung …

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Subventionierung damals und heute

! Das Ergebnis der Erzeugerschlachten in den 70er Jahren: Butterberge, Milchseen und überfüllte Getreidespeicher

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Biodiesel/ Bioethanol: Das neue Subventionsgrab?

! Der Bundestag hat dazu beschlossen, dass Biodiesel als Reinkraftstoff bis Ende 2007 mit 9 ct/l besteuert wird und Pflanzenöle steuerfrei als Kraftstoffe verwendet werden können. Danach sind linear steigende Steuersätze bis Ende 2011 vorgesehen.

Energiesteuergesetz 2006http://www.bmu.de/files/pdfs/allgemein/application/pdf/energiesteuergesetz.pdf

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Zusammensetzung des Benzinpreises (2004)ce

nt/ l

20

40

60

80

100

120

30 cent

80 cent

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Die Antwort …

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Effektivität, Effektivität und Effektivität

! Es geht um die Frage: Wie kann ich am effektivsten pro Hektar CO2 aus der Luft fixieren, um daraus Biomasse zu synthetisieren

! Steigende Ertragsmengen lassen sich künftig vor allem mit Hilfe züchterisch optimierter Pflanzen erreichen

! Gentechnik Ergänzung (!) zu konventionellen Sorten (KWS Mais)

! Fruchtwechsel ist notwendig - deshalb nicht nur auf Mais fixieren

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Und wie …..

Sorten?

Beispiel: Entwicklung des Weizenertrages in Deutschland

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Wege aus dem Wettbewerb - aus Stroh mach Gold

! Most ethanol produced in the US is derived from the starch of maize kernels

! Half of the agronomic biomass produced worldwide is rice straw, which is burned to waste

„Höre nun meinen Zauberspruch:Spinnrädchen spinn, für das Mädchen, sei dem Meister hold, spinne wie der Wind, simsalabim, spinne das Stroh zu Gold. Ha ha ha ha, dass hässliche Stroh zu Gold spinn wie der Wind, simsalabim! SPINN SPINN“

(Rumpelstilzchen)

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Ansätze für die Nutzung von Stroh

! Zellulose ist eingebettet in einer Matrix aus Hemizellulose und Lignin

! Derzeit wird die Pflanze durch Vorbehandlung aufgebrochen um der Zellulase den Zugriff auf und den Abbau der Zellulose zu ermöglichen

(1) Die Reduktion des Lignin-Gehalts in Pflanzen erleichtert diesen Schritt

(2) Reduktion der Kosten der Zellulase durch die Produktion des Enzyms in den Pflanzen selber, anstatt der Herstellung in Mikroorganismen und der anschließenden Aufreinigung (Syngenta)

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Aus Stärke wird Alkohol

! Pflanzenstärke wird in Monosaccharide umgewandelt, die anschießend von Hefen zu Ethanol vergoren werden

! Für den Stärkeabbau wird das Enzym Amylase benötigt

! Bislang werden mikrobiell erzeugte Amylasen für diesen Produktionsschritt genutzt

! Neu ist der Ansatz, die Amylase gentechnisch direkt im Mais produzieren zu lassen (Syngenta)

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Freisetzungsvorhaben von Pflanzen mit veränderten Inhaltsstoffen in D (2004 und 2005)

Erhöhung des StärkegehaltesKartoffelUniversität zu Köln

StärkezusammensetzungKartoffelBASF Plant Science GmbH

StärkezusammensetzungKartoffelBASF Plant Science GmbH

StärkezusammensetzungKartoffelBayerische Landesanstalt für Landwirtschaft

StoffwechselveraenderungenKartoffelMax-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie

Reduzierung der Aktivität des kartoffeleigenen Enzyms Apyrase in den Knollen, höherer ErtragKartoffelMax-Planck-Institut für

Molekulare Pflanzenphysiologie

Veränderung der Spaltöffnungszahl, ErtragKartoffelMax-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie

RNAi-Konstrukt für das kartoffeleigene SDD1-Gen, höherer ErtragKartoffelMax-Planck-Institut für

Molekulare Pflanzenphysiologie

Spinnenseiden-ElastinKartoffelInstitut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung Gatersleben

StärkezusammensetzungKartoffelBASF Plant Science GmbH

StärkezusammensetzungKartoffelBayerische Landesanstalt für Landwirtschaft (LfL)

StärkezusammensetzungKartoffelBASF Plant Science GmbH

StärkezusammensetzungKartoffelBASF Plant Science GmbH

Biopolymer-Synthese (Cyanophycin-Synthese zur Herstellung von Polyaspartat)KartoffelUniversität Rostock

EigenschaftenOrganismusFreisetzer

Quelle: Bundesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit, 2006

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EU-Projekte zur Erzeugung von trans-genen Pflanzen zur Produktion von Nawaro

Biogemma, Advanced Biotechnologies, Cambridge

Veränderung der Polysaccharid- und Ligninbiosynthese zur Verbesserung des Cellulosegehaltes, Verfügbarkeit und Faserqualität

-Veränderung der Ligninstruktur in Industriepflanzen

Unilever, DaniscoVeränderung von Pektinen der Zuckerrübe

Noco NordiskVeränderung der Pektinstruktur von Pflanzen

Advanta KWSHerstellung von neuartigen Polyfructanen

Van der HaveVeränderung des Lipidstoffwechsels zur Herstellung von Fettsäuren und Polyketiden für industrielle Anwendungen und zur Herstellung von Functional Foods

-Enzymidentifikation in Pappeln zur Veränderung der Holzeigenschaften

BiogemmaVeränderung des Fettsäurestoffwechsels von Flax zur Erzeugung von Schmierstoffen (verzweigte Fettsäuren)

-Hanf als Rohmaterial für neue industrielle Anwendungen

PhotonicsVeränderung von Faser- und Holzeigenschaften

BiogemmaVeränderung der Stärkesynthese und Erträge in Weizen

BASFKontrolle des Fettsäureabbaus zur Herstellung von Ölpflanzen mit höheren Erträgen und neuen Ölsorten

ZenecaLignin-Veränderungen

DaniscoHerstellung von neuartigen Stärkepolymeren in Mais, Weizen, Gerste und Kartoffeln

-PHAstics: Herstellung von biologisch abbaubare Kunststoffen in Stärkepflanzen

FlorimondTransformation von Chicoree zur Verwendung als Nicht-Lebensmittelpflanze / Inulinproduktion

GreentechVerbesserung der Produktion und Qualität von Ölen aromatischer Pflanzen

Advanced Technolol. CambridgeHolzbildungsprozesse und Prozesse zur Verbesserung der Rohmaterialeigenschaften

Novo NordiskLaccase und Peroxidase-Produktion für industrielle Anwendungen

RusticaSonnenblumenöl für industrielle Anwendungen

DurchführendeProjektbeschreibung

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DHAP

Glucose

TCATCAG-3-PG-3-P Pyr

Propanediol

E. coli hostmetabolism

DHAP PropanediolGly-3-P

Yeast pathway to glycerol

Gly 3HPA

Klebsiella pathwayextension

Pflanzenzüchtung und fermentative Biotechnologie:Das Beispiel 1,3-Propandiol

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Production of 1,3 propanediol in E. coli as an intermediate for the synthesis of SoronaSorona®, a new

polyester

Now, so does the bottle

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Vielen Dank !

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Preisentwicklung für Biodiesel 2006 in D

UFOP 2006