Globale Verant­wortung


Hier verwurzelt, global vernetzt: Deutschland ist der drittgrößte Agrarimporteur der Welt – und zugleich der drittgrößte Agrarexporteur. Die Forschungsprojekte, die das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) fördert, spiegeln diese internationale Anbindung wider. Bei der Produktion von Futter- und Lebensmitteln, der Nutzung von Ressourcen und dem Schutz vor gefährlichen Erregern suchen sie nach integrierten Lösungen, die nicht nur effizient, sondern auch nachhaltig und global verantwortlich sind. Einen kleinen Einblick in dieses komplexe Themenfeld geben Ihnen die ausgewählten Beispiele aus der Forschung.

Forscher mit Mikroskop im Labor

Höchste Sicher­heit bei gefähr­lichen Erregern


Im Friedrich-Loeffler-Institut (FLI) auf der Ostseeinsel Riems hat Sicherheit höchste Priorität: nämlich Biosicherheitsstufe 4 (BSL 4). Hier können im Hochsicherheitslabor gefährliche Krankheitserreger an Großtieren wie Rindern, Schafen, Ziegen und Schweinen untersucht werden – das geht weltweit sonst nur in Kanada und Australien.

In einem schweren, gelben Überdruckschutzanzug bewegt sich Dr. Sandra Diederich durch das Hochsicherheitslabor des FLI auf der Insel Riems nördlich von Greifswald. Die Atemluft strömt über einen Schlauch in ihren Anzug. Die Humanbiologin muss durch mehrere Sicherheitsschleusen, wenn sie morgens das Labor betritt. Hier forscht sie an gefährlichen zoonotischen Erregern, die vom Tier auf den Menschen übertragbar und potenziell tödlich sind. Henipaviren sind dafür ein Beispiel.

Ebenso Ebola: Als 2014/2015 in Westafrika die bisher größte Ebola-Epidemie ausbrach, infizierten sich mehr als 28.000 Menschen. Flughunde waren wahrscheinlich die Urheber. Über die verschiedenen Wirtstiere des Virus und die genauen Übertragungswege weiß man bis heute viel zu wenig. Ein internationales Forschungsteam mit Partnern aus Sierra Leone und Guinea sucht daher nach neuen Verfahren, um Ebolaviren bei Mensch und Tier nachzuweisen. Auch Sandra Diederich ist mit ihren Kolleginnen und Kollegen daran beteiligt.

Forscher hält Agarplatte mit Mikroorganismen und Pipette in der Hand

Den Erreger verstehen

Wie verbreitet sich ein Virus, welche Symptome zeigt ein erkranktes Tier und wie wird der Erreger auf den Menschen übertragen? Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler möchten den Erreger verstehen und zum Beispiel geeignete Impfstoffe entwickeln. „Wir wissen bei vielen Viren noch nicht, welche Spezies sie infizieren oder wie sie von einer Spezies auf die andere übertragen werden. Im Labor stellen wir dies nach“, sagt die Forscherin. Damit Infektionserreger nicht aus dem Gebäude entweichen können, steht es unter konstantem Unterdruck. Die Zu- und Abluft wird doppelt gefiltert, Abwässer werden in Sammeltanks chemisch-thermisch behandelt, bevor sie in die hauseigene Kläranlage gelangen.

Sandra Diederich ist eine von nur zehn Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, die auf Riems auch in den Hochsicherheitsbereich dürfen. Währenddessen steht sie im ständigen Funkkontakt zum Team. „Man bewegt sich langsamer, macht jeden Schritt und jeden Handgriff sehr bewusst. Dieses hochkonzentrierte Arbeiten ist sehr anstrengend, sodass wir maximal vier Stunden am Stück im BSL-4-Labor arbeiten“, sagt sie. Anschließend wird ihr gelber Schutzanzug in einer Chemiedusche gründlich desinfiziert. Erst dann darf sie ihn ablegen.

Ein Tierpfleger bei der Fütterung: Auch tägliche Routinearbeiten sind unter Hochsicherheitsbedingungen deutlich erschwert.
Menschen am Flughafen

Gesundheit ganzheitlich gedacht


Es sind nicht nur die hochgefährlichen Viren wie Ebola, mit denen wir uns beim Tier infizieren können. Im Gegenteil – nahezu zwei Drittel aller menschlichen Infektionskrankheiten zählen zu den Zoonosen, die zwischen Tier und Mensch hin- und herübertragen werden. Ihr Schaden ist immens: Jährlich erkranken daran 2,5 Milliarden Menschen, 2,7 Millionen Menschen sterben.

Mehr und mehr Menschen reisen, Waren werden um die Welt transportiert und Migrationsbewegungen nehmen zu. In einer global vernetzten Welt hat das ungeahnte Folgen: Auch Krankheitserreger stoppen nicht an Ländergrenzen. Viren und Bakterien, die Zoonosen wie die Salmonellose oder Tuberkulose verursachen, sind weltweit ein Problem. Dazu kommen begünstigende klimatische Veränderungen.

Einer der Hauptakteure ist klein, summt und ist als Plagegeist bekannt: die Mücke. Sie spielt bei der Ausbreitung von Zoonosen eine entscheidende Rolle, wie das Beispiel des Zika-Virus in Südamerika zeigt. In Deutschland konnte die ursprünglich in wärmeren Regionen vorkommende, von Bartmücken übertragene Blauzungenkrankheit der Wiederkäuer erst durch eine Impfpflicht bekämpft werden.

Vor einigen Jahren fielen dem Usutu-Virus im Südwesten knapp 90 Prozent der Amsel-Population zum Opfer. Verbreitet wurde das Virus durch die Japanische Buschmücke, die sich wie die Asiatische Tigermücke mittlerweile auch in Mitteleuropa etabliert hat.

Stechmücke

Belegt wird das unter anderem durch das Citizen-Science-Projekt Mückenatlas. Es ist Teil des vom FLI und vom Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) gemeinsam mit anderen Forschungseinrichtungen durchgeführten Monitorings (CuliMo). Es geht der Frage nach, welche Mücken wann und wo vorkommen und ob sie Krankheitserreger in sich tragen. Die Stechmücken und die durch sie übertragenen Krankheiten werden in einem weiteren Forschungsprojekt (CuliFo) genauer untersucht. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler möchten das Infektionsrisiko besser einschätzen können. Schließlich sind tropische Erreger wie das Usutu-Virus hierzulande relativ neu.

Erreger kennen keine Grenzen

Mücken sind nur ein Weg, über den sich Zoonosen verbreiten. Ein anderer ist die Nahrungskette: Infizierte Rinder können Viren, Bakterien oder Parasiten über Milch und Fleisch auf den Menschen übertragen. Weil diese komplexen Zusammenhänge zwischen Gesundheit von Mensch, Tier und Umwelt nur über einen ganzheitlichen Ansatz zu erfassen sind, arbeiten in der Zoonosenforschung verschiedene Disziplinen eng zusammen. Experten sprechen von „One Health“.

Wie wichtig das interdisziplinäre Forschen ist, macht auch das Thema Antibiotikaresistenzen deutlich. Antibiotikaresistente Bakterien wie MRSA (Methicillin-resistenter Staphylococcus aureus, auch Krankenhauskeim genannt) können schwere Infektionen beim Menschen verursachen. Sie treten auch in Lebensmitteln auf. Am Max Rubner-Institut (MRI) werden aktuell Bakteriophagen als vielversprechendes Gegenmittel in der Lebensmittelproduktion erforscht. Bakteriophagen sind Viren, die Bakterien angreifen und töten – möglicherweise wehren sie antibiotikaresistente oder für den Menschen gefährliche Bakterien ab und dienen so als biologische Barriere. Von herkömmlichen Grenzen lassen sich diese Erreger schließlich nicht aufhalten.

Traktor bei der Getreidekorn-Entladung

Mit Blaulicht die Ernte retten


Kranke Tiere und gefährliche Bakterien sind ein nicht zu unterschätzendes Risiko für die Sicherheit tierischer Lebensmittel. Aber auch pflanzliche Produkte können von Krankheitserregern oder Schädlingen befallen und ungenießbar werden. Neue Lösungen für ein uraltes Problem sind daher gesucht.

Für die Langzeitstudie wurden zuletzt 2013 Bürgerinnen und Bürger der ausgewählten Dörfer befragt:

  • 40.000 Kilogramm Getreide kann ein Kornkäfer innerhalb eines Jahres unbrauchbar machen.
  • 30 Prozent der Getreideernte landen nie auf dem Teller.
  • 4 Milliarden Dollar: Getreide in diesem Gegenwert geht jährlich in Afrika südlich der Sahara verloren.
  • 48 Millionen Menschen könnten von diesen Verlusten ernährt werden.
  • Bis zu 50 Prozent betragen die Verluste bei Obst, Gemüse, Fisch und Meeresfrüchten.

Historikerinnen und Historiker gehen davon aus, dass Schimmelbefall den Niedergang ganzer Hochkulturen beschleunigt hat.

Auch unsere Vorfahren lebten nicht von der Hand in den Mund: Seit Jahrtausenden lagern Menschen Getreide ein – und ebenso lang zerstören Schädlinge große Mengen davon. Dabei wird nur der kleinste Teil tatsächlich aufgefressen. Weitaus größere Mengen werden durch Verunreinigungen von Insekten, Milben und Schimmelpilzen vernichtet. Nach Schätzungen der Vereinten Nationen gehen jährlich rund 1,3 Milliarden Tonnen Lebensmittel verloren.

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Forscherinnen und Forscher suchen deshalb nach innovativen Methoden, Pflanzenerzeugnisse sicher und langfristig zu lagern: Während es bei trockenen Vorräten oft darum geht, Schädlinge mit zwei, vier oder sechs Beinen fernzuhalten, sind bei Obst und Gemüse Schimmelpilzgifte die häufigste Schadensquelle.

Das Wissensportal Vorratsschutz des Julius Kühn-Instituts (JKI) stellt Informationen zum Vermeiden, Erkennen und Bekämpfen der wichtigsten Schädlinge vor: luftdichte Verpackungen als Alternative zu durchlüfteten Kornspeichern, die Wärmebehandlung von Lagerräumen oder biologische Lösungen, bei denen lebende Nützlinge wie kleine Wespen die Schädlinge einfach auffressen. Ganz aktuell wird an einem in Deutschland relativ neuen Vorratsgut, der Sojabohne, geforscht. Wie anfällig ist das Importprodukt für einheimische Motten und Käfer? Müssen Händler und Landwirte, die Sojabohnen einlagern, mit neuen invasiven Schädlingsarten rechnen?

Marktstand mit Gemüsevielfalt

Pilzgift unter Kontrolle

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Mykotoxine sind wie Insekten überall vorhanden, doch im Gegensatz zu diesen für das menschliche Auge unsichtbar. Dabei verursachen sie einen kaum übersehbaren Schaden. Die giftigen Stoffwechselprodukte von Schimmelpilzen verunreinigen nach einer Schätzung bis zu einem Viertel der jährlichen Welternte – Getreide, Kaffee und Kakao ebenso wie Nüsse, Wein und Äpfel. Besonders tückisch: Oft sind die Produkte nicht einmal erkennbar verschimmelt.

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Max Rubner-Instituts (MRI) in Karlsruhe erforschen, wann und warum Schimmelpilze tatsächlich Mykotoxine bilden – und vor allem, wie dies verhindert werden kann. Dabei fanden sie ein einfaches Gegenmittel: Licht in verschiedenen Wellenlängen. Je nachdem um welche Pilze es geht, kann es die Bildung der Gifte hemmen. Licht im blauen, weißen und roten Wellenlängenbereich wirkt zum Beispiel unterschiedlich stark hemmend auf das Wachstum und die Mykotoxinbildung von Penicillium-Schimmelpilzen.

Licht in verschiedenen Wellenlängen soll die Bildung der Schimmelpilzgifte hemmen.
Dorsch

Neue Maschen für gezielten Fischfang


Vorratsschutz bedeutet, Ressourcen zu schonen und nachhaltig mit Futter- und Lebensmitteln umzugehen. Nachhaltig mit Meeresressourcen umzugehen, ist unter anderem Thema am Thünen-Institut für Ostseefischerei. Dr. Daniel Stepputtis und sein Team forschen an modernen Fanggeräten.

Herr Stepputtis, wie wird aus Fischerei „nachhaltige Fischerei“?

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Ein bedeutender Schritt zu nachhaltiger Fischerei ist zunächst, dass man nur fängt, was man fischen darf und möchte. Das geht am besten, wenn unerwünschter Beifang so weit wie möglich reduziert wird. Der Treibstoffverbrauch beim Fischen kann ebenfalls noch deutlich gesenkt werden. Klar ist aber auch: Fischerei hat wie jede menschliche Aktivität Auswirkungen auf die Meeresumwelt.

Wo setzen Sie an, um diese Ziele zu erreichen?

Um zu beeinflussen, was man am Ende im Netz hat, wurde über lange Zeit vor allem die Größe der Maschen in den Netzen verändert. Aber die Möglichkeiten, die sich daraus ergeben, sind sehr beschränkt. Aus diesem Grund arbeiten wir an alternativen Konzepten und entwickeln einen „Werkzeugkasten“ für Fischer. Eines unserer Werkzeuge ist Freswind – ein Schleppnetz, das Fische nicht nur nach Größe, sondern auch nach deren Form selektiert. Rundfische wie Dorsch oder Plattfische wie Scholle haben verschiedene Körperquerschnitte. Während in der Dorschfischerei kleinere Exemplare durch die Maschen entkommen, bleiben Plattfische in normaler Schwimmrichtung als unerwünschter Beifang stecken. Das ändern wir mit unserem neuen Netz.

„Den Fisch, den wir nicht verwerten, sollten wir im Meer lassen.“

Warum sollen Plattfische überhaupt aussortiert werden? Immerhin handelt es sich ja um Speisefische.

Die Quoten für Schollen waren zum Beispiel in der westlichen Ostsee bis 2016 knapper als die für Dorsch und Co. Außerdem ist der Preis für Plattfisch oft sehr gering; manchmal weniger als das Eis kostet, um die Plattfische zu kühlen. Die Fischerei hat daher große Mengen Plattfische wieder ins Meer zurückgeworfen. Den Fisch, den wir nicht verwerten, sollten wir im Meer lassen. So werden die lebenden Ressourcen sinnvoll genutzt und man benötigt weniger Energie, als wenn Netze mit unnötigem Fang durch das Wasser gezogen werden. Die beste Selektion ist die, die schon im Wasser stattfindet.

Fischkutter auf Ostsee mit Leuchtturm im Hintergrund

Wie sind Sie vorgegangen?

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Wir forschen schon lange an der Verbesserung von diversen Netzen – wie zum Beispiel Schleppnetzen in den verschiedenen Fischereien. Bisher wurden Fische, die nicht gefangen werden sollen, vorrangig über die Maschengröße im hinteren Teil – dem sogenannten Steert – aussortiert. Doch damit zum Beispiel auch die Scholle entkommen kann, haben wir seitlich weiter vorne im Netz längliche, horizontale Maschen getestet, durch die Plattfische hindurchpassen. Außerdem beobachteten wir das Verhalten der Tiere. Wir bauten an verschiedenen Stellen Kameras ins Netz und stellten fest: Die Fische hatten Schwierigkeiten, den Ausgang zu finden, weil sie in der Mitte des Netzes bleiben. Also setzten wir ein Hindernis ähnlich einer Verkehrsinsel in den Schwimmweg. Damit weichen die Fische zu den Seiten aus und werden zum Ausgang geleitet.

Klingt eigentlich ziemlich einfach.

Ist es auch. Aber die Entwicklung dahin war sehr kompliziert, vor allem, wenn das Produkt einfach, bezahlbar und widerstandsfähig sein soll. Heute kann es jeder Fischer nutzen. Den unerwünschten Fang von Plattfischen haben wir mit Freswind um über 60 Prozent reduziert. Auch der Fang von Dorschen, die zu klein sind, ging um 25 Prozent zurück. Nach Freswind haben wir „Flex“ („Flatfish Excluder“) als weiteres Selektionswerkzeug entwickelt: Damit haben wir den Plattfisch-Beifang sogar um 90 Prozent reduziert.

Dr. Daniel Stepputtis leitet seit 2009 die Arbeitsgruppe Fischerei- und Surveytechnik des Thünen-Instituts für Ostseefischerei. Bevor er 2007 ans Institut kam, promovierte er an der Universität Kiel in Fischereibiologie und war Wissenschaftler am GEOMAR – Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel.
Tropischer Regenwald

Detektive auf der Holzspur


Die Expertinnen und Experten des Thünen-Kompetenzzentrums Holzherkünfte lassen sich nicht täuschen – selbst dann nicht, wenn es um Grillkohle geht: Denn anhand kleinster Proben finden sie heraus, um welche Holzart es sich handelt, sie können in vielen Fällen die Herkunft bestimmen und Aussagen machen, ob es sich um geschützte Arten oder illegal eingeschlagene Hölzer handelt. Wie das Washingtoner Artenschutzabkommen CITES und die Europäische Holzhandelsverordnung dazu beitragen können, wertvolle Waldbestände zu schützen und illegale Importe von Holz und Holzprodukten zu stoppen, erzählt Dr. Gerald Koch vom Institut für Holzforschung.

 

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