Pilze statt Panzer

Mushrooms instead of carapace

In Sabine Grubers Forschungsprojekten dreht sich alles um Chitin und Chitosan. Die Molekularbiologin arbeitet an der Produktion von Chitosanen mit hohem Reinheitsgrad und nachhaltiger Herstellungsmethode aus Pilzen.

Chitosan wird aus Chitin gewonnen. Üblicherweise aus den chitinhaltigen Panzern von Krustentieren, die dazu allerdings mit starken Säuren und Laugen behandelt werden müssen. „Eine sehr umweltschädigende Herstellungsprozedur, die neben qualitativ inhomogenen Chitosanen eine erhebliche Menge an Abfällen erzeugt“, weiß die Expertin. Sabine Gruber forscht deshalb seit Längerem an einem nachhaltigen Herstellungsverfahren, bei dem Chitosane aus der Zellwand von Pilzen enzymatisch extrahiert werden.

Gemeinsam mit ihrem Team, den Postdocs Lisa Kappel und Karl Metzger, und in Zusammenarbeit mit dem Nahrungsmittel- und Industriegüterkonzern AGRANA ist es Sabine Gruber jetzt

Sabine Gruber’s research projects are all about chitin and chitosan. The molecular biologist works on the production of chitosans with a high degree of purity and a sustainable production method from mushrooms.

Chitosan is obtained from chitin. Usually from the carapaces of crustaceans containing chitin, which however, have to be treated with strong acids and alkalis. "A very environmentally damaging manufacturing process that, in addition to qualitatively inhomogeneous chitosans, generates a considerable amount of waste," explains the expert. Sabine Gruber has therefore been researching a sustainable manufacturing process for a long time in which chitosans are enzymatically extracted from the cell wall of mushrooms.

Together with her team, the Postdocs Lisa Kappel and Karl Metzger, and in cooperation with the food and industrial goods group AGRANA, she has now succeeded in developing a suitable

gelungen, im Labor ein geeignetes Verfahren zu entwickeln. Dessen Effizienz wird gerade in größeren Produktionsmaßstäben überprüft und optimiert. „Wir wollen den Herstellungsprozess dahingehend verbessern, dass wir mit unserem enzymatischen Ansatz auch maßgeschneiderte und möglichst reine Chitosane herstellen können“, so die Molekularbiologin, denn: „Je höher der Reinheitsgrad, umso effizienter wirken Chitosane.“

Große Anwendungsbreite

Chitosane haben eine hohe biozide Wirkung, ohne für den Menschen und die Umwelt gefährlich zu sein. Aus Pilzen nachhaltig extrahiert, eignen sie sich hervorragend als biologisches Pflanzenschutzmittel. „Der Wirkungsmechanismus ist im Detail allerdings noch unerforscht, die Wirksamkeit der Chitosane muss immer auf den jeweiligen Schädling abgestimmt werden“, erklärt Sabine Gruber. Für die AGRANA hat sie ein Chitosan entwickelt, maßgeschneidert für den Schutz von Zuckerrüben. Die ersten Versuche waren vielversprechend: „Wir konnten nicht nur den Schädling erfolgreich bekämpfen, sondern Chitosan kann – präventiv eingesetzt – Pflanzen auch robuster machen. Wir haben das an Keimlingen bereits nachgewiesen. Jetzt folgen die Feldversuche.“

Die neu und nachhaltig hergestellten Chitosane als biologisches Pflanzenschutzmittel einzusetzen, ist nur ein Anwendungsfeld, das Sabine Gruber mit ihrer Forschungsarbeit im Auge hat. Sie eignen sich aufgrund ihrer hohen Reinheit auch sehr gut für Anwendungen im pharmazeutischen und medizinischen Bereich. „Da gibt es heute bereits einen Riesenbedarf und wir wissen, dass wir mit unseren Enzymen ein sehr sauberes Chitosan herstellen können. Wir werden allerdings noch einige Jahre brauchen, bis wir ein wirtschaftlich verwertbares Produkt zur Verfügung haben.“ process in the laboratory. Its efficiency is currently being checked and optimized on a larger production scale. "We want to improve the manufacturing process so that we can also use our enzymatic approach to manufacture custom chitosans and chitosans that are as pure as possible," says the molecular biologist, because: "The higher the degree of purity, the more efficient the chitosans."

Wide range of applications

Chitosans have a high biocidal effect without being dangerous for humans or the environment. Extracted sustainably from mushrooms, they are ideal as organic pesticides. "However, the mechanism of action has not yet been researched in detail, the effectiveness of the chitosans must always be tailored to the respective pest," explains Gruber. She developed a custom chitosan for AGRANA to protect sugar beets. The first attempts were promising: "We were not only able to fight the pest successfully. Chitosan can, if used preventively, make plants more robust. We have already demonstrated this on seedlings. Now the field tests will follow."

Using the newly and sustainably produced chitosans as biological pesticides is just one field of application that Sabine Gruber has in mind with her research work. Due to their high purity, they are also very suitable for applications in the pharmaceutical and medical sectors. "There is already a huge need today and we know that we can produce a very clean chitosan with our enzymes. But we will need a few more years until we have an economically viable product available."