Hochschule Anhalt

Neue Algen braucht der Markt: Forschungsteam macht die Mikroalge Tetradesmus wisconsinensis nutzbar

20. Juli 2020

Trotz ihrer Potenziale werden aktuell nur wenige der geschätzten 500.000 Algenarten auf der Erde industriell genutzt. Ein Forschungsteam der Hochschule Anhalt und der Salata AG hat jetzt eine für den Markt noch unbekannte Mikroalge erschlossen: Tetradesmus wisconsinensis. Ihre Fähigkeit das Carotinoid Canthaxanthin in hohen Ausbeuten zu synthetisieren, soll vor allem der Entwicklung neuer Cosmeceuticals dienen.

Algenbiotechnologie an der Hochschule Anhalt

Treibende Kräfte der Innovation waren die Gründerin der Algenbiotechnologie an der Hochschule Anhalt, Prof. Carola Griehl, und Dr. Claudia Grewe: ehemalige Doktorandin der Hochschule und aktuell Leiterin der Forschung & Entwicklung der Salata AG. Dass innovative Produkte Zeit, Investitionen und viel Engagement brauchen, wissen erfolgreiche Ideengeber. Seit der Entdeckung der Tetradesmus wisconsinensis sind inzwischen 27 Jahre vergangen. Die Algenbiotechnologie ist ein gutes Beispiel dafür, dass wir die Potenziale von vielen Substanzen aus den Laboren kennen. Etwa antibiotische Wirkungen oder die Fähigkeit erdölähnliche Verbindungen zu bilden. Für eine breite Nutzung fehlen aber oft entscheidende breite Wirknachweise unter verschiedenen Bedingungen und vor allem Herstellungsverfahren, die nicht zu teuer sind.

Nationale Forschungsstrategie Bioökonomie 2030

Für beides steht die angewandte Forschung der Algenbiotechnologie in Köthen. Das Projekt Tewicos – Verfahrensentwicklung zur Gewinnung von lipophilen und hydrophilen Extrakten aus der Mikroalge Tetradesmus wisconsinensis als Rohstoffe für Cosmeceuticals im industriellen Maßstab – ist nur eines von vielen. Beim Endspurt half insbesondere die Förderung des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Nationalen Forschungsstrategie Bioökonomie 2030.

Im Interview gibt Dr. Claudia Grewe Einblick in die unternehmerische Perspektive. Unser Comic erzählt die Geschichte der Tetradesmus wisconsinensis von der Entdeckung bis ins Regal.

Interview mit Dr. Claudia Grewe | Salata AG

"Wenn Forschungsergebnisse auf den Markt kommen sollen, müssen immer zwei Dinge stimmen: Funktionalität und Marktpreis"

 

Dr. Claudia Grewe hat an der Hochschule Anhalt im Bereich Biotechnologie studiert und anschließend auch promoviert. Rund vier Jahre widmete sie sich der Forschungsfrage, wie man Carotinoide aus Mikroalgen (besser als bis dato) gewinnen kann. Mit entscheidenden Erkenntnissen für Wissenschaft und Industrie. Betreut wurde sie während ihrer Promotion (kooperativ mit der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg) u.a. von Prof. Carola Griehl, der Gründerin des Kompetenzzentrums Algenbiotechnologie an der Hochschule Anhalt. Anschließend ging Claudia Grewe zur Salata GmbH – inzwischen eine AG – wo sie bis heute die Forschung und Entwicklung leitet. Die Ergebnisse ihrer Dissertation blieben über mehrere Jahre (kommerziell nicht genutzt) liegen, bis sie ihre Firma davon überzeugen konnte, eine neue Sparte im Geschäftsbereich Algen-Produktion zu erschließen: Biomasse aus der Mikroalge Tetradesmus wisconsinensis. Kunden: Hersteller von Cosmeceuticals, die auf antioxidativ wirkende Carotinoide setzen. Dazu forscht sie seit 2017 wieder mit Prof. Carola Griehl. Das vom BMBF über 3 Jahre geförderte Projekt TewiCos* soll mit dem Jahr 2020 abgeschlossen sein. 

Frau Dr. Grewe, wie zufrieden sind Sie mit dem Verlauf des Projekts TewiCos?

Wir werden noch in diesem Jahr unser Ziel erreichen, das Kultivierungsverfahren für Tetradesmus wisconsinensis zu optimieren und einzusetzen. Die Projektlaufzeit wurde etwas verlängert, was daran lag, dass wir während der Untersuchungen sehr viele aktive Extrakte gefunden haben, die wir ebenfalls nutzen wollen.

In Ihrer Dissertation hatten Sie bereits ein biotechnologisches Produktionsverfahren zur Gewinnung des Carotinoids Astaxanthin entwickelt. Warum waren drei weitere Jahre Forschung notwendig?

Vor allem fehlte der Sprung zum industriellen Maßstab des Verfahrens, das in den Laboren der Algenbiotechnologie an der Hochschule Anhalt entwickelt wurde. Außerdem wollten wir die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens durch eine Kaskadennutzung erhöhen, um aus einer Alge verschiedene Produkte zu gewinnen und natürlich anzubieten. Dazu mussten wir aber zunächst einige Entwicklungsarbeit leisten. Die Nutzung von Algen ist grundsätzlich insofern ein Problem, da sie noch eine Nische ist, in der es kaum standardisierte Verfahren gibt. So weit sind wir in der Branche noch gar nicht. 

Was war noch notwendig, damit die Mikroalge zum Produkt wird?

Unsere Kunden wollen natürlich Wirknachweise sehen. Aufgrund der Forschung wussten wir, dass die Mikroalge zur Herstellung des Carotinoids Canthaxanthin interessant ist. Aber besteht diese Wirkung auch außerhalb des Labors fort? In bestimmten Lösungen, unter bestimmten Temperaturen und in welchen Formulierungen? Wie viele Tonnen Biomasse braucht unser Kunde, um sein Algen-Produkt herzustellen? Dazu mussten wir entsprechende In-vitro-Charakterisierungen und In-vivo-Nachweise, also Probanden-Studien, vorlegen. Wenn Forschungsergebnisse in Form von Produkten auf den Markt kommen sollen, müssen immer zwei Dinge stimmen: Funktionalität und Marktpreis. Die Produktformulierung sowie weitere kosmetische Nachweise liegen dann bei unserem Kunden.

 

 

Forscherinnen im Labor Algenbiotechnologie Alge Tetradesmus wisconsinensis Hochschule Anhalt Prof Carola Griehl Salata AG Dr Claudia Grewe

Kennen sich seit Langem: Dr. Claudia Grewe (links) und Prof. Carola Griehl.

Welche Risiken waren mit TewiCos und der Einführung der neuen Algen-Sparte verbunden?

Die Mikroalge Tetradesmus wisconsinensis wurde bislang kommerziell noch nicht produziert  und es gab keine Erfahrungen mit der Anwendung in Produkten. Insofern hatten wir einen hohen finanziellen, zeitlichen und personellen Aufwand in der Entwicklungsarbeit, ohne zu wissen, ob die Alge in relevanten Größenordnungen kultivierbar ist und ob die Extrakte in vitro und in vivo aktiv sind. Die drei Jahre Forschung hätten auch ohne Ergebnis sein können. Sind sie aber erfreulicherweise nicht. Dass wir durch die Forschung an der Hochschule Anhalt die hohen Potenziale der Alge kannten und es bei Salata auch schon interessierte Kunden gab, waren gute Vorzeichen und die Risiken wert. 

Wissenschaftler wollen publizieren, Unternehmen behalten Erkenntnisse gern für sich, um ihren Wettbewerbsvorteil zu sichern. Waren solche Widersprüche ein Problem bei der Zusammenarbeit mit der Hochschule?

Nein, das haben wir im Projektteam sehr gut gelöst durch Publikationsmöglichkeiten, die unstrittig sind. Durch meine Zeit an der Hochschule kenne ich Carola Griehl und uns treibt beide die Idee an, Forschung nutzbar zu machen. 

Sie kennen sowohl die Hochschul- als auch die Unternehmensseite. Was braucht es aus Ihrer Sicht für ein erfolgreiches FuE-Projekt?

Vertrauen, Teamgeist und gute fachliche Arbeit. Man muss an einem Strang ziehen, auch mal die Perspektive wechseln und die enge Kommunikation aufrecht halten. Ich denke, auch die geografische Nähe der Projektpartner zueinander ist wichtig. Carola Griehl und ich haben uns einmal im Monat persönlich gesprochen. Zweimal im Jahr gab es größere Treffen. Erschwert werden solche Projekte durch den Verwaltungsaufwand, den die Forschenden weitgehend selbst tragen müssen. Egal, ob es um den Projektantrag oder etwa Beschaffungen während des Projekts geht. Ich denke, wir könnten noch viel mehr Projekte der angewandten Forschung wie TewiCos durchführen, wenn es mehr Hilfe bei der Organisation und Verwaltung gäbe. An Expertise haben wir weitaus mehr zu bieten als bislang zu sehen ist. 

Wie geht es nach TewiCos weiter?

Wie gesagt, haben wir das Projekt schon jetzt verlängert, weil wir weitere aktive Extrakte gefunden haben. Für die Nutzung denken wir schon in andere Richtungen, mit anderen Applikationen, die ebenfalls wunderbar in den Forschungs- und Anwenderbereich Bioökonomie passen. 

 

*TewiCos steht für Verfahrensentwicklung zur Gewinnung von lipophilen und hydrophilen Extrakten aus der Mikroalge Tetradesmus wisconsinensis als Rohstoffe für Cosmeceuticals im industriellen Maßstab. 

spc

Was sind Cosmeceuticals?

Zusammengesetzt aus "cosmetics" und "pharmaceuticals" meint der Begriff kosmetische Produkte mit Substanzen, die in ihrer Wirkung zwischen einem klassischen Kosmetikum und einem Medikament liegen. Der Markt für Cosmeceuticals ist in den vergangenen Jahren gewachsen und fragt immer mehr nach Rohstoffen aus natürlichen Quellen wie etwa Algen.

Schützende Carotinoide

Die Forschung hat nachgewiesen, dass Algen Carotinoide (speziell Sekundärcarotinoide) bilden, um ihre DNA vor Oxidationsschäden zu schützen. Ein Effekt, den sich auch der Mensch zunutze machen kann. Werden Pflegeprodukte mit Mikroalgen angereichert, die entsprechende Carotinoide wie zum Beispiel Canthaxanthin bilden, wirken diese wie ein Filter für UV-Strahlung und freie Radikale. Die Schädigung und Alterung der Haut werden aufgehalten.

Die Salata AG...

gehört zum Firmen-Verbund Salzbrücke, der auf die Bearbeitung verschiedener pflanzlicher Rohstoffe spezialisiert ist. Die Astaxa übernimmt seit 2005 die Auftragsproduktion von Mikroalgen. In einem speziellen Röhrenreaktor können rund 12 verschiedene Algen-Spezies kultiviert und als getrocknete Biomasse bereitgestellt werden. Die Abteilung Forschung und Entwicklung in Potsdam hat 2 ständige Mitarbeiter. Für das FuE-Projekt TewiCos die Unterstützung von rund 10 Mitarbeitern notwendig.

spc

Der lange Weg von der Entdeckung zur Nutzung: Die Mikroalge Tetradesmus wisconsinensis als Carotinoid-Lieferant für Cosmeceuticals

 

 

Comic Bild 1 Alge Tetradesmus wisconsinensis Hochschule Anhalt Salata AG Algenbiotechnologie

Isolierung

 

1993 isoliert Wilfried Neuhaus am Güterfelder Kreuz bei Potsdam aus dem Boden die Alge Tetradesmus wisconsinensis. Sie wird Teil der Sammlung für Algenkulturen der Uni Göttingen (SAG).

Grafiken (7): Marcel Jürß von Perdix Creations.

Comic Bild 2 Alge Tetradesmus wisconsinensis Hochschule Anhalt Salata AG Algenbiotechnologie

 

Grundlagen

Erstmals beschrieben wurde die Mikroalge bereits durch: Smith, G.M. (1913). Tetradesmus, a new four-celled coenobic alga. Bulletin of the Torrey Botanical Club 40: 75-87. Dass Tetradesmus wisconsinensis hohe Sekundärcarotinoid-Gehalte synthetisiert, weist erstmals Claudia Grewe, die erste Doktorandin im Köthener Algenteam, nach.

Algenbiotechnologie an der Hochschule Anhalt

2001: Nach ihrer Berufung an die Hochschule Anhalt beginnt Prof. Carola Griehl ihre Forschung zu den vielversprechenden Algen. Das inzwischen 15-köpfige Algenteam forscht an der biotechnologischen Gewinnung von Wert- und Wirkstoffen aus Algen – von der Zelle bis zum Produkt. Dass Grünalgen Carotinoide synthetisieren können, ist Forschung und Industrie schon länger bekannt. So weit, so unbefriedigend, denn: bei den meisten Algen-Spezies ist die Ausbeute eher gering. Und: die bis dato genutzten Verfahren zur biotechnologischen Gewinnung des wichtigen Sekundärcarotinoids Astaxanthin aus der Mikroalge Haematococcus pluvialis sind in verschiedener Hinsicht problematisch. Prof. Griehl entdeckt in ihrer Forschung u.a., dass auch die Grünalgen-Gattung Scenedesmus sp. das Sekundärcarotinoid Astaxanthin in viel versprechenden Mengen synthetisiert. Die meist rötlich schillernden Carotinoide sind bedeutsame Antioxidantien und Lebensmittelfarbstoffe.

Comic Bild 4 Alge Tetradesmus wisconsinensis Hochschule Anhalt Salata AG Algenbiotechnologie
Comic Bild 4 Alge Tetradesmus wisconsinensis Hochschule Anhalt Salata AG Algenbiotechnologie

Wissenstransfer I: Das Produktionsverfahren

2005-2008: Die Wissenschaftler:innen um Prof. Carola Griehl forschen an einem biotechnologischen Produktionsverfahren zur Gewinnung des Carotinoids Astaxanthin aus geeigneten Mikroalgen (Förderung: BMWi). 2007 legt Dr. Claudia Grewe ihre Dissertation (in Kooperation mit der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg) vor: Die Biosynthese von Astaxanthin in den Grünalgen Scenedesmus sp. und Haematococcus pluvialis. Claudia Grewe untersucht auch die Mikroalge Tetradesmus wisconsinensis und entdeckt dabei eher zufällig: die 1993 erstmals aus dem Potsdamer Boden isolierte Grünalge synthetisiert in hohen Gehalten das Carotinoid Canthaxanthin. Für die Industrie ist die Mikroalge bis dahin eine Unbekannte. Es existiert kein Produktionsverfahren.

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Wissenstransfer II: Patentanmeldung

2008: Anmeldung eines Patents durch Prof. Carola Griehl, Dr. Claudia Grewe und Anja Pfeiffer für ein Verfahren zur Herstellung von Carotinoiden aus Scenedesmus und Tetradesmus Mikroalgen.

Patent: DE102008062090A1 https://depatisnet.dpma.de/DepatisNet/depatisnet?action=bibdat&docid=DE102008062090A1

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Wissenstransfer III: Industrieller Maßstab

2017-2020: Das bereits patentierte Produktionsverfahren entwickeln die Hochschule Anhalt und die Salata AG bis zum industriellen Maßstab weiter (BMBF-Förderung Bioökonomie 2030). Speziell geht es um die Gewinnung des Carotinoids Canthaxanthin aus Tetradesmus wisconsinensis für Cosmeceuticals, welches Salata seinen Firmenpartnern in Form von Biomasse anbietet. Um die Wertschöpfung zu erhöhen, soll das Produktionsverfahren aber auch zur Gewinnung weiterer Extrakte mit anderen Wirkungen dienen (Kaskadennutzung). Ebenfalls Teil der Entwicklungsarbeit: In-vivo- und In-vitro-Nachweise zur Wirksamkeit der Mikroalge unter verschiedenen Bedingungen. 

 

Comic Bild 7 Alge Tetradesmus wisconsinensis Hochschule Anhalt Salata AG Algenbiotechnologie

Endspurt zum Produkt im Regal...

Creme, Lotion, Salbe – wie die Alge Tetradesmus wisconsinensis letztlich in die Regale kommt, ist nun Teil der Produktentwicklung in den Partnerfirmen von Salata. 

Stay tuned...

Informationen und Kontakt

Dr. Claudia Grewe, Leiterin Forschung und Entwicklung Salata AG, E-Mail: CGrewe@salzbruecke.com, Tel.: 0331-2300700. Homepage der Salata AG.

Prof. Dr. Carola Griehl, Algenbiotechnologie an der Hochschule Anhalt, E-Mail: carola.griehl@hs-anhalt.de, Tel.: 03496-672526

Text und Bilder (soweit nicht anders benannt): Claudia Aldinger

Wort-Bild-Marke KAT-Netzwerk

KATalysiert: Das Innovationslabor für Algenbiotechnologie an der Hochschule Anhalt wurde im Jahr 2001 von Prof. Carola Griehl gegründet und im Aufbau durch KAT-Mittel unterstützt. Das Kompetenzzentrum Algenbiotechnologie hat einen herausragenden Ruf in der internationalen Algenforschung und bildet in Sachsen-Anhalt einen wichtigen Schwerpunkt der angewandten Forschung.