Unter Nachhaltigkeit verstehen wir meist Klimaschutz, Unternehmen reden von Dekarbonisierung. Biodiversität hingegen klingt für viele wie ein Bilderbuch mit Bienen und Blühwiesen. Dabei steht Biodiversität über allem und hat den höchsten Impact – als Lebensgrundlage und Wirtschaftsmodell. Warum ist das so? Und was hat das mit CSRD und Omnibus zu tun?

Aus Sicht der Menschheit ist die unmittelbare, nächste Gefahr die gefährlichste – Coronakrise, Ukrainekrieg, Handelskrieg mit den Folgen der Wirtschaftskrise. Dazu kommt die Klimakrise. Für die meisten endet hier der aufgetürmte Berg. Dabei gibt es einen weiteren Trigger mit noch schwerwiegenderen Folgen. Doch warum sollte das so sein? Kurz gesagt, gibt es folgende Gründe:

1. Biodiversität ist die Grundlage für unsere Leben auf dem Planeten. Ökosysteme funktionieren nur in einem über Jahrtausende aufgebauten Geflecht. Werden Bindeglieder zerstört, geht das Geflecht zugrunde. Kippunkte entstehen (Umkehr ist unmöglich). Handlungs- und Existenzspielräume schwinden.
2. Biodiversität, die Grundlage unseres Lebens, ist unser Wirtschaftsmodell.
3. Biodiversität beinhaltet ein riesiges Potenzial, auf natürliche Weise CO2 zu binden und den Klimawandel einzudämmen.

Mit dem Blick auf die Wirtschaft:

• Über 50 % des weltweiten BIP hängt direkt von Naturleistungen ab.
• Investoren haben das erkannt und beginnen, Naturverluste als Finanzielles Risiko zu bewerten.
• Finanzvorstände von Unternehmen integrieren Biodiversität zunehmend in ihre Entscheidungen.

Beim Klimawandel reden wir davon, WIE wir in Zukunft leben. Beim Biodiversitätsverlust, OB wir in Zukunft leben. Das macht es klar: Diese Frage können wir uns nicht stellen.

->Die Frage ist nicht ob, sondern wie schnell Unternehmen Biodiversität bilanzieren.

Die Frage ist nicht: „Können wir uns Klima- und Biodiversitätsschutz leisten?“, sondern:

„Können wir es uns leisten, Klima- und Biodiversitätsschutz aufzuschieben?“

Das Gute: Wir können jetzt handeln. Neben politisch notwendigen Rahmenbedingungen sind auch Unternehmen und Einzelpersonen gefragt. Erkennen und die richtigen Hebel setzen:

Lieferkettenanpassung, regionale Produktion, Umstellen auf erneuerbare Energien, Nutzung und Support aller Technologien, die bereits jetzt Alternativen zu den Fossilen darstellen, Kreislaufwirtschaft, Aufforsten nur mit den richtigen Samen für resistente Bäume in geeigneten Regionen, Schutz bestehender alter Wälder, Renaturierung von Mooren, Einkauf regionaler Produkte – um nur einige zu nennen.

->Übergeordnet ist klar: Wachstum lässt sich nicht von Ressourccen entkoppeln.

Inhalt:

→ Facts für den schnellen Einstieg

→ 1. Was ist Biodiversität überhaupt?

→ 2. Warum ist Biodiversität so wichtig?

→ 2.1 Verlust an Biodiversität: die wichtigsten Treiber

→ 2.2 Probleme, die durch den Verlust an Biodiversität entstehen, und Handlungsbedarfe

→ 3. Zahlen, Fakten – und die wahren Kosten

→ 4. Lieferkettensicherung, Effizienz- und Infrastrukturanpassungen

→ 5. Unternehmen sind erst mit Biodiversität in ihrer ESG-Strategie zukunftsfähig

→ 5.1 Reporting Standards

→ 5.2 Omnibus: Schlingelkurs oder Direttissima zum klaren Ziel?

→ 5.3 Transparenz und Vergleichbarkeit – für den eigenen Business Case

→ 5.4 Mit fachgerechter Beratung und Know-how voran

→ 5.5 Zugang zu Märkten erhalten, Reputation stärken

Facts für den schnellen Einstieg

Der Rückgang der Biodiversität erreicht mit einer Million bedrohter Arten weltweit ein dramatisches Ausmaß – was natürliche Ökosysteme zerstört: Wälder, Flüsse, Savannen, Graslandökosysteme, Strände und Korallenriffe. Mit ihnen schwinden die Ökosystemleistungen.

Die 2017 erschienene Krefelder Studie verzeichnete in Deutschland einen Rückgang der Fluginsekten-Biomasse um 70 bis 80%. Weltweit wird ein Aussterben von über 40% der Insektenarten vorausgesagt. Schon jetzt nimmt die Bestäubung von Kakao- und Kaffeepflanzen signifikant ab. Ebenso für die Verbreitung von Samen und ein intaktes ökologisches Gleichgewicht stehen Vögel. In Europa leben heute 420 Mio. Vögel weniger als noch vor 30 Jahren. In Deutschland ist ein Rückgang der Brutvögel um knapp 60% verzeichnet. Die global globale Seevögelpopulation ist seit 1950 um fast 70 % geschrumpft.

Und die Korallenbleiche betrifft mittlerweile 84% der globalen Rifffläche, ein Habitat, von dem fast ein Viertel aller Meeresorganismen abhängig ist.

Hier ein paar wenige weitere Fakten:

Mehr Menschengemachtes als Natürliches

2020 gab es zum ersten Mal mehr menschengemachte Dinge als natürliche, doppelt so viel Plastik wie Tiere, und deutlich mehr Gebäude und Infrastruktur als Bäume und Sträucher.

Vergleich der Biomasse von Säugetieren

36 % der Biomasse aller Säugetiere fällt auf Menschen

58,5 % auf Nutz- und Haustiere des Menschen

1,85 % auf alle terrestrischen wildlebenden Säugetiere (von Maus bis Elefanten)

3,7 % auf die marinen Lebewesen (inklusive Wale).

Gefährdete Arten

Weltweit sind rund zwei Millionen von acht Millionen gefährdet.

Bäume werden zu CO2-Quellen statt CO2-Senken

In Europa ist die Hälfte aller endemischen Baumarten bedroht. In Deutschland gibt der Wald aufgrund klimabedingter Schäden inzwischen mehr Kohlenstoff ab als er aufnehmen kann (4. Bundeswaldinventur).

Amazonas degradiert

Seit 2000 sind mehr als drei Viertel des Amazonasregenwalds degradiert. Sie geben inzwischen mehr CO2 ab als sie aufnehmen.

Antarktis ohne CO2-Ausstoß, aber mit stärksten Veränderungen

In der Antarktis, einem Ort ohne CO2-Ausstoß, zeigen sich die stärksten Veränderungen, Meeresspiegelanstiege und die stärkste Erwärmung. Hier macht sich die Jahrtausende lange Verweildauer von CO2 bemerkbar. Ökosysteme sind nicht getrennt zu betrachten

Geschwindigkeit

Die Arten sterben durch den menschlichen Einfluss zehn- bis hundertmal schneller aus als auf natürliche Weise.

Corona, Malaria, Aids, Ebola, und Grippe

Die Pufferzonen zwischen Natur und Mensch verschwinden zunehmend, da Wälder in Weiden, Äcker, Plantagen oder Bauland verwandelt werden. Durch die Vernichtung von Lebensräumen nimmt die Populationsdichte einiger weniger Tierarten stark zu. So können sich die Krankheitserreger in diesen Tieren als Wirtsorganismen stärker ausbreiten, ggf mutieren und auf den Menschen überspringen.

Was hat das mit Unternehmen zu tun?

Fast jedes Unternehmen ist mit dem Thema Biodiversität konfrontiert, entweder direkt beim Betrieb bzw. Produktion oder indirekt durch Vorprodukte, Lieferketten, Transportwege etc. Risiken und Chancen erkennen ist daher entscheidend für ein zukunftsfähiges Geschäftsmodell.

Genau jetzt ist unser Handeln gefragt. Nur so ist es lohnend, für das eigene Unternehmen, für die Gesellschaft, für unsere Zukunft. Der Begriff Nachhaltigkeit ist oft so inflationär, dass er besser beim Namen genannt werden sollte: Zukunftsfähigkeit.

1. Was ist Biodiversität überhaupt?

Meist wird Biodiversität mit Artenvielfalt gleichgesetzt. Dabei bezeichnet Biodiversität die Vielfalt des Lebens auf unserem Planeten auf drei Ebenen: Neben der ersten Ebene Artenvielfalt gibt es die genetische Vielfalt. Zum Glück, denn so sind wir nicht alle eine identische Kopie des Homo sapiens, sondern haben verschiedene Ausprägungen, verschiedene Fähigkeiten – was uns vor dem Aussterben bedroht. Wären wir alle Schreiner, hätten wir schützende Häuser, aber nichts zu essen. Und ein einziger Krankheitserreger könnte die gesamte Population ausrotten, hätten wir alle ein identisches Immunsystem. Dank der genetischen Vielfalt, mit der alle Lebewesen ausgestattet sind, ist das nicht so leicht möglich.

Die dritte Ebene ist die Ökosystem-Vielfalt – Wüste, Regenwald, Korallenriff, Wattenmeer etc. Was nach Urlaub klingt, ist strenggenommen ein Einkaufsladen. Denn diese Systeme stellen Ökosystemleistungen bereit, also Leistungen, die uns die Natur liefert – aus rein anthropozentrischer Brille betrachtet. So entnehmen wir z. B. Holz, Trinkwasser, Bodenerze, Fische.

Was dann 1987 zur allgemein anerkannten Definition für Nachhaltigkeit der sogenannten Brundtland-Kommission führte: Demnach ist nachhaltige Entwicklung eine Entwicklung, die den Bedürfnissen der heutigen Generation entspricht, ohne die Möglichkeiten künftiger Generationen zu gefährden, ihre eigenen Bedürfnisse zu befriedigen. Gleichzeitig müssen die Grundbedürfnisse der Armen weltweit befriedigt werden. Das Prinzip aus der Forstwirtschaft „Nicht mehr ernten, als nachwächst“ lässt sich demnach umformulieren in: Von den Erträgen leben, nicht von der Substanz.

Die Ökosystemleistungen lassen sich weiter unterteilen:

1. Versorgungsleistungen: das, was wir direkt aus der Natur entnehmen, wie Fische, Trinkwasser, Holz
2. Basisleistungen: fruchtbare Böden; Fotosynthese, mit der aus anorganischem Material organische Substanz entsteht
3. Regulierungsleistung: die Regulierung des Weltklimas, Reinhaltung von Luft und Wasser, die Aufrechterhaltung globaler Wasserkreisläufe, Bestäubung der Nutzpflanzen etc.
4. Kulturelle Leistungen: die Erholung und Inspiration, die wir in der Natur finden

©joakant/pixabay

2. Warum ist Biodiversität so wichtig?

Die Vielfalt des Lebens auf der Erde – Pflanzen, Tiere, Pilze und Mikroorganismen sowie Ökosysteme mit ihren Arten – versorgt uns mit Lebensmitteln, Rohstoffen, Arzneimitteln und Ausgangsstoffen für die Industrie. Sie trägt zur Erholung, Gesundheit und Wohlbefinden bei. Durch die biologische Vielfalt werden Wasser und Luft gereinigt, riesige Mengen an CO₂ und Schadstoffen absorbiert, Pflanzen bestäubt, Böden fruchtbar gehalten, das Klima reguliert.

Ein Jenga-Turm – so kann man es sich vorstellen: Entimmt man einen Baustein (symbolisch für eine Art), wackelt das Konstrukt zunächst und fällt schließlich zusammen. Alles hängt voneinander ab. Bäume brauchen einen bestimmten Abstand in einem funktionierenden Geflecht und einem gesunden Klima, um existieren zu können. Pflanzen benötigen Insekten und Vögel für die Samenverbreitung. Der Boden braucht Regenwürmer und Mikroorganismen, um fruchtbar zu sein. Gleichzeitig braucht es ein Gleichgewicht an Populationen, um keine Krankheiten und weitere Folgen zu verursachen. Viele Folgen bei „Entnahme eines Bausteins“ sind noch nicht mal bekannt. Der Schutz von Arten wird daher immer bedeutender. Für unsere Lebensgrundlagen.

Während wir uns Klimaanlagen installieren können, haben Tiere und Pflanzen keine Chance, sich so schnell anzupassen – ihre Anpassungsstrategien haben sie über Jahrtausende entwickelt.

Sind Ökosysteme geschädigt, sind sie anfälliger gegenüber Extremereignissen. Beispielsweise führen trockengelegte Moore dazu, dass sie ihre natürliche Brandschutz-Funktion aufgrund fehlender Feuchte nicht ausüben können. Ebenso wenig wie ihre Schwammwirkung bei Überschwemmungen, die sonst intakte Torfmoose bewerkstelligen, da sie das 20-Fache ihres Eigengewichts an Wasser aufnehmen können. Allen voran werden trockengelegte Moore von CO2-Senken zu CO2-Quellen. Weltweit stammen 5 % aller Treibhausgase aus zerstörten Moorböden, Tendenz steigend: Gerade die meterdicken Torfbäden in den Regenwäldern, die für die weltweiten Produkte verbrannt oder gerodet werden, gasen Jahrtausende Jahre gespeicherte, riesige Mengen Treibhausgase aus. In Deutschland sind die Moorböden zu 95 % trockengelegt – vorwiegend für Tierhaltung – und sind für rund 7 % aller Treibhausgase hierzulande verantwortlich. Das Gute: Wie oben g´beschriben: Zu all unseren Problemen gibt es Lösungen! In diesem Fall Paludikultur: Wirtschaften auf nassen Böden.
→ Artikel Klimaschutzfaktor Moore – CO2 binden statt freisetzen und → Moore als CO2-Speicher: renaturieren und gleichzeitig wirtschaften

2.1 Verlust an Biodiversität: die wichtigsten Treiber

Die 5 wichtigsten Trigger für den Biodiversitätsverlust, die die UN listet, sind:

• Übernutzung natürlicher Ressourcen: Durch Ausbeutung von z. B. Fisch- und Wildtierbeständen werden Populationen dezimiert und Ökosyssteme gestört, sodass sie ihre Funktion verlieren können.
• Klimawandel: Wetterextreme, starke Erwärung mit den Folgen von fehlenden Temperaturgradienten und Konvektionen bewirken eine Klimazonenverschiebung, u. a. mit Ausbreitung von Dürre, Abschmelzung der Gletscher und Wasserspiegelanstiegen. Arten können sich nicht schnell genug anpassen und werden in ihrer Existenz bedroht.
• Umweltverschmutzung: Pflanzenschutzmittel, weitere Chemikalien, Luftschadstoffe und Plastikmüll verschmutzen Lebensräume, vergiften Organismen und stören natürliche Ökosystemkreisläufe.
• Invasive Arten: Eingeführte Arten haben keine natürlichen Feinde, verdrängen einheimische Arten und gefährden funktionale Ökosysteme.
• Landnutzungsänderungen: Durch Umwandlung natürlicher Lebensräume in landwirtschaftliche und versiegelten Flächen (Städte, Infrastruktur) werden Ökosysteme zerstört, sodass Arten ihren Lebensraum verlieren.

(© S. Giesler)

2.2 Probleme, die durch den Verlust an Biodiversität entstehen, und Handlungsbedarfe

• Klima: Die Zerstörung und Beschädigung von Ökosystemen und Böden beschleunigt die Erderwärmung.
  Handlungsbedarf: Invest in die Wiederherstellung der Natur, da sie den Klimawandel abmildert. Unterstützung der Tranformation der Landwirtschaft durch Politik, aber auch Gesellschaft (z. B. Crowdfunding für Wiederhestellung von Ökosystemen, Naturschutzgebieten, bei Mooren z. B. durch MoorFutures und Mission to Marsh).
• Ernährung: Der Verlust an Pflanzen, Tieren (inkl. Bestäuber) und Bodenorganismen kann die Fruchtbarkeit nicht aufrechterhalten.
  Handlungsbedarf:
  – Lebewesen schützen und gesamte Ökosysteme revitalisieren (statt z. B. nur Blühstreifen an Verkehrsstraßen)
  – Ökologische Landwirtschaft und lokale Produktion stärken
  – Wettbewerb öffnen: bei nicht heimischen Produkten skalierbare Projekte wie Soja- und Kakaoanbau aus biodiversitätsfördernden Agroforst unterstützen
  – Forschung unterstützen, um u. a. Umweltzerstörung zu vermeiden und Katastrophen zu bekämpfen.
  → Artikel Ölkatastrophen bekämpfen – Biotenside können mikrobiellen Ölabbau stimulieren
  
• Sicherheit: Der Verlust an natürlichen Ressourcen kann zu Konflikten führen. Zudem wird die Anfälligkeit für Naturkatastrophen und Dürren erhöht.
  Handlungsbedarf:
  – Schutz der Ressourcen
  – Schutz vor Bodenverarmung und Erosion (Fruchtwechsel, Agroforst)
  – Förderung widerstandsfähiger sozialer und ökologischer Systeme
  – Schutz vor Austrocknung sowie Überflutung
  – Vorsorgemaßnahmen, um Naturschäden zu vermeiden bzw. abzumildern (z. B. Wiedervernässung von Mooren als Hochwasser- und Brandschutz, Biodiversitätsförderer und CO2-Senke; Hochwasserschutzmaßnahmen und z. B. KI zur Regulierung, s. a. Kap. 4)
• Gesundheit: Die Zerstörung der Natur erhöht das Erkrankungsrisiko und verringert unsere Widerstandsfähigkeit gegenüber Krankheiten.
  Handlungsbedarf:
  – Luft, Wasser und Böden inkl. Vegetation schützen; Schadstoffe reduzieren; Maßnahmen zur Reduktion von Treibhausgas und Feinstaubpartikel in der Luft
  – Abluft und Abwasser reinigen, Ressourcen sparen und wiederverwerten (Recycling), Kreislaufwirtschaft stärken (beispielhafter interessanter Ansatz: → Markiertes Plastik als Kreislaufprodukt)
  – Natürliche Rückzugsorte schaffen, für Fauna und Flora (Schutz-, Brutreviere) und für Mensch: Die Natur wirkt sich positiv auf die Psyche und das Wohlbefinden aus
• Wirtschaft: Das Naturkapital liefert wichtige Ressourcen für die chemische Industrie (Rohstoffe wie Phenole) Arzneimittelindustrie sowie für die Landwirtschaft. Schützen wir sie nicht, fehlen uns die Grundlagen. Nachjustieren und künstliche Eingriffe sind immer erheblich teurer als der Erhalt.
• Verteilungsgerechtigkeit, ungewollte Fluchtbewegungen: Der Verlust an biologischer Vielfalt ist vor allem in Ländern des globalen Südens vorangeschritten, zerstört ihre Lebensgrundlage bereits jetzt und schadet den ärmsten Menschen am meisten. Ungleichheiten werden verschärft, Existenzen bedroht, Fluchtbewegungen werden unausweichlich.
• Generationengerechtigkeit. Unseren Nachkommen wird die Grundlage für ein erfülltes Leben beraubt.
• Resilienz von Unternehmen: Ohne Nachhaltigkeitsstrategie schwindet das Interesse seitens Stakeholder und Investoren und gefährdert die zukunftsfähige Aufstellung von Unternehmen (s. Kap. 4).
  →Handlungsbedarf: Klare Nachhaltigkeitskonzepte und ESG-Strategie ohne Greenwashing (s. Kap. 5).

3. Zahlen, Fakten – und die wahren Kosten

Biodiversität ist eine der planetaren Grenzen und mit Klima und CO2 verknüpft, steht aber wie in einer Pyramide über allem und muss daher höchste Priorität haben.

Jede Art hat eine Bedeutung im Ökosystem und hält dieses zusammen. Fällt in einer Art der letzte Vertreter aus, der ihr Überleben sichert, ist die Art irreversibel verschwunden, ein Bindeglied im Ökosystem fehlt und kann dieses samt Ökosystemleistungen gefährden. Und: Nur wenige Folgen sind den Forschenden bisher bekannt. Wir müssen daher dringend alles tun, um die Arten zu erhalten.

Manche Ökosystemleistungen können wir nicht ersetzen, wie Böden, oder nur unzulänglich, wie Bestäubung. Und Kompensationsmaßnahmen sind immer teurer, während es die Natur kostenlos für uns bereitet. Ein paar Daten und Fakten:

• Ökosystemleistungen:
  Der Wert der Ökosystemleistungen übersteigt in jedem Jahr den Wert des weltweiten Bruttosozialprodukts (BSP) ungefähr um den Faktor 2 und mehr als 60 % des weltweiten BSPs sind direkt oder indirekt abhängig von diesen Leistungen der Natur.
• Landdegradation:
  350 Mio. Hektar Land haben wir weltweit degradiert. Würden wir diese bis 2030 renaturieren, würde man Ökosystemleistungen im Wert von 8,4 Billionen € generieren. Und dabei 26 Gigatonnen an Treibhausgasen der Atmosphäre entziehen, genau die Menge, die für das das 1,5 ° C Ziel nötig wäre (target gap zw. 19-27 Gt.).
• Tierbestand:
  In den letzten 50 Jahren haben wir 69 % aller Säugetier-, Fisch-, Reptilien- und Vogelbestände und 80% aller Insekten vernichtet.
• Biomasse Säugetiere:
  Die globale Biomasse wild lebender Säugetiere ist seit dem späten Pleistozän um mehr als drei Viertel gesunken. Sie beträgt heute weniger als 10 % der Biomasse, welche die menschliche Bevölkerung ausmacht.
• Biomasse Vegetation:
  Die globale Biomasse der Vegetation hat sich im Lauf der Menschheitsgeschichte halbiert; Wälder erstrecken sich heute lediglich auf etwa zwei Drittel ihrer vorindustriellen Fläche.
• Feuchtgebiete, Flüsse, Korallen:
  85 % der Feuchtgebiete gingen seit 1700 verloren; und 77 % der Flüsse fließen nicht mehr frei von der Quelle zum Meer. Küstenökosysteme weisen einige der größten und schnellsten Einbrüche der letzten Zeit auf. Der Bestand an lebenden Korallen hat sich in den vergangenen 150 Jahren fast halbiert.

… Und nur mal ein Beispiel für die Bedeutsamkeit jeder einzelnen Art: Wale: Anders als andere Tiere und Pflanzen, die beim Absterben verrotten, entziehen Wale der Atmosphäre über die Nahrung dauerhaft CO2: Stirbt der Wal, dann sinken mit ihm die aufgenommen 15 Tonnen Kohlenstoff zu Boden und werden ins Sediment eingegraben. Jedoch sind mehrere Walarten durch Fischernetze, Kollisionen mit Schiffen, aber auch Umweltverschmutzung, Lärm und Klimawandel vom Aussterben bedroht.

©Venti Views/unsplash

4. Lieferkettensicherung, Effizienz- und Infrastrukturanpassungen

Fast jedes Unternehmen hat einen Impact auf Biodiversität – oder spürt ihn von außen. Beide Perspektiven, Inside-out und Outside-in, müssen in der Wesentlichkeitsanalyse (s. Kap. 5) erfasst werden. Das betrifft Betrieb und Produktion, Verpackung, Transport, Fuhrpark und Lieferkette. Entscheidend ist, sich über Risiken klarzuwerden und Kosten bzw. Maßnahmen entsprechend einzukalkulieren, um sich zukunftsfest aufzustellen.

So investiert z. B. BASF in Lieferkettensicherung, um sich ggf. auch ohne den Rhein versorgen oder mit bestimmten Schiffen bei Niedrigwasser fahren zu können. Es geht um Geschäftsmodellveränderungen, anstatt eine weitere Versicherung abzuschließen, die ohnehin immer weniger Leistungen absichern können. Auch Stadtwerke stehen vor Herausforderungen: Liegt die Temperatur aus den Bodenschichten zur Grundwasserentnahme über 6 °C, können sie uns nicht mehr mit keimfreiem Trinkwasser versorgen. Sie müssten dann große Mengen Chlor zusetzen oder noch tiefer bohren – mit ökologischen und ökonomischen Konsequenzen. In der Landwirtschaft werden Wassereffizienzmechanismen entwickelt, um auch bei dürren Bedingungen Landwirtschaft betreiben zu können. Für die lokale Erzeugung von Obst und Gemüse entwicklen Start-ups wie z. B. ROKO Farmig halbautomatische Produktionsanlagen in einem Vertikal-Farming-Ansatz, bei dem fein verteilte Nährstofflösung und Wasser aufgefangen und in einem Kreislauf wieder eingesetzt werden. Die Platzersparniss wird für Renaturierungsareale genutzt (→ zum Artikel).

Im Infrastrukturbereich wird in Hochwasserschutz investiert, wie das z. B. ENBW, der drittgrößte Energieversorger in Deutschland, angeht. Am Kraftwerkstandort Stuttgart-Münster wurde dort eine Art Hülle installiert, um bei einem Hochwasserereignis temporär einen Hochwasserschutz einzuziehen. Andersherum müssen auch bei niedrigen Flusspegelständen die Energierohstoffe angeliefert werden können. Zudem haben Energiekonzerne darauf zu achten, die Temperaturen des Wassers und des Flusses einzuhalten, wenn das thermische Kraftwerk gekühlt bzw. auch Abwasser eingeleitet werden muss. Dazu hat ENBW ihre Betriebe mit entsprechenden Regelungsmaßnahmen speziell darauf ausgerichtet. Gleichzeitig wurden im Rahmen ihrer Nachhaltigkeits-Agenda – neben dem Ausbau der Erneuerbaren – die Kraftwerke mit modernen Rauchgasreinigungsanlagen und ölundurchlässigen Auffang- und Schutzeinrichtungen ausgestattet.

Künstliche Intelligenz wird viele Unternehmen unterstützen, um genaue Vorhersagen treffen zu können, aber auch um regulierend und mit weitaus höherer Effizienz und geringerem Ressourcenverbrauch in den Betrieb eingreifen zu können. So ermöglicht das Start-up Variolytics, einem Anbieter von Messtechnik & KI-Software, mit weltweit erster Echtzeitanalytik Treibhausgase in Kläranlagen erheblich zu reduzieren.
→ zum Artikel

Mit KI zur Treibhausgasreduktion bei Kläranlagen

Viele schließen nun auch die Kreislaufwirtschaft stärker in ihr Geschäftsmodell ein. Rohstoffe werden wiedergewonnen, Produkte wiederverwertet, Abwärme genutzt, überschüssige Energie eingespeist – bei Letzterem kommen Speicher eine große Bedeutung zu. Es ist also nicht nur das Risikomanagement mit darauf angepassten Maßnahmen ins Auge zu fassen. Es ergeben sich auch viele neue Chancen, wie auch das nächste Kapitel zeigt.

→ auch interessant: Die Stadt als Reallabor für einen bioökonomischen, zukunftsfähigen Wirtschaftsraum

Die Stadt als Transformationsmodell

Kleiner Sidekick-Kommentar: Falls man das ganze „grüne Thema“ als wenig spannend, nicht technologisch-hipp oder eben einfach „öko“ erachten mag: Öl und Gas sind auch nur aus Biomasse entstanden, genauer gesagt, aus marinen Lebewesen und Algen  (s. Biomasse aus Algen – back to the roots). Der evolutionsbedingte Druck und Sauerstoffausschluss sind dann die „technischen“ Finessen. Da nun die oberflächlichen Öl- und Gasquellen weitgehend erschöpft sind, wird nun unter hohem Druck und Chemikalieneinsatz der letzte Rest aus tiefliegenden Gesteinslöchern herausgefrackt. Unter enormen Energieaufwand. Ob das raffiniert ist oder eher kill, baby, kill, mag jede/r für sich beurteilen.

© marcinjozwiak/pixabay

5. Unternehmen sind erst mit Biodiversität in ihrer ESG-Strategie zukunftsfähig

Viele Unternehmen haben sich bereits auf den Weg gemacht und verfolgen Nachhaltigkeitsstrategien. Einige haben schon seit Langem aus eigenem Antrieb ein Nachhaltigkeitskonzept entwickelt, wie z. B. in der Bekleidungsindustrie die Outdoor-Spezialisten Patagonia und Vaude.

5.1 Reporting Standards

Mit der Corporate Sustainability Reporting Directive (CSRD) sind größere Unternehmen in der EU seit 2024 verpflichtet, einen Nachhaltigkeitsbericht zu erstellen. Der Lagebericht wurde demnach um ökologische und soziale Aspekte erheblich ausgeweitet – als Baustein des European Green Deal, mit dem Europa der erste klimaneutrale Kontinent werden will. Das Ziel der CSRD: Die europäische Wirtschaft in Europa nachhaltig, ressourceneffizient und wettbewerbsfähig zu machen. Durch höhere Transparenzanforderungen an Unternehmen sollen Geldströme sowie Investitionen in die Unternehmen gelenkt werden, die nachhaltig wirtschaften. Das setzt voraus, dass Stakeholder über entscheidungsrelevante Informationen verfügen.

Die Richtung ist klar: Durch die zunehmende Regulatorik in Nachhaltigkeit wird es für Unternehmensführung und Aufsichtsräte immer wichtiger, Biodiversitätsaspekte beim unternehmerischen Handeln mit einzukalkulieren. Und genau hier steckt das Brisante: Hatte man sich in den vergangen Jahren/Jahrzehnten nur mit Dekarbonisierung und Klima beschäftigt, ist das Thema Biodiversität und seine weitaus höhere Relevanz erst in den letzten wenigen Jahren deutlich geworden.

Für große, kapitalmarktorientierte Unternehmen ist die CSRD ist eine Weiterentwicklung der bestehenden Non-Financial Reporting Directive (NFRD). Sie soll sicherzustellen, dass Unternehmen über ihre Auswirkungen auf Umwelt (Environment), Gesellschaft (Social) und Unternehmenspolitik (Governance) umfassend berichten. Bisher konnten Unternehmen frei wählen, wie sie die ESG-Informationen veröffentlichen.

Doch was bringt dann das Regelwerk CSRD? Hier lassen sich ein paar Punkte benennen:

• Der Stellenwert des Unternehmens wird verändert herausgestellt
• Es zeigt den professionellen, kompetenten und verantwortungsbewussten Umgang des Unternehmens mit ESG-Themen
• Im Berichts-Standard wird geregelt, über welche Themen das Unternehmen berichtet: Grundlage ist die Doppelte Wesentlichkeitsanalyse, das heißt, es wird analysiert, was für das Unternehmen wesentlich ist, einen echten Impact hat: Mit der Inside-out-Perspektive wird bewertet, wie das Unternehmen Einfluss auf Umwelt-, Sozial- und Governance-Themen nimmt, mit der Outside-in-Perspektive, welche Risiken von außen das Unternehmen treffen.
• Neben den finanziellen und nicht finanziellen gibt es jetzt belastbare Nachhaltigkeits-Kennzahlen, mit denen man transparent arbeitet, die von Wirtschaftsprüfern und Wirtschaftsprüferinnen taxiert werden und auf die man aufbauen kann.
• Chancen:
  – Klare Vorgaben, wie die Kennzahlen offenzulegen sind, liefern die Grundlage für glaubwürdige Kommunikation.
  – Fokus auf zukünftig wesentlichere Themen: Schwachstelle, sich an unwesentlichen Themen aufzuhalten, wird ausgeräumt
  – Konzentration auf das Kerngeschäft
  – Die hohe Transparenz führt zu mehr Substanz, was die Basis für Glaubwürdigkeit ist.
  – Zielgruppenspezifischere und thematisch differenzierte Kommunikation statt umfassenden, schön gestalteten Nachhaltigkeitsbericht ohne tiefe Substanz: spricht dir richtigen Stakeholder an.

CSRD ist also das Regelwerk, das die 12 Standards, ESRS (European Sustainability Reporting Standards), enthält. Ein Berichtsstandard, der ESRS E4, adressiert Biodiversität und Ökosysteme. Aufsichtsräte und Aufsichtsrätinnen werden die Berichterstattung zu diesen Themen ebenfalls in ihre Prüfung des Lageberichts einbeziehen. Die Auseinandersetzung mit dem Thema Biodiversität ist für Unternehmen also ein wichtiger Faktor, um sich wettbewerbsfähig und mit guter Reputation aufzustellen. Auch die EU-Entwaldungsverordnung (EUDR), die ab Dezember 2025 in Kraft tritt, wirkt sich auf das Biodiversitätsmanagement eines Unternehmens aus.

© chienba/pixabay

5.2 Omnibus: Schlingelkurs oder Direttissima zum klaren Ziel?

Zugegeben, vor lauter Abkürzungen und Regelwerke kann einem kann der Kopf schwirren. Aber richtig Schleudertrauma mögen dann so einige am 26. Februar 2025 erhalten haben: Denn die Europäische Union hat mit ihrem Omnibus-Vorschlag* weitreichende Änderungen für die Nachhaltigkeitsberichterstattung und -verpflichtungen vorgeschlagen.

*Europäische Kommision, Fragen und Antworten zum Omnibus-Paket; https://ec.europa.eu/commission/presscorner/detail/de/qanda_25_615

Die Regulationen also auf dem Prüfstand und mit dem Omnibus den Rückwärtsgang einlegen? Nein, es wird verschlankt, aber es geht nicht rückwärts. Omnibus kommt aus dem Lateinischen und bedeutet „für alle“. Letztlich sollten wir genau das vor Augen halten: Es geht um uns alle, unseren Planeten. Wir müssen jetzt anfangen. Die EU will mit der neuen Regelung die Hürden minimieren.

Zwar werden mit der neuen Regelung kleinere und mittlere Unternehmen, die ab disem Jahr berichtspflichtig gewesen wären, nun zunächst noch von der CSRD entbunden. Aber wie bereits beschrieben, führt auch bei ihnen kein Weg daran vorbei, wenn sie sich zukunftsfest aufstellen wollen. Die Übergangsfrist kann demnach nur bedeuten: Jetzt anfangen, sich mit dem Thema zu beschäftigen. Zum anderen soll mit der neuen Omnibus-Verordnung durch Reduzierung und zeitlich aufgeschobene Ziele der Einstieg für alle leichter gemacht werden. Es gibt Befürworter, aber auch Gegner zur neuen Regelung, denn viele – nicht nur die kapitalmarktorientieren großen Unternehmen – haben bereits begonnen, die unzähligen Datenunkte zu erfassen und zu parametrisieren. Außerdem befürchten manche, dass einige Anstrengungen in punct Nachhaltigkeit unter dem Tisch fallen.

Dennoch: Die Hürden durch die vielen Datenpunkterfassung sollen reduziert, die Berichterstattung einfacher werden. Zwar kann die Omnibus-Verordnung etwas zu früh sein und man hätte die 2025 entstandenen Erfahrungswerte nutzen können. So hätten sich alle Datenpunkte erst einmal erfassen und redundante zusammenzuführen lassen, um darauf eine vereinfachte Verordnung zu etablieren. Doch sicher wird die Berichtserfassung noch weiter angepasst. Slalom ist ja auch keine Geradeausfahrt und man kommt aber dennoch schnell ins Ziel.

5.3 Transparenz und Vergleichbarkeit – für den eigenen Business Case

Entscheidend ist, dass nun begonnen wird, um eine Transparenz und Vergleichbarkeit zu ermöglichen. Auch für Unternehmen, die heute noch nicht berichtspflichtig sind, wäre das bereits ein wichtiger Schritt, für den eigenen Business Case. Stakeholder werden sich für jene interessieren, die schon vorgedrungen sind in der Nachhaltigkeitsberichterstattung oder es jetzt angehen wollen, allem voran in puncto Lieferkette, bei der auch Biodiversitäts-Aspekte einfließen. Beispielsweise findet im Nahrungsmittelsektor der Großteil des Fußabdrucks upstream statt, außerhalb der EU. Dann ist es sinnvoll, wenn man z. B. berichten kann, dass man jeden Sack Kakao in Peru geotaggen kann, um seine Herkunft nachzuweisen, für die man zuvor die nachhaltigen Prozesse etabliert hat.

Im eigenen Unternehmen spielen dann die Etablierung umweltfreundlicher Techniken und diversitätsfördernder Maßnahmen eine Rolle. Dies kann z. B. die Prozesse in der Produktion, Gebäudeart und -technik oder den Fuhrpark betreffen. Hat man in der Doppelten Wesentlichkeitsanalyse erfasst, was wesentlich für sein Unternehmen ist, weiß man erst, wo entscheidende Schwachpunkte liegen. Diese sollten dann von den Unternehmen mit ausgebildetem Personal oder professionellen Nachhaltigkeitsmanagern und -managerinnen bzw. Unternehmensberatungen angegangen werden. Anhand der neuen Daten gewinnen sie wertvolle Erkenntnisse und können beginnen, ihre Prozesse umzugestalten. Die Anpassung des Geschäftsmodell schafft Vertrauen und macht sie resilient und somit interessant für Investoren, da Wirtschaften mit kurzfristigen Kennzahlen aufgrund der schwindenden Ressourcen heute keinen Bestand mehr hat.

5.4 Mit fachgerechter Beratung und Know-how voran

Auch Aufklärung und fachgerechte Beratung ist entscheidend. So sind z. B. Baumpflanzzertifikate kritisch zu betrachten, denn für einen CO2-Ausgleich müssten die Bäume mindestens 50 Jahre stehen, was keiner der Zertifikatsanbieter versprechen kann. Zum einen setzen sie auf schnell wachsende Monokulturen mit den Problemen geringer Resistenz und kurzer Lebensdauer, zum anderen könnten die Flächen wieder anders genutzt und Pflanzungen umgesiedelt werden oder die Bäume können durch Brand, Stürme und Schädlinge zerstört werden. Baumpflanzen sollte zumindest nicht als Begründung genutzt werden, um weiter fossile Energieträger zu verbrennen.

Möchte man in CO2-negative-Projekte investieren, sind z. B. Projekte mit Pflanzenkohle eine interessante Lösung: Biomassereste aus Industrie, Land- und Forstwirtschaft werden mittels Pyrolyse zu technischem Biokohlenstoff umgewandelt. Die Energie dafür wird – einmal angeworfen – kontinuierlich aus dem Prozess gewonnen. Hier bieten die minus-CO2-factory carbonauten einen spannenden Ansatz: Sie können die Produktion an Stoffströme oder spezielle Produktanforderungen anpassen und im weiteren Prozessschritt die erzeugten technischen Biokohlenstoffe zu sogenannten Negative Emission Technology-Materials veredeln. In großen Mengen und zu niedrigen Preisen, um die Dekarbonisierung für die Industrie wirtschaftlich attraktiv zu gestalten, auch mit Wirkung in Scope 3. Insgesamt wird in dem Prozess CO2 aus der Atmosphäre (eingebaut in Biomasse) entzogen und in Produkte wie Kunststoffe oder Düngemittel umgewandelt. Die entstandene Energie wird in Form für Wärme in ein Fernwärmenetz oder einen Produktionsstandort, z. B. zur Dampferzeugung, eingeleitet.

5.5 Zugang zu Märkten erhalten, Reputation stärken

Die Nachhaltigkeitsanalysen nicht ins Auge zu fassen, wäre auch fatal, denn die größer werdenden Risiken wie Schäden durch Unwetterkatastrophen werden immer weniger versichert. Versorgungsleistungen können ausfallen, wie im Kapitel 4 beschrieben. Ebenso führen Extremwetterereignisse wie Dürren zu hohen Ernteausfällen, etwa beim Oliven- und Weinanbau. Und plötzlich steht ein Industrieunternehmen vor Schwierigkeiten und Produktionsausfällen, wenn Lieferketten unterbrochen sind, da bei der Produktion der Vorprodukte Maschinen ausgefallen sind oder diese aufgrund von Unwetter oder extremer Hitze nicht ausgeliefert werden können, da Straßen, Schienen oder Flüssen nicht mehr befahrbar sind. Auch hier muss ein Umdenken des eigenen Geschäftsmodells stattfinden bzw. Vorsorgemaßnahmen ergriffen werden.

Selbst wenn, geopolitisch betrachtet, die Regierung in den USA nun einen Schritt zurückgeht, bleiben einige US-Unternehmen bei ihrem eingeleiteten nachhaltigen Weg, schon allein, um ihre Investitionen nicht zu entwerten und langfristig wettbewerbsfähig zu bleiben. Auch andere Staaten wie China und Australien haben Sustainability Reporting Standards eingeführt, die denen der EU stark ähneln. Das heißt: Wenn ein Unternehmen Interesse an solchen Märkten hat, könnte es erst durch eine eigene qualifizierte ESG-Berichterstattung einen Marktzutritt erhalten bzw. erst dann im Rahmen von Wertschöpfungsketten interessant sein.

Die planetaren Grenzen machen sich bereits jetzt deutlich und werden uns noch stärker herausfordern. Ohne Doppelte Wesentlichkeits- oder Klimarisikoanalyse sowie Integration nachhaltiger Prozesse ist die Zukunft eine Black Box mit Überraschungen und unangenehmen Folgen.

ZUSAMMENFASSUNG:

Rohstoffe sicherstellen

Werden Ökosysteme durch schwindende Biodiversität destabilisiert, geht das häufig mit Einschränkungen in der Rohstoffzufuhr einher – mit Störungen der Lieferkette und Produktion.

Betriebskosten senken

Für Unternehmen wirkt sich der Biodiversitätserhalt langfristig positiv auf die finanzielle Performance aus: Die Rohstoffversorgung wird gesichert, Risiken werden reduziert, Geschäftsprozesse stabilisiert. Hingegen kann der Verlust der Biodiversität zu verringerter Produktivität und erhöhten Betriebskosten führen.

Reputation

Ein umweltbewusster Umgang kann den Ruf eines Unternehmens steigern, Skandale und ausgebliebene Vorsorgemaßnahmen bleiben aus und werden nicht kommuniziert. Fokus auf wesentliche Aspekte stärkt die Marke und schafft Vertrauen.

Gesteigertes Interesse durch Stakeholder und Investoren

Immer mehr Kreditgeber und Anleger legen Wert auf ESG-konformes Handeln. Bei der Nachhaltigkeitsberichterstattung wird ein verstärkter Fokus auf den Aspekt Biodiversität gelegt, um die Resilienz zu erhöhen und langfristige Investitionen festzulegen

Zugang zu neuen Märkten und Wertschöpfungsketten

Erst durch Einhaltung der ESG-Reporting Standard könnten neue Märkte erschlossen und Wertschöpfungsketten entwickelt werden.

Nicht der erste Nachhaltigkeitsbericht wird gleich perfekt sein. Es ist ein Learning. Sich zudem abzustimmen zwischen den Mittelständern und Industrieunternehmen, vor allem innerhalb der Sektoren, wäre eine weitere Chance. Wenn sich die Finanzindustrie zunehmend auf ESG-standardisierte Unternehmen fokussiert, ist der große Schritt getan. Unternehmen können sich beraten lassen, Hubs einrichten, Start-ups einbinden und mit vielen Stakeholdern in einen Austausch gehen. Der Moment ist jetzt – für die Zukunft der Unternehmen, der eigenen Zukunft und die der nachfolgenden Generationen.

Quellen:

Fragen und Antworten: EU-Biodiversitätsstrategie für 2030 – Mehr Raum für die Natur in unserem Leben. Europäische Kommission. Abrufbar unter https://ec.europa.eu/commission/presscorner/detail/de/qanda_20_886 (letzter Zugriff am 11.03.2025)

Nachhaltige Entwicklung als Handlungsauftrag. Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, nukleare Sicherheit und Verbraucherschutz. Abrufbar unter https://www.bmuv.de/themen/nachhaltigkeit/strategie-und-umsetzung/nachhaltigkeit-als-handlungsauftrag (letzter Zugriff am 11.03.2025)

Europäisches Parlament (2020). Verlust der Biodiversität: Ursachen und folgenschwere Auswirkungen. Abrufbar unter https://www.europarl.europa.eu/topics/de/article/20200109STO69929/verlust-der-biodiversitat-ursachen-und-folgenschwere-auswirkungen (letzter Zugriff am 11.03.2025)

WWF (2022). Living Planet Report 2022. Building a nature-positive society. Abrufbar unter https://www.livingplanetindex.org  (letzter Zugriff am 11.03.2025)

Christian Wirt, Helge Bruelheide et al. (2024). Faktencheck Artenvielfalt – Bestandsaufnahme und Perspektiven für den Erhalt der biologischen Vielfalt in Deutschland. Oekom science

Frauke Fischer, Hilke Oberhansberg (2020). Was hat die Mücke je für uns getan? Endlich verstehen, was biologische Vielfalt für unser Leben bedeutet. Oekom-Verlag, München

Eurostat-Report (2024). Sustainable development in the European Union: monitoring report on progress towards the SDGs in an EU context – 2024 edition; abrufbar unter https://ec.europa.eu/eurostat/documents/15234730/19397895/KS-05-24-071-EN-N.pdf/730c983a-fa93-6ce2-7905-2379de04f3e9?version=1.0&t=1718611411114 (letzter Zugriff am 11.03.2025)

EU-weit einheitliche Regelung für entwaldungsfreie Lieferketten, Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) v. 04.02.2025; abrufbar unter https://www.bmel.de/DE/themen/wald/waelder-weltweit/entwaldungsfreie-Lieferketten-eu-vo.html (letzter Zugriff am 11.03.2025)

UN environment programme (2023). Five drivers oft he nature crisis. Abrufbar unter https://www.unep.org/news-and-stories/story/five-drivers-nature-crisis (letzter Zugriff am 11.03.2025)

Europäisches Parlament: Bedrohte Arten in Europa – Zahlen und Fakten, letzte Aktualisierung 26.02.2025. Abrufbar unter https://www.europarl.europa.eu/topics/de/article/20200519STO79424/bedrohte-arten-in-europa-zahlen-und-fakten-infografik (letzter Zugriff am 11.03.2025)

EU-Richtlinie vom Dezember 2022 zur Nachhaltigkeitsberichterstattung: DIRECTIVE (EU) 2022/2464 OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL; abrufbar unter https://eur-lex.europa.eu/eli/dir/2022/2464/oj (letzter Zugriff am 11.03.2025)

Europäische Kommission, v. 26.02.2025. Weniger Verwaltungsaufwand: Kommission will Regeln für Nachhaltigkeit und EU-Investitionen vereinfachen. Abrufbar unter: https://germany.representation.ec.europa.eu/news/weniger-verwaltungsaufwand-kommission-will-regeln-fur-nachhaltigkeit-und-eu-investitionen-2025-02-26_de?prefLang=en (letzter Zugriff am 11.03.2025)

Spektrum der Wissenschaft kompakt (2022). Kipppunkte – Umbruch im System, erschienen am 19.09.2022, Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH

DFGE Institute for Energy, Ecology and Economy, ESRS E4 – Biodiversität & Ökosysteme. Abrufbar unter https://dfge.de/esrs-e4-biodiversitaet-oekosysteme/ (letzter Zugriff am 11.03.2025)

Podcast: Gewinne Zukunft – Der Podcast für Sustainability-Pioniere & Profis, Folgen #20, #66, #77

Podcast 2045 by Design or Disaster: Episode 09:  Biodiversität und Aussterben mit Dr. Frauke Fischer; abrufbar unter https://designordisaster.de/2023/03/10/episode-09-biodiversitaet-und-aussterben-mit-dr-frauke-fischer/ (letzter Zugriff am 11.03.2025)

Der Beitrag Biodiversität – Warum sie auch Unternehmen betrifft erschien zuerst auf Redaktion Text Idee.

Eingeleitet wurde der Kongress am 16.10.24 von Ministerpräsident Winfried Kretschmann, der für eine Dekarbonisierung Recycling und Circular Economy als unabdingbar hält. „Alle Abfallströme sind die Rohstoffquellen der Zukunft.“ Kretschmann nannte den großen ökologischen Rucksack, den Metalle haben (rund 30 Mio. t/Jahr). „Bauten sind ein riesiges Material- und Rohstofflager. Durch Recycling machen wir Ausgangsstoffe verfügbar, ohne lange Transportwege, das macht uns zudem unabhängiger und wettbewerbsfähig.“

Kongress-BW_Winfried-Kretschmann

Von Net Zero bis klimapositiv – und zwar bereits angepackt

Dr. Alina Amann von MVV Energie AG stellte innovative Verfahren vor – von der zweiten Flusswärmepumpe bis hin zur Pyrolyse mit CO2-negativer Bilanz mithilfe von Pflanzenkohle. Perlschnurartig und chronologisch auf einer Roadmap aufgeführt, und das transparent. Denn – wie schon beim Hackathon „Decarbonize the Planet“ am 7. September in Mannheim verdeutlicht wurde – es sollen alle mitgenommen werden. Der Dreiklang aus gesellschaftlicher Akzeptanz, Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit sei das Fundament. Das Ziel der MVV-Road: bis 2035 als eines der ersten Energieunternehmen in Deutschland klimapositiv zu sein. Sportlich macht Spaß, finde ich, es bedeutet: Es geht auf wohltuende Weise vorwärts.

Alina Amann, MVV Enegie, beim Kongress BW

Den Switch eines CO2-intensiven, „langweiligen“ Produkts Zement zum ersten CO2-freien Zement erklärt Dr. Dominik von Achten von Heidelberg Materials. Rund 7 % der CO2-Emissionen weltweit stammen aus der Zementindustrie. Das Heidelberger Unternehmen will das ändern, zum einen durch ihr innovatives Net-Zero-Produkt, zum anderen durch 3D-Druckbeton wie beim Wavehouse in Heidelberg, das aus 100% recycelbaren Material mit 55% weniger CO₂-Emissionen errichtet wurde. Und natürlich geht es um Carbon Removal. Ohne CCS und CCU ist eine Klimaneutralität nicht zu schaffen, wie viele Referent:innen erklären.

Transformation zielgerichtet leiten – Leitung ist inzwischen der Kern der Witzenmann Group, wie wir dem Vortrag von Geschäftsführerin Christine Wüst entnehmen. Spezifische Leitungen und Bauteile für die Speicherung und Transport von Wasserstoff sind das Herz des Pforzheimer Unternehmens. Christine Wüst erkläre den beherzten Weg des Automobilzulieferers zu den dekarbonisierten Produkten.

THE LÄND mit dem Lösungs- statt CO2-Rucksack

Besonders spannend: Die Pitches der Start-ups.

Katrin Schuhen, Wasser 3.0, beim Kongress BW

Vor allem Dr. Katrin Schuhen von Wasser3.0gGmbH hat mich gefesselt: „Mikroplastik ist überall, im Wasser, im Essen, in der Luft. Und es gibt keine Regularien“. Längst ist nachgewiesen, dass wir Mikroplastik in Chipkarten-Größe in unserem Körper haben. Das Start-up weist Mikroplastik-Partikel mit Fluoreszenzmarkern nach, entfernt sie mit einer wartungs- und schadstofffreien Technologie, bei denen die Partikel zu Agglomeraten verklumpen, und ermöglich ein Recycling der Plastikpartikel. Am Abend stand fest: 1. Platz für die Wasser3.o gGmbH bei der Preisverleihung der Kick-Start Green Innovations.

Nicht weniger perspektivenreich die zweiten und dritten Sieger: MELT-Ing GmbH, die skalierbare Wärmespeicherplatten für den Bau herstellen, die die Wärmepumpen ergänzen und Netze entlasten. Und Ecalia, die die Energieeffizienz von Wärmepumpen und Klimaanlagen erheblich steigern. Weitere Start-ups zeigten u. a. umweltfreundliche Verackungslösungen und Lösungen zur Lebensmittelversorgung durch Vertical farming – schließlich importieren wir ca. 40 % unseres Gemüses.

Hier geht’s zu einem Artikel zu Vertical Farming: Vertical Farming zur kontinuierlichen Produktion weiterentwickelt

Digitalisierung ist in der Start-up-Landschaft beherrschendes Thema. Ob es um intelligentes Management von Energiesystemen, innovative digitale Systeme, etwa zur Senkung des Wasserverbrauchs, oder End-to-End-Ladekonzeptionen geht, eins ist klar: THE LÄND steckt voller Potenzial!

Handlungsfeld Bioökonomie, Vortrag beim Kongress BW

Technologien sind da, überzeugend und zukunftssattelfest

Interessant auch das Plenum Handlungsfeld Bioökonomie der Metropolregion Rhein-Neckar und der Technologie Region Karlsruhe, die sich das Matching von regionalen Akteuren auf die Brust geschrieben haben und die Projektanbahnung unterstützen. Beide Regionen haben sich zusammengeshclossen, um Informationen und Kommunikation zu relevanten Entwicklungen nach außen zu befördern und die Umsetzung voranzubringen. Einblicke in die Umsetzung erhielt das Publikum durch Dr. Joachim Schulze, Geschäftsführer der Bio-Consulting GmbH. Als Chemiker kenne er viele Hürden bei der Realisierung bioökonomischer Projekte und nannte auch ein paar gescheiterte Vorhaben – auch Lessions learned bringt voran. Gleichzeitig konnte er aber viele spannende, erfolgreiche Umsetzungen hervorheben, die zu enormen Reduktion ehemals CO2-intensiver chemischer Produkte führen. Eines seiner Herzensthemen, das auch viele junge Menschen beschäftigt: Die Reduktion bzw. Ersatz von Fleischprodukten. Denn 70 % der landwirtschaftlichen Nutzfläche in Deutschland dient der Nutztierhaltung oder Erzeugung von Futtermitteln. Es ist bekannt: Fleisch erzeugt rund zehnmal mehr Treibhausgase als Gemüse und liefert dabei erheblich weniger Energie.

Die Aussteller auf dem Kongress zeigten angegangene sowie umgesetzte Lösungen in Hinblick auf Klimaneutralität, ob beim Bau, Wärme- oder Energiemanagement bis hin zu individuellen Produktn.

Fakt ist: Technologien sind da, überzeugend und zukunftssattelfest – „zukunftsausgerichtet“ lasse ich, es klingt nach „ja, irgendwann“, „wird mal jemand machen“. Es geht um die Umsetzung. Jetzt. Beeindruckend auf diesem Kongress: Es zählen keine Partikularinteressen, der Fokus liegt auf dem großen Ganzen: eine umwelt- und klimaschonende Welt. Ressourcenschonend und -wiederverwertend. Und: Die meisten vorhandenen Lösungen zahlen sich jetzt bereits aus, werden immer günstiger und machen uns unabhängiger von prekären Verhältnissen. Klimaschutz ist aktive Wirtschaftspolitik, wie auch Umweltministerin Thekla Walker die Rolle innovativer GreenTech Lösungen auf den Punkt brachte.

Was mir persönlich noch fehlte: mehr Ansätze zur Förderung der Biodiversität. Was aber den Rahmen diesen Themenkongresses sprengen würde. In einigen Ansätzen, vor allem denen der Start-ups, fließt der Aspekt Biodiversität mit ein. Unter dem Strich ist klar: Schaffen wir gesündere Lebensumstände, können sich auch einige Arten wieder ansiedeln – jedoch müssen wir schnell handeln, um Irreversibilität zu vermeiden (Stichwort Kippunkte). Investieren wir jetzt!

Weitere Informationen zu Kongress BW: https://www.kongress-bw.de/de

Ebenfalls interessant:

Die Stadt als Transformationsmodell / Reallabor

Vertical Farming zur kontinuierlichen Produktion weiterentwickelt

Pflanzenkohle und Agri-Photovoltaik

Mit KI zur Treibhausgasreduktion für Abwasserbetriebe

CO2 aus der Luft als Rohstoff für Chemikalien

VAUDE: Outdoor-Ausrüstung aus biobasierten Substanzen und weitere Ansätze

Recycling der Zukunft – markiertes Plastik als Kreislaufprodukt

Klima: Wissen, was ist – stablies Mindset statt Radikalismus

Der Beitrag Ressourceneffizienz und Kreislaufwirtschaft – Unser Land steckt voller Potenziale! erschien zuerst auf Redaktion Text Idee.

Zugegeben, ich habe mich schon oft verrannt in den Medien zum Thema Klima und Umweltschutz. Widersprüchliche Aussagen führen da leicht zu Frust und Ratlosigkeit. Dabei will man ja nur Zusammenhänge verstehen, um sich eine klare Meinung bilden und auch selbst handeln zu können. Ohne nebenbei noch ein Studium absolvieren zu müssen.

Valide und prägnante Information

Aber es gibt sie: informative, wissenschaftsbasierte Quellen, übersichtlich und klar dargestellt. Informationen zu Wirkungen und Auswirkungen ist das eine. Vor allem aber zeigen sich Lösungen und Chancen – oftmals liegen sie klar auf der Hand und es braucht nur kleine Anstupser, um den Stein ins Rollen zu bringen. Wer will sich schön von seinen Kindern und Enkeln sagen lassen „Ihr hättet es ändern können. Aber ihr habt nicht gewollt.“ Dazu braucht es die Bereitschaft, etwas ändern zu wollen. Und –  für die meisten in der Chefetage die größte Herausforderung – eine Änderung des Mindset: einen Blick auf lange Sicht statt kurzfristige Budgetierung.

Hier eine kleine Auswahl, die kompaktes Übersichtswissen bietet:

• Klimafakten: Als Partner der Helmholtz Klima Initiative mit 15 wissenschaftlichen Zentren beruhen die fortlaufend aktualisierten Beiträge großenteils auf den Sachstandsberichten des Weltklimarats (IPCC): klimafakten.de; Basiswissen
• Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung: Website mit klarer Darstellung der Fakten sowie Zusammenhänge zwischen Klima und Wirtschaft: Potsdam Institut für Klimafolgenforschung
• Helmholtz-Gemeinschaft: Helmholtz KLIMA Dialog-Plattform bringt klimarelevante Forschung vor allem in den politischen Diskurs. Interessant: informative Beiträge mit der Schlagwortsuche unter Klimawissen
• Leopoldina Nationale Akademie der Wissenschaften: Als Vertreter der deutschen Wissenschaft im Ausland und Beratung für Politik und Öffentlichkeit bietet die Akademie übergreifende Informationen zu den Themen: Leopoldina: Klimaforschung und Klimawandel
• Earth League: Stellungnahmen und Key Facts zu Themen, die im Zusammenhang mit dem globlen Wandel stehen. Launch mit der United Nations Framework Convention on Climate Change (UNFCC) auf der aktuellen COP: 10 New Insights in Climate ChangeDetailliertere Hintergrund-Informationen lassen sich demIPCC-Report 2022 und dem UN Emissions Gap Report 2022 entnehmen (eine knappe Zusammenfassung des letzten ICPP-Berichts bietet das Umweltbundesamt).

Und besonders lebendig und einprägsam:

• Livestream Podcast 2o45 by Design or Disaster: klar verständliche, umfassende Aufklärung auf den Punkt gebracht. Mit Gastwissenchaftlern aus Ökonomie und Ökologie geht – frei vom jeglichen Eigeninteresse – um Hintergründe, Zusammenhänge und Lösungen zur Klimakrise – anregend zum Nachdenken und Handeln im Jetzt: Livestream Podcast: 2045 by Design or Disaster

• Podcast „Klimabericht“ – Der Spiegel-Podcast zur Lage des Planeten: Einzelne Themen informativ und leicht verständlich aufbereitet, meist begleitet von Wissenschaftlern und -Wissenschaftlerinnen: Klimabericht – der Spiegel Podcast

KlimaArena Sinsheim (Foto: Simone Giesler)

• Visuell und interaktiv: Ausstellungen machen Klimafakten anschaulich und stellen Zusammenhänge nachvollziehbar dar. In der Rhein-Neckar-Region z. B. bietet die interaktive Ausstellung KlimaArena ein spannendes Angebot. Sie richtet sich vor allem an Lehrkräfte, SchülerInnen und Familien mit Kindern. Auch Erwachsene profitieren von den gut präsentierten Themen-Stationen: KlimaArena Sinsheim

Die Technologie macht das schon – kann sie das allein?

Technologie und politisches sowie gesellschaftliches Handeln gehören untrennbar zusammengehören. Sich auf Anpassung zu verlassen, bedeutet nun mal das Sterben vieler Menschen und ganzer Ökosysteme. Von weitreichenden Potenzialen für Autokraten ganz zu schweigen. Die Politik muss als Rahmengeber fungieren, für Konjunktive, Wegducken oder – noch verheerender – Heuchelei ist keine Zeit mehr. Und für uns als Gesellschaft ist wichtig, uns umfassend und valide zu informieren, statt influenciert zu werden. Schließlich geht es um nicht weniger als eine lebenswerte Zukunft, der wir alle eine Stimme geben sollten. Wir alle sind in der Verantwortung. Konzerne, mittelständige und kleine Unternehmen bis hin zu Einzelpersonen müssen jetzt mit umgestalten. Mit allem, was wir können.

Beim Klimaschutz sollten aus politischer Sicht schnell umsetzbare Lösungen keine Frage für „irgendwann“, sondern sofort erfolgen, wie z. B. das Tempolimit. Es ist inzwischen jeder Person klar, dass dieser Punkt dem Absatz der deutschen Automobilindustrie nicht schadet – der Freiheitsbegriff ist hier ebenso ein Irrläufer wie der Begriff „Technologieoffenheit“. Geht es um die große Lösung, dem Ausbau erneuerbarer Energien durch Windrädern und Photovoltaik, stellt man fest: Schnell umsetztbar hat man sich – nicht allein bei den proklamierten Zahlen  – anders vorgestellt. Ein riesiger Berg an bürokratischem Papierstapeln verhindert nicht nur die Genehmigung, sondern auch den Transport von Windrädern. Bis zu 20.000 Transporte liegen unbearbeitet vor. Ein kräftiges Herbeiwinken von Bürokratieabbau und erkleichterten Prozessen durch Digitalisierung und von neutralen Gutachten, die keinen Partikularinteressen folgen.

Technologien und Projekte neben den großen Playern Wind und Sonne

Aber auch Bioenergie lässt sich als erneuerbare Energiequelle stärker nutzen. Aktuell wird z. B. nur ein Drittel des verfügbaren Tiermists als Ausgangsstoff eingesetzt. Vor allem Bioabfälle können verstärkt eingesetzt werden, z. B. aus der Lebensmittelproduktion. Derzeit machen sie nur 5 % der eingesetzten Ausgangsstoffe für die Biogasproduktion aus. Dabei wäre das ausbaubare Potenzial vor allem auch im Hinblick auf die zu reduzierende Nutztierhaltung bedeutsam.

Ein spannendes Forschungsprojekt: Im Forschungsprojekt RUN sollen regionale Nähr- und Wertstoffkreisläufe geschlossen werden, indem Bioabfälle und häusliche Abwässer wiederverwertet werden. Unter Projektkoordination des Institutes für Siedlungswasserbau, Wassergüte- und Abfallwirtschaft der Universität Stuttgart werden im Verbund mit vielen weiteren Beteiligten Systemlösungen entwickelt, Umweltauswirkungen analysiert und die Akzeptanz innerhalb der Gesellschaft und Landwirtschaft im gegenseitigen Austausch untersucht. Das Ziel: In einer Nährstoffgemeinschaft zwischen Stadt und Land die wertvollen Reststoffe wiederzuverwenden und einem Kreislauf zuzuführen, statt zu verschwenden. Und zwar mit einem Mehrfachnutzen: In einer entsprechenden Recyclinganlage entstehen aus Bioabfälle und Brauchwasser Recyclingdünger, recycelbare Biopolymere (Plastikfolie) und Pflanzenkohle. Langfristig sollen so Agrarsysteme nachhaltiger und klimafreundlicher gestaltet und Ressourcen sowie Energie eingespart werden.

Man muss aber nicht immer nur großflächig denken, um Großes zu bewirken. Ein paar Beispiele: Im Gespräch mit den Gründern des Ulmer Start-up ROKO Farming konnte ich erfahren, wie man Vertical Farming neu denkt: Die beiden Brüder haben eine Pilotanlage entwickelt, die Obst- und Gemüsebauern eine kontinuierliche Ernte von Pflanzenerzeugnissen auf kleinsten Raum ermöglicht – unter Einsparung von Wasser und Dünger durch eine prozessautomatisierte Kreislaufmethode. Interessanter Nebeneffekt: Flächen um den Faktor 300 lassen sich einsparen und für die Renaturierung – statt für Monokulturen – nutzen. Dies dient sowohl der Biodiversität sowie dem Klimaschutz.

CO2 aus der Luft einfangen

Szenenwechsel – mit Blick in die Luft: Das Unternehmen Ineratec fängt CO2 aus der Luft ein, um synthethischen Kraftstoff für die Schifffahrt- und Flugzeugindustrie herzustellen. Eben dort, wo die vorhanden Lösung, Batteriemodule, sich schlecht einsetzen lassen. Allerdings hat die Technologie auch ihre Tücken, und die sind gewaltig: Der Wirkungsgrad liegt gerade mal bei 15 Prozent. Das kennzeichnet den Knackpunkt der ganzen Debatte um das Verbrennerauto, dem so einige mit dieser Technologie ein letzten Quäntchen Leben einhauchen würden. Hier ist klar: Für die Autoindustrie ist das keine Alternative. Denn es wäre kontrfaproduktiv und extrem ineffizient, die erneuerbare Energie über Umwege mit enormen Verlusten, statt gleich direkt einzusetzen werden. Hier heißt die seit vielen Jahrzehnten vorhandene Lösung Elektromobilität. Die Forschung an synthetischen Kraftstoffen für andere Einsätze könnte hingegen interessant sein. Das Besondere bei Interatec: Das Karlsruher Unternehmen hat eine einzigartige chemische Reaktortechnologie entwickelt, die als mobile Kompaktanlage überall aufstellbar ist. So kann mit Überschussstrom aus erneuerbaren Energien mit dem Power-to-Gas-Verfahren aus elektrolytisch erzeugtem Wasserstoff und klimaschädlichem CO₂ hochwertiges synthetisches Erdgas erzeugt werden.

Doch wie wird der erste Schritt, das Einsaugen von CO2 aus der Luft, überhaupt möglich? Hier prescht das schweizerische Unternehmen Climeworks als Pionier voran, es ist eines unter fünf Unternehmen, die Direct Air Capture (DAC) marktfähig gemacht haben. Vorstellen kann man sich das Verfahren in punkto Funktion als eine Art „Schwamm“, nur dass es auf Fußballfeld-großen modulare Anlagen Platz findet und nicht wirklich wie ein Schwamm aussieht: Die Umgebungsluft wird über Ventilatoren angesaugt. Dabei strömt die Luft strömt durch ein hochselektives Filtermaterial, an dem die CO₂-Moleküle haften. Stark porös ist das Filtermaterial, schließlich soll eine große Oberfläche erzielt werden. Sobald der Filter gesättigt ist, wird er mithilfe erneuerbarer Energie, z. B. durch ein nahegelegenes Geothermiekraftwerk, erhitzt und das konzentrierte Kohlendioxid als reines Gas aus dem Filter abgeschieden. Der weitere Weg ist vielschichtig – wobei „Schicht“ schon eine Option beschreibt: So ist das Verpressen in tiefe Erdschichten möglich, was sich CCS, kurz für Carbon Capture and Stotage, nennt. Wie aber wäre es, das eingefangene CO2 zu nutzen – schließlich ist er ein wertvoller Rohstoff, wie es nicht nur Ineratec kennt. Auch die Bauindustrie, etwa Stahl- und Betonwerke, benötigt den Rohstoff. Dennoch muss man das Abscheiden von CO2 systemisch betrachten: Direkt aus Industrieabgasen einzufangen kann das sinnvoll sein, in Stadt und Landschaft zu installieren, wäre zu ineffizient.

Die chemische Industrie hat starkes Interesse an Carbon capture, utilization, and storage (CCUS). CO2 aus der Luft einfangen, um Rohstoffe für Chemikalien herzustellen – damit beschäftigt sich auch ein Fraunhofer-Team aus Stuttgart und Straubing. Ihnen ist es gelungen, mittels aus der Luft adsorbiertem CO₂ einen Farbstoff herzustellen. Den Artikel über den Ansatz als Kreislaufwirtschaft finden Sie hier.

Alles dreht sich um Reduzierung des CO2-Ausstoßes. Gleichzeitig muss das CO2, das bereits im Boden eingelagert ist, dort verbleiben – weshalb dem Wiedervernässen der Moore eine extrem große Bedeutung zukommt. Meine Artikel mit Informationen des Greifswald-Moor-Zentrums beschreiben die Bedeutung der Moore als Klimaschutzfaktor und wie sich renaturierte Mooren bewirtschaften lassen.

Moor Kaltenbronn, Schwarzwald ©Kay Dittner, unsplash

Zusätzlich wird bei allen CO2-Budget-Berechnungen bereits miteingepreist, dass bereits emittiertes CO2 aus der Atmosphäre entnommen wird. Über die gesamte Zeit seit der Industrialisierung ist Deutschland übrigens sechstgrößter CO2-Emittent – auch hier stehen wir in der Verantwortung. Vorreiterollen sind wichtiger denn je. Mit dem Ansatz Biokohle in Kombination mit Agroforst bietet sich eine interessante Möglichkeit, das Kohlenstoffdioxid wieder unter die Erde zu bringen, wie z. B. das Großprojekt Landwirtschaft 5.0 darlegt. Es beschreibt die Ansätze, die zusammen mit Agri-Photovoltaik riesige Potenziale bergen, wie der folgende Artikel beschreibt: Landwirtschaft 5.0: Mit Agri-Photovoltaik und Pflanzenkohle gegen die Klimakrise.

Die Rechnung zu Ende denken

Gleichzeitig mit schnell umsetzbaren Lösungen sind längerfristige Investitionen nötig, die zeitintensiver sind und deshalb jetzt forciert werden müssen. Und klar: Sie sind kostspielig. Wer glaubt, Klimaschutz und Erhaltung unseres Planeten seien günstig, liegt falsch. Jedoch nur für den Moment: Preist man aber die Folgekosten ein, die durch Nichteinhalten der Klimaziele entstehen, sieht es ganz anders aus. Hinterher-Aufräumen ist schon immer teurer gewesen. Nur: Ohne Handeln kommt man dann dem Aufräumen nicht mal mehr hinterher. Wenn ganze Landstriche überschwemmt oder verbrannt sind, der Boden vertrocknet und verarmt ist und Ökosysteme zerstört sind. Wenn Dürre und Hitze Menschenleben kosten. Das Bundeswirtschaftsministerium hat eine Studie in Auftrag gegeben, die den bevorstehenden Schaden durch die Klimakrise beziffern soll. Das Ergebnis: Bis zu 900 Mrd. Euro könnte sie uns bis 2050 kosten. Und das scheint nicht mal hochgegriffen: Seit dem Jahr 2000 haben hierzulande Schäden durch Auswirkungen der Klimakrise bereits einen Wert von 145 Mrd. Euro verursacht.

Man kennt es, das unliebsame Wort, die Kipppunkte. Pate dafür stehen eingebrochene, geschmolzene Arktis-Eisschilde. Die infolge wärmeren Wassertemperaturen beeinflussen den Jetstream. Und somit festhängende Wetterlagen mit verheerenden Auswirkungen bedeuten.

Das Erreichen der Klimaziele ist nun mal die einzige Option, die wir haben. Viele der Lösungen liegen schon lange auf dem Tisch, wie der Ausbau der erneuerbaren Energien, Transformation der industriellen Prozesse und des Bausektors, Ausbau des Schienennetzes, Transformation der Landwirtschaft – und der Gesellschaft. Manche Berufe werden verschwinden, es ergeben sich neue und spannende Aufgaben. Das Umlenken in zukunftsträchtige Aufgaben ist dringend nötig. Der Klimawandel ist nur einer der 9 planetaren Grenzen- – von denen wir welteit schon 7 überwchritten haben.

Wenn man ehrlich ist, müssten wir uns tagein, tagaus mit Lösungen und transformativen Prozessen beschäftigen, die alle durchaus ein Geschäftsmodell mit Skalierung ergeben können – statt den vielen unsinnigen und überholten Aufgaben tagtäglich nachzugehen.

Agri-Photovoltaik, ©Mariana Proença/unsplash

Vorwärtsgewandt bei Klima und Nachhaltigkeit

Es ist klar: Die Politik muss die Rahmenbedingungen schaffen. Das demokratische Wählerstimmensystem mag da als Hürde erscheinen. Ist es das? Inzwischen haben alle verstanden, dass der Klimawandel eine ernste Situation weltweit darstellt. Und gleichzeitig eine Chance für unser Wertesystem, unsere wirtschaftliche Neuausrichtung und wie wir leben wollen – auf den einzigen Planeten, den wir haben. Um dem geordnet und mit Perspektiven entgegenzutreten, braucht es zum einen eine agile Politik, die den Rahmen vorgibt, selbst wenn einiges zunächst unbequem erscheint. Zum anderen Innovation und ein neues Mindset. Die Veränderung kommt eh, Bestandsbewahrungsattitüde ist hingegen längst aus dem Rahmen gefallen.

Offen sein ist das, was wir brauchen: Es fängt beim bewussten Handeln eines Einzelnen an und geht in Gruppendynamiken über. Nutzung von ÖPN, Überdenken von Einkaufszetteln und Anfahrtswegen, Einbau von Wämepumpen und PV-Anlagen – vor allem aber uns Stimmen geben. Mit Netzwerken und Communities zusammentun, denken und handeln statt dem Gegeneinander und Populismus verfallen. Für das, was die Basis für uns alle ist: einen lebenswerten Planeten. Und das geht nur mit einer schnellen CO2-Reduktion.

Eine vorwärtsgewandte Politik mit zukunftsträchtigen Investitionen und Abbau schädlicher Subventionen ist das eine. Wir aber können unserer Stimme Ausdruck geben, mitdenken und mitgestalten. Um letztendlich innovative Ansätze umzusetzen und solche aus Forschung, Entwicklung und Institutionen zu unterstützen. Und mit den Lösungen ernstgenommen zu werden, national sowie global.

Ein schönes Beispiel einer Aktion auf kommunaler Ebene ist das Stuttgarter Klimaschutzprojekt „Klima-Fahrplan 2035“, mit dem Ziel, bis 2035 klimaneutral zu werden. Neben den großen Themen Strom-, Wärme- und Verkehrswende sowie Energiemanagement fließen auch die Sektoren Ernährung und Kreislaufwirtschaft ein. Das Besondere: Beim beteiligten Bürgerrat Klima werden per Zufall Bürger:innnen ausgewählt, auch die Gruppe der bei Wahlen sonst vernachlässigten 16- bis 17-Jährigen sind repräsentiert – insgesamt wird eine große Bandbreite abgedeckt. Als Partner und Impulsgeber sind Start-ups, Vereine und Verbände, KMUs bis zu Konzernen an der Umsetzung des Fahrplans beteiligt. Ja, richtig gelesen: auch Konzerne. Bevor der Aufschrei und die – wenn auch teils berechtigten – Anklagen kommen: Das muss der Weg sein, endlich zusammen beherzt Schritte Richtung Klimaneutralität zu gehen. Informativer Podcast dazu: Folge 16 der spannenden Reihe 2045 By Design or Distaster, dem interessenfreien Podcast über die Hintergründe, Zusammenhänge und auch Lösungen zur Klimakrise.

Lösungen, die sinnvoll und nachhaltig wirtschaftlich sind – die stabile Basis dazu bilden valide Informationen. Und wer weiß: Vielleicht entspringen dabei auch zündende neue Ideen. Kreativität steckt schließlich in unseren Genen und unterscheidet uns von jeglicher künstlichen Intelligenz, die wir dann für zeitfressende Arbeiten nutzen können, wie Datenverarbeitung, -korrelation und -auswertung, Diagnostik, Medikamentenscreening oder Prozessoptimierung. Wir sind jetzt ja solar…sorry, sensibilisiert, Erfindungen und Entwicklungen mit Leuchtkraft lassen wir nicht mehr vergilben und setzen sie beherzt um.

Titelbild: © Sorin Gheorhita / unsplash

—

Aktuelle Themen:

Mit Agrivoltaik und Pflanzenkohle gegen die Klimakrise

Landwirtschaft 5.0: Mit Agri-Photovoltaik und Pflanzenkohle gegen die Klimakrise

Was haben Moore mit dem Klima zu tun?

Klimaschutzfaktor Moore – CO2 binden statt freisetzen : CO2-Quelle wieder zur CO2-Senke rückwandeln

Moore als CO2-Speicher: renaturieren und gleichzeitig wirtschaften: Paludikultur als Hoffnungsträger fürs Klima

Moore als CO2 Speicher

Moore bewirtschaften

Vertical Farming und Renaturierung – ein halbautomatischer Zwilling

Nach oben gedacht: Vertical Farming zur kontinuierlichen Produktion

Vertical Farming Pilotanlage mit Basilikum, Fachartikel Simone Giesler

Der Beitrag Klima: Wissen, was ist – stabiles Mindset statt Populismus erschien zuerst auf Redaktion Text Idee.

Dropbars – nein, es geht nicht um Café-Bars mit leckeren Schokodrops. Dropbar steht für Rennradlenker, schön geschwungen und mit sportlicher Note. Ist sportlich auch immer gleich super racy? Competition, competition … verbissen nach Sekunden jagen? Keineswegs. Es geht auch ganz schön bequem. Und abenteuerreich.

Grossglockner-Hochalpenstraße (Foto: Simone Giesler)

Immer häufiger betreten Räder mit Rennradlenkern und oft breitere Reifen die Weltbühne. Ihre Piloten sitzen nicht wie bei der Tour der France oder Vuelta a España super gestreckt, sondern etwas aufrechter. Achso, und klar: Wir Normalos sind auch nicht ganz so schnell und fliegengewichtig wie die Profiszene. Mit oftmals langen Fahr-Kilometern vor dem Auge bzw. Display, ist dennoch klar: Bequem muss es sein! Schließlich nach ein paar Kilometern die Nackenmuskeln nicht zu Pfeilsptzen werden oder der Rücken sogar Heimweh nach dem Bürostuhl bekommen. Vor allem, wenn die Untergründe mal etwas rauer werden oder Abstecher ins Gelände locken. Genau hier rollen sie auf den roten Teppich: Endurance Allroad-Rennräder und Gravel-Bikes.

Pures Lebensgefühl mit Rennrad- und Gravel-Bikes (Foto: Simone Giesler)

Der fette Freiheitsbegriff

Während Allroad-Bikes eher für Performance auf vielen Road-Kilometern mit gelegentlichen Schlenkern auf unebenen Untergrund stehen, haben Gravel-Bikes das Abenteuer im Gepäck. Apropos Gepäck: Durch die vielen Anschraubpunkte an Gravel-Bikes lässt sich dies sicher verstauen. Wenn gewünscht, an fast allen Ecken und Enden: Lenker-, Rahmen-, Vorbau-, Oberrohr- bis Satteltaschen machen das möglich. Carry everything-Bags werden sie genannt – sie enden nicht zuletzt in sogenannten Pouch Bags, die sogar eine Bierdose perfekt aufnehmen. Auch wenn nicht gleich die ganze Campingausstattung und der Kleiderschrank mit muss – Exploration ist hier auf jeden Fall Programm.

Aber ist das mögliche Gepäck der einzige Unterschied zu Allroad-Bikes? Oder anders gefragt: Was macht ein Allroad-, was ein Gravel-Bike aus und braucht man eigentlich für jeden Einsatzzweck ein bestimmtes Bike? Dem geht der Artikel Gravel-Bike vs. Allroad-Bike mit einigen Statements zweier Hersteller auf den Grund. Eines vorweg: Freiheit findet man auf beiden Bikes, den fetten Freiheitsbegriff kennzeichnet aber vor allem eins: die Reifenfreiheit.

Artikel GRAN FONDO Magazin: Gravel-Bike vers. Allroad-Bike

Von der Radiologie über den Mountainbike-EM-Thron ins Abenteuer: Sebastian Breuer in der Gravel-Welt

Sand, Hitze, flüssige Schokoriegel sind die ständigen Begleiter. Die wildeste Bikepacking Offroad-Challenge in Europa verläuft auf 748 km und über 15.000 hm durch die spanische Wüste Taberna. Und mittendrin: Sebastian Breuer. Nein – genauer gesagt: ganz vorne! Nach knapp 44 Stunden holt sich der Neuling in der Gravel-Rennszene prompt den Badlands-Sieg 2022, einem der renommiertesten Ultra Distance Gravel-Races überhaupt. Es geht aber noch mehr: Über 20.000 Höhenmetern auf 1.356 Kilometer. Sebastian startet 2023 auch hier, beim Atlas Mountain Race, erstmals und kommt  in nur 103 Stunden und 23 Minuten als Vierter ins Ziel.

Taberna Wüste, Spanien, Austragungsort Gravel-Rennen Badlands (Foto: Victor Martin, unsplash)

Gravel-Rennen, ehemals in USA geboren, sprießen wie Pilze aus dem Boden. Unter den Teilnehmern finden sich viele ehemalige Profi-Radsportler mit bekannten Namen wie Peter Sagan und Peter Stetina. Die Gravel-Welt hat einen größeren Freiheitsgrad, weniger knebelnde Bedingungen und – trotz Staub und Matsch – ein sauberes Image. Noch. Doch dazu im Artikel mehr.

Auch Sebastian ist nun in der Szene angekommen und bekannt. Dabei fing alles ganz anders an. Der Athlet mit Wahlheimat Bensheim hatte sich als junger Nachwuchssportler zunächst in der Straßenrennszene und der Bundesliga bewegt, bis er seinen Leistungssport auf den Mountainbike-Marathon verlagerte. Das Besondere: Er bezeichnet sich nicht als Profisportler, auch heute nicht – wie auch? Heute arbeitet er in Vollzeit beim Reifenhersteller Schwalbe, neben seinem Leistungssport. Durchgeschlagen hat er sich seit seiner Kindheit mehr oder weniger allein, mit allen Höhen und Tiefen. Und knallharten Erfahrungen im Radsport-Business, die ihm auch fast zum Verhängnis wurden. Fast – denn Sebastian hat es auf eigenem Weg geschafft, 2021 den Titel als Europameister und auch Deutschen Meister im MTB-Marathon zu ergattern. Sehr zur Verblüffung des BDR (Bund Deutscher Radsportler) …

Ich hatte die Gelegenheit, Sebastian Breuer zu interviewen. Der spannende Weg des Ex-Radiologen, MTB-Marathon-Europameisters und in Vollzeit beschäftigten Top-Athleten, der nebenbei seine Coffee-Brand vertreibt, ist hier beschrieben: Das Abenteuer ruft – Sebastian Breuer: vom Mountainbike-EM-Titel aufs Gravel-Bike.

Artikel im GRAN FONDO Magazin: das Abenteuer ruft – Sebastian Breuer: vom Mountainbike-EM-Titel aufs Gravel-Bike

Gravel-Rennen, Touren und Festivals für Ambitionierte, Genießer oder auch Neueinsteiger

Es muss ja nicht immer gleich super ambitioniert sein. Auch für Normalos gibt es Rennen, bei denen jeder und jede mitmachen können. Orbit360 ist Deutschlands erste Gravel-Serie, die dieses Jahr zum 4. Mal an den Start geht.

Gravel-Event Orbit360 (Foto: Simone Giesler)

Wie sie startete? Während viele sich im Jahr 2020 in Schockstarre befanden, wurde der Gründer Raphael Albrecht aktiv und scoutete die kreisförmig durch jedes Bundesland ziehenden einzelne Orbit-Runden. Wenn schon Gravel-Rennen durch die Corona-Beschränkungen unmöglich waren, dann doch innerhalb der Bundesländer austoben! Entstanden sind sich ständig erweiternde Gravel-Touren, die jeder Bike-Fan laden und nachfahren kann. Wer ambitioniert ist, kann sich auch als aktiver Fahrer und aktive Fahrerin melden, Punkte sammeln und in der Rangliste präsent sein.

Der Spaß steht im Vordergrund. Und das stellt Raphael mit seinem Team auch klar: Auf dem jährlich stattfindenden Festival wird zwar der Startschuss der Serie mit einigen bekannten Größen abgefeuert, sonst aber geht es um Fun, sportliche Side-Events, Filmfestival, Live-Interviews, Rave und einfach Zusammensein auf dem Outdoor-Festival.

Unsere Eindrücke, Interviewgespräch mit Raphael und Fotos kann man im Artikel: Orbit360 Gravity Bike Festival – Rennen? Nein, eine Erlebnisreise! nachlesen.

Artikel im GRAN FONDO Magazin: Orbit360 Gravity Bike Festival

Der Beitrag Freiheit pur – Abenteuer & Faszination durch Gravel- und Allroad-Bikes erschien zuerst auf Redaktion Text Idee.

Bilder: © yurigravity.com

Zehn Kubikzentimeter große Boxen, gefüllt mit menschlichen Zellen, versorgt mit einer Nährstofflösung – in 400 Kilometer Höhe. Der deutsche Astronaut Matthias Maurer begleitet die Forschungs-Racks auf der Internationalen Raumstation ISS. Mit an Bord: über 100 Experimente, darunter 35 mit deutscher Beteiligung. So haben die Berliner Charité und Gothe-Universität Frankfurt Zellkukturen auf die ISS geschickt. Sie sollen Aufschlüsse über molekulare und zellphysiologische Details im menschlichen Immunsystem und der Muskulatur unter Mikrogravitation geben. Also nahezu ohne Einflüsse der Schwerkraft.

Yuri – genau: Der Name des Start-ups ist angelehnt an Juri Gagarin, dem ersten Menschen im All. Nicht weniger spannend lesen sich die Angebote des Unternehmens am Bodensee um die Gründer Maria Birlem, Christian, Bruderrek, Philipp Schulien und Mark Kugel: Als Weltraum-Ingenieure und Technologiemanager ermöglichen sie mit yuri kommerzielle Forschung in Schwerelosigkeit – auf Parabelflügen, Raketenflügen und der ISS.

Zahlreiche wissenschaftliche Erkenntnisse lassen sich nur gewinnen, wenn Experimente der Schwerkraft entfliehen. Und es gibt Fluchtmöglichkeiten: Falltürme, Zero-G-Parabelflüge und Forschungsraketen schalten die Schwerkraft sekunden- oder minutenweise herunter. Oft ist dies bereits ausreichend, um die Eigenschaften von biologischen Systemen oder Werkstoffmaterialien genauer zu analysieren, als es im Labor möglich ist. Für längere Experimente greift yuri auf die ISS zurück. Das 2019 gegründete Start-up hat seinen Head Quarter in Meckenbeuren, unweit von Airbus und ZF Friedrichshafen. Es ermöglicht großen wie kleinen Unternehmen und Forschungseinrichtungen Experimente in Mikrogravitation, und verspricht schneller und erschwinglicher als in bisherigen Missionen zu sein. Einige Experimente kann yuri mit dem eigens entwickelten Klinostaten dann sogar auf der Erde ausführen.

Die Weltraumforschung ist Treiber vieler Innovationen: von Stress- und Hirnforschung, Forschung zu neurodegenerativen Erkrankungen, Immunkrankheiten oder Entstehung von Tumoren bis hin zu Materialwissenschaften und Mikroelektronik. In der Biomedizin und Biotechnologie erhofft man sich, durch neue Erkenntnisse sowohl auf Gen- als auch Zellebene innovative Ansätze zu entwickeln. Das Spektrum? Nicht weniger unendlich: Es reicht von Grundlagenforschung bis hin zu individuellen, personalisierten Therapien.

Proteinforschung: Schwerkraft-freie Umgebung ermöglicht den Blick ins Detail

Viele Zellen bzw. Zellbestandteile wie Proteine sind außerhalb ihrer natürlichen Umgebung instabil. Sie zerfallen im Labor schnell und erschwert die Analyse ihrer Struktur, Funktion und den Kontakt mit anderen Zellbestandteilen. Hier kommt die Mikrogravitation ins Spiel: Dort, wo sich Schwerkraft und Zentrifugalkraft infolge der Orbitbewegung fast aufheben, sind detailgenaue Darstellungen möglich. Während auf molekularer Ebene die Expression von Genen abläuft, ist die Funktion der Genprodukte – der Proteine – durch ihre hochspezifische räumliche Struktur bestimmt. Erst wenn Proteine spezifisch gefaltet vorliegen, können sie ihre Funktion erfüllen.

Die Analyse der Proteinstruktur ist zur Klärung der Wirkweise und Zusammenhänge im biologischen System essenziell. Und ebendiese komplexe Struktur zerfällt naturbedingt schnell. Abhilfe schafft hier eine gravitationsarme Umgebung, denn hier gibt es weder Ablagerungen noch Konvektionen. Dies macht Kristallisationsexperimente möglich, wie sie auf der Erde nur schwer realisierbar sind. Die genaue Kenntnis der räumlichen Struktur hilft, Funktionen und Eigenschaften besser zu verstehen, um z. B. pharmazeutische Anwendungen zu entwickeln. Auf ihrer Reise in eine gravitationsarme Umgebung erfahren die Zellen zunächst noch einen ordentlichen Kälteschock. So bleiben sie durch Kryokonservierung unter flüssigem Stickstoff vital.

Networking losgelöst – Zellforschung ohne Schwerkraft

Networking auf Zellebene ist ein riesiges Thema. Wenn man bedenkt, welch riesiges Netzwerk unser Körper darstellt, ist das starke Interesse an den Zellverbindungen nur allzu logisch: 100 Billionen Zellen bilden als Haut- und Nervenzellen ein Gewebe oder als Körperzellen Organe. Sie fließen als Blutzellen durch Arterien, Venen und Kapillaren. Als Immunzellen jagen sie nach fremden und schädigenden Stoffen. Das alles geschieht nicht isoliert: Jede einzelne Zelle nimmt ihre Umgebung, um ihre Funktion ausführen zu können. So können unreife Zellen durch „Abtasten“ und „Ziehen“ an Oberflächen taktil erkennen, ob die Umgebung hart oder weich ist und sich in eine entsprechende Zelle, z. B. Knochenzelle, ausdifferenzieren. Durch eine genaue Kenntnis über diese Vorgänge könnte man beispielsweise spezifisch Stammzellen zum Wachstum anregen.

Eine weitere Kontaktmöglichkeit sind Zellmembran-Proteine, die Oberflächenrezeptoren. Docken an den Rezeptoren kleine Moleküle an, werden chemische Signale ins Zellinnere geleitet. Klar, Signale bleiben nicht unerkannt: Sie veranlassen die Zelle zu weiteren Aktionen, wie etwa das An- und Ausschalten von Genen. Dies ist beispielsweise für die Krebsforschung interessant.

Und was passiert beim Andockprozess des Coronavirus Sars CoV-2 an die Zelle? Genau hier sind Strukturanalysen wertvoll, u. a. zur Andockstelle des Virus-Oberflächenproteins an die Wirtszelle – mit Fokus auf die Spaltstelle. So könnte man die verschiedenen Faltungen, die das Spike-Protein kurz vor Eintritt in die Zelle durchmacht, besser darstellen – als Ansatz für eine möglichen Therapie.

Ein weiterer Aspekt liegt auf der Osteoporose-Forschung. Astronauten erfahren im Laufe ihres Weltraum-Aufenthalts einen Knochen- und Muskelabbau. Solche Missionen bieten die einzigartige Situation, die Rolle der Schwerkraft und der Belastung auf Knochen bzw. deren Abbau genau zu untersuchen. Die Weltraumtechnik ermöglicht einen Einblick in die knöcherne Mikroarchitektur. Denn schließlich ist selbst im Erwachsenenalter das Skelett ständig im Werden, es findet ein permanenter Umbau statt. Es geht also nicht um eine simple und oft hinterfragte Knochendichtemessung, sondern um Aufschluss der strukturellen Integrität auf zellulärer Ebene, die für die Festigkeit des Knochens entscheidend ist.

Die Gründer von yuri microgravity in Meckenbeuren (© yurigravity.com)

Geschwächtes Immunsystem im Weltall – als Simulationsobjekt

Ein noch immer nicht komplett gelöstes Rätsel ist das Immunsystem. Neue Zusammenhänge kann die Analyse der Blutzellen von Astronauten ans Licht bringen. Denn das Immunsystem wird unter Weltraumbedingungen geschwächt. So ist quasi ein Simulationsobjekt möglich.

Antworten auf spannende Fragen kann man so vielleicht näherkommen. Lassen die Erkenntnisse über die beeinträchtigte Immunfunktion in Schwerelosigkeit auf generelle Ursachen der Immunschwäche rückschließen? Auch in der Umweltmedizin können Immun-Testsysteme unter Mikrogravitation genutzt werden. Welche Umweltproben und -analysen haben einen schädigenden Einfluss auf das Immunsystem? Dazu lassen sich z. B. Experimente mit Miesmuschel-Zellen unter Mikrogravitation heranziehen. Mit einem entscheidenden Vorteil: Tierversuche könnten so vermieden werden, wie sie sonst bei vielen toxikologischen Untersichungen vorgenommen werden.

Biologische Systeme und neue Oberflächen

Die Schwerelosigkeit dient nicht nur der Analyse von biologischen Systemen, sondern auch als Mittel zum Zweck: Schwerelose Viren als molekularbiologische Vehikel sind stärker infektiös. So lässt sich genetisches Material in Zellen effeltiver einschleusen, die Genexpression beeinflussen und die Resultate daraufhin analysieren.

Auch biologische Oberflächen können ins Visier genommen werden. Dazu wird die Stressantwort von Bakterien untersucht, die im Weltraum hoch ist. Mithilfe speziell entwickelter antimikrobieller Kontaktkatalysatoren lassen sich Oberflächen beschichten, die gefährliche Biofilme aus Bakterien, Pilzen oder anderen Mikroben zerstören. Werden die Grenzen der zugrunde liegenden Metalltechnologie durch Forschung in Schwerelosigkeit durchbrochen, könnten sich so neuartige Anwendungen im Hygienebereich ergeben, z. B. in Krankenhäusern oder der Klimatechnik.

Living in a box – Das Labor in Schachtelgröße

Das Start-up yuri ermöglicht es Forschern, Auswirkungen der Schwerkraft-freien Umgebung auf Zellen, Werkstoffe und Pflanzen zu analysieren. Der Raum dazu? Schwindelfreie Kästchen, in Größe eines Smartphones. Unter Anleitung von yuri können so z. B. bestimmte Gewebe auf ein Gitternetz fixiert oder Zellkulturen im Miniaturformat angelegt werden. Die Forschungskammer wird mit minituarisierter Pumpe und Tanks für die Nährstoff- und Fixierlösung der Zellen angeschlossen. Für ein Experiment auf der ISS müssen im Idealfall die Astronauten die Forschungsboxen nur in eine Plattform stecken, um die Experimente automatisch ablaufen zu lassen. Was auch immer untersucht werden soll, es reist angepasst modularisiert in den Forschungsschränken auf der ISS, in Raumkapseln, in Raketen bei Suborbitalflügen oder bei Parabelfügen.

Cellbox, Forschungskästchen von yuri microgravity – bereit zum Abheben (© yurigravity.com)

Als Forscher ohne Schwerkraft dabei – von Falltürmen, Parabelflügen bis zur ISS

Als Auftragsgeber und Forscher wäre man am liebsten selbst dabei. Den Traum eines ISS-Astronauten mag man gerne weiterträumen, eine Versuchsbegleitung ist dennoch möglich: Bei Fallturm-Experimenten oder sogar auf Parabelflügen in einem 20-sekündigen Sturz auf den Boden. Das Freefall-Experiment wird dann gleich mehrmals hintereinander ausgeführt. Ohne langes Anstehen.

Sicher, viele Experimente erfordern eine deutlich längere Dauer der Mikrogravitation. Sie lässt sich mit suborbitalen Raumflügen erreichen, bei denen eine Rakete bis an die Grenzen des Weltraums in über 100 km Höhe gestartet wird und anschließend zur Erde zurückfällt. Da die Dauer mit fünf bis zehn Minuten noch immer vergleichsweise kurz ist, ermöglicht yuri den orbitalen Raumflug in der Umlaufbahn durch die ISS. Mit seiner Expertise kürzt yuri Zertifizierungsschleifen ab: Das Unternehmen stellt Versuchsaufbauten und Plattformen zur Verfügung, kümmert sich um administrative Vorgänge – und macht letztendlich Startslots frei. So soll der meist mehrere Jahre dauernde Prozess vom Kickoff bis zum Start im Idealfall auf 6 Monate verkürzt und Kosten minimiert werden.

Was auch immer erforscht werden mag – sicher wird man nicht wie einst von Juri Gagarin hören „Ich weiß nicht, wer ich bin: der erste Mensch oder der letzte Hund im Weltall“. Aber vielleicht, dass gerade die erste Entdeckung eines wertvollen Materials oder biologischen Vorgangs gemacht worden ist.

Den Fachartikel für BIOPRO Baden-Württemberg finden Sie hier: Senkrechtstart in der Schwerelosigkeit – ein Start-up ermöglicht kommerzielle Forschungsexperimente im All

(Beitrags-Startbild: © yurigravity.com)

Der Beitrag Schwerelosigkeit – Kann Forschung im Weltall die Medizin revolutionieren? erschien zuerst auf Redaktion Text Idee.

Beachvolleyball zählt nicht zuletzt durch die EM-, WM- und Olympia-Medaillengewinne zu den Trendsportarten Deutschlands. Für das Treppchen ganz oben müssen die Sportler und Sportlerinnen bestimmte Winner-Gene aktivieren – und Skills von Kraken und Geparden besitzen.

Ästhetische Bilder aus der Sand-Arena: Beachvolleyball, seit Atlanta 1996 olympisch, hat auch die olympischen Spiele in Tokio 2021 und die EM in Wien in Bann gezogen – wenn auch situationsbedingt nur am Bildschirm. Für den Zuschauer verbunden mit Sonne, feinem Sand, Cocktails im Liegestuhl. Für die Spieler und Spielerinnen mit knallhartem Einsatz.

Auf den Siegertreppchen der olympischen Spiele sowie Welt- ud Europameisterschaften haben deutsche Athleten bereits einige Fußstapfen hinterlassen. In diesem Jahr konnte sich bei der EM in Wien das deutsche Duo Julia Sude und Karla Borger die Bronzemedaille sichern. In Tokio haben die Teams Julius Thole/Clemens Wickler und Laura Ludwig/Margareta Kozuch den Einzug ins Halbfinale verpasst. Knapp, in einer sehenswerten und hart umkämpften Vorstellung. In einer Arena aus Sand und oftmals extremer Hitze. Einer Umgebung, der den Sportlern und Sportlerinnen zu einem großen Teil ihres Lebens alles abverlangt.

Geparden, Kraken und Delfine

Der Sandplatz. Hier lässt sich voll aufschlagen. Und das am besten im Sprung. Volle Energie in den Absprung, fast senkrecht nach oben. Varianten, wie volle Schlaghärte oder Flatterschlag mit unberechenbarer Flugbahn, können den Gegner bereits unter Druck setzen, bevor diese den Spielzug an sich reißen. Schnell nach vorne sprinten, um am Netz den Angriffsschlag der Gegner abzuwehren.

Der Partner – er antizipiert das Spiel wie der intelligente Krake, der Spielverhalten und Beobachtungen lernt und gewinnbringend umsetzt. Und hechtet nicht verräterisch im letzten Moment genau auf die Seite, die die Blockhand seines Partners am Netz nicht abwehrt. Schmettert der Gegner den Volleyball dann dorthin, wird im Hechtsprung dieser vor Landung auf dem Boden abgewehrt. Nur, um schnell wieder auf die Beine zu springen und den vom Partner zugespielten Ball ins gegnerische Feld zu platzieren.

Punktgewinn. Der nächste von vielen in einem kraftraubenden Spiel. Wer einmal versucht hat, durch den Sand zu rennen, hat einen Hauch von Ahnung, was das bedeutet. Das ist aber nur ein kleiner Teil des Gesamtpakets.

Gefragt ist: Volle Konzentration auf den Gegner, Antizipation des Spiels, Schnellkraft, Geparden-ähnliche Schnelligkeit und kraftvolle Delfin-Sprünge nach oben. Pure Athletik und Multitasking. Durch die schnellen Ballwechsel lässt sich all dies im Fernsehen nicht erahnen. Die Faszination, die auf eindrucksvolle und ästhetische Weise den Zuschauer live auf dem Court sofort einnimmt, soll auch auf den Bildschirmen überspringen. Als könnten es die Bewegungen und Körper per se nicht allein, gibt es eine Kleiderordnung. Das Oberteil der Damen muss eng, kurz und ausgeschnitten sein, das Bikinihöschen an den Seiten nicht mehr als zehn Zentimeter tief. Tiefeneinstellung haben dann auch die Kameras.

Wenig Verband – viel Selbstorganisation

Man kennt es im Sport. Vermarktung ist fester Bestandteil und Säule im Leistungssport. Und die entscheidende Hürde für talentierte Sportler auf den Weg nach ganz oben. Die wenigsten schaffen es dorthin. Zu eisernem Willen, Selbstdisziplin und purem Können gehört nun mal Unterstützung von außen, finanziell und mental.

Dennoch: Unermüdliche Eigendisziplin und zügellose Leidenschaft für den Leistungssport lassen zumindest an der Luft der Top-Riege schnuppern, wie auch die 23-jährige Beachvolleyballerin Leonie Klinke aus Heidelberg weiß. Die Europameisterin U18 und mehrfache deutsche Beachvolleyballmeisterin U17 bis U20 hat bereits an der FIVB World Tour teilgenommen und kennt den harten Weg. Kaum hatte sie als 18-jährige Sportinternatsschülerin das Abitur in der Tasche, standen Stützpunktlehrgänge, Sichtungseinheiten und Vorbereitungsturniere auf dem Programm, um danach von einem Beachvolleyball-Turnier zum anderen zu hechten.

Leonie Klinke, Beachvolleybalerin aus Heidelberg

„Es ist schon immer mein größter Traum, hochklassig Beachvolleyball zu spielen“, erklärt die Athletin Leonie, die über die nötigen Grundvoraussetzungen wie Ballfähigkeit, Athletik und Spielintelligenz verfügt. Und positiven Ehrgeizig. „Man braucht hohe Disziplin, ungebremste Leidenschaft zu seinem Sport und grenzenloses Engagement“. Im Klartext: Man muss sich gut selbst organisieren, Trainingseinheiten und Turniere rund um den Globus planen und finanzieren.

Wenig Verband, dafür viel Selbstorganisation und -verantwortung. Ein Pendant zur deutschen Spitzensport-Bürokratie der etablierten und ratifizierten Disziplinen. Dass es gelingen kann, hat nicht nur das Team Brink/Reckermann gezeigt. Vielseitige Unterstützung und finanzieller Rückhalt sind dennoch nötig, um alle Facetten des Leistungssports zu bespielen. Dazu gehört vor allem die Nutzung eines breitgefächerten Trainingsangebots, zu Kraft, Ausdauer, Perfektion und Spielpräzision – bestenfalls mit erfahrenen Trainern auf jedem Gebiet. Und vor allem mentales Training.

Mental, mental – fast schon ein Mantra

Der Druck nach Perfektion verteilt sich lediglich auf zwei Spieler. Die tiefe Bedeutung kennt auch Leonie Klinke: „Ohne einen Fehler zu machen, muss man es dem Gegner möglichst schwer machen, einen direkten Punkt zu erzielen. Also die goldene Mitte zwischen Risikobereitschaft und Sicherheit finden.“ Es spielt sich viel ab zwischen dem Netz, eine nicht sichtbare Herausforderung zwischen den einzelnen Köpfen. Wie Funken zwischen den Gegnern. Man versucht, das Spiel schon vor dem Ballwechsel zu lesen und den Gegner am schwachen Punkt zu treffen. Mentale Stärke nimmt im Beachvolleyball eine enorm große Rolle ein. Erfahrung und selbstbewusstes Auftreten haben schon so einigen Spielern den Sieg vereitelt, obwohl sie vom Niveau her nicht besser, aber überzeugter von sich selbst waren. Wer mit Erfolg und Misserfolg umzugehen weiß und Probleme als Herausforderungen sieht, kann sein Potenzial meist auch unter Druck abrufen.

Einer, der sich auf diesem Gebiet bestens auskennt, ist der Sportpsychologe Lothar Linz, der auch bei den olympischen Spielen in Tokio wieder verschiedene Sportler und Sportlerinnen unterstützt hat. Auch für die Olympiasiege der Beachvolleyballer Julius Brink/Jonas Reckermann oder der Degenfechterin Britta Heidemann hat er seinen Beitrag geleistet.

Es ist also das Rundum-Paket, das im Beachvolleyball zählt. Bei den Siegen und Niederlagen aus den Courts ahnen wir all davon nichts. Wir genießen die athletisch reizvollen Szenen. Und schlurfen derweil an unserem leckeren Cocktail im Liegestuhl im Sand. Träumen darf man ja schließlich.

Informationen und Weblinks

zu den olympischen Spielen in Tokio, Beachvolleyball

zur Beachvolleyball-EM in Wien

Portfolio der Heidelberger Beachvolleyballerin Leonie Klinke

Blog Olympia Tokio – bedeutsame Spiele

Der Beitrag Beachvolleyball – Der athletische Sport erfordert tiefe Skills statt Kameralinsen erschien zuerst auf Redaktion Text Idee.

Seit mehr als einem Jahr hat uns ein unsichtbarer Feind fest im Griff: das Virus SARS-CoV-2. Der Umgang mit der COVID-19-Pandemie hat die wissenschaftlichen, technologischen, medizinischen und wirtschaftlichen Grenzen der Menschheit erreicht.

Da die Bedeutung des Mikrobioms für unsere Gesundheit mehr und mehr akzeptiert wird, wollen wir prüfen, welches Wissen über die Zusammenhänge zwischen Mikrobiom und COVID-19 es bereits gibt und wie wir es im Kampf gegen diese schreckliche Krankheit nutzen können.

Mikrobiom und Prävention von COVID-19

Das Immunsystem hat die wichtige Aufgabe, Selbst von Nicht-Selbst zu unterscheiden. Seit Millionen von Jahren besteht eine Koevolution von Wirt und Darmmikroben. Darmmikroben sind entscheidend für die Entwicklung und Funktion unseres Immunsystems. Sie helfen dabei, den Zellen unseres Immunsystems zu „lehren“, wie sie fremde Moleküle (Antigene) erkennen und je nachdem, was wir den Darmbakterien „als Futter“ vorsetzen, produzieren sie bestimmte Stoffwechselprodukte. Diese entstandenen Metabolite regen unser Immunsystem an, Krankheitserreger anzugreifen oder Substanzen freizusetzen, die die körpereigenen Immunreaktionen verstärken. Im Allgemeinen ist sich die Forschung einig, dass eine größere mikrobielle Vielfalt (Diversität) im Darm mit einer stärkeren Immunität, einschließlich einer stärkeren antiviralen Reaktion, verbunden ist.^1,2

Falsche Ernährung, fortgeschrittenes Alter, übermäßiger Gebrauch von Antibiotika und Medikamenten, Übergewicht, Diabetes, Immunerkrankungen oder Bluthochdruck: Dies alles sind Faktoren, die nachweislich die Diversität des Darmmikrobioms verringern. Doch gerade Menschen mit solchen Faktoren oder Erkrankungen sind am anfälligsten für eine Infektion mit SARS-CoV-2.^3,4 Obwohl detailliertere Zusammenhänge zwischen dem Darmmikrobiom und der Anfälligkeit für COVID-19 noch untersucht werden müssen, lässt sich folgende Aussage bereits treffen: Eine Einflussnahme auf die Zusammensetzung des Darmmikrobioms durch gezielte Ernährung, Nahrungsergänzung oder fäkale Mikrobiota-Transplantationen (FMT) könnte potenziell lebensrettend sein und zu einer besseren Gesamtimmunität gegen COVID-19 beitragen.^4,5

Akutes Lungenversagen, fachsprachlich als „Acute Respiratory Distress Syndrome“ (ARDS) bezeichnet, ist eine schwere und oft tödlich verlaufende, entzündliche Erkrankung der Lunge, die als Folge einer Infektion mit SARS-CoV-2 auftreten kann. Es hat sich gezeigt, dass die von den Darmmikroben produzierten Metaboliten die Immunreaktionen im Lungengewebe beeinflussen. Umgekehrt beeinflussen Signalmoleküle aus der Lunge (z. B. Moleküle, die bei einer Lungenentzündung freigesetzt werden) unsere Darmmikrobiota, also die Gesamtheit der Darmbakterien. In der Literatur wird dieser bidirektionale Austausch, der über das Blut verläuft, oft als mikrobielle „Darm-Lungen-Achse“ bezeichnet.^4,6 Auch die Mikroben der oberen Atemwege – im Mund, Nase und Rachen – spielen bei der Infektion mit SARS-CoV-2 eine Rolle und können schließlich zu Koinfektionen mit anderen Erregern führen, was das Krankheitsbild weiter verkompliziert. Mikrobiom-basierte Mund- oder Nasensprays oder Mundspülungen wurden als sofortige Prävention der SARS-CoV-2-Infektion vorgeschlagen.⁷

In den nächsten Monaten werden hunderte von Millionen Menschen weltweit gegen COVID-19 geimpft werden. Obwohl sehr selten, können Impfstoffe schwerwiegende Nebenwirkungen auslösen, vor allem bei älteren Menschen und Menschen mit geschwächtem Immunsystem.⁸ Verbessert man die Immunität durch Eingreifen auf das Mikrobiom, könnte dies auch die globale Impfkampagne gegen COVID-19 positiv beeinflussen.

Mikrobiom und Krankheitsverlauf sowie Behandlung von COVID-19

Mehrere aktuelle Studien berichten über signifikante Veränderungen des Darmmikrobioms. Dabei ließen sich bei der Mehrheit der COVID-19-Patienten mit schwerem Krankheitsverlauf eine Darmdysbiose beobachten, also ein Ungleichgewicht der Darmmikroben. Die Studien wurden durch die Befunde aus der SARS-Epidemie 2003 gestützt: Auch damals konnte man bei etwa 40 % der schweren Fälle von Infektionen mit SARS-CoV-1, einem mit SARS-CoV-2 verwandten Virus, eine Darmdysbiose nachweisen.^3,9-11

Im Folgenden werden mehrere mögliche Zusammenhänge zwischen dem Darmmikrobiom und dem Verlauf von COVID-19 aufgeführt, die in naher Zukunft dringend untersucht werden müssen:

Zunächst einmal können unsere Darmbakterien direkt mit den Viren interagieren, indem sie eine virale Infektion erleichtern, eine Infektion durch Freisetzung antiviraler Wirkstoffe verhindern oder unser Immunsystem stimulieren. Allerdings kann eine übermäßige Stimulation des Immunsystems auch einen negativen Effekt haben: Wenn beispielsweise die Zellen in unserer Lunge aufgrund einer Entzündung zerstört werden, kommt es zur Freisetzung von pro-inflammatorischen Botenstoffen (Zytokinen). Wurde unser Immunsystem bereits durch eine andere Entzündung in Alarmbereitschaft versetzt, z. B. aufgrund der Darmdysbiose, kann es zu einer gefährlichen, massiven Freisetzung dieser entzündungsfördernden Botenstoffe kommen, dem sogenannten Zytokinsturm. Die meisten der Todesfälle von COVID-19-Patienten mit akutem Atemnotsyndrom oder anderem Organversagen wurden letztendlich auf den Zytokinsturm zurückgeführt. ^12-14 Daher könnte eine Anreicherung des Darmmikrobioms mit spezifischen Mikrobenstämmen oder deren Produkten, die eine entzündungshemmende Aktivität aufweisen oder induzieren, ein entscheidender Faktor bei der Behandlung schwerer COVID-19-Verläufe sein. Aktuelle und äußerst interessante Studien auf diesem Gebiet führt die Firma Kaleido Biosciences durch.

Ein Enzym namens ACE2 (Angiotensin-Converting Enzyme 2), ist der Haupteintrittsweg des SARS-CoV-2 in menschliche Zellen. ACE2-Moleküle befinden sich auf den Zellen unserer Blutgefäße, unserer Lunge und verschiedener anderer Organe, einschließlich des Darms. Sie spielen eine entscheidende Rolle bei der Regulierung des Blutdrucks und haben verschiedene andere Funktionen im Körper. Die Regulation von ACE2 ist komplex und hängt von genetischen und umweltbedingten Faktoren ab. Obwohl das detaillierte Zusammenspiel zwischen ACE2 und COVID-19 noch nicht geklärt ist, wurden bei vielen COVID-19-Patienten mit schweren Verläufen erhöhte ACE2-Spiegel im Darm nachgewiesen. Es ist allgemein bekannt, dass bei Darmdysbiose und pro-inflammatorischen Zuständen der ACE2-Spiegel erhöht ist. Umgekehrt senken einige Arten von Darmbakterien den ACE2-Spiegel und auch die Menge von SARS-CoV-2 in den Stuhlproben.^4,9,15

Generell ist alles, was unser Darmmikrobiom in ein Ungleichgewicht bringt, ein potenzieller Risikofaktor für einen schlechten Verlauf von COVID-19. Neben Personen mit Vorerkrankungen und Risikofaktoren sind Patienten, die viele Medikamente einnehmen, eine besonders gefährdete Gruppe. Leider sind viele der Medikamente, die zur Standardbehandlung von COVID-19 eingesetzt werden, wie z. B. Antibiotika, Paracetamol oder Glucocorticoide, dafür bekannt, dass sie eine Darmdysbiose verursachen. ^3,12

Mikrobiom und Genesung von COVID-19

Müdigkeit, Husten, Engegefühl in der Brust, Kurzatmigkeit, Herzklopfen, Muskelschmerzen und Konzentrationsschwierigkeiten sind einige der Symptome, die bei einzelnen COVID-19-Patienten beschrieben wurden. Sie halten über Wochen oder Monate an und werden als „Long COVID“ oder „Post-COVID-Syndrom“ bezeichnet. Die Ursachen für das Post-COVID-Syndrom sind nicht bekannt, können aber auf Organschäden oder einen anhaltenden niedrigschwelligen Entzündungszustand im Körper zurückzuführen sein.¹⁶ Für Letzteres könnte die Darmmikrobiota eine wichtige Rolle spielen und mehrere Studien unterstützen diese Hypothese. Zum Beispiel zeigen viele COVID-19-Patienten gastrointestinale Symptome wie Erbrechen und Durchfall, während bei anderen dies nicht auftritt. Eine aktuelle Studie hat gezeigt, dass eine Darmdysbiose bei COVID-19-Patienten bis zu 30 Tage nach Entlassung aus dem Krankenhaus nachweisbar ist. Die Darmdysbiose scheint auch unabhängig von einer Antibiotikatherapie während der Infektion zu sein. Dies unterstreicht die Notwendigkeit eines begrenzten Einsatzes von Antibiotika, um nicht noch mehr in das Darmmikrobiom einzugreifen – es sei denn, es liegt eine sekundäre bakterielle Infektion vor. ^3,11

Inwieweit die Darmdysbiose für eine SARS-CoV-2-Infektion bzw. einen schweren Krankheitsverlauf empfänglich macht und inwieweit sie eine Folge davon ist, ist noch nicht vollständig geklärt. Weitere Studien sollten den Zusammenhang zwischen Ernährung, Darmmikrobiota und Genesung von COVID-19 genauer untersuchen.

Daher ist es äußerst wichtig, den Zusammenhang zwischen Ernährung, Darmmikrobiota und Verlauf sowie Genesung von COVID-19 durch weitere Studie zu untersuchen und darzulegen.

Mehr Informationen zur Mikrobiom-Forschung, Kommunikation und Strategieberatung: https://microbiomepower.com

About the Author

Vladimir Jakovljevic

Vladimir got his PhD in molecular microbiology from the University of Heidelberg, Germany. He has been working as a researcher more than fifteen years, studying microorganisms. He is an author and co-author of numerous highly-cited publications and contributor to the various international and interdisciplinary projects, as scientific expert and manager. Since 2020, he is owner and founder of the Microbiome Power.

Simone Giesler

Simone holds a degree in biology. After working as researcher in a biotech company and in press and public relations at Heidelberg University Hospital, she set up her own business as freelance editor and author.

Referenzen zum Artikel

¹ Negi, S., Das, D. K., Pahari, S., Nadeem, S. & Agrewala, J. N. Potential Role of Gut Microbiota in Induction and Regulation of Innate Immune Memory. Front. Immunol. 10, (2019).
² Segal, J. P. et al. The gut microbiome: an under-recognised contributor to the COVID-19 pandemic? Ther. Adv. Gastroenterol. 13, 1756284820974914 (2020).
³ Villapol, S. Gastrointestinal symptoms associated with COVID-19: impact on the gut microbiome. Transl. Res. 226, 57–69 (2020).
⁴ Spagnolello, O. et al. Targeting Microbiome: An Alternative Strategy for Fighting SARS-CoV-2 Infection. Chemotherapy 1–9 (2021) doi:10.1159/000515344.
⁵ Din, A. U. et al. SARS-CoV-2 microbiome dysbiosis linked disorders and possible probiotics role. Biomed. Pharmacother. 133, 110947 (2021).
⁶ Khatiwada, S. & Subedi, A. Lung microbiome and coronavirus disease 2019 (COVID-19): Possible link and implications. Hum. Microbiome J. 17, 100073 (2020).
⁷ Bao, L. et al. Oral Microbiome and SARS-CoV-2: Beware of Lung Co-infection. Front. Microbiol. 11, 1840 (2020).
⁸ Torjesen, I. Covid-19: Norway investigates 23 deaths in frail elderly patients after vaccination. BMJ 372, n149 (2021).
⁹ Zuo, T. et al. Alterations in Gut Microbiota of Patients With COVID-19 During Time of Hospitalization. Gastroenterology 159, 944–955.e8 (2020).
¹⁰ Zuo, T. et al. Depicting SARS-CoV-2 faecal viral activity in association with gut microbiota composition in patients with COVID-19. Gut 70, 276–284 (2021).
¹¹ Yeoh, Y. K. et al. Gut microbiota composition reflects disease severity and dysfunctional immune responses in patients with COVID-19. Gut 70, 698–706 (2021).
¹² Donati Zeppa, S., Agostini, D., Piccoli, G., Stocchi, V. & Sestili, P. Gut Microbiota Status in COVID-19: An Unrecognized Player? Front. Cell. Infect. Microbiol. 10, 576551 (2020).
¹³ Hojyo, S. et al. How COVID-19 induces cytokine storm with high mortality. Inflamm. Regen. 40, 37 (2020).
¹⁴ Han, H. et al. Profiling serum cytokines in COVID-19 patients reveals IL-6 and IL-10 are disease severity predictors. Emerg. Microbes Infect. 9, 1123–1130 (2020).
¹⁵ Oz, M. & Lorke, D. E. Multifunctional angiotensin converting enzyme 2, the SARS-CoV-2 entry receptor, and critical appraisal of its role in acute lung injury. Biomed. Pharmacother. 136, 111193 (2021).
¹⁶ Raveendran, A. V., Jayadevan, R. & Sashidharan, S. Long COVID: An overview. Diabetes Metab. Syndr. Clin. Res. Rev. 15, 869–875 (2021).

Foto: ©vrx123/stock.adobe.com

Der Beitrag Wie kann das Mikrobiom bei COVID-19 helfen? erschien zuerst auf Redaktion Text Idee.

Das große Ziel in der Corona-Pandemie ist die Immunität der Bevölkerung gegen das neue Coronavirus SARS-CoV-2. Im Fokus liegt hier eine erfolgreiche, flächendeckende Impfung. Dabei soll ein weitgehend vollständiges Anwerfen des Immunsystems erreicht werden, als ausgewogene Immunantwort.

Zum einen sollen für eine gute Immunantwort neutralisierende Antikörper gebildet werden, die direkt an die Viruspartikel binden und sie daran hindern, eine Zelle effektiv zu infizieren. Auch weitere bindende Antikörper sollen auf den Plan rücken, etwa solche, die sich gegen bestimmte Oberflächen-Molekülbereiche richten. Zum anderen geht es um zelluläre Immunität. Und hier ist die Balance besonders wichtig: Das Zusammenspiel in der T-Zell-Aktivierung mit T-Helferzellen, T-Killerzellen, regulatorischen und Gedächtniszellen sowie Botenstoffen (Interferon) muss passen. Denn schließlich wünscht man sich, eine Infektion durch das neue Coronavirus effektiv zu vereiteln bzw. die Schwere einer Erkrankung stark abzumildern.

Vor allem mRNA-Impfstoffe rücken dabei in den Fokus. Sie haben entscheidende Vorteile: Während bei Totimpfstoffen mit abgetöteten Erregern das Immunsystem nicht immer vollständig aktiviert und die Balance auf T-Zell-Ebene nicht immer ausgewogen sein kann, ist durch mRNA-Impfstoffe eine weitgehend umfassende Immunantwort möglich. Zudem wird die Impfstoff-RNA schnell abgebaut, sodass keine Rückstände im Körper verbleiben. Lebend-Impfstoffe mit abgeschwächten Erregern bewirken zwar meist eine gute Immunantwort, jedoch sind Entwicklungs- und Herstellungsverfahren eher aufwendig. Dagegen lassen sich mRNA-Impfstoffe relativ einfach und kostengünstig herstellen, sobald ein gutes Konstrukt gefunden ist: Denn anders als bei herkömmlichen Vakzinen muss es nicht erst mühsam in Kultur herangezüchtet und inaktiviert werden. Vielmehr wird nur die Bauanleitung des Antigens produziert. Der menschliche Körper wird so selbst in die Lage versetzt, die spezifischen Proteine herzustellen. Mit dem Auftrag, eine gezielte Immunantwort auszulösen.

Elegante Konstrukte

Elegant sind genetische Impfstoffe, die die Baupläne für das Oberflächenprotein (wie das Spike-Protein oder Teile davon) des neuen Coronavirus enthalten. Im Körper verimpft, können die Baupläne in den Zellen von unseren Proteinfabriken (Ribosomen) abgelesen werden. Somit werden die entsprechenden Virusproteine vom Körper selbst hergestellt. RNA-Impfstoffe haben gegenüber DNA-Impfstoffen einen Vorteil: RNA-Moleküle verbleiben im Zellplasma und bergen nicht das unkalkulierbare Risiko, in das Wirtsgenom eingebaut zu werden. Auch können Zellen RNA nicht in DNA umwandeln, da der menschliche Körper keine Enzyme dafür besitzt. Retroviren wie HIV haben zwar solche Enzyme (sogenannte Reverse Transkriptasen), diese können aber spezifisch nur die eigene Virus-RNA ablesen.

Es gibt noch einen weiteren interessanten Aspekt, den aktuell Wissenschaftler bei Untersuchungen zur Sinusvenenthrombose beschrieben haben (preprint): Da mRNA im Zytosol übersetzt und die Spike-Proteine dort anschließend modifiziert werden, findet kein sogenannter Spleißvorgang statt. Denn dieses Herausschneiden von Abschnitten geschieht nur im Zellkern. Im Gegensatz zu Vektorimpfstoffen existiert bei mRNA-Wirkstoffen somit keine Gefahr unerwünschter kürzere Proteinvarianten, die in löslicher Form in sehr seltenen Fällen Nebenwirkungen verursachen könnten.

Die Technologie verspricht, vergleichsweise sicher zu sein, da der Impfstoff keine fremden Virusbestandteile enthält. Und sie erlaubt eine gewisse Flexibilität: Denn der Impfstoff lässt sich sehr schnell an das Genom eines Erregers anpassen.

Und die Hürde? Das Molekül mRNA ist von Natur aus instabil und wird relativ schnell abgebaut. Als Medikment generell gut, könnte man meinen, so müsse man sich nicht um die Entsorgung im Körper Gedanken machen. Allerdings muss das Biomolekül überhaupt erst in die Wirtszelle gelangen. Dort angekommen, müssen sie der Proteinfabrik, den Ribosomen, auch lange genug zur Verfügung stehen, damit das Protein im ausreichenden Maß gebildet werden kann.

Entscheidende Kenntnisse über die Wirkung des RNA-Moleküls erlangte aber bereits in den 90er-Jahren die Wissenschaftlerin Katalin Kariko an der Universität Pennsylvania in den USA. Hatte man lange nicht an ihre Forschung geglaubt, haben die von ihr entdeckten Zusammenhänge zwischen mRNA und Immunreaktion inzwischen einen Weg aus der Covid-19-Pandemie bereitet: Ihre Entdeckungen zur modifizierten mRNA führten zu den Impfstoffen, die BioNTech aus Mainz und Moderna aus Massachusetts entwickelt haben. Auch das Tübinger Unternehmen CureVac beschäftigt sich seit über 20 Jahren intensiv mit diesem Biomolekül und hat eine Entdecker- und Vorreiterrolle in der Entwicklung der mRNA-Technologie eingenommen, die auch in der Krebsmedizin und Therapie seltener Krankheiten vielversprechende Ansätze findet.

Das Grundrezept

Im Grunde benutzen alle mRNA-Entwickler die gleiche Zutat: den Code eines bestimmten Proteins. In diesem Fall den Code eines Oberflächenproteins des neuen Coronavirus, dem Spike(S)-Protein, oder Teile davon. Hier kommt der erste Grund für die schnelle Impfstoff-Entwicklung zutage: Aufgrund bekannter Daten der genomischen Sequenz verwandter Coronaviren (MERS, SARS-1) konnte die komplette DNA-Sequenz des neuen Coronavirus bereits im Januar 2020 entschlüsselt werden. Das neue Coronavirus unterscheidet sich nur in wenigen Bereichen von seinen Verwandten. Man kannte von diesen nahe verwandten Coronaviren bereits das Spike-Oberflächenprotein, das an die Wirtszelle bindet und das durch Antikörper gut angreifbar ist. Ohne dieses Vorwissen hätte es Jahre gedauert, das angreifbare Target zu finden.

Das Ziel bei der Entwicklung des Konstrukts? Die künstlich hergestellte RNA (z. B. für das komplette Spike-Protein) soll von der körpereigenen zellulären Maschinerie in Protein übersetzt werden. Damit reiht sich die künstlich hergestellte RNA ein in die zahllosen, natürlich vorkommenden RNA-Molekülen in unseren Zellen, die von den Ribosomen übersetzt und im Zytosol nachträglich gespalten und modifiziert werden. Die entstandenen Häppchen des Spike-Proteins werden dann auf der Zelloberfläche dem Immunsystem präsentiert, was eine Immunreaktion in Gang setzt. So wird eine natürliche Infektion durch SARS-CoV-2 nachgeahmt.

Die Herstellung der mRNA

Im Labor lässt sich zunächst der DNA-Strang des Spike-Proteins anhand der Anfang des Jahres ermittelten Sequenz künstlich herstellen. Die DNA dient als Schablone, von der die mRNA* erstellt wird. Das instabile Biomolekül muss nun stabilisiert werden. An dieser Stelle kommen die Feinheiten der Rezeptur ins Spiel, die Hersteller-eigen sind. Zusammen stellt dies mit weiteren Aufbereitungsschritten ihre Kernkompetenz dar. Auch wenn die Hersteller vom gleichen Bauplan ausgehen, baut jeder auf seine Erfahrungen mit seiner Plattform-Technologie. So setzen BioNTech und Moderna für ihre COVID-Kandidaten chemisch modifizierte Nukleotide** ein, die vor frühzeitiger Erkennung und Inaktivierung der fremden RNA durch Immunzellen schützen sollen. CureVac hingegen hat bisher  auf natürliche mRNA gesetzt und auch den COVIS-Impfstoff der zweiten Generation auf dieser Basis optimiert. Der Fokus liegt hier im Baukasten der RNA: im Aufbau und Anordnung der Codons, also des Tripletts aus drei aufeinanderfolgenden Nukleotiden.

Einige Grundprinzipien zur Herstellung der mRNA sind in der nachfolgenden Tabelle genannt, die von den Herstellern individuell und auch leicht abweichend verfolgt werden.

Fertig. Zumindest der mRNA-Strang. Doch wie bekommt man ihn in die menschliche Zelle? Anders als sogenannte Vektorimpfstoffe (z. B. der Impfstoff von AstraZeneca), die Trägerviren als „Transporter“ nutzen, setzen mRNA-Impfhersteller auf Nanopartikel. Understatement ist hier gefragt, schließlich sollen diese Hüllbläschen keinen Alarm des Immunsystems auslösen. Deshalb ähneln sie der Zellmembran: Meist handelt es sich um Lipidnanopartikel (LNPs), winzig kleine Tröpfchen aus fettartigen Substanzen. Sie umschließen die RNA und schützen sie so vor Enzymen. Selbst wenn Fresszellen einige Lipidnanopartikel verdauen, verschmelzen genügend Partikel mit der Zellmembran und geben in der Zelle (Muskelzellen, Immunzellen) ihren Inhalt, die RNA, frei.

Eine Gratwanderung: Die Ladung der Nanopartikel an den Außenschichten muss positiv genug sein, um die negativ geladenen RNA an sich zu binden, zu umhüllen und um mit der negativ geladenen Zellmembran zu fusionieren. Anschließend, in der Zelle, müssen die Nanopartikel die RNA aber auch wieder „loslassen“. Hier hat jeder Hersteller seine eigene Formulierung, die auch einen Effekt auf die Temperaturstabilität haben kann. Die häufig verwendeten lipidhaltigen Bestandteile selbst sind jedoch etablierte pharmazeutische Hilfsstoffe, von denen bereits umfangreiche Toxizitätsprüfungen durchgeführt wurden. Studien haben gezeigt, dass die Lipidnanopartikel nicht zellschädigend (zytotoxisch) sind und von ihnen keine Gefahr für den menschlichen Körper ausgeht.

Im Fokus: Sicherheit

Generell gilt: Neben der Wirksamkeit ist immer auch die Sicherheit zu belegen. Die US-Arzneimittelbehörde FDA hat die Anforderungen für die Zulassung von Coronavirus-Impfstoffen verschärft: Demnach muss zwei Monate lang bei der Hälfte der Probanden einer Impfstoffstudie eine Wirkung beobachtet werden. Diese 2-Monats-Frist startet gemäß FDA ab Verabreichung der letzten für eine Immunisierung nötige Impfdosis. Dabei muss die Datenlage über Nebenwirkungen und Infektionen unter den Probanden präzise dargelegt werden.

Im Zuge der Studien muss untersucht werden, welche Effekte eine Dosis mRNA im Körper auslöst. Wie lange bleibt sie im Körper? Könnte das Biomolekül noch weitere Prozesse im Körper anstoßen? Die Angst, dass sich RNA ins Genom integrieren könnte, ist rein von der Natur des Biomoleküs ausgeschlossen: Die einzelsträngige RNA ist anders aufgebaut als doppelsträngige DNA und RNA kann nicht durch die Kernmembran in den Zellkern gelangen. Viele der genannten Fragen zur mRNA-Technologie wurden schon lange vor der COVID-19-Pandemie in Studien unter die Lupe genommen und die Ergebnisse publiziert. Seit über 20 Jahren wird dazu an Tieren und an Zellen im Labor geforscht, einige Wirkstoffe wurden auch bereits am Menschen getestet, wie etwa der Tollwut-Impfstoff von CureVac (Lancet, 2017). Die Wirkstoff-mRNA wird – wie jede andere mRNA in unserem Körper auch – nach ihrem Ablesevorgang sehr schnell abgebaut. Es ist eher eine Herausforderung, sie in eine Zelle zu schleusen und lange genug stabil zu halten, wie in etlichen Studien untersucht und veröffentlicht worden ist (z. B. Nature, 2018). Die Prüfung auf Sicherheit schließt ebenso die der Verpackungshülle, der Lipid-Nanopartikel, ein. Dies wird auch vom Paul-Ehrlich-Institut geprüft. Demnach sollen die Fettkügelchen im Körper ähnlich wie mit der Nahrung aufgenommene Fette behandelt werden, d.h. in ihre Bestandteile zerlegt, verarbeitet und abgebaut werden.

Potenzielle späte Nebenwirkungen können – wie bei jeder anderen Impfstoffentwicklung, auch gegen andere Erreger – zwar zum jetztigen Zeitpunkt nicht abgesehen werden. Dazu bräuchte man Jahrzehnte. Die bisherige Datenlage, Art der Herstellung ohne Fremderregerbestandteile, Natur der mRNA, lange Erfahrung mit der Technologie und auch vergleichsweise hohe Probandenzahl stimmen Wissenschaftler jedoch durchweg positiv.

Schnelle Entwicklung – vorschnelle Rückschlüsse

Bei all dem Vorwissen der Technologie seit über 20 Jahren mag man sich fragen, warum noch kein Medikament auf mRNA-Basis entwickelt wurde. Und warum jetzt beim COVID-19-Impfstoff in solch einer Rekordzeit? Sehr schnell lassen sich Rückschlüsse ziehen, dass dies zulasten der Sicherheit gehen könnte. Zunächst einmal muss man berücksichtigen, dass das Virusprotein ein relativ einfaches Antigen darstellt und gut hergestellt werden kann – verglichen zur Herstellung von mRNA-Konstrukten gegen einige andere Erreger oder gar zur Krebstherapie. Gerade bei Krebserkrankungen spielen viele Proteine eine Rolle und die Entwicklung ist entsprechend komplizierter.

Für die schnelle Entwicklung der mRNA-Impfstoffe gegen COVID-19 gibt es einige Gründe:

• Rohdaten: Im Gegensatz zu unbekannten Viren konnte man bei SARS-CoV-2 aufgrund vorhandener Sequenzdaten der verwandten Viren SARS und MERS das genetische Konstrukt sehr schnell entwickeln. An diesem Virustyp forscht man schon Jahrzehnte und kennt daher die angriffsempfindliche Stelle, das Spike-Protein, die man sonst über Monate bis Jahre suchen müsste. Auch die Faltung des Proteins war in Grundzügen bekannt.
• Konstrukt: Die genannten bekannten Daten über das Spike-Protein bzw. ihrer zugrunde liegende RNA sind in die mRNA-Plattform eingeflossen: Die jahrelange Erfahrung mit der mRNA-Technologie dient als Grundlage für die Erstellung des neuen Konstrukts, das in präklinischen Studien getestet wird/wurde. So konnte die sonst übliche Zeit für Produktentwicklung und präklinische Testung von 2 bis 4 Jahren auf wenige Monate reduziert werden.
• schnelle Methode: Keine langwierige Zellkultur oder Produktion in Hühnereiern (wie beim Influenza-Impfstoff), sondern schnelle synthetische Produktion, die zudem schnell anpassbar ist.
• Rückenwind: Staatliche Anreizmechanismen senken das finanzielle Risiko, das sonst Pharmakonzerne allein tragen. Somit sind simultane, statt hintereinander geschaltete Schritte möglich. Wenn sonst eine Entwicklung 10 Jahre dauert, bedeutet dies nicht, dass 10 Jahre geforscht und getestet wird. Zwischendurch gibt es immer wieder Stopps aufgrund fehlender Finanzierungsrunden. Dazu müssen auch Anträge geschrieben und Bewilligungen abgewartet werden.
• Anzahl der Probanden: Die beispiellose Pandemie hat unzählige Freiwillige in Kürze hervorgebracht – eine Rekrutierung von Probanden bei anderen Produktentwicklungen benötigt meist eine Menge Zeit. Nach der Zulassung hat sich so auch die Möglichkeit ergeben, potenzielle Nebenwirkungen bei einer großen Zahl an Impfungen festzustellen. Für andere Impfstoff- und Arzneimittelverabreichungen würde es über Jahre bis Jahrzehnte hinweg dauern, um auf solche Erfahrungen und Datenmenge zu kommen. Schon allein deshalb ist der Impfung mit zugelassenen Corona-Impfstoffen äußerst transparent.
• Studienzentren: Statt, wie sonst üblich, einzelne Schritte hintereinander laufen zu lassen, findet bei COVID-19 eine Parallelisierung der Studienzentren weltweit statt, hohe Inzidenzregionen früh eingeschlossen. Somit lassen sich viele Erkenntnisse früher gewinnen.
• COVID-Behörden auf der Überholspur: Behörden prüfen und bewerten Anträge zu COVID-Impfstoffen primär – vor allen anderen Anträgen – und das mit erheblich aufgestockten Ressourcen. Sie ermöglichen auch, Studienphasen zusammenzulegen. Zusätzlich findet oft eine fortlaufende Datenübermittlung der Studien an Kontrollbehörden statt, sodass sie fließend geprüft und mit Experten bewertet werden können.
• Risikobereitschaft: Die Hersteller sind bereits zu einem Zeitpunkt in Produktion gegangen, zu dem noch lange nicht klar war, ob ihr Impfstoff in greifbare Nähe der Zulassung gelangt. So kann im Fall einer Genehmigung sehr viel Zeit gespart werden und direkt mit dem Impfen begonnen werden.

In der Fachzeitschrift Nature findet man eine übersichtliche Grafik, wie in der Corona-Pandemie die Entwicklungszeit eines Impfstoffs von rund 15 Jahren auf 10 Monate bis 1,5 Jahre reduziert werden kann.

Die mRNA-Impfstoff-Entwickler

Es gibt es immer mehr Klarheit über neue Potenziale in der Impfstoffentwicklung und Impfstrategie gegen jegliche Virusinfektionen – mit dem besten Zeitpunkt jetzt. Zudem kann das Potenzial mRNA-Technologie auch in der Krebsmedizin und Therapie seltener Krankheiten besser anerkannt und zukunftsweisend werden.

Bild: © antoniemo/depositphotos

Passend zum Thema Coronavirus-Impfstoffe:

Coronavirus-Impfstoffe: Welche Kandidaten sind besonders aussichtsreich?

Impfung und Immunisierung bei COVID-19

Coronaviren enttarnt – unser Immunsystem als Inspektor

Der Beitrag COVID-19: mRNA-Impfstoffe – Was macht sie so besonders? erschien zuerst auf Redaktion Text Idee.

(Foto: © alexeynovikov/Depositphotos.com)

Weltweit ringen Pharmakonzerne, Universitäten und Forschungsinstitutionen mit rund 300 Impfstoff-Kandidaten um den Beweis eines wirksamen Schutzes vor Coronavirus-Infektionen. Mehr als 130 klinische Prüfungen sind bereits angelaufen (aktualisierte Karte: WHO). Die mRNA-Impfstoffe von BioNTech/Pfizer und Moderna werden weltweit verimpft, z. T. bereits als Booster-Impfung. Neben den neuartigen mRNA-Impfstoffen befinden sich Vektor-Impfstoffe des britisch-schwedischen Unternehmens AstraZeneca und des US-Pharmariesen Johnson & Johnson in der Impfkampagne. Und es gibt einen weiteren Anwärter: Für den ersten Corona-Totimpfstoff, ein Protein-basiertes Vakzin des US-Pharmakonzerns Novavax, ist die EU-Zulassung beantragt.

→ zum Überblick: COVID-19-Impfstoffe

Schutz durch Coronavirus-Impfstoffe – weltumspannendes öffentliches Gut

Grundvoraussetzung ist, dass der Nutzen und die Sicherheit eines Impfstoffs höher sind als das Risiko durch Erkrankungen und verbleibende Organschäden einer SARS-CoV-2-Infektion.

Die Phasen der Impfstoffentwicklung und Wirkweisen

Der Traum eines guten Impfstoffs? Ganz klar: Ein komplettes Anwerfen des stark ineinander vernetzen Immunsystems, das neuralisierende und bindende Antikörper auf den Plan rückt, B- und T-Zellen aktiviert, Gedächtniszellen ausbildet, Makrophagen (Fresszellen) aktiviert sowie Enzyme und bestimmte Botenstoffe (Zytokine, z. B. Interferone u.a. Interleukine) ausschütten lässt. Auf Kaskadenwegen kann so eine Abwehrreaktion in Gang gesetzt werden.

Der komplexe Zusammenhang im Immunsystem – eine Übersicht

Die Immunantwort findet auf verschiedenen Wegen statt.

Rückenwind zur schnellen Impfstoffentwicklung

Gleich zu Beginn im Januar 2020 konnte das genetische Konstrukt aufgrund bekannter Sequenzdaten des verwandten Virus SARS schnell erstellt werden. Auch kann auf bekannten Impf-Rohkonstrukten als Basis mit bekannter Datenlage aufgebaut werden. Und neben den simultan getesteten Studienzentren, bei denen u.a. auch hohe Inzidenzregionen früh eingeschlossen werden, finden bei vielen Projekten inzwischen fortlaufend Datenübermittlungen an Kontrollbehörden statt, die diese Studien primär und mit erheblich aufgestockten Ressourcen abhandeln und mit Experten bewerten.

Durch staatliche Anreizmechanismen, allem voran aus der EU sowie USA, wird das finanzielle Risiko nicht allein auf Pharmakonzerne gelenkt. Stattdessen können die sonst zögerlichen, jahrelangen hintereinandergeschaltenen Schritte der Impfstoffentwicklung parallelisiert werden.

Zudem fanden sich durch die beispiellose Pandemiesituation – verglichen zu anderen Arzneimittelentwicklungen – sehr viele Probanden in kürzester Zeit. Somit konnten groß angelegte klinische Studien in vergleichbar kurzer Zeit realisiert werden. Nach der Zulassung hat sich so auch die Möglichkeit ergeben, potenzielle Nebenwirkungen bei einer großen Zahl an Impfungen festzustellen. Für andere Impfstoff- und Arzneimittelverabreichungen würde es über Jahre bis Jahrzehnte hinweg dauern, um auf solche Erfahrungen und Datenmenge zu kommen. Schon allein deshalb ist der Impfung mit zugelassenen Corona-Impfstoffen äußerst transparent.

Überblick über bedeutende COVID-19-Impfstoffe und Entwickler

→ mRNA-Impfstoffe
→ Vektor-Impfstoffe
→ Proteinbasierte Impfstoffe
→ Totimpfstoffe

1.) mRNA-Impfstoffe

In der Pandemie-Eindämmung wird ihnen eine entscheidende Rolle zugeschrieben: mRNA-Impfstoffe. Dabei dreht es sich um das Biomolekül Ribonukleinsäure, das Körperzellen anweist, Proteine zu produzieren: in diesem Fall Oberflächenproteine des neuen Coronavirus bzw. Teile davon. Der Körper erkennt diese virusähnlichen Proteine als fremd und kann so eine Immunantwort gegen das Coronavirus auslösen. Der Vorteil der Verwendung von RNA gegenüber DNA ist, dass sich dieses Biomolekül nicht in das Genom integriert.

Ausführlicher Artikel zu mRNA-Impfstoffen: mRNA-Impfstoffe – Was macht sie so besonders?

BioNTech / Pfizer

Moderna

CureVac

Johnson & Johnson (Pharmaunternehmen Janssen)

Gamaleya

IDT Biologika

3.) Proteinbasierte Impfstoffe

Proteinbasierte Impfstoffe enthalten als Impfantigen virale Proteine. Dazu werden bestimmte Zellen in Zellkultur gentechnisch mit dem gewünschten Gen für das virale Protein ausgestattet. Das in großen Mengen produzierte Protein (Antigen) wird anschließend isoliert und aufgereinigt. Nach Impfung werden sie in bestimmten Zellen unseres Immunsystem, den Antigen-präsentierenden Zellen, aufgenommen, in Stücke zerteilt und diese „Häppchen“ dem Immunsystem präsentiert. Dies löst eine entsprechende Immunantwort aus, die allerdings nicht immer ausreichend stark ist, sodass oft Impfverstärker (Adjuvanzien) zugesetzt werden. Dazu muss dann die Verträglichkeit auch des Adjuvanz genauestens untersucht werden. Nebenwirkungen wie lokale Entzündung können provoziert werden.

Proteinimpfstoffe kennt man bereits: So gibt es den Hepatitis-B-Impfstoff, der Hepatitis-B-Oberflächenantigen enthält, oder den HPV-Impfstoff, der als Antigen L1-Proteine verschiedener Typen des humanen Papillomavirus beinhaltet. Wie bei mRNA-Impfstoffen oder Vektorimpfstoffen auch, wird das Antigen bei Proteinimpfstoffen gentechnisch hergestellt.

Novavax

Sanofi / GlaxoSmithKline (GSK)

Es gibt noch weitere proteinbasierte Impfstoffprojekte, wie z. B. in Kuba (Name der Impfstoffkandidaten: „Soberana“), die sich in den klinischen Phasen befinden, und als Versogung eigener sowie bestimmter weiterer Länder dienen.

4.) Totimpfstoffe

Totvakzine enthalten abgetötete, nicht mehr vermehrungsfähige Krankheitserreger bzw. Teile davon. Der Proten-basierte Impfstoff von Novavax ist im engeren Sinne ein Totimpfstoff.

Totimpfstoffe sind schon länger auf dem Markt, Beispiele sind die Impfstoffe gegen Influenza und Hepatitis B. Sie sind relativ einfach herzustellen, müssen aber in Studien längerfristig beobachtet werden, um ein potenzielles Risiko einer unausgewogenen Immunantwort auszuschließen. Eine Verschlimmerung durch unbalancierte T-Zell-Aktivierung mit möglicherweise stärkerer Virusvermehrung in Immunzellen muss ausgeschlossen werden.

Novavax

Valneva

Sinovac

Sinopharm

———————–

Perspektiven

Es ist wichtig, viele Impfstoffe zu entwickeln, um möglichst viel abdecken zu können: nicht nur Anzahl an Personen, sondern auch individuelle Voraussetzungen. So können sich einige Impfstoffe für bestimmte Personengruppen mit bestimmten Vorerkrankungen oder auch ethnische Bevölkerungsgruppen als geeigneter erweisen als andere. Außerdem vergrößert die Entwicklung vieler Konstrukte die Chance, solche mit einem möglichst langanhaltenden und umfassenden Schutz – auch gegen mögliche Varianten – zu generieren. Entscheidend dabei sind Anreize und Unterstützung für Forschung, Entwicklung und Produktion. Gerade auch Europa kann das vorhandene große Know-how im Pharmabereich stärken. Selbst wenn es in Deutschland oft noch an Biotech-Analysten und Wagemut seitens Investoren fehlt, ist ein Ruck nun spürbar.

Ende September 2020 haben sich 16 globale Pharmaunternehmen in einer gemeinsamen Erklärung dazu bekannt, die Produktionskapazitäten so schnell wie noch nie zu erhöhen, um der gesamten Weltbevölkerung COVID-19-Diagnostika, Medikamente und Impfstoffe zugänglich zu machen. Unter anderem mit Spenden und der Abgabe von Produkten zum Selbstkostenpreis für ärmere Länder. Die WHO setzt sich in der Initiative COVAX zusammen mit der CEPI (Coalition for Epidemic Preparedness Innovations) für die faire Verteilung der Impfstoffe ein und hat dabei bereits über 150 Länder gewonnen. Durch die Allianz sollen ca. 11 Mrd. Dosen beschaffen werden, um ärmere Länder zu versorgen.

Die Impfung einer ganzen Bevölkerung in Kurzzeit ist beispiellos. Die Fortschritte in der Impfstoffentwicklung sind enorm. Es geht um den Ziellauf gut verträglicher, möglichst nebenwirkungsfreier Impfstoffe. Gleichzeitig müssen sie lange und auch gegen Mutanten wirksam sein. Eine Mammutaufgabe. Und selbsterklärend, dass diese weder als Nationalstreich noch als Pharmaunternehmen im Alleingang gelöst werden kann.

Informationen zu COVID-19-Impfstoffprojekten:

WHO: Draft landscape of COVID-19 candidate vaccines

Die forschenden Pharma-Unternemen (vfa): Impfstoffe zum Schutz vor Covid-19, der neuen Coronavirus-Infektion

Paul-Ehrlich-Instutut: Alle Infos zu Co­ro­na­vi­rus SARS-CoV-2

Der Beitrag Coronavirus-Impfstoffe: Welche Kandidaten sind besonders aussichtsreich? erschien zuerst auf Redaktion Text Idee.

Sprengkraft hat er, der auf den Dynamiterfinder und Chemiker Alfred Nobel zurückgehende Nobelpreis. Und das auch in diesem Jahr, wie in der Kategorie Chemie: Seit der Entdeckung der Genschere CRISPR/Cas9 im Jahr 2012 gibt es eine Flut an wissenschaftlichen Veröffentlichungen und Diskussionen. Die beiden Entdeckerinnen Emmanuelle Charpentier, derzeit Leiterin der Max-Planck-Forschungsstelle für die Wissenschaft der Pathogene in Berlin, und Jennifer Doudna, Professorin an der University of California in Berkeley, haben mit der CRISPR/Cas9-Methode ein neues Feld in der Biotechnologie und Gentechnik geschaffen. Mit dieser Methode lässt sich das Erbgut aller Lebewesen schneller und gezielter verändern als je zuvor.

Woher kommt das Werkzeug CRISPR/Cas9 ?

Ursprünglich stammt das CRISPR/Cas-System aus Bakterien: Es dient ihnen als natürlichen Mechanismus, mit dem sie sich vor schädlichen Viren schützen. Dazu spalten die bakteriellen Cas-Proteine die eingedrungene Virus-DNA in kleine Fragmente auf. Diese werden dann in einem bestimmten Abschnitt im Bakterien-Erbgut aus kurzen, sich wiederholenden DNA-Sequenzen eingefügt – wie eine neue Buchreihe im (haptischen) Bücherregal. Man nennt diesen Abschnitt CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats). Werden die Bakterien erneut von diesen Viren befallen, werden die CRISPR-Abschnitte in RNA umgeschrieben. Diese inspiziert dann die Viren-DNA: Ist die Virus-DNA mit dem gespeicherten Abschnitt identisch, wird sie durch die Cas-Proteine zerschnitten – und dem Virus der Garaus gemacht.

Erst die Entdeckung des vollständigen Systems verschaffte den Wissenschaftlerinnen Doudna und Charpentier den Durchbruch. Somit konnten sie die „Genschere“ konstruieren, bestehend aus der DNA-Sequenz, einer RNA für das Erkennen der Fremd-DNA, und dem Schneide-Enzyms Cas.

CRISPR/Cas9 – das Tool

Doch was genau macht das System? Es handelt sich hierbei um ein präzises Schneide-Instrument, das punktuelle Veränderungen der DNA ermöglicht.

Das Genome Editing-Verfahren läuft in drei Schritten ab:

1. Detektivarbeit: Der CRISPR-Abschnitt erkennt das jeweilige Ziel, d. h. eine bestimmte DNA-Sequenz im gewünschten Gen. Damit genau die Stelle gefunden wird, bei der eine Änderung durchgeführt werden soll, wird eine passende „Sonde“ aus RNA-Abschnitten konstruiert. Sie entspricht der DNA-Abfolge der gewünschten Zielsequenz. Hat die Sonde die Zielsequenz gefunden, dockt sie dort an.
2. Der Cut: An dem CRISPR-Abschnitt ist ein Protein, Cas9, gekoppelt. Es schneidet den DNA-Doppelstrang exakt an der angedockten Stelle, der gewünschten Zielsequenz.
3. Reparatur und Modifikation: Die zelleigenen Reparatursysteme verknüpfen den durchtrennten DNA-Strang wieder. In diesem Schritt können einzelne DNA-Bausteine entfernt oder modifiziert werden. Zudem lassen sich auch kurze DNA-Sequenzen neu einbauen. So lässt sich das Gen ausschalten oder die DNA anschließend „umschreiben“, also eine gezielte Änderung in der Basenabfolge einführen.

Das Verfahren funktioniert grundsätzlich bei allen Organismen.

Möglichkeiten für die Pflanzenzüchtung

Verglichen mit anderen Genome Editing-Verfahren lässt sich die CRISPR/Cas-Methode viel schneller, einfacher und kostengünstiger durchführen. Zudem funktioniert sie präziser, unbeabsichtigte Schnitte im DNA-Strang außerhalb der Zielregion sind seltener.

Bei der klassischen Gentechnik, wie sie in der Pflanzenzüchtung angewandt wird, ist es hingegen vom Zufall abhängig, an welcher Stelle im Genom das neue, zusätzliche Gen integriert wird. Der ungezielte Einbau des Fremdgens an irgendeiner Stelle kann somit die Gen-Funktionen beeinträchtigen. Deshalb sind für gentechnisch veränderte (gv-)Pflanzen in den meisten Ländern aufwändige Zulassungsverfahren vorgeschrieben. Die Hersteller müssen vor der Markteinführung die Sicherheit ihrer Produkte nachweisen. Eine solche Zulassung für gv-Pflanzen benötigt viel Zeit und verschlingt enorme Kosten, sodass solche Entwicklungen meist nur Großkonzerne ermöglichen können.

In der molekularen Pflanzenzüchtung ist das Verfahren dann sicher und zielführend, wenn nur diejenigen Pflanzen verwendet werden, die genau die gewünschte Mutation tragen. Es werden bereits Experimente durchgeführt, etwa um bestimmte Pflanzen resistent gegen Viren zu machen oder auch Gluten-arme Weizensorten herstellen zu können. Auch könnten sich Pestizide einsparen lassen und ein höherer Ertrag erzielen lassen. Die meisten Studien kommen aus China, gefolgt von den USA. Während in den USA bereits einige Freisetzungsversuche mit CRISPR-Pflanzen im Gange oder geplant sind, ist das Vorgehen in Europa streng reguliert.

Medizinische Grundlagenforschung durch CRISPR/Cas9: Perspektiven

Bedeutsam ist die Methode vor allem für die medizinische Grundlagenforschung. So könnten bestimmte Genfunktionen, die bisher nicht klar verstanden sind, aufgeklärt werden. Weil die Methode so spezifisch ist und man bis dato wenige bis keine gefährlichen Veränderungen entdeckt hat, wurden vielfache Versuche mit gesunden Spenderzellen vorgenommen. Das Ziel ist klar: Für spezielle Therapien könnte man bald auch in klinische Studien starten. Bereits letztes Jahr war es soweit: Bei einer Patientin mit Sichelzellanämie wurde die weltweit erste unternehmensfinanzierte Therapie mit der Genschere CRISPR an einem Menschen durchgeführt. Dazu wurden der Patientin Milliarden von Blutstammzellen aus dem Knochenmark entnommen und im Labor mit der CRISPR/Cas-Methode genetisch verändert. Anschließend erhielt die Patientin eine Chemotherapie, um im Körper das Knochenmark mit dem Gendefekt zu eliminieren. Einige Zeit danach wurden die im Labor genveränderten Zellen zurück in den Körper der Patientin geleitet.

Auch in der Diagnostik kann die Methode zukünftig eingesetzt werden, z. B. als Schnelltest für Virusnachweis wie etwa das neue Coronavirus. Dabei kann der CRISPR-basierte Test durch Austausch der „Suchschablone“ in der CRISPR-Sequenz schnell an den jeweiligen Virus angepasst werden. Wann der entwickelte SARS-CoV2-Test offiziell zugelassen und ausreichend verfügbar sein wird, ist aktuell noch offen (Nature Biology, 2020).

Welche Gefahren gibt es?

Bei all den aussichtsreichen Perspektiven ist das Verfahren jedoch umstritten, da bereits eine geringe Fehlerrate fatale Folgen haben kann, wie etwa unkontrolliertes Zellwachstum. Auch können durch eine gezielte Veränderung von Keimzellen mit CRISPR-Cas eingebrachte Mutationen an Nachkommen weitergegeben werden. Potenziell auftretende Fehler können so für immer im Erbgut gespeichert sein. Auch werden ethische Fragen aufgeworfen. Denn es muss unterschieden werden, ob das Werkzeug eine bahnbrechende Methode zur Behandlung einer schweren Krankheit darstellt oder als „Designer-Update“ missbraucht werden kann. In China gab es im November 2018 einen ersten Fall, bei dem ein Wissenschaftler in das Genom von zwei Babys noch im Embryonenstadium eingegriffen hatte, um sie vor einer möglichen HIV-Infektion zu schützen (Nature-Artikel, 2020). Zuvor gab es zwar bereits Experimente mit Embryonen, jedoch nicht mit lebenden, die dann ausgetragen wurden. Wenn solch eine Manipulation in Keimzellen oder im sehr frühen Embryo-Stadium erfolgt, wird sie auch an die folgenden Generationen weitergegeben. Es ist ein Eingriff in die Keimbahn – und somit ein Überschreiten ethischer Grenzen. Dieser Eingriff ist international verurteilt worden.

Zur Regulierung ist zum Beispiel auch das WHO-Expertengremium gefordert, wie auch das Bundesinstitut für Risikobewertung und viele weitere Gremien. Denn wie bei vielen anderen hochtechnologischen Errungenschaften ist es wichtig, den Nutzen klar herauszustellen und Risiken auszuschließen sowie Missbrauch zu verhindern.

Passend zum Thema: CRISPR/Cas auf dem Europäischen Gerichtshof

Der Beitrag Nobelpreis für Entdeckerinnen der Genschere CRISPR/Cas9 – Was ist das überhaupt? erschien zuerst auf Redaktion Text Idee.