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Forschungsinteressen
Das globale Bevölkerungswachstum wird die Lebensmittelindustrie in den kommenden Jahren zunehmend herausfordern. Im Zuge der Diskussionen um mögliche alternative Nährstoffressourcen rücken Insekten als alternative umweltfreundliche Nahrungs- und Futtermittelquelle zunehmend in den Fokus. Erst kürzlich hat Europa die Nutzung von einzelnen Insektenarten für Lebensmittel (EU-Verordnung 2015/2283) und Futtermittel (EU 2017/893) geöffnet. Es besteht ein dringender Bedarf, weltweit harmonisierte Qualitätsstandards für die Tierhaltung, die Insektenverarbeitung und die Vermarktung im Hinblick auf die Lebensmittelsicherheit, die Nährstoffqualität und die Anforderungen der Verbraucher festzulegen. Im Vergleich zu anderen konventionellen Nutztieren (Rinder, Schweine und Geflügel) haben Insekten den Vorteil, dass sie das Futter sehr viel besser verwerten und effizient in Makronährstoffe von hoher biologischer Wertigkeit umwandeln. Deutlich weniger Daten existieren zum Mikronährstoffbedarf von Insekten und deren Spurenelement-Homöostase in Abhängigkeit von der Futterkomposition, Alter und Gesundheitssituation der Tiere. Es gilt Grenzen festzulegen bis zu welchen Grenzen die Fütterung von Haupt- und Spurenelementen im Rahmen der Massenzucht umweltverträglich und ökonomisch vertretbar ist und welche positiven Effekte sich darüber hinaus für die Insekten ergeben.
Das Projekt ZINCsect zielt darauf ab, das Zinkaufnahmevermögen von Larven ausgewählter Nahrungs-/Futtermittelinsekten über Fütterungsstrategien zu bewerten. Die Bewertung der Gewebeverteilung von Zink und anderen Spurenelementen/toxischen Metallen über elementare Bildgebung mittels (konfokaler) µ-XRF sowie die Aufklärung der Expression und Aktivität von Proteinen, die an der Regulierung der Zink-Homöostase beteiligt sind bringen entscheidende Fortschritte, wenn es darum geht, den Zinkgehalt durch Biofortifikation zu erhöhen. Zudem birgt eine Zufütterung von Zink das Potential den Gehalt an toxischen Metallen (Cadmium, Blei) in den Insekten zu senken, was im Hinblick auf die Verwendung von Insekten als Nahrungsmittel und Futtermittel ebenfalls wichtig ist. Überdies hinaus kann die Anreicherung mit Spurenelementen die Immunfunktionen von Insekten und deren Interaktionen mit nützlichen und/oder pathogenen Mikroben beeinflussen, beide Aspekte sind bislang kaum untersucht.
Die Ergebnisse von ZINCsect liefern damit wichtige grundlegende Erkenntnisse für das zukünftige Design prozessoptimierter Anzuchtstrategien von Insekten als Teil der gesamten Insektenverarbeitungskette zu hochwertigen Nahrungs- oder Futtermitteln.
Prof. Dr. Rainer Benning | (University of Applied Sciences Bremerhaven, Bremerhaven/ Germany) |
Dr. Dries Vandeweyer | (Research Group for Insect Production and Processing/ KU Leuven/Belgium) |
Dr. Lotte Frooninckx | (RADIUS, Thomas More University of Applied Sciences/Belgium) |
Dr. Ioanna Mantouvalou | (Helmholtz-Zentrum Berlin/ BLIX/SyncLab Berlin/Germany) |
Prof. Birgit Kanngießer | (Technical University Berlin/BLIX/Synclab Berlin/Germany) |
Dr. Maria Maares | (Technical University Berlin/Food Chemistry & Toxicology/Germany) |
Der weltweite Rückgang der Insekten beeinträchtigt die Widerstandsfähigkeit der Ökosysteme; Bestäuber wie die Honigbiene (Apis mellifera) haben im letzten Jahrzehnt große Verluste erlitten. Honigbienen sind die am weitesten verbreiteten kommerziellen Bestäuber in der Landwirtschaft und leisten somit einen wichtigen Beitrag zur weltweiten Pflanzenproduktion und tragen zur Erhaltung der Ökosysteme bei. Gegenwärtig sind Honigbienen einer Reihe von Bedrohungen ausgesetzt, darunter Pestizide, Verlust der genetischen Vielfalt, Lebensraumverlust, begrenzte Nahrungsvielfalt, Krankheitserreger und Synergien zwischen Krankheit und Ernährung. Eine Vielzahl von Studien zeigt Zusammenhänge zwischen der immunologischen Fitness von Bienenindividuen und Honigbienenvölkern in Abhängigkeit von der allgemeinen Verfügbarkeit von Nährstoffen sowie der Zusammensetzung der jeweiligen Nährstoffressourcen. Gegenwärtig ist für die westliche Honigbiene nicht klar, welche Mengen an Spurenelementen erforderlich sind, um auch unter pathophysiologischen Bedingungen, wie z. B. bei parasitären Erkrankungen, optimal Schutz zu erzielen.
Im Hinblick auf diese Fragen wurde ein Projekt in Kooperation mit dem Länderinstitut für Bienenkunde Hohen Neuendorf (Prof. Dr. Elke Genersch) und der Forschungsgruppe Synclab (Dr. Ioanna Mantouvalou) ins Leben gerufen, welches sich speziell mit der Frage des Zinkaufnahmevermögens und der Regulation der Zinkhomöostase von Honigbienen und Honigbienenlarven beschäftigt. Das Projekt beinhaltet Zn-Fütterungsversuche an Bienen und Larven und nachfolgende Analysen zu deren Gesamtgehalt an essentiellen und toxischen Metallen. Bildgebende µ-XRF und Synchroton-basierte konfokale XRF-Messungen geben dreidimensionale Einblicke in die Verteilung von Zink sowie anderen Elementen und erlauben es Organzuordnungen zu treffen. Zudem erfolgen Mikro-XANES-Messungen (μXANES) in Regionen mit hoher Zn-Konzentration zur Klärung der Zinkspeziation. In-silico-Analysen dienen der Identifizierung und Charakterisierung von Zink-Transporter- und Metallothionein-ähnlichen Proteinen kodiert im Genom von Apis mellifera. Deren Expressionsprofile in den verschiedenen Bienen- und Larvenproben geben weitere Aufschlüsse in Bezug auf die Zinkhomöostase von Apis mellifera.
Dr. Ioanna Mantouvalou | (Helmholtz-Zentrum Berlin/ BLIX/SyncLab Berlin/Germany) |
Prof. Dr. Birgit Kanngießer | (Technical University Berlin/BLIX/Synclab Berlin/Germany) |
Prof. Dr. Elke Genersch | (Department of Molecular Microbiology and Bee Diseases, Institute for Bee Research, Hohen Neuendorf/Germany) |
Dr. Maria Maares | (Technical University Berlin/Food Chemistry & Toxicology/Germany) |
Das Projekt INSECT PRO HEALING zielt darauf ab Insektenproteine aus Tenebrio molitor als ökoinnovative nachhaltige Ressource für die Herstellung von Wundverbandsmaterialien zu nutzen und diese Proteine unter Nutzung unterschiedlicher Technologien zu funktionalisieren.
Konkret setzt sich INSECT PRO HEALING zum Ziel:
Projektziel 1: Beurteilung der Gelbildungseigenschaften von Proteinen isoliert aus Tenebrio molitor sowie des Potentials wundaktive Metall-Kationen in diese Gele einzubringen.
Projektziel 2: Eine Oberflächenfunktionalisierung der Insektenproteine unter Nutzung nichtthermischer Plasmen zu erzielen.
Projektziel 3: Erfassung der Zytokompatibilität und wundheilungsfördernden Eigenschaften unter in vitro Zellkulturbedingungen.
Projektziel 4: Beurteilung der Gewebskompatibilität und wundheilungsförderlichen Effekte auf der Basis von humanen ex vivo Hautmodellen.
Prof. Dr. Stephan Drusch | (Technical University Berlin, Department of Food Technology and Food Material Sciences/Germany) |
Rainer Benning | (University of Applied Sciences Bremerhaven, Bremerhaven/ Germany) |
Dr.-Ing. habil. Oliver Schlüter | (Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie (ATB), Potsdam/Germany) |
PD Dr. Fiorenza Rancan | (Clinical Research Center for Hair and Skin Science, Department of Dermatology, Venerology and and Allergy,Charité–Universitaetsmedizin Berlin/Germany) |
Dr. Maria Maares | (Technical University Berlin/Food Chemistry & Toxicology/Germany) |
Gemeinschaftliches Projekt mit Dr. Maria Maares
Zinkmangel beim Menschen ist ein globales Gesundheitsproblem, von dem weltweit etwa eine Milliarde Menschen betroffen sind. Während schwerer Zinkmangel vor allem in Ländern mit niedrigem Einkommen auftritt, ist leichte bis mäßige Zinkunterernährung weltweit verbreitet und betrifft vor allem ältere Menschen, Veganer und Vegetarier. Längerer und schwerer Zinkmangel beeinträchtigt das Immunsystem erheblich und erhöht das Auftreten von Darminfektionen.
Zinkverbindungen auf der Grundlage einer proteinreichen Matrix, wie z. B. zinkangereicherte Hefen (ZnYeast), entwickeln sich zu einer vielversprechenden nutritiven Zinkquelle. Ihre Zulassung würde nach europäischem Recht unter die Richtlinie 2002/46/EG fallen. Dabei ist die Einhaltung der lebensmittelrechtlichen Vorschriften und die gesundheitliche Unbedenklichkeit von Nahrungsergänzungsmitteln zu beachten. Die EFSA hat noch keine eindeutige Stellungnahme zur Sicherheit von ZnYeast für die Verwendung als Zink-Nahrungsergänzungsmittel abgegeben. Für diese noch ausstehende Sicherheitsbewertung sind umfassendere Daten zur Bioverfügbarkeit und vor allem aber eine Klärung der chemischen Identität der Zinkspezies dringlich erforderlich. Das Projekt von Dr. Claudia Keil und Dr. Maria Maares hat das Ziel tiefergehendes Verständnis über die generelle Zink-Homöostase und deren Modulationsmöglichkeiten- vorrangig in industrierelevanten Hefestämmen- zu erlangen, was die Herstellung von Supplementen und funktionellen Lebensmitteln auf Hefebasis, die als Zn-Quelle für Menschen mit Zn-Mangel verwendet werden können, zukünftig ermöglichen wird.
Dr. Martin Senz | (Department Bioprocess Engineering and Applied Microbiology, Research and Teaching Institute for Brewing in Berlin/Germany) |
Dr. Michael Quantz | (Versuchsanstalt der Hefeindustrie e.V.) |
Prof. Dr. Dirk Schaumlöffel | (Institut des sciences analytiques et de physico-chimie pour l'environnement et les matéria - NanoSIMS center – Pau) |
Etienne Gontier | (Université de Bordeaux/ Bordeaux Imaging Center) |
Dr. Iris H. Valido | (Centre Grup de Tècniques de Separació en Química |
Prof. Dr. Markus Ralser | (Department of Biochemistry/ Charite Universitätsmedizin, Berlin/Germany) |
Dr. hab. Anna Bzducha-Wróbel | (Department of Biotechnology, Microbiology and Food Evaluation, Warsaw University of Life Sciences) |
Prof. Dr. Lars Mathias Blank | (Institute of Applied Microbiology (iAMB), Aachen Biology and Biotechnology) |
Prof. Dr. Stephan Drusch | (Technical University Berlin, Department of Food Technology and Food Material Sciences/Germany) |
Seit seinen Wurzeln vor mehr als 5.000 Jahren hat sich Kakao und die Kakao-verarbeitende Industrie zu einem großen Geschäft entwickelt. Nach den jüngsten Hochrechnungen der Internationalen Kakao-Organisation wurden im Wirtschaftsjahr 2020/21 mehr als 5,1 Millionen Tonnen Kakaobohnen produziert, was den hohen Verbrauch und die weltweite Bedeutung von Kakao und Schokolade unterstreicht. Die Kakaoproduktion steht heute vor komplexen wirtschaftlichen, sozialen und ökologischen Herausforderungen. Darüber hinaus müssen die Nachfrage der Verbraucher und der Wunsch nach Kakaoerzeugnissen von hoher Lebensmittelqualität und -sicherheit erfüllt werden. Aufgrund seines allgegenwärtigen Vorkommens als Lebensmittelkontaminant steht Cadmium ständig im Mittelpunkt der wissenschaftlichen und öffentlichen Diskussionen. Kakaohaltige Produkte werden wegen ihres hohen Beitrags der Cd-Zufuhr über die Nahrung kritisiert. Entsprechend wurden global in verschiedenen Ländern bereits Grenzwerte bzw. regulatorischen Höchstgehalte für Cadmium in Schokolade und Kakaoerzeugnissen festgelegt. Bisher gibt es jedoch nur wenige Informationen über die Transport- und Verteilungsmechanismen von toxischen Elementen (wie Cadmium) aber auch essentiellen Spurenelementen innerhalb des Kakaobaums, die chemische Speziation in den Kakaobohnen und inwieweit sich diese Metallspeziation während der Verarbeitung der Kakaobohnen zum fertigen Schokoladen- bzw. Kakaoerzeugnissen verändert. Darüber hinaus gilt es die Freisetzbarkeit und die Bioverfügbarkeit der Kakao-basierten Cadmiumspezies in kombinierten Verdau- und Zellkulturmodellen angelehnt an die Physiologie des humanen Gastrointestinaltraktes nachzuverfolgen um bessere Einblicke in deren Resorption zu erhalten.
Prof. Dr. Uwe Karst | (Institute of Inorganic and Analytical Chemistry, University of Münster/Germany) |
Dr. Ioanna Mantouvalou | (Helmholtz-Zentrum Berlin/ BLIX/SyncLab Berlin/Germany) |
Prof. Dr. Birgit Kanngießer | (Technical University Berlin/BLIX/Synclab Berlin/Germany) |
Cornelia Streeck | (National Metrology Institute of Germany (PTB), Berlin/Germany) |
Prof. Dr. Andreas Thünemann | (Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM), Berlin/Germany) |
Dr. Daniel Kadow | (August Storck KG, Berlin/Germany) |
Prof. Dr. Sascha Rohn/Dr. Clemens Kanzler | (Technical University Berlin/Food Chemistry & Analytics/Germany) |
Dr. Maria Maares | (Technical University Berlin/Food Chemistry & Toxicology/Germany) |
Aerogele sind nanostrukturierte, offenporige Werkstoffe, die über eine Vielzahl an außergewöhnlichen Eigenschaften verfügen (hohe Porosität, geringe Dichte, hohe innere Oberfläche, Flüssigkeits-/Ölhaltevermögen und extrem niedrige Wärmeleitfähigkeit) was sie attraktiv für eine Vielzahl an Anwendungsmöglichkeiten macht- das reicht von Wunddressings über Dämmstoffe, Textilbereich bis hin zu Applikationen im Lebensmittelbereich.
Aerogele können aus ressourceneffizient aus einer Vielzahl an Edukten über Gelation (Sol-Gel-Verfahren) und geeignete Trocknungsverfahren gewonnen werden. Aerogele lassen sich mittels verschiedener Verfahren herstellen und können somit diversen Formen frei angepasst und durch Zuschlag- beziehungsweise Füllstoffe verstärkt werden. Gerade im Bereich der grünen Synthesestrategie wurden in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Gurikov/Prof. Dr. Smirnova Verfahren entwickelt, die es ermöglichen Aerogele aus natürlichen Biopolymeren (Polysacchariden oder Proteinen) oder Seitenströmen der Lebensmittelproduktion ohne Zuhilfenahme von potentiell toxischen Substanzen zu generieren. Oberstes Ziel ist die Applikations-orientierte Technofunktionalisierung der Aerogel-Eigenschaften (Oberfläche hydrophob oder hydrophil gestalten, Einbringung von Molekülen zum Schutz- bzw. Maskierungseffekt) unter dem Aspekt der Biokompatibilität. In der Kooperation mit der TUHH Hamburg Prof. Dr. Gurikov/Prof. Dr. Smirnova sollen unterschiedlichste Biopolymer-basierte Aerogele mit potentieller Anwendung im Medizin- und Life Sciene Sektor bezüglich ihrer Quellungseigenschaften, antibakteriellen Eigenschaften, Zytotokompatibilität sowie als Trägermatrix für Spurenelemente, funktionelle Inhaltsstoffe oder bioaktiven Verbindungen bewertet werden.
Prof. Dr. Gurikov | (Laboratory for Development and Modelling of Novel Nanoporous Materials, Hamburg University of Technology/Germany) |
Prof. Dr. I. Smirnova | (Institute of Thermal Separation Processes, Hamburg University of Technology/Germany) |
PD Dr. Fiorenza Rancan | (Clinical Research Center for Hair and Skin Science, Department of Dermatology, Venerology and and Allergy,Charité–Universitaetsmedizin Berlin/Germany) |
Seit 2014 | Wissenschaftliche Mitarbeiterin an der TU Berlin/ FG Lebensmittelchemie & Toxikologie |
2012-2014 | PostDoc an der TU Berlin/FG Lebensmittelchemie und Analytik |
2007-2012 | PostDoc an der TU Berlin/FG Lebensmittelchemie & Toxikologie und dem Institut für Angewandte Biowissenschaften des Karlsruher Instituts für Technologie (DFG-gefördertes Projekt „Beeinflussung der Poly (ADP-Ribosyl)ierung durch toxische Metallionen: Aufklärung der molekularen Wirkungsmechanismen“ |
2001-2006 | Dissertation am Institut für Biochemie der Freien Universität Berlin („Untersuchungen zur Regulation des Zelltodes durch Wechselwirkungen zwischen Proteinen des Poly (ADP-Ribose) Metabolismus“) |
2000-2001 | wissenschaftliche Mitarbeiterin in der „Zentralen Arbeitsgruppe der Medizinischen Fakultät“ der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (Leitung: Prof. Dr. M. Hatzfeld) |
1993-1999 | Studium zur Diplom Biologin an der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (Diplomarbeit „Klonierung und Charakterisierung einer Fe-Hydrogenase und Acetatkinase-Genregion aus Eubacterium acidaminophilum“) |
1996-1999 | Stipendiatin der Studienstiftung des deutschen Volkes |
2004-2005 | Stipendium im Rahmen des "Berliner Programm zur Förderung der Chancengleichheit für Frauen in Forschung und Lehre“ |
2005 | Stipendium der "Gesellschaft für Biologische Strahlenforschung" |
seit 2017 | Mitglied in der Gesellschaft für Mineralstoffe und Spurenelemente |
seit 2015 | Mitglied in der Gesellschaft Deutscher Chemiker (GDCh) und der Fachgruppe Lebensmittelchemische Gesellschaft |
seit 2010 | Mitgliedschaft in der Deutschen Gesellschaft für DNA-Reparaturforschung (DGDR) |
seit 2002 | Mitglied in der Gesellschaft für Biochemie und Molekularbiologie (GBM) |
seit 1999 | Mitglied in der Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie VAAM |
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