Forschung am Institut für Mikrobiologie und Biochemie

Projektanfang: 01.06.2025
Projektende: 31.05.2028
Förderer: Deutsche Forschungsgemeinschaft

Unsere bisherigen Arbeiten über den Mykoparasitismus von Saccharomycopsis schoenii zeigten, dass die Gene KIL1 und STE12 erforderlich sind, um Penetrationshaustorien zu bilden. Deletionsmutanten dieser Gene sind avirulent. In einem Folgeprojekt sollen nun weitere Gene der zugehörigen Signaltransduktionskaskade untersucht werden, um deren möglichen Beitrag zur Pathogenität zu untersuchen. Darüber hinaus haben wir eine Familie von Cystein-reichen Effektorgenen (CRE-Gene) in Saccharomycopsis entdeckt. Diese Gene sind während eines Prädationszyklus hochreguliert und scheinen daher eine Rolle für die Pathogenität von Saccharomycopsis zu spielen. Dieses Set von Genen soll ebenfalls charakterisiert werden. Als Beutezellen verwenden wir die Modellhefe Saccharomyces cerevisiae wegen ihrer leichten molekulargenetischen Handhabbarkeit. Dies erlaubt uns molekulare und zellbiologische Einblicke in die Reaktionen der Saccharomyces cerevisiae Zellen während einer Attacke durch Saccharomycopsis schoenii.

Projektanfang: 01.04.2024
Projektende: 31.03.2026
Förderer: Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand

Ziel des Projektes ist die Konzeption und Realisierung einer innovativen Gärgasfilteranlage im Prototypmaßstab von 100 m³ für Gäranlagen mit variablen Volumina (10.000 L - 100.000 L). Mit Hilfe eines Membranfilters soll diese Anlage in der Lage sein, gasförmiges CO2, das als Nebenprodukt bei der Weinvergärung entsteht, mit einer Reinheit von über 99,99% zu reinigen und zu speichern. Damit wird erstmals ein effizienter Kreislaufprozess möglich, bei dem das CO2 für die Wiederverwendung in der Weinproduktion aufbereitet wird. Um dieses Ziel zu erreichen, soll eine Membran aus Silikon oder Polypropylen eingesetzt werden, deren geometrische Anordnung neu konzipiert wird, um eine Permeabilität von mehr als 10.000 GPU (Gas Permeance Unit) zu erreichen. Darüber hinaus soll die innovative Filtrationstechnologie unerwünschte Aromastoffe optimal zurückhalten, so dass das gefilterte und in den Gärtank zurückgeführte CO2 den Geschmack des Weines nicht beeinträchtigt. Darüber hinaus soll durch die Entwicklung und Optimierung eines neuartigen Kompressordesigns die Effizienz der Anlage gesteigert werden, indem die Prozessschritte der CO2-Filtration durch den verbesserten Kompressor verkürzt werden.

Projektanfang: 01.03.2024
Projektende: 28.02.2026
Förderer: Hessisches Ministerium für Wissenschaft und Kunst

Veränderte Umweltsituationen bewirken oft zelluläre Anpassungsreaktionen. Mangelbedingungen, wie z.B. das Fehlen von Aminosäuren oder Schwefel, führen in der Hefe Saccharomyces cerevisiae zu einer auch in anderen Systemen konservierten Hungerantwort mit einer reversiblen allgemeinen Repression der Translation und der Aktivierung von Aminosäurebiosynthesewegen. tRNAs sind Teil der Translationsmaschinerie. Defekte in der tRNA-Thiolierung, einer Schwefelmodifikation des wobble Uridins, induzieren ebenfalls die-se Hungerantwort. Das Biokontroll-Potenzial von Prädator-Hefen, d.h. der Angriff dieser Hefen auf andere pilzliche Schaderreger, beruht auf einem Hungersignal, speziell dem Fehlen der schwefelhaltigen Aminosäure Methionin. Daher werden wir die Hypothese überprüfen, ob Mutations-induzierte Defekte in der wobble Uridin-Modifikation in Prädator-Hefen ein Hungersignal auslösen und zur Aktivierung des Mykoparasitismus führen. Würde sich diese Hypothese bestätigen, könnten so effiziente Biokontrollhefen erzeugt werden. Dies könnte zu einem verbesserten Einsatz der Prädator-Hefen gegen Ernte- und Lebensmittelschaderreger führen und zu einem reduzierten Einsatz chemischer Pflanzenschutzmittel beitragen.

Projektanfang: 01.05.2024
Projektende: 31.12.2025
Förderer: Bundesministerium für Bildung und Forschung

Das Projekt HELP zielt darauf ab, ein vertikales Produktionssystem für Arznei- und Gewürzpflanzen, insbesondere Pfefferminze, zu optimieren. Der Fokus liegt auf der Analyse der Nutzung von kurzwelliger Strahlung (Blau-Licht, UV-A, -B und -C) in geschlossenen Produktionssystemen, um sekundäre Inhaltsstoffe zu optimieren und Phytopathogene wie Echter Mehltau zu reduzieren. Ziel ist die Entwicklung und wirtschaftliche Bewertung eines vertikalen Kultursystems, das hochwertige und nachhaltige Pfefferminzproduktion ermöglicht, unter anderem durch Reduktion von Ressourcen wie Energie, Wasser, Dünger und Pflanzenschutzmitteln. Die Projektergebnisse sollen für die nachhaltige Produktion von Pflanzen mit hoher Flächenproduktivität und speziellen Qualitätsanforderungen, wie Arznei- und Gewürzpflanzen, genutzt werden. Durch die komplementäre und interdisziplinäre Expertise des Julius Kühn Instituts (JKI) (Pflanzenphysiologie, molekulare Signaltransduktion und Phytopathologie), des Hochschulpartners HS Geisenheim (HGU) (Pflanzenphysiologie, Kulturtechniken, sek. Inhaltsstoffe und Phytopathogene) und der Wirtschaftspartner DH Licht GmbH (DHL) (spektral regelbare LED-Technologie) und Pharmaplant Arznei- und Gewürzpflanzen Forschungs- und Saatzucht GmbH (PPA) (Anbau von Arznei- und Gewürzpflanzen, pflanzliche Inhaltsstoffe, Produktion und Qualitätssicherung von pflanzlichen Rohstoffen) wird die gesamte Prozesskette zur Herstellung und Verwendung von wertvollen pflanzlichen Inhaltsstoffen in dem Projekt HELP analysiert und optimiert. Assoziierte wissenschaftliche und praxisnahe Partner, darunter die Technische Universität Braunschweig, Landesbetrieb Landwirtschaft Hessen und der Wirtschaftspartner ROKO Farming GmbH & Co. KG, tragen zur erfolgreichen Anwendung der Innovationen bei, die im Rahmen von NewFoodSystems entwickelt wurden.

Projektanfang: 01.01.2018
Projektende: 31.12.2025
Förderer: Université franco-allemande | Deutsch-Französische Hochschule

Projektanfang: 01.03.2023
Projektende: 31.08.2025
Förderer: Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen "Otto von Guericke" e.V.

Das Ziel der geplanten Forschungsarbeiten ist es, (i) Fermentationsstrategien zu entwickeln, mit deren Hilfe Apfelweinfermentationen qualitativ verbessert werden; (ii) gärstarke Hefestämme aus Apfelmosten zu isolieren und (iii) über konventionelle Züchtungsverfahren Schritte zur Verbesserung dieser Hefen aufzuzeigen, so dass daraus für Apfelweinkeltereien spezifische, prozessangepasste Reinzuchthefen weiterentwickelt werden können. Diese Innovationen eröff-nen neue Möglichkeiten für die Branche, optimierte Werkzeuge, die auf die Einzigartigkeit der Rohwaren abgestimmt sind, zu erhalten.

Projektanfang: 01.07.2021
Projektende: 30.06.2024
Förderer: Wissenschaftsförderung der Deutschen Brauwirtschaft e.V.

Das Geisenheim Yeast Breeding Center isoliert und charakterisiert Hefen für die Wein- und Bierbereitung. Die Weiterzüchtung von untergärigen Bierhefen ist zwar möglich, allerdings recht beschwerlich. Durch konventionelle Hefezüchtungen können neue Hefestämme hervorgebracht werden, die modernen Anforderungen besser genügen werden. In diesem Projekt widmen wir uns der Charakterisierung verschiedener untergäriger und obergäriger Hefen. In Züchtungsversuchen sollen neue Hefestämme mit erhöhter Geschmacksstabilität sowie verbesserter Esteraromatik erzeugt werden.

Projektanfang: 01.01.2021
Projektende: 31.03.2024
Förderer: Deutsche Forschungsgemeinschaft

Hefepilze der Gattung Saccharomycopsis zeichnen sich durch ihre einzigartige Biologie aus. Unter Hungerbedingungen entwickeln sie einen nekrotrophen Mykoparasitismus. Dabei befallen sie andere Pilze, dringen mittels eines Haustoriums in diese Zellen ein, töten sie und ernähren sich von diesen Zellen. Wir haben mit der molekulargenetischen Charakterisierung von Saccharomycopsis schoenii begonnen und dafür erste Werkzeuge für die funktionale Genanalyse entwickelt. In diesem DFG-geförderten Projekt sollen (i) Ein Homolog der S. cerevisiae MAP kinase KSS1 charakterisiert werden. (ii) Der Predation-Prozess von Seiten der Predator Yeast beleuchtet werden, insbesondere das polare Wachstum, das benötigt wird, das Haustorium zu bilden. (iii) Der Predation-Prozess von Seiten des Opfers betrachtet werden. Hier verwenden wir S. cerevisiae als Modell, um z.B. Membranprozesse und die Integrität von Vakuolen zu untersuchen. (iv) Andere Komponenten des MAP-Kinase-Signalwegs untersucht werden.

Projektanfang: 14.06.2022
Projektende: 31.03.2023
Förderer: Europäische Kommission

Der Schwerpunkt der Hochschule Geisenheim in Forschung und Lehre liegt auf den Sonderkulturen und deren Produkten sowie der nachhaltigen Entwicklung von Kulturlandschaften und städtischen Freiräumen. Die Themen Klimawandel, Nachhaltigkeitsziele und Biodiversitätsverlust sind essentieller Bestandteile aller Forschungsfragen, denen sich Geisenheimer Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im regionalen aber auch nationalen und internationalen Kontext widmen. Sie stellen sich damit in ihren Fachbereichen den globalen Anforderungen und tragen zur Bewältigung der Klimakrise bei. Die Hochschule hat fünf Forschungsfelder definiert, in denen sie sich den Anforderungen der heutigen Zeit im Bereich der gesamten Wertschöpfungskette der Sonderkulturen – von der Landschaft zum Anbau über primäre und sekundäre Verarbeitungsprodukte bis hin zur Vermarktung und Ökonomie – widmet. 1. Ertragssichere, qualitätsorientierte und nachhaltige Anbausysteme für Sonderkulturen entwickeln 2. Agrarische Produkte mit Schwerpunkt pflanzliche Erzeugnisse innovativ und sicher verarbeiten und vermarkten und im Sinne der Bioökonomie nutzen 3. Kulturlandschaften und städtische Freiräume zukunftsfähig gestalten und weiterentwickeln 4. Risiken des Klimawandels beurteilen und Strategien zur Anpassung und Minderung der Folgen erarbeiten 5. Digitalisierung in der Produktion und Vermarktung von Sonderkulturen und in der durch Landschaftsplanung verwirklichten Abläufe. Um Nachhaltigkeitsaspekte in der Forschung auf breiter Basis zu verankern, wurde in diesem Projekt apparative Ausstattung für die anwendungsbezogene Forschungs- und Innovationsinfrastruktur im Kontext der Nachhaltigkeit beantragt. Die Infrastruktur kommt vier der fünf oben genannten Forschungsfelder zu Gute, häufig auch in Querschnittsfunktion über mehrere Bereiche.

Projektanfang: 01.07.2020
Projektende: 31.12.2022
Förderer: Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand

Saccharomycopsis Hefen sind nekrotrophe Mykoparasiten die Wirtsorganismen mittels Haustorien penetrieren und umbringen. Sie sind neuartige Biokontroll-Organismen, deren Wirtsspektrum auf Hefen und filamentöse Pilze begrenzt ist. Darüber hinaus finden sie in einer Vielzahl von Fermentationsprozessen Anwendung. Ziel dieses Projektes ist es, eine innovative Schutzkultur auf Basis von Hefen der Gattung Saccharomycopsis zu entwickeln, um Fleisch- und Wurstwaren zuverlässig vor Schimmelbefall zu schützen, der während der Produktion entstehen kann.

Projektanfang: 01.01.2018
Projektende: 31.12.2022
Förderer: Hessisches Ministerium für Wissenschaft und Kunst

Viele Aromastoffe, Duftstoffe oder Vitamine in Lebensmitteln, Kosmetikprodukten und Arzneien stammen ursprünglich aus Pflanzen. Die Früchte der Schwarzen Johannisbeere zum Beispiel sind nicht nur gesund, sondern werden auch wegen ihrer Aromen und ätherischen Öle geschätzt. Die Stoffe werden für die Industrie immer interessanter und nachhaltige Produktionswege gewinnen zunehmend an Bedeutung. Im LOEWE-Projekt „AROMAplus“ wollen die Forscherinnen und Forscher pflanzliche Stoffwechselprodukte mit Hilfe von Enzymen und Mikroorganismen wie Hefen, Pilze und Bakterien erzeugen oder veredeln. Dabei werden die beim Anbau von Schwarzen Johannisbeeren oder Weintrauben anfallenden Pflanzenreste als biologischer Rohstoff genutzt.

Projektanfang: 01.12.2017
Projektende: 31.05.2022
Förderer: Europäische Kommission

Die Forschungsziele des Projektes sind die Untersuchung der Biochemie und Genetik der Bildung von Aromasubstanzen in Hefen, die in Wein- und Bierfermentationen verwendet werden, um neue Hefestämme mit verbesserter oder unterschiedlicheren Geschmacksprofilen zu generieren und neue Ansätze zur Erweiterung des Geschmackprofils durch Co-Fermentation von verschiedenen Hefen zu entwickeln.

Projektanfang: 01.02.2018
Projektende: 31.01.2021
Förderer: Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen "Otto von Guericke" e.V., Forschungskreis der Ernährungsindustrie e.V., Bundesministerium für Wirtschaft und Energie

Projektanfang: 01.07.2017
Projektende: 30.06.2020
Förderer: Hessisches Ministerium für Wissenschaft und Kunst

Projektanfang: 01.07.2016
Projektende: 31.08.2018
Förderer: Hessisches Ministerium für Wissenschaft und Kunst

Die Klimaveränderung und Klimakrisen können heutzutage nicht geleugnet werden und machen sich im Anbau fast aller landwirtschaftlicher Kulturen bemerkbar. Die Erhörung der globalen Temperatur, die Änderung in der Niederschlagverteilung und häufigkeit und die Steigerung des Kohlendioxides sind Faktoren, die die Umwelt und Interaktion der Kulturpflanzen modifizieren. Reben zählen zu der ökonomisch und kulturell bedeutsamen Kulturen, die sensibel auf Klimaänderungen reagieren. Die Wirkung von erhöhtem atmosphärischem Kohlendioxid ist bisher wenig untersucht, da diese Versuche große technische Herausforderung darstellen. In diesem Kontext wurde im Rahmen dieser Arbeit die Wirkung von atmosphärischem Kohlendioxid in einem Freilandversuch, dem VineyardFACE der Hochschule Geisenheim Universität untersucht. Die Wirkung einer “erhöhten CO2“ Konzentration auf die Physiologie und das vegetative Wachstum wurde in vorausgegangen Arbeiten bereits beobachtet and beschrieben (Wohlfahrt et al., 2018). Das Ziel der eigenen Arbeit war es die Wirkung erhöhter CO2 Konzentration auf primäre Metabolite (Zucker, Karbonsäuren, Aminosäure) und auch der sekundären Metabolite (Anthocyanine, Terpenes ) in Beeren zu untersuchen. Die Reben können sich von Versuchsbeginn diesen Bedingungen über einen Zeitraum von sieben Jahren akklimatisieren. Außerdem wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit agronomische Daten zur Phänologie sowie die Reifedynamik erfasst. Die Auswertung der Ergebnisse zeigte keinen Einfluss der erhörter CO2 Behandlung bei den primären Metaboliten sowie auf die Reifedynamik, weder bei der Rebsorten Riesling noch bei Cabernet Sauvignon. Beim Gehalt der Gesamt-Anthocyanine konnte bei der Rebsorte Cabernet Sauvignon für das Jahr 2020 eine Abnahme festgestellt werden, die sich jedoch nicht im Verteilungsmuster der anderen Derivate der Anthocyane zeigte.

Projektanfang: 01.11.2014
Projektende: 31.05.2018
Förderer: Forschungsring des Deutschen Weinbaus, Deutsche Landwirtschaftsgesellschaft e.V.

Haben Sie im Weinregal schon einmal nach einer Flasche Wein mit der Aufschrift „Alte Reben“ gegriffen? Warum? Verspricht das Alter der Rebstöcke eine besondere Qualität? Winzer begründen diese höhere Qualität gerne mit geringeren Erträgen, tieferem Wurzelsystem oder mit der besonderen genetischen Herkunft der Rebstöcke. Im Probierglas werden dann Weine miteinander verglichen, die zwar von der gleichen Rebsorte stammen mögen, sich aber ansonsten hinsichtlich vieler Faktoren unterscheiden. Ob Wein von alten Reben tatsächlich besser schmeckt als der von jungen Reben, untersuchte die Hochschule Geisenheim in einem speziellen Versuchsweinberg. Auf dieser experimentellen Basis ist es möglich, Untersuchungen innerhalb einer Rebfläche (Geisenheimer Fuchsberg), für eine Rebsorte (Riesling) gleichen Klons (Gm 239), gleicher Unterlage (5C Teleki) und auf einheitlichem Standraum (2,8m2) an Reben der drei Pflanzjahre 1971 („alt“), 1995 („alternd“) und 2012 („jung“) durchzuführen. Zunächst seien einige Vorbemerkungen zu diesem Thema erlaubt, denn Reben besitzen ein sehr gutes Potenzial, um über eine lange Zeit vital zu bleiben. Auch finden in älteren Weinbergen aufgrund anderer Stock- und Zeilenabstände möglicherweise weniger mechanische Stockarbeiten statt, die das Risiko weiterer Stockausfälle reduzieren. Das Durchwurzelungsvermögen von Reben ist von größter Bedeutung und könnten eine wichtige Anpassungsreaktion alter Reben sein. Darüber hinaus erhöhen alte Weinberge die Diversität einer Sorte. Ziel des Vorhabens war es zu untersuchen, ob sich die Nährstoffaufnahme ändert, Physiologie, Wachstum und Mikroklima beeinflusst werden oder sich Änderungen bei Most- und Weininhaltsstoffe zeigen, die sich auch auf die Sensorik auswirken. Der Untersuchungszeitraum betrug vier Versuchsjahre.

Projektanfang: 01.11.2012
Projektende: 31.03.2016
Förderer: Bundesministerium für Bildung und Forschung

In diesem Projekt sollen die sich auf dem Markt befindlichen innovativen Hefepräparate chemisch und physikalisch charakterisiert und spezifiziert werden. Die von den Herstellern beschriebenen Anwendungsbereiche und Wirkungen sollen überprüft werden. Es soll eine Datenbank in Verbindung mit einer spektroskopischen Schnellmethode (FT-MIR) zur schnellen Einordnung bekannter und unbekannter Proben erstellt werden. Zur Abgrenzung und Unterscheidung der Hefepräparate werden konventionelle und innovative analytische Methoden eingebunden. Eine Überprüfung der Zusammensetzung unter Berücksichtigung der "International Food Standards" und der beschriebenen Wirkung der Produkte wird durchgeführt. Die Ergebnisse und die Kooperationspartner des Forschungsvorhabens sollen die Verbundfähigkeit im Sinne der Lebensmittelsicherheit und des Verbraucherschutzes stärken.

Projektanfang: 15.10.2010
Projektende: 14.05.2014
Förderer: Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft

Von den untersuchten Möglichkeiten auf mikrobiologischem und biochemischem Weg Alkoholreduzierungen vorzunehmen, zeigten sich positive Ergebnisse bei der Enzymnutzung (Glucose Oxidase (GOX)), der Nutzung von Nichtsaccharomyces-Hefen sowie bei der dosierten Zuleitung von Mostzucker in eine Hefesuspension. Bei den Verfahren Enzymeinsatz mittels GOX sowie „Nichtsaccharomyceten“ ist die Anwendung relativ leicht und bringt einen geringen bis mittleren finanziellen Einsatz mit sich. Die Nutzung von aktuell genetisch veränderten Hefestämmen brachte keine zufriedenstellenden Ergebnisse. Für alle untersuchten Verfahren gilt, dass gesetzliche Regelungen notwendig sind.

Projektanfang: 01.06.2010
Projektende: 31.03.2013
Förderer: Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft

Reifeverzögerung sowie die Weinqualität zu untersuchen. Wärmere Witterungsperioden haben die phänologische Entwicklung vieler Pflanzen verändert. Bei der Rebe betrifft dies insbesondere Austrieb, Blüte, Véraison, Reife und folglich auch das Vinifizieren der Weine. Veränderungen der Laubwand können signifikante Unterschiede im Mikroklima und bei der Photosynthese bedingen. Der Zeitpunkt, die Position der Eingriffe am Rebstock und die Intensität der Entblätterungen sind bei den unterschiedlichen Varianten von Bedeutung. Daher wurden Teilentblätterungen zu verschiedenen Zeitpunkten während der Vegetationsperiode im Hinblick auf die Zuckereinlagerungsgeschwindigkeit untersucht. Material und Methoden Die Feldversuche wurden mit den Rebsorten ’Riesling’, ‘Müller-Thurgau’, ‘Weißburgunder’ und ‘Grauburgunder’ in den Versuchsflächen der Hochschule Geisenheim durchgeführt. Die verschiedenen Maßnahmen wurden unmittelbar nach der Blüte implementiert, die unterschiedlichen Schattierungsnetze wurden für den Zeitraum von 32 (2012 und 2013) bis 70 Tage (2011) angebracht. Für die Bestimmung des Wachstums und der Blattflächen wurden verschiedene Verfahren (Spektrale Reflektion) eingesetzt. Für die Bewertung der Traubenqualität wurden verschiedene Reifeparameter (vergl. 2.2.5) wie Einzelbeerengewicht, Dichte, Gesamtsäure, pH-Wert und hefeverfügbarer Stickstoff (α-Aminosäuren: NOPA) jeder Variante analysiert.