Wie das den Feldertrag steigern kann und was „haarige Wurzeln“ damit zu tun haben, erklärt Wieland Reichelt, Verfahrenstechniker, Gründer und Geschäftsführer des TU-Wien Spin-offs.
Laborjournal: Herr Reichelt, wie steigern Ihre Pilze den Ertrag von Ackerpflanzen?
Wieland Reichelt: Die Arbuskulären Endomykorrhizen vergrößern die Reichweite der Pflanzenwurzeln. Rhizophagus irregularis wächst in die Wurzel hinein und bildet dort eine direkte Verbindung, die sogenannten Arbuskeln. Das Myzel wächst dann relativ weit von der Wurzel weg und erschließt so 5- bis 14-mal mehr Erdvolumen, als die Wurzel allein erreichen könnte. Der Pilz nimmt Nährstoffe auf und reicht sie an die Pflanze weiter. Pflanzenwurzeln sind recht groß und relativ ineffizient, wenn es um die Nährstoffaufnahme geht. Aber in der Kombination mit dem fein-verzweigten Pilzmyzel funktioniert das sehr gut, die Aufnahmeeffizienz steigt. Nicht umsonst leben mehr als 90 Prozent aller Landpflanzen in irgendeiner Symbiose mit Pilzen. Für den Ackerbau bedeutet das, dass die Pflanze Stickstoff und Phosphat besser aufnimmt. Der Pilz sorgt somit dafür, dass die Nährstoffe des Düngemittels in der Pflanze landen statt im Grundwasser.
Was hat der Pilz von so einer symbiotischen Verbindung?
Reichelt: Er erhält Fettsäuren von der Pflanze. Der Pilz betreibt keine Fotosynthese und braucht die Pflanze als Wirt. Das macht die Produktion des Pilzes sehr anspruchsvoll, denn wir müssen im Bioreaktor differenziertes Pflanzengewebe produzieren, auf dem der Pilz aseptisch kultiviert werden kann, um neue Sporen zu bilden. Und das muss in möglichst großem Maßstab und günstig gelingen.
Diese Symbiose ist ja schon lange bekannt und wird auch bereits genutzt. Wie produzieren denn andere Hersteller den Pilz?
Reichelt: Der Ansatz der meisten Mitbewerber ist der natürliche Weg. Man nehme also Pflanzen, inokuliere sie mit dem Pilz und züchte das ganze im Gewächshaus. Die Pflanzen wachsen auf einer dünnen Erdschicht, darunter befindet sich eine Matrix aus Perlite oder Vermiculit. Zur Ernte wird das Grünzeug abgeschnitten, das Erdreich abgetragen und der Rest homogenisiert und als Produkt verkauft. Allerdings lässt sich so nicht kontrollieren, was tatsächlich in der Erde gewachsen ist. Das Produkt lässt sich kaum spezifizieren, was einer industriellen Anwendung im Weg steht. Zudem lässt sich die Matrix nicht vom Pilz trennen. Das Produkt wird also komplett aufs Feld gestreut, eine Applikation übers Saatgut oder ein Bewässerungssystem ist nicht möglich. Wir ernten nur die Sporen und können die so direkt auf das Saatgut aufbringen. Das erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass sich Pflanze und Pilz treffen. Deshalb brauchen wir nur 1,5 Gramm Sporen pro Hektar, das ist etwa hundertmal weniger als bei der Ausbringung in die Furche.
Was ist denn bei Ihrem Herstellungsansatz anders?
Reichelt: Wir nutzen transformiertes Pflanzengewebe. Das ist ein natürlicher Vorgang. Ein Bakterium überträgt einen Teil seiner DNA in Pflanzenzellen und die differenzieren dann zu Wurzeln, sogenannte Hairy Roots. Die wachsen gut in flüssigem Medium und nehmen von diesem Zucker auf. Die größte Herausforderung war nun der Verfahrensansatz für die Produktion im Bioreaktor: Wie skaliere ich den Prozess? Wie bekomme ich die Wurzelbiomasse steril in den Reaktor, verteile sie dort, ernte sie wieder, und das beginnend von einem kleinen Reaktor zum nächstgrößeren bis hin zum Produktionsmaßstab.
Die Hairy Roots impfen Sie dann mit dem Pilz an, der ebenso fröhlich im Reaktor vor sich hinwächst?
Reichelt: Ja, der Pilz benötigt Zeit, damit sich das Myzel ausbilden kann und an dem Myzel die Sporen wachsen. Problematisch ist im Bioreaktor: Wie versorge ich Pilz und Pflanze mit ausreichend Nährstoffen, ohne dass das Myzel in der sich bewegenden Flüssigkeit zerreißt? Nur wenige Pilzarten, etwa Penicillium chrysogenum oder Aspergillus niger, lassen sich in Suspensionskulturen ziehen. Andere finden das weniger witzig, verändern entweder ihr Sekundärmetabolit-Profil oder wachsen gar nicht mehr. Wir haben Grund zur Annahme, und das ist echt aufregend, dass unser System dieses Myzel-Problem durch die Minimierung von Scherkräften systematisch löst.
Da spricht der Verfahrenstechniker, denn daher kommen Sie ja. Wie kommt man da auf Arbuskuläre Mykorrhizapilze?
Reichelt: Mein Mitgründer Markus Brillmann saß an seiner Diplomarbeit, ich an meiner Dissertation. Wir haben allerlei interessante Technologien weiterentwickelt, auch für die Anwendung in der Pharmaindustrie. Wir wollten aber in ein Anwendungsgebiet, das weniger reglementiert ist und sind über die Mykorrhizen gestolpert. Die Kosten für die Produktion sind unglaublich hoch, und wir haben gesagt: Das können wir besser. Das war 2014. Nach unzähligen Versuchen im Labormaßstab sind wir nun dabei, einen industriellen Bioreaktor zu finanzieren.
Sie haben vorher nie mit Pilzen gearbeitet?
Reichelt: Na ja, letztendlich geht es darum, einen Organismus in einem kontrollierten System zufriedenzustellen. Vieles ist übertragbar. Unter Zuhilfenahme vorhandener Literatur haben wir das meiste einfach ausprobiert, „trial and error“. Was uns stark aufgehalten hat, war, dass die Experimente so lange dauern. Während man mit E. coli im Reaktor zwei Experimente pro Woche machen kann, brauchen die Mykorrhizen mal locker drei Monate.
Die Fragen stellte Sigrid März
Steckbrief Evologic
Gründung: 2016
Sitz: Wien (Österreich)
Mitarbeiter: 12
Produkt: Perfekt dosierbare Arbuskuläre Mykorrhizapilze zur Optimierung von Ackerpflanzenerträgen
Fotos (2): Evologic
