Forschung

Climate change increasingly exposes crops to drought and indirectly aggravates nutrient limitations by disrupting soil moisture and nutrient cycling. These combined stresses can cut cereal yields by up to 50% in Europe, while low fertilizer efficiency accelerates soil degradation, biodiversity loss, and nitrogen-driven green-house gas emissions, further amplifying climate change. EVOLVE pioneers a breakthrough biotechnology that translates extracellular vesicle (EV)–mediated rhizosphere signaling into actionable breeding and bio- input tools to enhance wheat resilience, nutrient efficiency, and grain quality under combined drought × nitrogen deficiency. Built on the hypothesis that EV-associated small RNAs and metabolites released by roots steer soil microbiomes, EVOLVE decodes and applies EV communication to shape beneficial plant–microbe interactions. Using wheat as the target crop and barley as a diploid reference, the project will: (1) identify EV cargos coordinating root–microbiome interactions and nutrient cycling under single and combined stresses; (2) apply AI-driven multi-omics integration to link EV cargos with plant performance and microbial functions; (3) translate molecular markers into double haploid breeding pipelines for rapid fixation and combination of complementary stress resistances; and (4) develop synthetic and algal-derived EVs via microfluidic encapsulation as programmable, bio-based fertilizers. Validated in aeroponic and soil systems reproducing drought, nitrogen limitation, and their combination, EVOLVE will deliver a TRL4 proof-of-concept for non-transgenic EVguided breeding tools and next-generation biofertilizers that enhance NUE and WUE by ≥10–15%, stabilize yields, improve grain quality, and reduce N2O emissions and nitrate leaching. By merging EV biology, predictive breeding, and synthetic delivery, EVOLVE defines a new route toward climate-resilient, high-quality, low-emission cereal production in Europe.

Die nachhaltige Umgestaltung des Proteinkonsums ist unerlässlich, um die globalen Ziele in den Bereichen Ernährungssicherheit und Umweltschutz zu erreichen. Zwar ist die Extrusion eine etablierte Technologie für pflanzliche Fleischalternativen (PBMA), doch behindern Herausforderungen bei der Rohstoffverwertung, der Skalierung und der Produktqualität eine breitere Anwendung. Dieses Projekt zielt darauf ab, diese Engpässe zu überwinden, indem es sich auf die Integration von bisher unzureichend genutzten, lokal bezogenen Rohstoffen – darunter Ölsaatenpresskuchen, Hülsenfrüchte und ballaststoffreiche Nebenströme – mit herkömmlichen Proteinisolaten (z. B. Soja, Erbsen) konzentriert, um neue PBMA-Prototypen zu entwickeln und so den CO₂-Fußabdruck der Produktion zu verringern sowie kreislauforientierte Lebensmittelsysteme zu fördern. Das Hauptziel besteht darin, das physikalisch-chemische und techno-funktionelle Potenzial dieser neuartigen Rohstoffe zu bewerten, wobei Faktoren wie Proteinheterogenität, antinutritive Verbindungen und die Vorverarbeitungsgeschichte berücksichtigt werden und untersucht wird, wie diese das Extrusionsverhalten und die Qualität des Endprodukts beeinflussen. Unter Verwendung von Extrudern im Pilotmaßstab werden Versuche im labor- und industrierelevanten Maßstab durchgeführt, um die Skalierbarkeit und die Übertragbarkeit von Parametern zu bewerten – eine bislang ungelöste Herausforderung in der Extrusionsforschung. Zudem wird Reverse Engineering eingesetzt, um die angestrebten Produkteigenschaften zu definieren. In der anschließenden Phase werden kulinarisch-technologische Optimierungen sowie Analysen zur Haltbarkeit durchgeführt. Es sollen mikrobiologische Untersuchungen durchgeführt werden, um die Auswirkungen von PBMAs auf das menschliche Darmmikrobiom zu untersuchen – ein neuartiger Aspekt der Forschung im Bereich funktioneller Lebensmittel. Dieses integrierte, transdisziplinäre Projekt soll skalierbare, nachhaltige und ernährungsphysiologisch wertvolle PBMAs hervorbringen und gleichzeitig zu wissenschaftlicher Innovation, dem Fortschritt der Industrie sowie den „Farm-to-Fork“- und Nachhaltigkeitszielen der EU beitragen.

Bakterielle Biofilme in der Lebensmittelproduktion stellen ein erhebliches Gesundheits- und Sicherheitsrisiko dar. Wirksame Reinigungsvalidierungsprozesse sind entscheidend, um diese Risiken zu mindern. Das Projekt befasst sich mit der Problemstellung resultierend aus Biofilmen und entwickelt eine schnelle und effiziente Reinigungsprüfmethode, um die Hygiene zu verbessern, die Ansammlung von Mikroorganismen zu verhindern und Reinigungsverfahren in industriellen Umgebungen zu optimieren und zu validieren. Das Projekt umfasst die Entwicklung und Verwendung eines Biofilmimitats sowie die numerische Simulation des Reinigungsprozesses. Konkret kann die entwickelte Testprozedur zur Bewertung von Reinigungs- und Dekontaminationskonzepten, zur Quantifizierung des Aufwands für die Reinigung von Produktionsanlagen und zur Identifizierung der am schwierigsten zu reinigenden Bereiche eingesetzt werden. Zu den wichtigsten Zielen des Projekts gehören die Auswahl und Charakterisierung von industriell relevanten, dynamisch gewachsenen Referenzbiofilmen, die Entwicklung eines transportablen Reinigungs- und Kultivierungsteststands, die Erzeugung und Anwendung von Biofilmimitationen, die den Referenzbiofilm nachahmen, sowie die Modellierung und numerische Simulation des Reinigungsverhaltens des Biofilms und seiner Imitation.