Pilze können mehr: Von schwimmenden Inseln bis zu sauberem Wasser
Gerade haben Pilze Hochsaison. Doch nicht nur Sammler interessieren sich für sie. Forschende in Dresden und Zwickau arbeiten mit Myzel, Enzymen und Farbstoffen. Was sie vorhaben.
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Steinpilze im Wald: Sichtbar ist nur der Fruchtkörper. Der eigentliche Pilz bildet im Boden ein weit verzweigtes Geflecht, das Myzel. Genau das macht Pilze auch für die Forschung interessant. © jggrz/pixabay
Mitten auf dem Wasser wachsen Schilf und andere Wasserpflanzen. Alles grünt auf einer schwimmenden Insel. Die ist allerdings nicht natürlich entstanden. Sie wurde mithilfe eines Pilzes erschaffen. Auf einen Versuchsteich in Pillnitz haben Dresdner Forschende gleich mehrere solcher Inseln zu Wasser gelassen.
Die Idee stammt aus der Gewässerforschung der Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden (HTWD). Dort beschäftigt sich Lars Baldauf für seine Doktorarbeit in der Arbeitsgruppe von Henning Günther mit bepflanzten Schwimminseln. Sie könnten dort neue Lebensräume schaffen, wo Teiche, Flüsse oder andere Gewässer durch menschliche Eingriffe kaum noch natürliche Ufer haben. Eine wichtige Frage dabei ist, woraus sich die Schwimmkörper umweltverträglich herstellen lassen.
Bei der Suche nach einem geeigneten Werkstoff wandten sich die Forschenden an Anett Werner. Die promovierte Bioverfahrenstechnikerin erforscht am Institut für Naturstofftechnik der TU Dresden, wie sich die Fähigkeiten von Pilzen technisch nutzen lassen. Als die Anfrage der HTWD kam, musste sie nicht lange überlegen. „Das hat mich gereizt, schwimmende Inseln wollte ich schon immer mal machen“, erinnert sie sich.
Wenn Pilze Materialien zusammenhalten
Wer an Pilze denkt, hat meist Steinpilz, Champignon oder Pfifferling vor Augen. Gerade ist Pilzhochsaison auf Wiesen und in den Wäldern. Überall werden Pilze gesammelt und gegessen. Doch was wir sehen, ist nur der Fruchtkörper. Der eigentliche Pilz verbirgt sich im Boden oder im Holz und bildet dort ein Netzwerk. Dieses Myzel besteht aus feinsten Pilzfäden. Sie wachsen, verzweigen sich und dringen in immer neue Bereiche vor. Ein einziges Pilzgeflecht kann so große Flächen durchziehen.
Diese Fähigkeit macht das Myzel für neue Werkstoffe interessant. Wächst es zwischen Holzspänen oder Pflanzenfasern, umschließen die feinen Fäden die einzelnen Bestandteile und verbinden sie miteinander. Für die Inseln macht das Team Pflanzenmaterial zunächst keimfrei, versetzt es mit einem Pilz und gibt es in eine Form. Dort breitet sich das Myzel etwa zwei Wochen lang aus und hält den Schwimmkörper zusammen. Anschließend wächst die Insel außerhalb der Form noch weiter und wird schließlich getrocknet. Der Pilz ist dann nicht mehr aktiv. Später wachsen Wasserpflanzen auf den Inseln. „Es sind Rückzugsorte für Vögel oder Insekten“, sagt Anett Werner. Unter den Inseln entsteht zudem Schatten für Fische.
Doch aus Pilzmyzel lassen sich nicht nur schwimmende Inseln bauen. Im Projekt MycoMatrix untersuchten Werner und ihr Team, wie sich der nachwachsende Rohstoff etwa für Platten und andere Bauteile nutzen lässt.
Ein besonders ungewöhnlicher Auftrag kam vom Münchner Residenztheater. Zwei Bühnenbildner suchten für eine Inszenierung nach einer Alternative zu Styropor, das im Bühnenbau häufig zum Einsatz kommt. Das Dresdner Team sollte ausprobieren, ob sich ein großes Bühnenelement stattdessen mithilfe von Pilzmyzel fertigen lässt.
Gebraucht wurde eine rund sechs Meter hohe, baumartige Säule. „Wir stellten sie in sechs Einzelsegmenten her“, erzählt Werner. Die einzelnen Teile wuchsen zunächst in ihren Formen und wurden später zur fertigen Säule zusammengesetzt.
Enzyme gegen Rückstände im Wasser
Ursprünglich war es gar nicht das Myzel, das Werner an Pilzen interessierte. Ihre Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit Enzymen. Das sind Eiweiße, die chemische Reaktionen ermöglichen oder beschleunigen. Bestimmte Pilze geben solche Enzyme ab, um Lignin abzubauen, das Holz Stabilität verleiht. Diese Fähigkeit wollen die Forschenden für die Wasserreinigung nutzen. „Es geht darum, Medikamentenreste und Spurenstoffe aus dem Wasser zu entfernen, mit pilzlichen Enzymen.“
Für XenoKat befestigte das Team solche Enzyme auf wenige Millimeter großen Metallkugeln. Im Labor ließen sich damit unter anderem Rückstände von Schmerzmitteln, Antibiotika und Blutdrucksenkern abbauen. Für die praktische Anwendung erwies sich das Verfahren jedoch als zu ineffizient. „Die Apparate wären viel zu groß geworden“, sagt Werner.
Inzwischen verfolgen die Forschenden einen anderen Ansatz. Die Enzyme sollen als Lösung zwischen zwei Membranen eingeschlossen werden. Diese halten die Enzyme zurück, während sie mit den unerwünschten Stoffen reagieren können. Lässt ihre Wirkung nach, kann die Lösung ausgetauscht werden. An dem Verfahren arbeiten neben der TU Dresden auch Forschende der Westsächsischen Hochschule Zwickau.
Auch Farbstoffe können Pilze liefern. Chlorociboria aeruginascens etwa färbt Holz blaugrün. Dafür verantwortlich ist der Farbstoff Xylindein. Im Projekt POET untersucht Werners Arbeitsgruppe, wie sich Xylindein biotechnologisch herstellen lässt. Der Farbstoff könnte etwa für Textilien und Holz genutzt werden. Im Labor funktioniert die Herstellung bereits. Schwieriger wird es, wenn größere Mengen zuverlässig produziert werden sollen.
Myzel von der Rolle
Auch die Nachwuchsforschungsgruppe FungiMat an der Westsächsischen Hochschule Zwickau (WHZ) beschäftigt sich mit der Frage, wie sich Pilze in größerem Maßstab nutzen lassen. Statt einzelne Formteile zu züchten, wollen die Forschenden Myzel flächig und kontinuierlich herstellen. Einfach gesagt: Myzel von der Rolle.
„Wir wollen die Technologie schaffen, um Pilze großflächig wachsen zu lassen“, erklärt Guido Sopp. Der Professor für Allgemeine Betriebswirtschaftslehre untersucht dabei vor allem, ob sich ein solches Verfahren auch wirtschaftlich betreiben lässt. Das Myzel soll gleichmäßig und dünn wachsen. Gelingt das, könnte es etwa für Textilien, als Lederersatz oder in Fahrzeuginnenräumen eingesetzt werden. Doch Sopp dämpft überzogene Erwartungen. „Bis dahin ist es noch ein weiter Weg.“ Gemeinsam mit Unternehmen will das Team nun herausfinden, für welche Produkte sich das Verfahren tatsächlich eignet und wo es herkömmliche Werkstoffe ersetzen könnte.
Anett Werner kennt die Probleme einer Produktion mit Pilzen aus ihren eigenen Projekten. Ein Pilz wächst nicht auf Knopfdruck. „Wir brauchen Energie, um das Substrat vorzubereiten“, sagt sie. Auch das fertige Produkt müsse getrocknet und der Pilz inaktiviert werden. „Zwischendurch brauchen wir vor allem Lagerfläche.“ Bei dickeren Bauteilen kommt eine weitere Herausforderung hinzu. Wird die Schicht zu dick, gelangt weniger Sauerstoff ins Innere und der Pilz wächst schlechter. Zehn bis zwanzig Zentimeter seien unproblematisch. Darüber hinaus müsse man überlegen, wie zusätzlicher Sauerstoff ins Innere gelangt. Für Sopp entscheidet sich an solchen Fragen auch, ob die Produktion wirtschaftlich werden kann. „Lagerhaltung ist nicht preiswert“, sagt er. Eine längere Produktionszeit könne jedoch andere Vorteile haben, etwa mehr Unabhängigkeit von störanfälligen Lieferketten.
FungiMat untersucht deshalb neben der Herstellung auch Lebenszyklus und Wirtschaftlichkeit. Welche Rohstoffe werden benötigt? Welche Emissionen entstehen? Lassen sich Bestandteile später trennen und wiederverwenden? Denn ein Werkstoff wird nicht automatisch nachhaltig, nur weil ein Pilz daran beteiligt ist. Ob er tatsächlich Vorteile bringt, zeigt sich erst über den gesamten Lebenszyklus.
Eine Ente aus Pilz
Mit dem von ihr mitgegründeten Dresdner Unternehmen Biotopa bringt Werner Pilzbiotechnologie auch in die Schule. Gemeinsam mit dem Gymnasium Bürgerwiese führt sie seit Jahren ein Projekt durch, bei dem Jugendliche selbst mit Myzel experimentieren. Dabei entstand etwas, das auf den ersten Blick wenig mit Biotechnologie zu tun hat: eine Ente.
„Wir wollen den Schülern zeigen, was Bioökonomie bedeutet“, erklärt Werner. Die Jugendlichen lernen zunächst, wie man Pilze kultiviert. Anschließend füllen sie das mit Pilz durchsetzte Material in Formen. Nach etwa drei Wochen ist daraus eine Ente gewachsen. Danach trocknen und gestalten die Jugendlichen ihre Enten. Bei einem großen Rennen treten die Myzel-Entchen am Ende gegeneinander an.
So erleben die Jugendlichen, wie sich aus nachwachsenden Rohstoffen Alternativen zu Produkten auf fossiler Basis herstellen lassen. „Und so ganz nebenbei zeigen wir ihnen, wie spannend die Natur sein kann“, sagt Anett Werner. Manchmal beginnt das Interesse an Biotechnologie vielleicht mit einer Ente.
