18.07.2023

CRISPR: Mit Gentechnik veränderte Bäume sollen mehr nachhaltiges Holz produzieren

Die Multiplex-CRISPR-Genom-Editierungsstrategie könnte eine Lösung für ein zentrales betriebliches Problem in der Papier- und Zellstoffindustrie darstellen. Das zumindest behaupten US-Wissenschaftler.
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CRISPR
(c) Stock.Adobe/peggy - Gentechnisch veränderte Pappeln sollen eine höhere Papierproduktion ermöglichen.

Wie im Wissenschaftsmagazin „Science“ beschrieben, hat ein Team an der Ohio State University bereits 2022 herausgefunden, dass die Bäume heute dank Kohlendioxid um 30 Prozent größer sind als bisher. Doch trotz dieser Tatsache sei die Holzfaserproduktion weniger effizient und produktiv, wenn es darum geht, die wachsende Nachfrage nach erneuerbaren Geweben, Papier, Verpackungen, Textilien und anderen Faserprodukten zu decken. Aus diesem Grund haben der Wissenschaftler Daniel Sulis und seine Kollegen CRISPR-Editing eingesetzt, um Holz so zu gestalten, dass das Lignin – das gespalten und gelöst werden muss – für die Faserproduktion besser geeignet ist. Die Forschungsergebnisse wurden am Donnerstag veröffentlicht.

CRISPR verbessert Holzeigenschaft

„Die Fähigkeit, Fasern aus Holz zu isolieren, wird weitgehend durch den Gehalt und die Zusammensetzung von Lignin bestimmt, einem Biopolymer, das chemischem und enzymatischem Abbau gegenüber unempfindlich ist. In mehr als fünf Jahrzehnten Forschung wurden die einzelnen Komponenten der Ligninbiosynthese eingehend untersucht“, heißt es in einer Pressemitteilung zu der neuen Entwicklung.

Diese Bemühungen konzentrierten sich jedoch vorwiegend auf die Veränderung einzelner Gene oder Genfamilien. Hier zeigen Sulis und Kollegen, dass das strategische Multiplex-CRISPR-Editing von Genen der Monolignol-Biosynthese die Holzeigenschaften über das hinaus verbessert, was durch das Editing einzelner Gene oder Genfamilien erreicht werden kann.

Ein Plus von 228 Prozent

Die Autoren nutzten ihren Ansatz, um eine veränderte Holzzusammensetzung bei einer Pappelart zu erzeugen, bei der das CRISPR-Editing das Verhältnis von Kohlenhydraten zu Lignin im Holz um bis zu 228 Prozent gegenüber dem Wildtyp erhöht, was die Voraussetzungen für einen effizienteren Faseraufschluss schafft.

Darüber hinaus könnten Bäume, die so bearbeitet wurden, dass sie weniger Lignin enthalten, die Papierherstellung weniger umweltbelastend gestalten.

„Das bearbeitete Holz mildert einen wichtigen Engpass in der Faserproduktion (…) und könnte beispiellose betriebliche Effizienz, bioökonomische Möglichkeiten und Umweltvorteile mit sich bringen“, so die Autoren in ihrem Paper.

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Synfia.ai Gründer René Mähr und Simon Rutar sitzen auf einer Couch und lachen in die Kamera.
Synfia.ai Gründer-Duo René Mähr und Simon Rutar (c) Cecilia Capri

Daten und Wissen bilden in Unternehmen die Entscheidungsgrundlagen für Transformationen. Dabei scheitern eben diese Transformationen laut Synfia Labs gerade auf der menschlichen Ebene. Viel Wissen bleibe ungenutzt, weil es in den Erfahrungen, Beobachtungen und Einschätzungen der Mitarbeiter:innen stecke. Dem möchte das Wiener Technologieunternehmen mit seiner neu entwickelten „Transformation Intelligence“ entgegenwirken.

Wie brutkasten bereits berichtete, führt eine Künstliche Intelligenz von Synfia Labs Gespräche mit Mitarbeitenden und anderen beteiligten Personen, fragt individuell nach und analysiert. Dadurch soll authentisch sichtbar werden, wie Veränderungen erlebt werden, wo  Unsicherheiten oder Widerstände entstehen und welche Ursachen dahinterliegen. Laut Synfia Labs entscheide sich der Erfolg einer Transformation nicht allein im Projektplan, sondern darin, ob Menschen die Veränderung verstehen, mittragen und im Arbeitsalltag umsetzen.

Der Vorteil gegenüber einem Fragebogen

Fragebögen seien durch die vorgegebenen Fragen und Antwortmöglichkeiten begrenzt. Das Gegenteil sind persönliche Interviews, die jedoch in großen Organisationen nicht möglich sind. Laut Synfia Labs verbinde ihre KI beides, nämlich „die Tiefe eines Gesprächs mit der Skalierbarkeit digitaler Datenerhebung und KI-gestützter Analyse“.

„Viele Transformationen werden mit sehr guten Daten gesteuert und trotzdem mit unvollständigem Verständnis. Das Management weiß, ob ein Meilenstein erreicht wurde, aber oft nicht, warum eine Maßnahme in einem Bereich funktioniert und in einem anderen nicht. Genau dieses Wissen machen wir für Entscheidungen zugänglich“, sagt Gründer René Mähr.

Der Ablauf der Datenerhebung

Das Gespräch mit der KI läuft ähnlich ab wie bei einem persönlichen Interview. Sie stellt individuelle Folgefragen und geht auf relevante Themen ein. Anschließend werden u.a. die Gespräche analysiert, Muster identifiziert und die Ergebnisse aufbereitet.

Entscheidend ist, dass qualitative Gespräche heute in einer Größenordnung geführt und ausgewertet werden können, die bisher wirtschaftlich kaum möglich war. So wird das Wissen hunderter oder tausender Menschen zu einer nutzbaren Entscheidungsgrundlage“, erklärt Mitgründer Simon Rutar. Die Gespräche können mündlich oder schriftlich in über 70 Sprachen geführt werden. Dabei sei es möglich, neben Mitarbeiter:innen auch Kund:innen, Partner, Lieferanten etc. zu befragen.

Vom Lagebild bis zu Veränderungsprogrammen

Der Einsatzbereich von „Transformation Intelligence“ ist dabei breit gefächert. Die KI kann zu Beginn einer Transformation ein Lagebild erstellen oder Veränderungsprogramme über mehrere Monate begleiten. Dabei kann gezeigt werden, wie sich Wahrnehmungen verändern, ob Maßnahmen wirken und wo neue Herausforderungen entstehen. So werde z.B. sichtbar, dass ein System technisch erfolgreich eingeführt wurde, die Mitarbeitenden aber die neuen Prozesse nicht verstehen. Laut Synfia Labs soll ihre KI „nicht mehr Feedback erzeugen. Sie soll bessere Entscheidungen ermöglichen“.

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