Lange galten Pilze in der Biotechnologie vor allem als Produzenten. Sie liefern Medikamente wie Penicillin, Enzyme, Chemikalien oder Alkohol. Der Pilz wird dabei vor allem als Werkzeug verstanden, während das Produkt aus dem hervorgeht, was er produziert. Heute öffnet die Forschung ein neues Kapitel. Die Frage ist nicht mehr nur, was ein Pilz produziert, sondern was aus dem Pilz selbst und vor allem aus seinem Myzel werden kann.

Das Myzel ist das feine Fadennetzwerk eines Pilzes. Es durchwächst in der Natur organische Stoffe wie Pflanzenreste und Holz, besteht aus röhrenförmigen Zellen, den Hyphen, und produziert Enzyme, mit denen organisches Material ab- und umgebaut wird. Genau diese Eigenschaften machen das Myzel zu einer vielversprechenden Grundlage für neue Materialien. Seine Struktur und seine natürlichen Eigenschaften können gezielt genutzt werden, um neuartige Werkstoffe herzustellen. Eine dieser Entwicklungen sind die Mykomaterialien.

Pilzmyzel auf der Suche nach neuen Nährstoffen. Foto: MyPilz

Was sind Mykomaterialien?

Konkret funktioniert das so: Das Myzel wird auf landwirtschaftlichen Reststoffen wie Stroh oder Sägemehl in Behältern beliebiger Form wachsen gelassen. Die Hyphen durchdringen das Substrat und wirken wie ein Klebstoff, der die einzelnen organischen Partikel zu einem festen Verbundmaterial verbindet. Das Ergebnis ist leicht, mechanisch stabil und biologisch abbaubar.

Um ein fertiges Mykomaterial zu erhalten, muss es anschließend erhitzt und getrocknet werden, um das weitere Wachstum des Pilzes zu stoppen. Dafür werden häufig Temperaturen unter 60°C eingesetzt, die zwar das Wachstum inaktivieren, aber nicht immer ausreichen, um die Pilze vollständig abzutöten. Das kann relevant sein, wenn nicht heimische Pilzarten verwendet werden und die Produkte später kompostiert werden.

Oberfläche eines Mykomaterial-Prototyps von MyPilz mit Myzel einer Striegeligen Tramete (Trametes hirsuta) aus der Steiermark. Foto: MyPilz

Mit diesem Verfahren wurden bereits Schallabsorber, Dämmplatten, Klettergriffe und sogar Särge hergestellt. Es gibt zudem Pilotprojekte, in denen ganze Bauelemente oder Gebäudestrukturen aus Myzelmaterialien gefertigt wurden. Die Eigenschaften dieser Materialien, etwa Festigkeit, Dichte oder Wärmedämmung, wurden mit klassischen Werkstoffen wie Polystyrol, Schaumstoffen, Sperrholz oder Glaswolle verglichen. Dabei zeigte sich, dass die Eigenschaften stark von der verwendeten Pilzart, dem Substrat und der Prozessführung abhängen.

Ökologie trifft Materialeigenschaften

Dass die Wahl der Pilzart einen Unterschied macht, ist naheliegend. Wie groß dieser Unterschied tatsächlich ist und welche biologischen Mechanismen dahinterstehen, ist Gegenstand aktueller Forschung. Pilzhyphen besitzen eine Zellwand, die natürliche Bausteine wie Glucane und Chitin enthält und dem Pilz Stabilität und Flexibilität verleiht. Zusätzlich sind Proteine, Kohlenhydrate, Pigmente und Mineralstoffe enthalten. Die genaue Zusammensetzung unterscheidet sich je nach Art und beeinflusst die Eigenschaften des Materials.

Der Zunderschwamm (Fomes fomentarius). Foto: MyPilz

Ein anschauliches Beispiel ist der Zunderschwamm (Fomes fomentarius). Sein Fruchtkörper besitzt außen eine harte, widerstandsfähige Schicht und innen ein weiches, poröses Gewebe. Beide Strukturen bestehen aus Myzel und Hyphen, unterscheiden sich jedoch deutlich in ihrer Festigkeit. Solche strukturellen Unterschiede hängen eng mit dem Aufbau der Zellwand zusammen.

Neben der chemischen Zusammensetzung der Zellwand beeinflussen auch der Hyphentyp und die Anordnung der Hyphen die Materialeigenschaften. Man unterscheidet dabei drei grundlegende Hyphensysteme: monomitisch, dimitisch und trimitisch. Monomitische Systeme bestehen ausschließlich aus generativen Hyphen, die dünnwandig und stark verzweigt sind. Sie kommen bei Pilzen wie dem Austernseitling (Pleurotus ostreatus) oder dem Spaltblättling (Schizophyllum commune) vor. Dimitische Systeme besitzen zusätzlich dickwandige Skeletthyphen, die für mehr Festigkeit sorgen, wie etwa bei der Striegeligen Tramete (Trametes hirsuta). Trimitische Systeme enthalten darüber hinaus Bindehyphen, die das Gewebe besonders dicht und belastbar machen. Dazu gehören der Zunderschwamm (Fomes fomentarius) sowie der Glänzende Lackporling (Ganoderma lucidum).

Das Hyphensystem ist nicht vollständig starr, sondern kann durch Substrat und Wachstumsbedingungen beeinflusst werden. Dennoch zeigen Untersuchungen, dass der Hyphentyp einen erheblichen Einfluss auf die Eigenschaften von Mykomaterialien hat. Materialien aus trimitischen Systemen sind in der Regel dichter, robuster und durchwachsen das Substrat intensiver als solche aus monomitischen Systemen.

Beispiele von Pilzen mit den jeweiligen Hyphensystemen. Quelle: Hernando, A. V., et al. 2024. Fotos: Pixabay

Auch wenn die Rolle der Pilzart für die Materialeigenschaften bereits bekannt ist, fehlte bislang ein systematischer Vergleich, da unterschiedliche Studien verschiedene Substrate oder Messmethoden verwendeten. In der kürzlich veröffentlichten Studie von Wildman et al. wurden 17 verschiedene Pilzarten systematisch auf demselben Substrat verglichen. Dabei wurden einerseits ästhetische Unterschiede zwischen den Arten beobachtet, wie Farbe, Textur und die Ausbildung einer Pilzhaut auf der Oberfläche des Materials.

Darüber hinaus zeigten sich deutliche Unterschiede in der Wärmeleitfähigkeit, einer zentralen Eigenschaft für Dämmstoffe. Der niedrigste Wert von 0,0376 ± 0,0006 W/m·K wurde beim Schleimigen Schüppling (Pholiota adiposa) gemessen, der höchste Wert von 0,0451 ± 0,001 W/m·K beim Getigerten Sägeblättling (Lentinus tigrinus). Zum Vergleich: Die Wärmeleitfähigkeit von Glaswolle und Polystyrol liegt im Bereich von 0,03 bis 0,04 W/m·K. Die Wärmeleitfähigkeit der myzelbasierten Materialien korrelierte dabei mit ihrer Dichte. Eine zusätzliche Infrarotspektroskopie-Analyse ermöglichte es den Forschenden, artspezifische Unterschiede in der chemischen Zusammensetzung zu identifizieren, die mit variierenden Enzymaktivitäten und dem spezifischen Abbauverhalten der jeweiligen Arten zusammenhängen könnten. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass die Pilzart selbst einen signifikanten Einfluss auf zentrale Materialeigenschaften hat und dass weitere Forschung nötig ist, um die zugrundeliegenden Mechanismen zu verstehen.

Die Rolle der Wachstumsbedingungen

Nicht nur die Pilzart, sondern auch die Umweltbedingungen spielen eine Rolle. Pilze reagieren sensibel auf Substrat, Sauerstoff, CO₂, Feuchtigkeit und Licht. Diese äußeren Faktoren beeinflussen Stoffwechsel, Wachstumsgeschwindigkeit und Enzymproduktion. Eine Studie von Kijpornyongpan et al. zeigte, dass dieselbe Pilzart auf unterschiedlichen Substraten unterschiedliche Enzyme produziert. Die Enzymproduktion bestimmt, wie stark das Substrat abgebaut wird und wie dicht das Myzel wächst. Derselbe Pilz kann daher auf verschiedenen Substraten Materialien mit unterschiedlicher Dichte und Wasserabweisung erzeugen.

Gezielte Veränderung von Eigenschaften

Neben der Wahl der Pilzart und der Anpassung der Wachstumsbedingungen gibt es noch einen weiteren Hebel: die Gentechnik. Beim Gemeinen Spaltblättling (Schizophyllum commune) wurde beispielsweise das Gen sc3 ausgeschaltet, das die Bildung eines Hydrophobins steuert, also eines Proteins, das die Wasserabweisung der Zelloberfläche beeinflusst. Materialien aus dem veränderten Stamm zeigten Eigenschaften, die eher an synthetische Polymere erinnerten, während Materialien aus dem unveränderten Stamm natürlichen Materialien ähnlicher waren.

Die Schmetterlings-Tramete (Trametes versicolor). Foto: MyPilz

Gentechnik ist ein leistungsfähiges Werkzeug, bringt jedoch Herausforderungen mit sich. Für viele Pilzarten fehlen vollständige Genomdaten und etablierte molekularbiologische Methoden. Zudem unterliegen gentechnisch veränderte Organismen strengen regulatorischen Vorgaben. Dies ist insbesondere relevant, wenn Resistenzgene in Stämme eingebracht werden, da eine Übertragung dieser Gene auf andere Organismen ausgeschlossen werden muss. Materialien aus solchen Stämmen müssen vollständig abgetötet werden, um eine Ausbreitung in der Umwelt zu verhindern, was den Energieaufwand erhöht und die Nachhaltigkeit dieser Materialien beeinträchtigen kann.

Die Chance der natürlichen Vielfalt

All diese Ansätze, ob Substratanpassung oder Gentechnik, setzen an bekannten Arten an. Dabei wird oft übersehen, wie viel Potenzial noch unerforscht ist. Schätzungen zufolge sind bislang nur etwa vier Prozent aller Pilzarten wissenschaftlich beschrieben. In der Forschung zu Mykomaterialien wurden bisher rund 70 Arten systematisch untersucht, wobei Pleurotus ostreatus, Ganoderma lucidum und Trametes versicolor besonders häufig vertreten sind. Das bedeutet, dass ein enormes Potenzial bislang ungenutzt bleibt. Millionen Arten sind vermutlich noch unentdeckt oder nicht ausreichend charakterisiert. Jede besitzt eine eigene Zellwandstruktur, ein spezifisches Wachstumsmuster und ein charakteristisches Enzymprofil. Statt bekannte Arten immer weiter zu optimieren, kann es daher sinnvoll sein, neue Arten zu erforschen, die gewünschte Eigenschaften bereits von Natur aus mitbringen.

Unser Ansatz bei MyPilz

Genau hier setzt MyPilz an. Wir nutzen gezielt die natürliche Diversität. Wir isolieren neue Pilzstämme aus der Natur, insbesondere solche, die an lokale Substrate angepasst sind. Diese Stämme werden gereinigt, charakterisiert und systematisch für verschiedene Anwendungen getestet. Wir arbeiten mit Unternehmen und Startups zusammen, die neue Materialien entwickeln, bestehende Prozesse verbessern oder Prototypen herstellen möchten. Ziel ist es, für jede Anwendung den biologisch am besten geeigneten Stamm zu identifizieren und sein Potenzial nutzbar zu machen, ohne auf gentechnische Eingriffe angewiesen zu sein. Die Lösung für neue Produkte könnte bereits im nächsten Boden oder Wald vor der Haustür wachsen.