Forschung

Molekulare Mechanismen des marinen Polysaccharidabbaus

Algenblüten, d. h. eine massive Vermehrung von Algen in marinen Ökosystemen, werden durch jahreszeitlich bedingte Veränderungen der Umweltbedingungen und durch Nährstoffeinträge der extensiven Landwirtschaft verursacht. Große Mengen an Algenbiomasse wirken sich nachteilig auf die Küstenökosysteme, den Tourismus aber auch Aquakulturen aus. Gleichzeitig stellen sie eine bislang noch unzureichend genutzte, nachhaltige Ressource für seltene marine Zucker dar. Das komplexe Spektrum an Nährstoffen, das von Algen freigesetzt wird, bietet Bakterien einen fruchtbaren Nährboden. Diese Nährstoffe umfassen strukturell vielseitige Algenpolysaccharide. Um diese teilweise widerspenstige Nahrungsquelle zu erschließen, verfügen Bakteriengemeinschaften über ein vielfältiges Repertoire an hochspezialisierten Enzymen, substratbindenden Proteinen und Transportern. Interessanterweise verfolgen einzelne Bakterien ganz unterschiedliche Strategien, um diese Algeninhaltsstoffe zu verwerten, sich gegen Nahrungskonkurrenten durchzusetzen oder voneinander zu profitieren. Mit diesen bakteriellen Strategien beschäftigt sich unsere DFG-Forschungsgruppe POMPU (FOR 2406; www.pompu-project.de).

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Molekulare Mechanismen mariner Symbiosen

Alle höheren Lebewesen sind mit Mikroorganismen vergesellschaftet. Das Zusammenleben dieser ungleichen Partner und ihre Wirt-Mikroben-Interaktionen prägen das Leben auf der Erde entscheidend. Genaue Kenntnis mikrobieller Physiologie sowie molekularer Interaktionsmechanismen sind daher Grundvoraussetzung für das Verständnis aller biologischen Prozesse. Bakterielle Symbionten übernehmen vielfältige Funktionen: Sie versorgen ihre Wirte mit Nährstoffen, erschließen ihnen unwirtliche Lebensräume oder befähigen sie zur Produktion antimikrobieller oder bioaktiver Wirkstoffe. Viele dieser Vorgänge sind jedoch bisher ungenügend verstanden. Um molekulare Mechanismen symbiotischer Gemeinschaften aufzuklären, untersuchen wir daher marine Wirbellose – Röhrenwürmer und Muscheln – und ihre bakteriellen Symbionten mit (meta-)proteomischen Methoden.

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Funktionelle Genomik und Stammoptimierung von Bacilli

Unsere Arbeitsgruppe verfügt über langjährige Erfahrungen in der funktionellen Genomanalyse von Bacillus subtilis, Bacillus licheniformis und anderen industrierelevanten Bacilli. Bacillus zeichnet sich durch die Fähigkeit aus, Enzyme in großen Mengen zu produzieren und zu sekretieren, und ist dadurch für die industrielle Biotechnologie von großem Interesse. Darüber hinaus dient B. subtilis als Modellorganismus für grampositive Bakterien und zelluläre Differenzierungsprozesse wie die Bildung von Endosporen. Durch die Kombination von Grundlagen- und angewandter Forschung erweitern wir ständig unsere globale Sicht auf Bacillus.

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Diagnostische DNA- und Protein-Chips

Im Mittelpunkt unserer Arbeiten stehen die industriell bedeutenden Bakterien Bacillus subtilis und Bacillus licheniformis. Mit Hilfe der Techniken der Transkriptomanalyse und/oder Proteomics kann der physiologische Zustand dieser bakteriellen Produktionsstämme während Fermentationsprozessen genau analysiert werden. Dadurch können eventuelle Engpässe oder Unsicherheitsfaktoren im Bioprozess entdeckt werden.

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