Lehrende des M.Sc. Mikrobiologie

Die Umsetzung von Schwefelverbindungen ist eine der ältesten biologischen Strategien zur Energiekonservierung und auch heute sind schwefelmetabolisierende Prokaryoten von immenser Bedeutung für den biogeochemischen Schwefelkreislauf. Unser Fokus liegt auf der Untersuchung des oxidativen Schwefelstoffwechsels in Bakterien, mit Schwerpunkt auf der biochemischen, biophysikalischen und strukturellen Charakterisierung der beteiligten Enzyme. Viele davon sind komplexe Metalloproteine, deren Bearbeitung spezielle Techniken wie den kompletten Ausschluss von Sauerstoff erfordern. Zudem entwickeln wir für Modellorganismen Methoden zur Genmanipulation und verfolgen systembiologische Ansätze (Genomics, Transcriptomics, Proteomics und Metabolomics).

Uns interessiert wie zelluläres Leben durch molekulare Prozesse entsteht und gesteuert wird. Als interdisziplinäre Gruppe mit einem Forschungsfokus auf der mikrobiellen Zellbiologie verwenden wir eine umfassende Palette von Methoden, darunter Molekularbiologie, Biochemie, Bioanalytik, Fluoreszenzmikroskopie, Biophysik und computergestützte Ansätze. Eine Besonderheit ist unser methodischer Schwerpunkt auf quantitativer Mikroskopie, insbesondere der Einzelmolekülmikroskopie, um die Zellbiologie verschiedenster Mikroorganismen aus allen Domänen des Lebens - Archaeen, Eukaryoten sowie Prokaryoten - zu untersuchen. Dadurch können wir die Wechselwirkungen und Funktionen einzelner molekularer Akteure innerhalb der zellulären Umgebung visualisieren und messen. Die direkte Beobachtung des komplexen molekularen Lebens ermöglicht uns wichtige Einblicke und ein grundlegendes Verständnis der Zellbiologie und Physiologie der Mikroorganismen zu erhalten.

Was passiert, nachdem ein Mikroorganismus von einer Immunfreßzelle aufgenommen wurde? Wie wird er getötet und verdaut? Wie arbeiten intrazelluläre Kompartimente der Säugerzelle in diesem Prozeß zusammen? Und wie kann ein intrazelluläres Pathogen diese Säugerzelle, die es eigentlich umzubringen müsste, so umprogrammieren, dass sich das Pathogen letztlich in ihr sogar vermehrt? Wir untersuchen das vorwiegend mit mikroskopischen, biochemischen, klassisch mikrobiologischen und molekulargenetischen Methoden. Unser Hauptmodell ist Rhodococcus equi, ein Gram-positives Bakterium, dass vor allem Fohlen-, aber auch Humanmakrophagen befällt, und schwere Pneumonien auslösen kann. 

Schwerpunkt der Professur Pflanzenpathologie ist die zellbiologische, genetische und molekulare Erforschung der biogenen Ursachen, die bei Pflanzen zu Krankheiten führen. Aufbauend auf diesem Verständnis der Krankheitsursachen werden Strategien entwickelt, Nutzpflanzen vor Krankheiten zu schützen. Das Hauptaugenmerk liegt dabeiauf phytopathogenen Pilzen und Oomyceten in ihrer Interaktion mit deren jeweiligen Wirtspflanzen. Desweiteren werden wissenschaftliche Pflanzenmodelle wie Arabidopsis thaliana und Nicotiana benthamiana in der Forschung verwendet, die der Erweiterung des Grundlagenwissens über das pflanzliche Immunsystem dienen und experimentell und genetisch leicht zugänglich sind.

Dr. J. Hamacher leitet das Agro-Horti-Testlabor in den Räumlichkeiten  der Universität und in Kooperation mit dieser, dem Pflanzenschutzamt in Köln und der Deutschen Sammlung für Mikroorganismen und Zellkulturen (DSMZ) in Braunschweig: die Schwerpunkte liegen auf der Routinediagnose von Pflanzenviren mithilfe serologischer und elektronenmikroskopischer Methoden. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Kultivierung von Pflanzenviren, deren Präparation durch Ultrazentrifugation zur Herstellung polyklonaler Antiseren sowie deren Aufbereitung zu ELISA-Kits.

Uns interessiert die Biologie bodenlebender und pflanzenassoziierter Mikroorganismen. Im Fokus stehen mikrobiell ökologische Fragestellungen. Ziel ist es, ein tieferes Verständnis zum Einfluss abiotischer und biotischer Faktoren auf das bodenlebende und pflanzenassoziierte Mikrobiom zu gewinnen. In gleicher Weise interessiert uns die Bedeutung verschiedener Arten von Mikroorganismen für die Funktionalität des Bodens und der Rhizosphäre. Eine bessere Kenntnis der mikrobiellen Prozesse und der Faktoren, die diese beeinflussen, trägt zu einem vertieftem Ökosystemverständnis bei, entscheidend um Nutzpflanzen nachhaltiger anzubauen und Ökosysteme zu erhalten. Methodisch kombinieren wir Feldstudien mit Laborversuchen und verwenden überwiegend molekulare Ansätze zur Analyse von Feld- und Umweltproben. Je nach Fragestellung arbeiten wir auch mit Pflanzen- und Mikroorganismenkulturen unter kontrollierten Bedienungen, um Mechanismen und Zusammenhänge aufzuklären.

In unserer Abteilung werden verschiedene Fragen aus dem Bereich der Lebensmittelmikrobiologie bearbeitet. Hierzu gehört die Bildung von Biofilmen in der Lebensmittelproduktion, die Aufklärung von Kooperationsphänomenen zwischen verschiedenen Mikroorganismenpopulationen, die Verbreitung von Antibiotikaresistenzen in der Tierhaltung, sowie die  Beschreibung von Anpassungsmechanismen von Lebensmittel-assoziierten Bakterien an niedrige Temperaturen.  Weiterhin werden taxonomische Fragestellungen, wie z.B. die Neubeschreibung von Bakterienspezies insbesondere, aber nicht nur, aus dem Lebensmittelbereich behandelt.

Die Gruppe beschäftigt sich mit beiden Seiten der Antibiotikaproblematik: Wir charakterisieren neue Antibiotika aus verschiedenen Organismen wie z. B. Staphylokokken und Bazillen, ihre Wirksamkeit und Wirkmechanismen (Cervimycin und Corallopyronin), und wir untersuchen die Mechanismen der Entwicklung von Antibiotikaresistenzen. Außerdem evaluieren wir Zweikomponenten-Regulationssysteme als neue Targets für Antibiotika. Ein weiteres Augenmerk gilt der Ausbreitung von Antibiotika-resistenten Bakterien in der Umwelt und der Selektion solcher Organismen über Abwasser und die darin enthaltenen Pharmazeutika. Im Rahmen einer interdisziplinären Forschergruppe mit den Paläontologen der Universität Bonn beschäftigen wir uns mit der Rolle von Biofilmen bei der Fossilisation.

Unsere Gruppe befasst sich insbesondere mit Viren, die durch einen Insektenvektor auf den Menschen übertragen werden (Arboviren). Wir arbeiten hauptsächlich an Flaviviren und Alphaviren. Unsere wichtigsten Werkzeuge sind reverse Genetiksysteme, die es uns ermöglichen, rekombinante Viren in vitro zu produzieren. Mithilfe von molekularbiologischen, zellbiologischen, virologischen und biochemischen Techiken klären wir spezifische Funktionen viraler Proteine im viralen Lebenszyklus auf. Wir sind auch an der Virus-Wirt-Interaktion interessiert, wobei der Schwerpunkt darauf liegt, das Zusammenspiel des Virus mit dem angeborenen Immunsystem von Vertebraten und Insekten zu analysieren. Darüber hinaus untersuchen wir die Aktivität potenzieller antiviraler Verbindungen und befassen uns mit zellulären Proteinen, die nachweislich die Virus-Replikation hemmen. Unsere reversen Genetiksysteme werden auch zur Entwicklung neuer Diagnostiktools verwendet, die in Impfstoff- und seroepidemiologischen Studien Anwendung finden. Mit diesen Studien tragen wir zur Entwicklung verbesserter Strategien zur Vorbeugung und Behandlung von Virusinfektionen bei.

Die bakterielle Zellwandbiosynthese bietet hervorragende Angriffspunkte für die antibakterielle Therapie. Sowohl Proteine als auch Biosyntheseintermediate sind Zielstrukturen für eine Vielzahl von antibiotisch wirksamen Substanzen. Diese sind meist essenziell für den Aufbau einer funktionalen Zellwand und oft sind keine homologen Strukturen im Menschen vorhanden. Neben Peptidoglykan, Wand- und Lipoteichonsäuren sind auch Polysaccharidkapseln wichtiger Bestandteil der Zellhülle pathogener Bakterien. Die Biosynthesewege der verschiedenen Polymere bieten nicht nur Angriffspunkte für verschiedene Antibiotikaklassen, sondern auch für Pathoblocker und Antivirulenz-Strategien. Die Identifizierung von Zielstrukturen und das molekulare Verständnis des Wirkmechanismus sind ein wichtiger Teil im Prozess der Weiterentwicklung von Substanzen für den Einsatz in der Klinik. Forschungsschwerpunkte sind die Untersuchung der Kapselbiosynthese in Streptococcus pneumoniae und die Regulation von Zellwandmetabolismus und -homöostase in Enterokokken.

Filarial nematodes that cause the human diseases lymphatic filariasis and onchocerciasis (river blindness), contain essential obligate endosymbionts in the genus Wolbachia.  Wolbachia can be depleted from the nematodes with antibiotics and results in block in development of larvae and sterility and death in adult worms. Better understanding wolbachial cell wall biosynthesis and the molecular basis of the symbiosis can lead to identification of new compounds to treat these infections. One such candidate compound is corallopyronin A. My group is developing this compound to phase 1 trial in humans in collaboration with groups at the University of Bonn, Helmholtz Centre for Infection Research, and Eisai. We are also addressing corallopyronin A to treat Neisseria gonorrhoeae and Staphylococcus sp. Infections.