Mikroorganismen sind wirklich faszinierend! Sie haben sich von den ersten Lebensformen auf der Erde zu spezialisierten Organismen entwickelt, die heute in fast jedem Ökosystem der Erde zu finden sind. Dies erfordert ausgeklügelte Anpassungsmechanismen, um in diesen Ökosystemen zu überleben und zu gedeihen. Unsere Gruppe befasst sich mit der Anpassung pathogener Bakterien wie Acinetobacter baumannii an ihren eukaryotischen Wirt und an das klinische Umfeld, mit der Anpassung anaerober Bakterien und Archaea an energearme Umgebungen sowie mit der Biochemie und Bioenergetik des Wood-Ljungdahl-Stoffwechselwegs zur autotrophen CO₂-Fixierung, sowie auf die Anpassung halophiler Bakterien und Archaea an ihre salzhaltige Umgebung und auf die Mechanismen des DNA-Austauschs zwischen Mikroben, die in extremen Umgebungen leben.

Die untersuchten Mikroben verfügen über ein faszinierendes Repertoire an genetischen und biochemischen Mechanismen, die es ihnen ermöglichen, sich an ihre Umgebung anzupassen. Wie sie mit diesen Belastungen – oft sogar mit mehreren Belastungen gleichzeitig – umgehen, wie sie ihre Umgebung wahrnehmen, wie sich ihre Genome entwickelt haben, wie ihre Enzyme unter diesen rauen Bedingungen funktionieren und wie sie ihre Genexpression regulieren, steht im Mittelpunkt des Forschungsinteresses der Abteilung für Molekulare Mikrobiologie und Bioenergetik an der Goethe-Universität.

Die Mikrobiologie war schon immer eine angewandte Wissenschaft, und für uns ist es ebenso wichtig, Mikroorganismen in biotechnologischen und industriellen Prozessen einzusetzen. Insbesondere suchen und stellen wir Enzyme für industrielle Anwendungen bereit, beispielsweise in der Elektrobiotechnologie oder Elektrosynthese, bei der Wasserstoffspeicherung oder der Formiatproduktion; wir versuchen, die Effizienz von Biogasanlagen zu verbessern; wir nutzen acetogene Bakterien als Produktionsplattform für die Synthese von Biokraftstoffen und Biokunststoffen aus Kohlendioxid oder Kohlenmonoxid und setzen synthetische Biologie und Metabolic Engineering ein, um neuartige Stoffwechselwege in Mikroorganismen zu implementieren.Ein weiterer anwendungsorientierter Aspekt von großer Bedeutung ergibt sich aus der Aufklärung der faszinierenden multifaktoriellen Anpassungsreaktionen des Erregers A. baumannii auf die Wirtszellen und sein klinisches Umfeld. Dies ist insbesondere im Hinblick auf die Entwicklung neuartiger Behandlungsstrategien für im Krankenhaus erworbene A. baumannii-Infektionen von Interesse.

Wir nutzen genetische und molekulare Methoden, um die Genomfunktion zu analysieren, die Genexpression und ihre Regulation zu untersuchen und Mutanten zu erzeugen, um deren Phänotypen zu entschlüsseln. Bioinformatische Analysen in Verbindung mit Molekularbiologie, Biochemie und Genetik geben uns Einblicke in die Anpassung dieser Mikroorganismen (Bakterien und Archaea) auf Ganzzell-Ebene. Proteine werden als gentechnisch hergestellte Fusionsproteine oder mittels klassischer Chromatographie aus Zellfraktionen dieser Organismen gereinigt.Proteinkomplexe werden aus den Membranen gereinigt; bei sauerstoffempfindlichen Proteinen kann dies in anaeroben Kammern unter Ausschluss von Sauerstoff erfolgen. Proteine und Proteinkomplexe werden mit biochemischen und biophysikalischen Methoden analysiert, und ihre Strukturen werden mittels Elektronenmikroskopie und Röntgenanalysen bestimmt. Mithilfe der Gentechnik werden Stämme gezüchtet, die industriell relevante Bio-Rohstoffe und Biokraftstoffe produzieren.

Unsere Forschungsarbeiten haben zur Beschreibung neuartiger genetischer Mechanismen, Enzyme mit neuartigen Wirkmechanismen, neuer Stoffwechselwege sowie Verfahren zu deren Nutzung für biotechnologische Anwendungen geführt. Diese werden auf den einzelnen Forschungsseiten beschrieben.