• Aufklärung der molekularen Grundlagen von Infektionen durch opportunistisch Pathogene wie Pseudomonas aeruginosa, Burkholderia sp., Clostridium difficile, Staphylococcus aureus mittels modernster in vitro und in vivo Proteomanalysen
• Entschlüsselung von Struktur und Funktion pathogener Biofilme mittels Metaproteomics und mikroskopischer Analysen
• Untersuchung der Physiologie und Funktionalität mikrobieller Gemeinschaften in terrestrischen und aquatischen Lebensräumen, darunter Boden, Süßwasser und marine mikrobielle Aggregate, Darmmikrobiom sowie symbiontische Gemeinschaften wie z.B. Flechten mittels Metaproteomics
• Entwicklung innovativer bioinformatischer Werkzeuge für die Analyse, Integration und Visualisierung von umfassenden (Meta)-Omics-Datensätzen

• Müller et al. Deletion of membrane-associated Asp23 leads to up-regulation of cell wall stress genes in Staphylococcus aureus. Mol Microbiol. Jul 29. doi: 10.1111/mmi.12733. [Epub ahead of print] PMID:25074408
• Fuchs et al. Aureolib – a proteome signature library: Towards an understanding of Staphylococcus aureus pathophysiology. PLoS One. 8(8):e70669. PMID:23967085
• Mehlan et al. Data visualization in environmental proteomics. Proteomics. 2013 Oct;13(18-19):2805-21. PMID: 23913834.
• Becher et al. Metaproteomics to unravel major microbial players in leaf litter and soil environments: challenges and perspectives. Proteomics. 2013 Oct;13(18-19):2895-909. PMID: 23894095.
• Schneider et al. Who is who in litter decomposition? Metaproteomics reveals major microbial players and their biogeochemical functions. ISME J. 2012 Sep;6(9):1749-62. PMID: 22402400.
• Eberl & Riedel. Mining quorum sensing regulated proteins – Role of bacterial cell-to-cell communication in global gene regulation as assessed by proteomics. Proteomics. 2011 Aug;11(15):3070-85. PMID: 21548094.

Uns interessiert, welche physiologischen Fähigkeiten Mikroorganismen sowohl in Reinkulturen als auch in komplexen Gemeinschaften haben, und wie sich Veränderungen der Umweltbedingungen auf diese Fähigkeiten auswirken.

Um komplexe physiologische Vorgänge innerhalb von Mikroorganismen und Interaktionen zwischen Mikroorganismen sowie von Mikroorganismen mit ihrer Umwelt umfassend aufzuklären, nutzen wir vor allem Proteomics und Metaproteomics-Analysen. Beide Techniken ermöglichen es, exprimierte Proteine und damit den Phänotyp von Organismen unter gegebenen Umweltbedingungen zu untersuchen. Neben dieser funktionellen Analyse nutzen wir Metaproteomics auch, um die Zusammensetzung und Diversität mikrobieller Gemeinschaften in terrestrischen und aquatischen Lebensräumen zu beschreiben.

Die Themen, zu denen wir arbeiten, reichen vom Einfluss von Wirkstoffen auf Mikroorganismen bis hin zur Ausbreitung von Antibiotikaresistenzen über Bakteriengemeinschaften kommunaler Abwässer. Außerdem nutzen wir Metaproteomics-Ansätze, um mittels sogenannter targeted-Methoden spezifisch Proteine von besonderem Interesse in hochkomplexen Proben (z.B. Antibioikaresistenz-Proteine) nachzuweisen. Geplante Themen sind unter anderem die Untersuchung der Funktionen des Torf-Mikrobioms sowie die Analyse von mikrobiellen Markern der Bodenqualität.

Sehr große Datensätze werden vor allem durch "Omics" Technologien und Meta-Studien generiert. Wir arbeiten an globalen Analyse-Strategien und wie man Daten aus verschiedenen "Omics" Technologien wie Transcriptomics, Proteomics und Metabolomics integriert. Dadurch können neue Einsichten in die adaptive Physiologie und Pathogenität von Bakterien (z. B. Staphylococcus aureus) gegeben werden. Darüber hinaus interessieren wir uns für komplexe mikrobielle Gemeinschaften (Mikrobiome) und arbeiten an geeigneten Metaanalyse-Arbeitsabläufen. Prophane (http://www.prophane.de) und Aureolib (http://aureolib.de) sind Beispiele für erfolgreiche Datenanalyse bzw. Integrationsquellen, die von unserer Gruppe initiiert wurden.

• Die σ^B-abhängige generelle Stressantwort von Bacillus subtilis:
  Mehr als 200 Gene gehören zum σ^B-abhängigen generellen Stressregulon. Diese Proteine ​​statten nicht wachsende Zellen mit einer multiplen, unspezifischen und präventiven Stressresistenz in Erwartung von "zukünftigem Stress" aus. Die "Feinabstimmung" der Genregulation und die Funktion einzelner Stressproteine ​​bei der Etablierung einer globalen Antwort auf Hitze, Ethanol, oxidativen und osmotischen Stress werden derzeit analysiert. Darüber hinaus wird die Integration der generellen Stressantwort in ein hochentwickeltes Adaptionsnetzwerk untersucht.
  
  
• Die Bacillus subtilis "Clp Maschinerie”:
  Die Expression der stress-induzierbaren clp Gene hängt vorwiegend vom CtsR Transkriptions-Repressor ab. CtsR wird durch die ClpEP- und ClpCP-Proteasen nach Hitzeschock abgebaut. Darüber hinaus kann die ATP-abhängige Proteolyse, die durch Clp-Proteasen vermittelt wird, auch bei allgemeinen Phänomenen der stationären Phase beobachtet werden, wie Glukose-Hunger, Kompetenzentwicklung und Sporulation. Mechanismen, die schließlich zur Inaktivierung und Abbau von Transkriptionsregulatoren und Proteinen führen, die ihre "Pflicht" getan haben, werden derzeit untersucht. Darüber hinaus steht die Rolle der McsB-Argininkinase, ein Adaptorprotein der ClpCP-Protease, im Mittelpunkt unserer Forschung.

Weitere Schlüsselpublikationen:

• Reder et al. Cross-talk between the general stress response and sporulation initiation in Bacillus subtilis – the σ^B promoter of spo0E represents an AND-gate. Environ Microbiol (2012) 14(10), 2741–2756. PMID: 22524514.
• Reder et al. The modulator of the general stress response, MgsR, of Bacillus subtilis is subject to multiple and complex control mechanisms. Environ Microbiol (2012) 14(10), 2838–2850.PMID: 22812682.
• Elsholz et al. CtsR, the Gram-positive master regulator of protein quality control, feels the heat. EMBO J. 2010 Nov 3;29(21):3621-9.
• Elsholz et al. Global impact of protein arginine phosphorylation on the physiology of Bacillus subtilis. PNAS 2012 May 8;109(19):7451-6 PMID: 22517742.