Mikrobielle Physiologie

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Antimikrobiell resistente (AMR) Erreger gehören zu den größten globalen Gesundheitsbedrohungen, da einige Bakterien bereits gegen alle derzeit verfügbaren Antibiotika resistent sind. Unsere Forschung konzentriert sich auf die Verbreitung von AMR-Erregern und Resistenzgenen in der Umwelt, wie z. B. in Abwässern und Böden. Neben der Identifizierung und Charakterisierung neuartiger antimikrobieller Substanzen suchen wir nach alternativen Möglichkeiten, AMR Erreger einzudämmen, z. B. durch den Einsatz von Bakteriophagen. 

Ein besonderer Forschungsschwerpunkt liegt auf dem anaeroben und humanpathogenen Erreger Clostridioides difficile, einem häufigen Auslöser von nosokomialen Infektionen, die durch eine hohe Rückfallquote gekennzeichnet sind. Durch seine Fähigkeit hochresistente Endosporen zu bilden, widersteht das Bakterium den harschen Bedingungen im Darm. Wie die vegetativen und toxinproduzierenden Zellen sich an die vielfältigen Stressfaktoren im Darm anpassen, ist bisher wenig erforscht. Wir untersuchen unter anderem, wie der eigentlich strikt anaerobe Erreger sich gegen geringe Konzentrationen von Sauerstoff und die vom Immunsystem produzierten reaktiven Sauerstoffverbindungen wehrt. Mittels Proteomik und Redox-Proteomik werden oxidative Sensorproteine, Schutzmechanismen und Proteinoxidation analysiert, um mögliche Angriffspunkte für neue Therapien aufzudecken.

Ein weiterer Fokus liegt auf der Zellmembran des Bakteriums, deren Struktur und Funktion durch antimikrobielle Substanzen und die im Darm befindlichen hohen Konzentrationen von Gallensäuren beeinflusst wird. Membranaktive Substanzen könnten zukünftig kombinatorisch mit Antibiotika zum Einsatz kommen, um C. difficile Infektionen noch effektiver zu behandeln.

Neben der Erforschung einzelner Infektionserreger untersucht unsere Arbeitsgruppe komplexe mikrobielle Gemeinschaften. Mikroben besiedeln nahezu alle Lebensräume der Erde und bilden spezifische Mikrobiome, deren genaue Funktionen oft noch unbekannt sind. Mit massenspektrometrie-basierter Proteomik und Metaproteomik möchten wir die Aktivitäten, Interaktionen und die Bedeutung von Mikrobiomen aufklären. 

So  erforschen wir beispielsweise das Mikrobiom landwirtschaftlich genutzter Böden, um nützliche Mikroben für die Pflanzengesundheit zu identifizieren, schädliche mikrobielle Einflüsse zu bestimmen und Zusammenhänge zu den unterschiedlichen landwirtschaftlichen Praktiken aufzudecken. Ein weiterer Fokus liegt auf dem Mikrobiom von kommunalem Abwasser. Hierbei interessiert uns vor allem die Transmission von pathogenen und antibiotikaresistenten Bakterien und ihren Genen im Verlaufe der Abwasseraufbereitung und ihr Eintrag in natürliche Oberflächengewässer.

Zusammenfassend zielt unsere Forschung auf innovative Ansätze zur Bekämpfung von antibiotikaresistenten Bakterien ab und darauf, die Bedeutung von Mikrobiomen für die Gesundheit von Mensch, Tier und Umwelt besser zu verstehen.