Infektionen mit antimikrobiell resistenten Erregern stellen eine der größten Bedrohungen für die Menschheit dar. Kliniker haben bereits heute mit Bakterien zu kämpfen, die Resistenzen gegen alle derzeit verfügbaren Antibiotika aufweisen. Unsere Gruppe untersucht das Vorkommen und die Übertragung von Erregern mit AMR-Genen, beispielsweise in Abwässern und Böden, und forscht darüber hinaus an der Entwicklung alternativer antimikrobieller Therapien. So analysieren wir beispielsweise die Aktivität und Wirkungsweise neuartiger synthetischer und natürlicher Substanzen gegen problematische bakterielle Erreger und suchen zudem nach Bakteriophagen, die das Potenzial haben, für einen zukünftigen Einsatz in der Phagentherapie weiterentwickelt zu werden.

Das streng anaerobe Bakterium C. difficile ist einer der problematischsten Erreger nosokomialer und rezidivierender Infektionen. Der Darmpathogen kann im Darm überleben und Infektionen auslösen, da er hochresistente Endosporen bildet und den rauen Bedingungen des menschlichen Darmtrakts standhält. Trotz der Bedeutung von C. difficile-Infektionen ist die Physiologie des Erregers noch immer unzureichend verstanden. Unser Ziel ist es, die wichtigsten Stoffwechselwege und physiologischen Mechanismen zu identifizieren, die es C. difficile ermöglichen, im Darmtrakt zu gedeihen und schwere Infektionen beim Menschen zu verursachen.

Das Leben basiert auf Redoxreaktionen, d. h. die Zelle ist voll von Molekülen, die sich gegenseitig reduzieren oder oxidieren. Einige Moleküle haben ein größeres oxidatives Potenzial als andere. Vor allem in Gegenwart von Sauerstoff entstehen reaktive Sauerstoffspezies (ROS), die das Potenzial haben, zelluläre Strukturen zu oxidieren und dadurch Signalübertragungswege zu initiieren oder Makromoleküle zu schädigen. Mikroorganismen, die in ihrem Stoffwechsel auf Sauerstoff angewiesen sind, verfügen über ausgeklügelte Stressreaktions-, Reparatur- und ROS-Entgiftungsmechanismen. Man könnte annehmen, dass streng anaerobe Organismen über solche Mechanismen nicht verfügen, da sie in sauerstofffreien Lebensräumen wachsen. Viele streng anaerobe Bakterien sind jedoch zu einer oxidativen Stressreaktion fähig und können daher kurze Zeiträume mit Sauerstoff und ROS überleben. Bei anaeroben Krankheitserregern kann die Fähigkeit, Perioden von oxidativem Stress zu überleben, darüber entscheiden, ob sich der Erreger im Wirt durchsetzen kann oder nicht. Wir untersuchen die oxidative Stressantwort in C. difficile und klären dabei ROS-Sensoren, Signaltransduktionswege, Schutzmoleküle und Reparaturmechanismen auf. Ein besonderer Schwerpunkt liegt dabei auf oxidierten Proteinen. Mit Hilfe von Massenspektrometrie-basierter Proteomik und Redox-Proteomik wollen wir Redox-Schalter und besonders anfällige Strukturen in der C. difficile-Zelle aufspüren.

Die Zellmembran trennt den intrazellulären Raum vom Außenraum. Sie gewährleistet nicht nur die Zellintegrität, sondern ermöglicht auch Transport-, Signalempfangs- und -transduktionsprozesse. Wir nutzen Membranproteomik und mikroskopische Techniken, um den Einfluss antimikrobieller Substanzen auf Membranstruktur und -funktion zu untersuchen. Aktuell analysieren wir Veränderungen funktioneller Membranmikrodomänen in C. difficile in Gegenwart infektionsrelevanter Gallensäuren. Wir gehen davon aus, dass membranaktive Substanzen aus dem Wirt oder Mikrobiom eine kombinatorische Wirkung mit antimikrobiellen Substanzen haben könnten, die therapeutisch bei Infektionen eingesetzt werden.

Es gibt praktisch keinen Ort auf der Erde, der frei von Mikroben ist. Spezifische Nischen verfügen über eine eigene mikrobielle Gemeinschaft – ein nischenspezifisches Mikrobiom, dessen Rolle für die Stabilität und das Gleichgewicht dieser Nische oft noch unbekannt ist. Unsere Expertise in massenspektrometriebasierter Proteomik und Metaproteomik ermöglicht uns detaillierte Analysen des Bodenmikrobioms landwirtschaftlicher Flächen. Unser Ziel ist es einerseits, die Mikroben und ihre Stoffwechselfähigkeiten zu entschlüsseln, die für Wachstum und Gesundheit landwirtschaftlicher Nutzpflanzen förderlich sind, und andererseits mikrobielle Parameter zu identifizieren, die auf schädliche Auswirkungen des Bodenmikrobioms hinweisen.