Forschungskooperationen

Forschungskooperationen

Sonderforschungsbereich SFB987: Microbial Diversity in Environmental Signal Response

Im Rahmen des Sonderforschungsbereichs sind 15 Forschungsteams aus der Philipps-Universität Marburg und dem Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie gemeinsam an der Erforschung von Diversität der mikrobiellen umweltabhängigen Signalantwort beteiligt. Folgende Schwerpunkte stehen im Fokus der Forschungsarbeiten: (1) Erfassung und Anpassung an Veränderungen im Ökosystem, (2) Erfassung und Anpassung an spezifische Nährstoffe in einem gegebenen Habitat, und (3) Erfassung und zelluläre Antwort auf biotische und abiotische Kontaktoberflächen.
Förderzeitraum: 01.07.2012 - 30.09.2020
Sprecher: Erhard Bremer, Universität Marburg
Teilnehmende am MPIterMic: Ralf Conrad, Regine Kahmann, Tobias Erb, Werner Liesack, Andreas Brune, Martin Thanbichler, Knut Drescher, Lotte Søgaard-Andersen

Sonderforschungsbereich TRR174: Spatiotemporal dynamics of bacterial cells

Dieser von der DFG geförderte Sonderforschungsbereich umfasst 16 Forschergruppen aus dem Raum Marburg und München. Seine Ziele sind (1) die Aufklärung der molekularen Mechanismen, die die raum-zeitliche Dynamik zellulärer Komponenten in Bakterien regulieren; (2) die Extraktion konservierter Designprinzipien für raum-zeitlich organisierte Systeme aus den experimentellen Daten; und (3) die mathematische Modellierung, das Design und die Synthese von Modulen, die minimale Zellen oder zellfreie Systeme räumlich organisieren.
Zeitraum der Förderung: 01.01.2017 – 31.12.2020
Koordinator: Martin Thanbichler, MPIterMic
Teilnehmende am MPIterMic: Martin Thanbichler, Lotte Søgaard Andersen, Victor Sourjik
Das Forschungsvorhaben „Diffusible Signals“ will eine zentrale Grundlage der Infektionsprozesse untersuchen und verändern: die Kommunikation zwischen Bakterien und menschlichen Entzündungszellen. Gemeinsam erforschen Ärzte, Biologen und Informatiker den Austausch löslicher (diffusibler) Signale an den Grenzflächen klinisch wichtiger Bakterien und Entzündungszellen. Neue Einblicke in Infektionsprozesse können helfen, neue zielgerichtete Therapien zu entwickeln, die die menschliche Immunabwehr stärken und den bakteriellen Angriff schwächen. mehr
Die Entdeckung des prokaryotischen Immunsystems CRISPR-Cas war einer der bedeutendsten Durchbrüche in der Biologischen Forschung der letzten zwanzig Jahre. Ursprünglich als bakterieller Verteidigungsmechanismus identifiziert, wissen wir heute, dass die Verteidigung nur eine von vielen Funktionen dieser molekularen Maschine ist; wir beginnen gerade erst, das volle biologische Potenzial dieses Systems zu verstehen. Die Hauptziele dieses konzertierten Schwerpunktprogramms sind: (1) die Identifizierung und Untersuchung neuer CRISPR-Cas-Funktionen jenseits der Virusabwehr anhand von Modellvertretern aus Archaeen und Bakterien, (2) die Aufklärung der molekularen Mechanismen, die diesen Funktionen zugrunde liegen.
Zeitraum: 01.11.2018 - 31.10.2021
Sprecherin: Anita Marchfelder, Universität Ulm
Teilnehmende am MPIterMic: Lennart Randau (Koordinierungsausschuss), Ulrike Endesfelder mehr
Für Nonribosomale Peptid-Synthetasen (NPRS) wurde kürzlich gezeigt, dass sie die Virulenz der sie produzierenden Bakterien gegenüber dem Wirt reduzieren. Welche molekularen Mechanismen für diese biologische Aktivität und die Erzeugung der chemischen Diversität im Detail verantwortlich sind, ist noch unklar. Aufgrund der oft interessanten pharmakologischen Eigenschaften entsprechender Azazyklen, sollen diese Fragen im Rahmen von NRPSBacAza beantwortet werden. Basierend auf den so erhaltenen Ergebnissen und insbesondere den Strukturen und biochemischen Mechanismen der beteiligten Enzyme, sollen dann auch neue Alkaloide mit Methoden der synthetischen Biologie erzeugt werden. Diese haben möglicherweise neue biologische Aktivitäten, z.B. als anti-Virulenz Wirkstoff gegen Pseudomonas aeruginosa, einem wichtigen humanpathogenen Bakterium.
Förderzeitraum: 01.12.2020 - 30.11.2023
Teilnehmer am MPIterMic: Helge B. Bode (Sprecher) mehr
Im Verbundvorhaben SynBioTech als Teil des Innovationsraumes BioBall wird biogenes CO2 in einem chemischen Verfahrensschritt zu Methanol hydriert, das anschließend auf biotechnologischem Wege zu Biomasseprotein für die Futtermittelindustrie bzw. Säure-derivaten für den chemischen Markt umgesetzt wird. Dazu wird Methylobacterium verwendet, das Methanol als Energie- und Kohlenstoffquelle nutzen kann.
Förderzeitraum: 01.04.2020 - 31.03.2023
Sprecher: Bastian Etzold, TU Darmstadt
Teilnehmer am MPIterMic: Tobias Erb mehr

BMBF "Mikrobielle Biofabriken: PolyMore - Ein Paenibacillus-Polymyxa-Chassis für die chemische Produktion und neue Sporenprozesse"

Die BMBF initiative 'Mikrobielle Biofabriken für die industrielle Bioökonomie' hat die Identifizierung und Etablierung neuer, mikrobieller Biofabriken für den Einsatz in der industriellen Biotechnologie zum Ziel. Die thematischen Schwerpunkte sind (1) Identifikation und Charakterisierung neuer Mikroorganismen für die industrielle Produktion  (2) Weiterentwicklung der Mikroorganismen zu neuen Plattformorganismen für den Einsatz in der industriellen Produktion 3) Entwicklung innovativer Verfahrenskonzepte und Technologien zur Kultivierung neuer Plattformorganismen. Zeitraum: 01.02.2020 – 31.01.2023
Sprecher:  Johannes Kabisch, TU Darmstadt
Teilnehmer am MPIterMic: Tobias Erb
Viele Bakterien produzieren biologisch aktive Naturstoffe oder Sekundärmetabolite, von denen einige auch klinisch – z. B. als Antibiotika oder gegen Krebs – eingesetzt werden. Diese Naturstoffe wurden in der Ver-gangenheit vor allem aus bekannten Natur-stoff-Produzenten wie Streptomyceten oder Myxobakterien gewonnen. Neue Arbeiten zeigen aber, dass auch vie-le andere Bakteriengattungen in der Lage sind Naturstoffe zu produzieren, deren Funktion und Struktur aber meist noch unbekannt  sind. Diesen Schatz zu heben ist das Ziel von RhabdoFerm.
Förderzeitraum: 01.02.2020 - 31.01.2023
Teilnehmer am MPIterMic: Helge Bode (Sprecher) mehr

BMBF „Mikrobielle Biofabriken: METAFOR – Entwicklung eines Ogataea polymorpha Plattformstamms für die Umsetzung von C1-Verbindungen in Wertprodukten”

METAFOR entwickelt einen Hybridansatz für die elektrochemi-sche CO2-Reduktion zu C1-Verbindungen und die nachfolgende mikrobielle Umwandlung zu wichtigen Basischemikalien. Dazu wird die methylotrophe Hefe Ogataea polymorpha zu einem Plattformorganismus für die Umsetzung der C1-Verbindungen Metha-nol und Formiat zu Wertprodukten aufgebaut. METAFOR kombiniert den mikrobiellen Prozess mit einer vorgeschalteten chemischen CO2-Re-duktion zu Formiat. Der chemische Prozess wird so optimiert, dass das Formiat in einer biokompatiblen, wässrigen Lösung bereitgestellt wird, die direkt in die nachfolgende Fermentation eingespeist werden kann.
Förderperiode: 01.02.2020 - 31.01.2023
Teilnehmer am MPIterMic: Tobias J. Erb
Bakterielle Biofilme sind intrinsisch tolerant gegenüber Antibiotika und führen so zu chronischen Infektionen. Innerhalb von Biofilmen kann es durch den engen Kontakt von Bakterienzellen auch zu einem Gentransfer von Antibiotikaresistenzgenen durch bakterielle Konjugation kommen, so dass Biofilme auch wesentlich zur Übertragung von Antibiotikaresistenzen beitragen können. Das zentrale Ziel der BMBF-geförderten Kooperation TARGET-Biofilms ("Transmission of antimicrobial resistance by gene transfer within bacterial biofilms") ist die Erforschung des grundlegenden und praktischen Aspekts der DNA-Konjugation innerhalb bakterieller Biofilme. Die Hauptziele sind (1) ein umfassendes Verständnis der Mechanismen, des Ausmaßes und der Auswirkungen der bakteriellen Konjugation innerhalb von Biofilmen zu erlangen und (2) die Möglichkeit zu testen, Konjugations- und CRISPR-Systeme zu kombinieren, um in situ Biofilm-Manipulationen durchzuführen, einschließlich der Versuche, Biofilme durch das Abtöten der residenten Zellen oder durch die Unterdrückung von Genen, die für die Biofilmbildung und -stabilität erforderlich sind, zu demontieren.
Zeitraum: 01.09.2019 - 31.08.2022
Teilnehmer am MPIterMic: Knut Drescher (Sprecher) mehr
Im Verbundprojekt RasFerm soll ein Beitrag zur Nutzung des großen Energiespeicherungspotenzials von Redox-Flow-Batterien geleistet werden. Da Redox-Flow-Batterien große Mengen an organischem Elektrolyten benötigen, sollen biogene Stoffströme - im vorliegenden Projekt: Xylose-haltige Abfallströme der Papierwirtschaft - als Substrat für Fermentationsprozesse von Mikroorganismen genutzt werden. Im Teilvorhaben werden verschiedene Mikroorganismen für die Biosynthese von Anthrachinonen (AQs) identifiziert und für die Xylose-Verwertung gentechnisch optimiert.
Zeitraum: 01.05.2019 - 30.04.2021
Sprecher: Peter Czermak, TH Mittelhessen
Teilnehmer am MPIterMic: Helge Bode mehr
Im Mittelpunkt dieses von der DFG geförderten Schwerpunktprogramms steht die Etablierung der ersten systematischen und umfassenden Strategie, um alle grundlegenden Aspekte der Second-Messenger-Signalübertragung in Bakterien auf molekularer Ebene zu verstehen. Biosynthese, Umsatz und Funktionen von c-di-GMP, den "Klassikern" cAMP und ppGpp sowie "Newcomern" wie c-di-AMP werden auf molekularer, zellulärer, physiologischer, systemischer und ökologischer Ebene untersucht. Die Forschungsgruppen des Programms konzentrieren sich insbesondere auf das Verständnis (1) sensorischer Inputs in die Second Messenger-Signalgebung; (2) spezifischer Funktionen und "lokaler" Signalgebung von Second Messenger-produzierenden und -abbauenden Enzymen (3) Second Messenger-Effektormechanismen und molekulare Targets; und (4) neuartiger physiologischer und ökologischer Zusammenhänge sowie evolutionärer Aspekte, die sich in der Molekularbiologie der Second Messenger-Signalgebung widerspiegeln.
Zeitraum der Förderung: 01.09.2016 – 31.08.2022
Koordinatorin: Regine Hengge, Humboldt Universität zu Berlin
Teilnehmende am MPIterMic: Lotte Søgaard Andersen, Victor Sourjik mehr
Eisen-Schwefel (FeS)-Zentren sind essentielle Protein-Cofaktoren in allen Organismen. Insbesondere fungieren FeS-Zentren als Enzym-Cofaktoren bei der Katalyse und dem Elektronentransfer sowie als Sensoren für Umweltbedingungen. Darüber hinaus sind sie unverzichtbar für die Biosynthese anderer Protein-Cofaktoren einschließlich komplexer Metall-Cluster. Im SPP werden neuartige Enzymmechanismen, innovative Modellkomplexe und neue Biogenesewege im Kontext von Metalloenzymen in lebenden Organismen untersucht, insbesondere: (1) Der Zusammenbau von FeS-Proteinen als Ausgangspunkt für ihre vielseitige Funktionalität; (2) Biosynthese und Crosstalk komplexer Metall-Cofaktoren durch FeS-Proteine; (3) Katalyse und Funktionen komplexer FeS-Proteine für die Biotechnologie, und (4) krankheitsrelevante Rollen von FeS-Proteinen in der zellulären Metall-Homöostase. Darüber hinaus zielt das Programm ab auf die Entwicklung zukünftiger zellulärer Systeme für Bioenergieproduktion, Düngung und Biotechnologien.
Zeitraum: 01.09.2016 - 31.05.2023
Sprecherin: Silke Leimkühler, Universität Potsdam
Teilnehmer am MPIterMic: Seigo Shima mehr

Schwerpunktprogramm SPP 2002: „Small Proteins in Prokaryotes, an Unexplored World”

Mittels Genomik- und Transkriptomik wurden im letzten Jahrzehnt in vielen prokaryotischen Genomen eine Fülle von versteckten kleinen Genen mit kurzen offenen Leserahmen (sORF) entdeckt. Diese sORF kodieren kleine Proteine mit einer Länge von ≤ 70 Aminosäuren und werden typischerweise von automatischen Genvorhersagen übersehen. Jüngste Studien haben gezeigt, dass diese kleinen Proteine die unterschiedlichsten zellulären Prozesse beeinflussen: Energiegewinnung, Transport, Virulenz, Symbiose, Sporulation und Photosynthese. Dieses Schwerpunktprogramm zielt darauf ab, diese Hauptklasse prokaryontischer Genprodukte zu erforschen, indem das gesamte Repertoire der sORFs entschlüsselt wird und die Funktionen und physiologischen Rollen sowie die zugrunde liegenden molekularen Mechanismen der prokaryontischen kleinen Proteine untersucht werden.
Förderzeitraum: 01/01/2021 - 12/31/2023
Teilnehmerin am MPIterMic: Jing Yuan
Erdöl ist für die chemische Industrie immer noch der wichtigste Rohstoff. Aus ihm erzeugt sie Kunststoffe, Farben und Bausteine von Medikamenten. Ziel des eBIOCO2n-Projekts ist es, einen Teil des fossilen Rohstoffs durch CO2 zu ersetzen und damit im Sinne einer Kreislaufwirtschaft auch den CO2-Fußabdruck der Chemieproduktion zu verringern. Sie kombinieren dafür Ansätze der Bioelektrochemie, Enzymbiologie und Synthetischen Biologie. So entwickeln sie Bioelektroden, um mit Strom Enzyme anzutreiben, die gemeinsam CO2 in verwertbare chemische Substanzen umwandeln. Schließlich werden sie im Rahmen des Projekts einen Demonstrator bauen, der aus CO2 die Aminosäuren Alanin, Glycin und Aspartat erzeugt, um die Machbarkeit der stromgetriebenen biokatalytischen CO2-Konversionen zu beweisen.
Period of funding: 01.04.2019 - 31.03.2023
Teilnehmende am MPIterMic: Tobias Erb mehr
Im Projekt „BRILIANCE" sollen Designerzellen so umprogrammiert werden, dass sie einen komplett neuen Stoffwechselweg entwickeln, mit dem sie das Klimagas CO2 binden und umwandeln können. Durch die neuen Synthesewege von CO2 sollen organische Verbindungen leicht hergestellt werden können, die wir im täglichen Leben benötigen – etwa für die Produktion von Nahrungsmitteln, Treibstoffen und Pharmazeutika.
Zeitraum: 01.01.2019 – 31.12.2023
Teilnehmer am MPIterMic: Tobias Erb (Sprecher) mehr

Das EU-geförderte Projekt GAIN4crops entwickelt neue disruptive Technologien, um eines der Haupthindernisse der Photosynthese zu überwinden: die Photorespiration, ein biochemischer Prozess in Pflanzen, der die Effizienz der Kohlendioxid (CO2)-Aufnahme und damit den Biomasseertrag und die landwirtschaftliche Produktivität verringert. Das Projekt zielt darauf ab, die Effizienz des C3-Stoffwechsels in Pflanzen in einem schrittweisen Ansatz zu verbessern: (1) Verbesserung der C3-Photosynthese-Effizienz unter Verwendung einer natürlich vorkommenden Variante des photorespiratorischen Stoffwechsels, insbesondere der C3-C4-Photosynthese; (2) weitere Optimierung durch die Entwicklung neuer Stoffwechselwege mittels innovativer Pflanzenzüchtungstechniken.
Zeitraum: 01.05.2020-30.04.2025
Sprecher: Andreas Weber, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf
Teilnehmer am MPIterMic: Tobias Erb mehr
Das multidisziplinäre, aufstrebende Feld der Synthetischen Biologie (SynBio) entwickelt sich so schnell, dass es immer noch keine konsensfähige Definition gibt, und ihr herausragender Erfolg in den letzten Jahren darf nicht über die Schwierigkeiten bei der Definition und Verabschiedung biologischer Standards hinwegtäuschen. Dabei sind die Vorteile der Standardisierung biologischer Systeme enorm. Das Hauptziel dieses Projektes ist daher die Entwicklung universeller Standards für die synthetische Biologie in einem umfassenden, systematischen Ansatz: vom biologischen Einsatzteil bis zum experimentellen Verfahren.
Zeitraum: 01.10.2018-30.09.2021
Sprecher: Manuel Porcar, Valencia
Teilnehmer am MPIterMic: Tobias Erb mehr
Die Minna-James-Heineman-Stiftung vergibt Forschungsstipendien an junge, hochqualifizierte und begabte Wissenschaftler in den Bereichen Biologie, Medizin und biomedizinische Forschung . In diesem Projekt untersuchen die Labore von Knut Drescher und Roi Avraham (Weizmann Institute of Science, Israel) gemeinsam, wie Vibrio cholerae mit menschlichen Leukozyten interagiert und welche Mechanismen die Interaktion bestimmen.
Zeitraum der Förderung: 01.06.2019 - 31.12.2022
Teilnehmer am MPIterMic: Knut Drescher mehr
DynaMem verbindet Forschungsansätze zur grundlegenden Biologie von Biomembranen, der Dynamik von Membranen, Membransystemen sowie Organellen auf der zellulären, supra-zellulären und organismischen Ebene, um die grundlegenden Prinzipien der Dynamik und ihre Signifikanz im zellulären Kontext zu verstehen. Detaillierte Analysen neuer Aspekte der Membrandynamiken sollen zu neuen Strategien für die Entwicklung therapeutischer Ansätze führen. Diesem Gesamtkonzept folgend ist DynaMem in drei Schwerpunkte gegliedert: (A) Manipulation von Membranfunktionen, (B) Zelluläre Manipulation der Membrandynamik, (C) Dynamik von Membransystemen und Organellen.
Zeitraum: 01.01.2018 - 31.12.2021
Sprecher: Enrico Schleiff, Goethe Universität Frankfurt
Teilnehmer am MPIterMic: Helge Bode mehr
Die in ihrer Bedeutung stark gewachsene Biodiversitätsforschung ist bisher überwiegend organismisch und ökologisch ausgerichtet. Große technisch-methodologische Fortschritte erlauben es nun, Biodiversitätsforschung genomisch und damit zugleich stärker anwendungsorientiert auszurichten. Das LOEWE-Zentrum für Translationale Biodiversitätsgenomik (LOEWE-TBG) will die grundlegende Erforschung der Genome einer breiten Organismenvielfalt mit der Entwicklung anwendungsfähiger Dienstleistungen und Produkte verbinden. Entsprechend liegt der zentrale Fokus von LOEWE-TBG darauf, die genomische Vielfalt als basale Ebene der Biodiversität für die Grundlagen- und angewandte Forschung zugänglich und nutzbar zu machen.
Period of funding: 01.01.2018 - 31.12.2021
Speaker: Axel Janke, Senckenberg Research Institute, Frankfurt mehr
Das LOEWE-Programm ist eine Exzellenzinitiative des Landes Hessen zur Förderung exzellenter Forschung an hessischen Hochschulen und anderen Forschungseinrichtungen. SYNMIKRO, das LOEWE Zentrum für Synthetische Mikrobiologie, wurde 2010 als Kooperationszentrum zwischen der Philipps-Universität Marburg und dem Max-Planck Institut für terrestrische Mikrobiologie gegründet. Dazu wurden von 2010 bis 2018 mehr als 50 Millionen Euro an Fördermitteln erhalten. Seither ist das Zentrum stetig gewachsen und ist Anziehungspunkt für junge und erfahrenere Wissenschaftler aus aller Welt geworden. In „SYNMIKRO“ arbeiten Biologen, Biochemiker, Physiker, Mathematiker, Bioinformatiker und Bioethiker zusammen – eine für Deutschland einzigartige Forschungskooperation bietet völlig neue Möglichkeiten, das Verständnis der molekularen Grundlagen und des Nutzungspotentials von Mikroorganismen zu erweitern und neue Einsatzmöglichkeiten zu eröffnen. Die Marburger Forscher streben das gezielte Design synthetischer Zellen mit maßgeschneiderten Eigenschaften aus standardisierten Bausteinen an. Diese Zellen könnten genutzt werden, um zum Beispiel neue Medikamente, Chemikalien, Biokraftstoffe und Nahrungsmittelzusätze effizient, kostengünstig und umweltverträglich zu produzieren.
Die Forschung in der Graduiertenschule zielt darauf ab zu verstehen, wie Mikroorganismen miteinander konkurrieren, sich anpassen und sich als Reaktion auf Veränderungen in der Umwelt differenzieren. Um dieses Ziel zu erreichen, sind die Fachgebiete der mikrobiellen Ökologie, der molekularen und zellulären Mikrobiologie sowie der mikrobiellen Physiologie und Biochemie eng miteinander verbunden. Die Fakultätsmitglieder der Graduiertenschule sind Mitarbeitende am Max-Planck-Instituts oder der Philipps-Universität.

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