Abteilung System- und Synthetische Mikrobiologie
Das komplexe Innenleben mikrobieller Zellen
Alle Prozesse in Zellen werden von Gruppen interagierender Proteine durchgeführt. Wir wollen verstehen, wie die Proteinnetzwerke in der hochdynamischen, komplexen Umgebung der mikrobiellen Zelle funktionieren, und dazu beitragen, die allgemeinen Prinzipien ihrer Organisation, Funktionsweise und Evolution zu klären. Wir konzentrieren uns auf Prozesse, die für die meisten zellulären Lebensformen von zentraler Bedeutung sind: Motilität, Umweltsensorik, Signalaustausch und –teilung. Dazu arbeiten wir an bakteriellen Modellen (Escherichia coli) und Hefemodellen (Saccharomyces cerevisiae). Neben den Netzwerken innerhalb der Zelle untersuchen wir auch Netzwerke, die durch Wechselwirkungen mehrerer Zellen in mikrobiellen Gemeinschaften entstehen. Uns interessieren unter anderem folgende Fragen:
- Wie reagieren Bakterien auf verschiedene chemische und physikalische Reize, denen sie in ihren Tierwirten oder den aquatischen oder terrestrischen Lebensräumen ausgesetzt sind?
- Wie beeinflussen chemische Kommunikation und physikalische Wechselwirkungen die Organisation mikrobieller Gemeinschaften?
- Wie wird in der Zelle eine zuverlässige Übertragung von Signalen gewährleistet - trotz des Hintergrundrauschens im Zellinneren?
- Was bestimmt die räumliche Organisation der zellulären Proteinnetzwerke und wie nehmen diese ihre mechanischen Funktionen wahr?
- Wie können die Netzwerke ihre Funktionen in Abhängigkeit von Umweltveränderungen anpassen, und wie entwickeln sie sich unter Selektionsdruck?
- Wie können wir dieses Wissen nutzen, um synthetische Netzwerke aufzubauen und Mikroorganismen mit neuen Funktionen auszustatten?
Diesen Fragen gehen wir nach, indem wir die Zellen einer quantitativen Analyse ihrer Netzwerkfunktionen unterziehen. Dazu nutzen wir ein breites Spektrum von fluroreszenzmikroskopischen Techniken in Kombination mit molekularbiologischen Methoden, Proteomik, Transkriptomik und Metabolomik. Indem wir die Netzwerke mithilfe mathematischer Theorien und Computersimulationen beschreiben, können wir Vorhersagen zu ihrer Veränderung unter bestimmten Umgebungsbedingungen treffen. In unserer Abteilung arbeitet ein internationales und interdisziplinäres Team von Biologen, Chemikern, Physikern und Ingenieuren. Wir sind außerdem Teil des Zentrum für Synthetische Mikrobiologie (Synmikro).
