Forschung

Forschungsschwerpunkte der Arbeitsgruppe Prof. Dr. Thines
In der Arbeitsgruppe Thines am Institut für Mikrobiologie und Weinforschung untersuchen wir physiologische Prozesse/Vorgänge in höheren Pilzen von der genetischen Regulation bis hin zur ökologischen Relevanz, z.B. in molekularen Interaktionen mit anderen Organismen. Darüber hinaus interessieren wir uns für Mechanismen in Pilzen, die zur Anpassung an sich ändernde Umweltbedingungen beitragen.
Ein spezieller Fokus unserer Forschungsarbeiten liegt dabei auf der Untersuchung von Regulation und Biosynthese von Sekundärmetaboliten in Pilzen. Die Bedeutung dieser Verbindungen für die chemische Kommunikation im Ökosystem, bzw. für die kompatible Interaktion mit Wirtspflanzen ist Gegenstand vieler Projekte.

 

Forschungsschwerpunkte der Arbeitsgruppe Prof. Dr. Heermann

Photorhabdus luminescens, der "Leuchtende Tod" und die Regulation von "Gut und Böse"

Es passiert im Dunklen der Erde, im Wattenmeer oder in unseren Vorgärten: Winzige Nematoden namens Heterorhabditis bacteriophora sind auf der Suche nach Opfern. In ihrem Vorderdarm tragen sie eine todbringende Waffe – Bakterien der Art Photorhabdus luminescens, nah verwandt mit Yersinia pestis, dem Erreger des qualvollen „Schwarzen Todes“. Doch die todbringende Waffe der Fadenwürmer gilt nicht uns Menschen, sondern beschert nichts ahnenden Insektenlarven den „Leuchtenden Tod“. Die Nematoden dringen in die Larven ein und injizieren bei Erreichen des Hämocoels P. luminescens in die Hämolymphe. Die Bakterien vermehren sich in diesem Milieu und bilden dabei eine Vielzahl verschiedener Toxine, welche die Larve umgehend töten. In dieser Phase produziert P. luminescens aus bisher ungeklärtem Grund Luciferase, wodurch der Kadaver des Opfers zu leuchten beginnt. Der „Leuchtende Tod“ hat zugeschlagen. Nun unterstützt P. luminescens die aktive Fortpflanzung seiner Symbiosepartner. Die Aufklärung molekularer Prinzipien der Regulation dieses Wechselspiels zwischen "Gut und Böse", also Symbiose und Pathogenität, ist eine zentrale Fragestellung unserer Forschungsarbeiten.

Forschungsschwerpunkte der Arbeitsgruppe Prof. Dr. Unden

Bakterielle Sensoren für Sauerstoff und Carbonsäuren Bakterien sind in der Lage, ihren Stoffwechsel, den Zellaufbau und die Differenzierung der Zelle schnell an veränderte Umweltbedingungen anzupassen. Über Sensoren, die oft in der Membran lokalisiert sind, werden Reize aus der Umgebung aufgenommen. Die Reize werden dann in zelluläre Signale umgewandelt, die die Antwort der Zelle steuern. In der Arbeitsgruppe werden Struktur und Funktion des Sauerstoffsensors NreB aus Staphylococcus carnosus und eines Sensors für Carbonsäuren DcuS aus Escherichia coli analysiert. Der Sensor DcuS ist bevorzugt am Zellpol lokalisiert. Schwerpunkte der Untersuchungen sind Signalerkennung und Signaltransduktion sowie die strukturellen Grundlagen dieser Prozesse.

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Transportproteine für C4-Dicarboxylate in fakultativ anaeroben Bakterien Fakultativ anaerobe Bakterien metabolisieren C4-Dicarbonsäuen wie Succinat, Fumarat und Malat unter aeroben und anaeroben Bedingungen über unterschiedliche Stoffwechselwege. Aufbau und Funktion der Transporter für die C4-Dicarboxylate des aeroben und anaeroben Stoffwechsels werden untersucht. Die Transporter DcuB und DctA besitzen zusätzlich eine sensorische Funktion und steuern die Aktivität des Sensors DcuS.

Reverse Redox-Schleifen-Enzyme des bakteriellen Elektronentransports Bakterien können im revertierten Elektronentransport endergone Redoxreaktionen treiben. Dabei wird die endergone Reaktion durch das Protonenpotential der Membran getrieben. Im Fall der Menachinon-abhängigen Succinatdehydrogenase aus Bacillus und der Thiosulfatreduktase aus Salmonella erfolgt die Kopplung durch einen reversen Redox-Loop Mechanismus.

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Gärstörungen in Milchsäurebakterien des Weins

In der sekundären Fermentation des Weins katalysieren Milchsäurebakterien (Oenococcus oeni) den Abbau von Äpfelsäure (Malolaktatfermentation). Durch eine Störung des Redoxstoffwechsels bilden die Bakterien aus Zuckern Essigsäure und Mannit als unerwünschte Nebenprodukte. Die Biochemie der Gärstörungen wird untersucht.

 

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Forschungsschwerpunkte der Arbeitsgruppe Prof. Dr. König (2010 bis 2015)

Die Weinrebe ist nicht nur eine jahrtausendealte Kulturpflanze, sondern auch gerade in Rheinland-Pfalz ein wichtiger Wirtschaftsfaktor. In Deutschland beträgt die Ertrags­rebfläche 99.744 ha (Wein­produktion: 10.001.430 hl). Davon liegen 62.401 ha (Weinproduktion: 6.623.930 hl) in den rheinland-pfälzischen Anbaugebieten. Deshalb führten ministerielle Überlegungen in den sechziger Jahren zur Gründung des Institut für Mik­ro­biologie und Weinfor­schung an der Johannes Gutenberg Universität.Das Institut für Mikrobiologie und Weinforschung begann seine Arbeit mit der Besetzung einer neuen C4-Professur durch Ferdinand Radler im Jahre 1966. Das Forschungsprogramm der Arbeitsgruppe Radler umfasste vor allem mikrobiologische und chemische Vorgänge des Weinausbaus. 1982 wurde das heutige Gebäude auf dem Campus bezogen. Auf die C4-Professur folgte 1996 Helmut König, der seither das Institut leitet. Auch in seiner Arbeitsgruppe sind Untersuchungen zur Ökologie, Systematik und Physiologie der Oenokokken (Bakterien des Weines) und ihre Bedeutung für die Weinbereitung weiterhin ein Schwerpunkt.

Seit 1988 gibt es am Institut auch eine C3-Professur, die zunächste durch Klaus Wolf und seit 1992 durch Gottfried Unden besetzt ist. Schwerpunkte seiner Arbeitsgruppe sind die Biochemie und Molekularbiologie fakultativ anaerober Bakterien sowie Aufbau und Funktion molekularer Sensoren für Umweltreize. Zusätzlich wird die Biochemie spezifischer Stoffwechselleitungen von Bakterien (Oenokokken) in der Weinbereitung untersucht.

Die Arbeitsgruppe König beschäftigt sich in erster Linie mit Fragen der Weinmikrobiologie. Dazu zählen die Herstellung von Starterkulturen, Gewinnung von lytischen Enzymen zur Hemmung unerwünschter Mikroorganismen und Lyse von Schleimen, Schnellidentifizierung von weinrelevanten Mikroorganismen mit Hilfe molekularbiologischer Methoden und die Analytik von Weininhaltsstoffen, wie z. B. biogene Amine. Als neues Arbeitsgebiet kam die Mikrobiologie der Biogasbildung (erneuerbare Energien) und die mikrobielle Produktion von Wertstoffen aus Pflanzenmaterial hinzu. Im Rahmen einer Doktorarbeit wurde noch die mikrobielle Biomethylierung von Schwermetallen untersucht.

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