Wissenschaftlicher Werdegang
- Seit 2023 W2-Professur für Molekulare Biotechnologie, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, Deutschland
- 2022-2023 Professor of Molecular Microbiology, University of Bath, Vereinigtes Königreich
- 2014-2022 Lecturer/Senior Lecturer, University of Bath, Vereinigtes Königreich
- 2014 Habilitation (Mikrobiologie), Ludwig-Maximilians-Universität München, Deutschland
- 2009-2014 Nachwuchsgruppenleiterin, Ludwig-Maximilians-Universität München, Deutschland
- 2006-2009 Postdoctoral Fellow, University of Otago, Neuseeland
- 2003-2006 Promotion (PhD), University of Otago, Neuseeland
- 2000 Graduate Diploma in Applied Science, University of Waikato, Neuseeland
- 1996-2003 Diplomstudiengang Biologie, Christian-Albrechts-Universität Kiel, Deutschland
AG Gebhard, November 2023
Forschungsthemen
Bakterien kommen in fast jedem Lebensraum der Erde vor. Ein Schlüssel zu ihrem Erfolg ist ihre außergewöhnliche Fähigkeit, ihre Umgebung zu überwachen und auf Veränderungen und Belastungen zu reagieren, denen sie möglicherweise begegnen. Dies erreichen sie durch ausgeklügelte Stressreaktionswege und Stoffwechselprozesse, die die Zelle vor schädlichen Bedingungen schützen.
Meine Gruppe ist daran interessiert, zu verstehen, wie diese Mechanismen der Stressanpassung funktionieren und wie wir die außerordentliche Widerstandsfähigkeit von Bakterien für biotechnologische Anwendungen nutzen können. Auf diesem Weg suchen wir nach neuen Lösungen für einige der großen Herausforderungen, mit denen wir uns aktuell konfrontiert sehen, wie z.B. Antibiotikaresistenz oder dem dringenden Bedarf, Kohlendioxidemissionen zu reduzieren.
Antibiotikaresistenz gegen zellhüllaktive Substanzen
Der erste Schritt bei der Antibiotikaresistenz ist oft die Wahrnehmung des Medikaments durch das Bakterium, was zur Aktivierung spezieller Resistenzsysteme führt, die die Zelle schützen. Eine solche Informationsverarbeitung erreichen die Bakterien über hochentwickelte Signalwege, die spezifische Informationen von außen in das Innere der Zelle weiterleiten, damit eine geeignete Reaktion ausgelöst wird. Unsere Arbeit konzentriert sich darauf zu verstehen, wie diese Signalsysteme funktionieren, welche Informationen sie sammeln, wie die verschiedenen Proteinkomponenten kommunizieren, welche Gene durch die Signalübertragung an- oder ausgeschaltet werden und wie diese Reaktionen das Bakterium an den gegenwärtigen Stress anpassen.
Mit einer Kombination aus In-vivo- und In-vitro-Ansätzen, unterstützt durch Bioinformatik und mathematische Modellierung, untersuchen wir Signalwege, die an der Resistenz gegen Zellwand-Antibiotika in den Gram-positiven Bakterien Bacillus subtilis und Enterococcus faecalis beteiligt sind. Dabei bearbeiten wir Teilprojekte, die von mechanistischen Untersuchungen einzelner Signalwege auf genetischer oder biochemischer Ebene bis hin zur Untersuchung ganzer regulatorischer Netzwerke auf Systemebene reichen. Das aus dieser Arbeit gewonnene Verständnis nutzen wir, um potenzielle Angriffsziele für neue Therapeutika zu identifizieren, die die Signalübertragung und damit die Resistenz blockieren sollen, um so Antibiotika-resistenten Infektionen entgegenzuwirken.
Stresstolerante Bakterien zur Herstellung nachhaltiger Baustoffe
Viele Bakterien sind hochgradig an herausfordernde Umgebungen angepasst, in denen sie z.B. extremen pH-, Temperatur- oder Salzgehaltsbedingungen ausgesetzt sein können. Wir sind daran interessiert, Bakterien in natürlichen Lebensräumen zu finden, die die Bedingungen in unserer baulichen Infrastruktur widerspiegeln, z.B. Beton oder ähnliche Baustoffe. Dabei zielen wir speziell auf Bakterien ab, die in der Lage sind, Mineralien zu bilden, speziell das Kalziumkarbonat Calcit, aus dem Kalkstein besteht. Diese Bakterien werden dann in industriellen Anwendungen genutzt, z.B. in selbstheilendem Bio-Beton, wo sie kleine Risse und Brüche heilen können, um größere Schäden an Gebäuden oder Bauwerken wie Brücken oder Tunneln zu verhindern. Dadurch soll langfristig die Verwendung von Zement, welches für 8% der durch Menschen verursachten CO2-Emissionen verantwortlich ist, reduziert werden.
Unsere Ansätze reichen von der Isolierung von Bakterien aus der Umwelt, mikrobieller Physiologie bis hin zu Metabolic Engineering und synthetischer Biologie, um die Mechanismen der Biomineralisierung zu verstehen und optimale Bedingungen für die Anwendung der Bakterien in biobasierten nachhaltigen Baumaterialien zu identifizieren. Durch die interdisziplinäre Zusammenarbeit mit KollegInnen aus den Bauingenieurs- und Materialwissenschaften wollen wir dieses Projekt von der Grundlagenforschung bis hin zur kommerziellen Anwendung bringen.
Publikationen
via Google Scholar
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