Mikrobielle Lösungsansätze

Unsere Forschungsanstrengungen konzentrieren sich auf die Grundlagenforschung zum Verständnis und zur Nutzung mariner Ressourcen für die großen vom Menschen verursachten Herausforderungen sowie für ökologische Erkenntnisse. Die Arbeiten erstrecken sich über verschiedene Bereiche, von einzelnen Isolaten über mikrobielle Gemeinschaften bis hin zu ozeanüberspannenden Phänomenen. Drei Forschungsfelder werden derzeit bearbeitet:

Entdeckung mariner mikrobieller Enzyme (Dr. Erik Borchert)

Der Übergang zu einer biobasierten Wirtschaft wird weitgehend von der Verfügbarkeit von Biokatalysatoren abhängen, die aufgrund ihrer Funktionalität unter extremen Bedingungen für Industrieprozesse geeignet sind. Die natürliche aquatische Umwelt bietet bereits viele Lebensräume, die extreme industrielle Bedingungen nachahmen, und daher ist es sehr vielversprechend, diese auf nachhaltige Weise für neue Biokatalysatoren zu nutzen. Im EU Horizon Projekt XTREAM werden wir das Mikrobiom von Tiefseeschwämmen, hydrothermalen Schloten, arktischen Gletschern, sauren Grubenabflüssen und hypersalinen Lebensräumen auf neuartige Extremozyme untersuchen. Zusätzlich wird das Helmholtz InnoPool Projekt AI MareExplore die Biodiscovery-Toolbox für die gezielte Gewinnung von Extremozymen durch die Anwendung von KI-Algorithmen auf große Sequenzdatensätze erweitern. Neben der Anwendbarkeit von Extremozymen aus aquatischen Lebensräumen ist auch das Verständnis der ökologischen Nische, aus der diese Enzyme stammen, unerlässlich und ist stets Teil unserer Arbeit.

Mikrobielle Vielfalt im Meer - Dr. Jutta Wiese

Der Schatz der marinen mikrobiellen Biodiversität im Ozean ist weitgehend unerforscht, könnte aber zur Lösung dringender globaler und gesellschaftlicher Herausforderungen beitragen. Dazu gehören beispielsweise die Umweltverschmutzung durch Mikroplastik und Herausforderungen für das Gesundheitswesen, wie die zunehmende Resistenz von Infektionserregern gegen Antibiotika. Unsere Stammsammlung umfasst mehr als 5.000 taxonomisch klassifizierte Bakterien- und mehr als 500 Pilzisolate aus verschiedenen marinen Lebensräumen wie Schwämmen, Algen, Moostierchen, Korallen, Muscheln, Fischen und Tiefseesedimenten.

Die Kenntnis der taxonomischen Phylogenie der Isolate ermöglicht es uns, neue Arten in ihren jeweiligen Lebensräumen aufzufinden, zu beschreiben und ihre wirtsassoziierte Lebensweise zu charakterisieren. Darüber hinaus ermöglichen taxonomisch klassifizierte Bakterien eine gezielte, auf Bioassays basierende Forschung, die sich auf Vertreter vielversprechender Kandidatengattungen konzentriert, z. B. für die Hydrolyse des Kunststoffes Polyethylenterephthalat (PET).

Meeresbakterien könnten ein ökologisches Reservoir für die Übertragung von Antibiotikaresistenzgenen auf humanpathogene Bakterien darstellen. Daher analysieren wir Bakterien aus einem breiten Spektrum unterschiedlicher Taxa, aus verschiedenen Lebensräumen und zu unterschiedlichen Isolationszeitpunkten. Die Studenten des WASCAL (West African Science Service Centre on Climate Change and Adapted Land Use)-Projekts untersuchen beispielsweise die Antibiotikaresistenz von Bakterien, die mit kommerziell relevanten Fischen aus Cabo Verde assoziiert sind, im Vergleich zu Fischen aus der Ostsee, unter Berücksichtigung der Erhöhung des Risikos von Antibiotikaresistenzen durch die globale Erwärmung.

Biofilme aus Plastik im Meer - Zusammensetzung, Funktionen, Anwendungen - Dr. Erik Borchert

Nano- und Mikroplastikpartikel reichern sich in der Meeresumwelt immer weiter an. Im „Great Pacific Garbage Patch“, dem großen nordpazifischen Müllstrudel, haben sich bisher mehr als 1,8 Billionen Plastikteile mit einem geschätzten Gewicht von 80.000 Tonnen angesammelt, und ein Ende ist nicht in Sicht. Darüber hinaus finden sich die künstlichen Polymere inzwischen in unserer Nahrungskette, und es ist nicht klar, ob die Aufnahme mit der täglichen Nahrung schädlich sein kann. Daher ist die Entfernung von (Mikro-)Kunststoffen aus der Meeresumwelt und die Verringerung der weiteren Verschmutzung durch Mikroplastik eine große und sehr dringende Herausforderung für unsere Gesellschaft. Die Beseitigung von Mikroplastik ist alles andere als eine triviale Aufgabe, bietet aber gleichzeitig die Möglichkeit zur Entwicklung neuartiger, biobasierter Technologien und innovativer Bioprozesse. Unsere Hauptziele innerhalb des PLASTISEA-Konsortiums sind die Bereitstellung neuartiger Enzyme und Mikroorganismen für die Entwicklung origineller und innovativer Strategien zur Entfernung synthetischer Polymere (Mikro- und Nanopartikel) aus der Meeresumwelt.