Großprojekt erforscht Binnenstruktur von Bakterien

Eine Mitarbeiterin aus Professor Dr. Martin Thanbichlers Arbeitsgruppe nutzt ein vollautomatisiertes Fluoreszenzmikroskop, um Bakterien zu analysieren, die mit einem Farbstoff markiert sind. (Foto: Dr. Daniela Kiekebusch; die Abbildung darf nur im Zusammenhang mit der Berichterstattung über den SFB/Transregio TRR 174 verwendet werden)

„Die Bewilligung des neuen Transregio-Sonderforschungsbereichs ist ein erneuter Beleg dafür, wie außerordentlich forschungsstark  unsere Universitäten in der Mikrobiologie sind“, sagt Professor Dr. Michael Bölker, Marburger Vizepräsident für Forschung, der auch der Steuerungsgruppe des kürzlich gegründeten Forschungscampus Mittelhessen angehört. „Es hat sich als richtig erwiesen, dass wir in den vergangenen Jahren konsequent auf die Stärkung einer molekular orientierten Zellforschung gesetzt haben.“

Das Innenleben von Bakterien galt lange als ungeordnete Ansammlung von Enzymen und anderen Makromolekülen. „Zwar weiß man seit Jahrzehnten, dass Proteine gezielt auf bestimmte Bereiche innerhalb der Bakterienzelle, wie etwa die Zellhülle oder das Zellinnere, verteilt werden“, legt Verbundsprecher Martin Thanbichler dar; „aber innerhalb dieser Binnenräume sah man ihre Anordnung bis vor wenigen Jahren als weitgehend zufällig an. Dabei zeigen neue Ergebnisse, dass bakterielle Zellen viele ihrer Bestandteile mit außerordentlicher Präzision und in zeitlich variablen Mustern im dreidimensionalen Raum positionieren.“ Diese Binnengliederung steuert entscheidende zelluläre Prozesse, etwa Zellteilung und Wachstum. Ihr Verständnis schafft daher wichtige Grundlagen für die Entwicklung neuer Antibiotika oder das Design künstlicher Bakterien für technische Anwendungen.

„Unser mangelndes Wissen war bislang vor allem eine Folge technischer Beschränkungen“, erklärt Thanbichler. Dem soll das neue Konsortium abhelfen, wie Professorin Dr. Kirsten Jung von der Ludwig-Maximilians-Universität München erläutert, stellvertretende Sprecherin des Sonderforschungsbereichs: „Jüngste Fortschritte in Mikroskopie und Bildgebungsverfahren eröffnen ganz neue Möglichkeiten, mit hoher Genauigkeit und im Detail darzustellen, wo sich Zellkomponenten befinden und wie sich deren Position über die Zeit verändert.“

Der Sonderforschungsbereich führt sieben Arbeitsgruppen aus Marburg und eine aus Gießen mit acht Münchner Teams von der Ludwig-Maximilians-Universität, der Technischen Universität sowie dem Max-Planck-Institut für Biochemie zusammen. Sie treten an,  um die Mechanismen aufzuklären, mit denen Moleküle in den Bakterienzellen verteilt werden.

Aus den experimentell ermittelten Daten sollen theoretische Modelle entwickelt werden, die zeigen, wie die Vielzahl miteinander interagierender Faktoren zu einer funktionalen Einheit integriert werden. „Um zu testen, ob wir das Zusammenwirken richtig verstanden haben, sollen ausgewählte Systeme dann nachgebaut werden“, erläutert Thanbichler.

Der Verbund greift hierfür auf umfangreiches Know-how in der mikroskopischen Analyse lebender Zellen, in der Protein-Biochemie, in mathematischer Modellrechnung und synthetischer Biologie zurück, wie es etwa im Marburger „LOEWE-Zentrum für Synthetische Mikrobiologie“ aufgebaut worden ist.

Professor Dr. Martin Thanbichler lehrt Mikrobiologie an der Philipps-Universität Marburg und gehört dem LOEWE-Zentrum “Synmikro“ an. Im vergangenen Jahr wurde er zum „Fellow“ der Max-Planck-Gesellschaft berufen.

Neben dem neu eingerichteten Sonderforschungsbereich fördert die DFG weiterhin den bestehenden Verbund  „RNA Viren: Metabolismus viraler RNA, Immunantwort der Wirtszellen und virale Pathogenese“ (SFB 1021), der seit dem Jahr 2013 an den Universitäten in Marburg und Gießen angesiedelt ist. Das Konsortium, das vom Marburger Virologen Professor Dr. Stephan Becker koordiniert wird, erhält 9,1 Millionen Euro für weitere vier Jahre.

Das Institut für Virologie der Philipps-Universität, das über eines der wenigen europäischen Laboratorien der höchsten Sicherheitsstufe verfügt, ist Partner im Deutschen Zentrum für Infektionsforschung (DZIF). Die Marburger Virologie ist an einer Studie beteiligt, die erst kürzlich den Nachweis erbrachte, dass der Impfstoff „VSV-ZEBOV“ gegen das Ebola-Virus wirkt. Eine bibliometrische Studie ergab jüngst, dass die Philipps-Universität in der Ebola-Forschung weltweit an der Spitze der Zitierungen pro Fachveröffentlichung liegt.

Der Forschungscampus Mittelhessen ist eine gemeinsame Einrichtung der Justus-Liebig-Universität Gießen, der Philipps-Universität Marburg und der Technischen Hochschule Mittelhessen zur Stärkung der regionalen Verbundbildung insbesondere in der Forschung und der Nachwuchsförderung.

Weitere Informationen:

Ansprechpartner SFB / TRR 174: Professor Dr. Martin Thanbichler,
Philipps-Universität Marburg , Fachgebiet Mikrobiologie
Tel.: 06421 28- 21809
E-Mail: thanbichler@uni-marburg.de

Professorin Dr. Kirsten Jung
Ludwig-Maximilians-Universität München , Lehrstuhl Mikrobiologie
Tel.: 089 2180-74500
E-Mail: jung@lmu.de

Ansprechpartner SFB 1021: Professor Dr. Stephan Becker
Institut für Virologie der Philipps-Universität Marburg
Tel.: 06421 28-6 6253
E-Mail: becker@staff.uni-marburg.de

Pressemitteilungen:
Erste Förderperiode des SFB 1021: http://www.uni-marburg.de/aktuelles/news/2012d/1121a

MPG-Auszeichnung für Martin Thanbichler: http://www.uni-marburg.de/aktuelles/news/2015c/thanbichler

Zitationsstudie für Ebolaforschung: http://www.uni-marburg.de/aktuelles/news/2016d/1028a