Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie

Proteine zur Regulation tierischer Stammzellen sind viel älter als das Tierreich selbst

Evolution im Labor macht aus einem altbekannten Enzym einen möglichen Hotspot der Innovation in der synthetischen Biologie

Ein Protein bestimmt die Zellform von Bakterien

Forschende entdecken, wie Kooperation zwischen Mikroorganismen entsteht

Ein bakteriell produzierter Wirkstoff hemmt die zelluläre Immunantwort, ohne das Abfallsystem der Zelle zu blockieren

Wer in Marburg forscht, muss dafür buchstäblich Berge erklimmen. Nicht umsonst heißt der Standort von Universität und diversen Forschungseinrichtungen „Campus Lahnberge“. Man kann also schon außer Puste kommen, wenn man mit dem Fahrrad zum Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie möchte. Nicht aber Katharina Höfer – für sie ist das Routine.

Max-Planck-Forschende kooperieren mit Partnern in mehr als 120 Ländern. Hier schreiben sie über ihre persönlichen Erfahrungen und Eindrücke. Elizaveta Bobkova vom Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie in Marburg war im Rahmen des deutschfranzösischen Austauschprogramms Salto drei Monate in Bordeaux. Sie meisterte komplizierte Labortechniken, war Jurorin bei einem Wettbewerb der synthetischen Biologie und konnte sich auch ihrem Lieblingssport widmen: dem Eiskunstlauf.

Dass eine Wissenschaftlerin den Laborkittel an den Haken hängt und Journalistin wird, ist nicht ungewöhnlich. Martina Preiner hat es genau andersherum gemacht. Nach einer Karriere als Wissenschaftsjournalistin wechselte sie mit Anfang dreißig noch mal die Seiten und kehrte ins Labor zurück. Der Grund für den Sinneswandel war ihre Faszination für die Entstehung des Lebens.

Jedes Lebewesen muss Stoffe aus der Umgebung aufnehmen und in Substanzen umwandeln, die es zum Leben braucht. Ohne Stoffwechsel gäbe es folglich kein Leben auf der Erde. Tobias Erb, Direktor am Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie in Marburg, möchte Stoffwechselwege so umprogrammieren, dass sich damit Rohstoffe schonender und effizienter produzieren lassen. Sein jüngster Coup: ein Stoffwechselkreislauf, der mit elektrischem Strom angetrieben wird.

Klimakrise, Artensterben, Ozonabbau – ökologische Fehlentwicklungen bedrohen das Leben auf der Erde, wie wir es kennen, und damit auch die gesellschaftliche Stabilität. Der Gefahr lässt sich, wie im Fall des Ozonlochs, nur begegnen, wenn die Zusammenhänge durch und durch verstanden sind. Das ist das Ziel des Erdsystemclusters in der Max-Planck-Gesellschaft. An seiner Entstehung haben die beiden späteren Nobelpreisträger Paul J. Crutzen und Klaus Hasselmann maßgeblich mitgewirkt.

Die Natur nutzt antimikrobielle Peptide als Breitbandantibiotika: Sie bilden die erste Verteidigungslinie gegen eindringende Krankheitserreger. Bakterien wiederum entwickeln fortlaufend neue Fähigkeiten, dieser Abwehr zu entkommen. Unsere Forschungsgruppe fand heraus, wie ein kleines Protein Bakterien in die Lage versetzt, die antimikrobiellen Peptide immer wieder frühzeitig zu erkennen und sich somit effektiv zu verteidigen. Unsere Arbeit liefert eine molekulare Grundlage für die Entwicklung neuer Peptid-basierter Wirkstoffe.

Das zentrale Enzym der Photosynthese, Rubisco, ist der am häufigsten vorkommende Biokatalysator der Erde. Aber wie entwickelte sich Rubisco, und wie passte das Enzym sich den Veränderungen im Laufe der Erdgeschichte an? Durch Rekonstruktion Milliarden Jahre alter Enzyme gelang es, eine der wichtigsten Anpassungen der frühen Photosynthese aufzuklären. Unsere Ergebnisse liefern nicht nur Erkenntnisse über die Evolution der modernen Photosynthese, sondern auch neue Ideen für ihre synthetische Verbesserung.

Ustilago maydis ist einer von zahlreichen pilzlichen Krankheitserregern, die jährlich weltweit große Mengen an Getreide vernichten. Seine hochspezifische Interaktion mit der Wirtspflanze Mais ist ein wertvolles Modellsystem zur Erforschung molekularer Details der Pilz-Pflanze-Interaktionen. Wir fanden einen pilzlichen Komplex aus sieben Proteinen, der eine essenzielle Rolle bei der Krankheitsentstehung spielt. Unsere Entdeckung ermöglicht potenziell neuartige Ansätze im Pflanzenschutz.

Bakterien, beispielsweise Salmonellen oder Yersinien, schießen mit winzigen „Injektionsnadeln“ Proteine in ihre Wirtszellen. Schon seit längerem arbeiten Forscherinnen und Forscher daran, mithilfe eines solchen bakteriellen Injektionsapparates ausgewählte Proteine in Eukaryonten-Zellen einzuschleusen. Der Einbau eines optogenetischen Schalters ermöglicht es jetzt, das Injektionssystem mittels Lichtreizen zu steuern. Dies ermöglicht den zielgenauen Einsatz in biotechnologischen oder medizinischen Anwendungen.

Glycolsäure, ein direktes Nebenprodukt der Fotosynthese, ist eine der wichtigsten Verbindungen im Kohlenstoffzyklus der Ozeane. Marine Bakterien wandeln den darin enthaltenen Kohlenstoff teilweise wieder in Kohlendioxid um, doch sein genaues Schicksal blieb bislang unbekannt. Wie sich nun zeigte, stellt der lang vergessene BHA-Zyklus den bedeutendsten Abbauweg für Glycolsäure weltweit dar. Unsere eingehende, multidisziplinäre Analyse dieses Stoffwechselweges ermöglicht eine Neubewertung der globalen Kohlendioxidbilanz.