Molecular Microbe Ecology

In der Arbeitsgruppe Molekulare Mikrobenökologie werden die genetischen Voraussetzungen und molekularen Mechanismen der Interaktion zwischen Rhizosphären-Mikroorganismen und deren Wirtspflanze untersucht mit besonderem Fokus auf den Unterschieden zwischen förderlichen und pathogenen Wechselwirkungen. Um ein breiteres Verständnis dieser Interaktionen zu erreichen dehnen wir unser Forschungsfeld auch auf andere Habitate für bakterielle Gemeinschaften aus wie den menschlichen Darm, Zähne, Lunge, Haut etc., sowie die Übertragungswege von gesundheitsrelevanten Mikroorganismen von der Pflanze auf den Menschen. Die Beeinträchtigung der menschlichen Gesundheit kann indirekt beispielweise über Pollen erfolgen, deren allergenes Potential durch siedelnde Mikroorganismen beeinflusst wird, oder direkt durch die Infektion mit humanen Pathogenen, die Feldpflanzen epi- oder sogar endophytisch kolonisieren können.

Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf den bakteriellen Signalsubstanzen, die wichtige Eigenschaften in mikrobiellen Gemeinschaften und Biofilmen kontrollieren und spezifische Reaktionen in Mikroorganismen, sowie Pflanzen und anderen höheren Organismen (einschließlich dem Menschen) hervorrufen können. Bakterielle Signalsubstanzen werden als wichtige Kontrollfaktoren bei der Interaktion von Humanpathogenen und toxinproduzierenden Bakterien mit ihrem eukaryotischen Wirt (Pflanze, Tier) untersucht. Es werden analytische Methoden, einschließlich monoklonaler Antikörper, entwickelt und angewendet, um die Ökologie von bakteriellen Signalmolekülen des N-Acylhomoserinlakton Typs in verschiedenen Matrices und Organismenhabitaten zu erforschen.

 

Projekte

HMGU Projekte

  • Isolierung und Charakterisierung (neuartiger) pflanzenwachstumsfördernder Mikroorganismen (PGPR)
  • Phylogenetische Analysen von epi- und endo-phytischen Rhizosphärenbakterien
  • Charakterisierung von Stickstofffixierern in der Rhizosphäre von Nutzpflanzen und Analyse funktioneller Gene (z. B. nifH).
  • Entwicklung von spezifischen Oligonukleotidsonden für den Einsatz in der Fluoreszierenden in situ Hybridisierung (FISH) in Kombination mit 3D konfokale Laserscanning-Mikroskopie (CLSM) zur Analyse der räumlichen Verteilung mikrobieller Gemeinschaften
  • Interaktionen von humanpathogenen Bakterien wie Salmonellen, Listerien und Clostridien mit Futter und Nutzpflanzen. Pflanzen als alternative Ökologische Nische für Krankheitserreger
  • Isolierung und Charakterisierung von Signalmolekülen (speziell N-Acyl-Homoserinlactonen) von wurzelassozierten Bakterien, in Zusammenarbeit mit Prof. Dr. Philippe Schmitt-Kopplin, Abteilung analytische Biogeochemie, Helmholtz Zentrum München, Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt (GmbH) https://www.helmholtz-muenchen.de/bgc/index.html
  • Interaktionen von EHEC O104:H4 mit Bockshornklee in Kooperation mit Dr., Ingrid Huber, Bayrisches Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit (LGL)
  • Bakterielles Quorum Sensing in der Lunge, in Kooperation mit Dr. Burkhard Hense, Institute of Computational Biology, Helmholtz Zentrum München, Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt (GmbH), https://www.helmholtz-muenchen.de/icb/research/groups/interactions-in-biological-systems/overview/index.html und Prof. Dr. Christian Kuttler, Zentrum Mathematik - M6, Technische Universität München, https://www-m6.ma.tum.de/Lehrstuhl/ChristinaKuttler
  • Einfluss von Ernährungsumstellungen auf das orale Mikrobiom, in Kooperation mit Prof. Dr. Ali Al-Ahmad, Dr. Annette Carola Anderson, Klinik für Zahnerhaltungskunde und Parodontologie, Albert-Ludwigs-Universität, Freiburg, Germany, https://www.uniklinik-freiburg.de/zahnerhaltung/team.html

Drittmittelprojekte

  • Soil as a Sustainable Resource for the Bioeconomy – BonaRes: Implications of soil management practices and application of biocontrol strains on soil disease suppressiveness for improved soil health and sustainable plant production (DiControl), Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), 2015 - 2019
  • Endophytes in Biotechnology and Agriculture, COST-Action FA1103, ab 2011 
  • Biological control of Bacillus amyloliquefaciens on soil-borne fungal pathogen Rhizoctonia solani (PATHCONTROL), Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), 2010-2012
  • Living plants in microbial fuel cells for clean, renewable, sustainable, efficient, in-situ bioenergy production (PlantPower), EU, Grant agreement no.: 226532, 2009-2012
  • Risks and recommendations regarding human pathogens in organic vegetable production chains (PATHORGANIC), BML, ……, 2006-2009
  • Inhibition of bacterial communication / quorum sensing: Potentials of active compounds in marine algae (German-Indian cooperation in education and research), Project IND 07/44, 2008-2011
  • Evaluation of the genetic and functional diversity of nitrogen fixing bacterial communities in sugar cane
    DFG, Ha 1708/9, 2005-2008
  • Identification of Clostridium botulinum in legume rhizosphere
    HGF/DAAD A/05/2246, 2005 – 2007
  • Spezifische Funktionen von Ektomykorrhizen und Ektomykorrhizosphären unter Einfluss der Stressoren Ozon, Pathogen und Konkurrenz
    DFG, SFB 607, TP B9, 2004-2007
  • Understanding and Modelling Plant-Soil Interactions in the Rhizosphere Environment (UMPIRE), COST-Action 631, 2003-2006
  • In situ-Analyse mikrobieller Populationen und Aktivitäten der CO2-Fixierung in Bodenmikrohabitaten
    DFG, SPP 1090, Ha 1708/6-2, 2002-2004
  • Einfluss der Stressoren Ozon, CO2, Pathogene und Konkurrenz auf Funktionen der Mykorrhizosphäre bei Fichte und Buche
    DFG, SFB 607, TP B9, 2001-2004
  • In situ-Analyse mikrobieller Populationen und Aktivitäten in Bodenmikrohabitaten
    DFG, SPP 1090, Ha 1708/6-1, 2000-2002
  • Einfluss molekularer Kommunikation auf die mikrobielle Ökologie der Rhizosphäre
    BMBF, 0311954/6, 2000-2002
  • Molecular microbial ecology of populations in the rhizosphere: a study of cereals inoculated with Azospirillum brasilense
    G.I.F., I-586.095.12/78, 2000-2001
  • Systemintegrierte Umweltbiotechnologie zur Sanierung von belasteten Gewässern
    HGF, Strategiefond, No. 01SF9816
  • Einfluss von erhöhtem CO2 auf den Assimilatefluß in den Wurzelraum, die Bodenmikroflora sowie die mit der Ectomycorrhiza vergesellschafteten Bakterienpopulationen bei Fichte (Picea abies)
    DFG, SFB 607, TPB9. 1998-2001
  • Auswirkungen des pflanzenbaulichen Managements sowie der Anwendung mikrobieller Biokontrollstämme auf Bodengesundheit und Suppressivität gegenüber Pathogenen im Rahmen einer nachhaltigen Pflanzenproduktion, im Rahmen von BonaRes (Boden als nachhaltige Resource für die Bioökonomie), http://www.bonares.de/portfolio/dicontrol/
    BMBF, 031A560F, 2015-2019

Kooperationen

  • Prof. Dr. Helge Böhnel and Dr. Frank Gessler Institute for Applied Biotechnology in the Tropics, Georg-August University Goettingen, Goettingen,Germany
  • Prof Dr. Bart Currie, Dr. Mirjam Kaestli, Menzies School of Health Research, Tropical and Emerging Infectious Diseases Division, Royal Darwin Hospital Campus, Casuarina, Australia
  • Prof. Dr. Yoav Bashan, Dr. Luz Bashan, Environmental Microbiology Group, Centro de Investigaciones Biologicas del Noroeste (CIBNOR), La Paz, Baja California Sur, Mexico
  • Prof. Dr. Bhavanath Jha, Marine Biotechnology and Ecology Division, CSIR-Central Salt and Marine Chemicals Research, Institute, Bhavnagar, Gujarat, India
  • Prof. Dr. Dirk Haller, Dr. Thomas Clavel, Technische Universität München, Z I E L - Zentralinstitut für Ernährungs- und Lebensmittelforschung- Abteilung Biofunktionalität Freising-Weihenstephan, Germany
  • Prof. Dr. Elhafid Nabti, Leila Bensidhoum, Laboratory of Renewable Energies, Group of Biomass and Environment, University of Bejaia, Bejaïa, Algeria
  • Prof. Dr. Claudia Traidl-Hoffmann, Dr. Stefanie Gilles, Institute of Environmental Medicine, UNIKA-T, Technische Universität München, Augsburg, Germany
  • Dr. Christoph Keel, Université de Lausanne, Département de Microbiologie Fondamentale (DMF), Lausanne, Switzerland
  • Prof. Dr. Jose Ivo Baldani. Dr. Luc Rouws, Laboratorio de Genetica e Bioquımica, Pavilhao Johanna Dobereiner, Embrapa Agrobiologia, Seropedica, Rio de Janeiro, Brazil
  • Dr. Ali Al-Ahmad, Dr. Annette Carola Anderson, Department of Operative Dentistry and Periodontology, Albert-Ludwigs-University, Freiburg, Germany
  • Prof. Dr. Fabio Oliveira Pedrosa, Universidade Federal do Paraná, Curitiba, Paraná, Brazil
  • Dr. Ingrid Huber, Bavarian Health and Food Safety Authority (LGL), Oberschleißheim, Germany

Diplom- / Doktorarbeiten

Habilitation (LMU München, Fakultät für Biologie)

  • Dr. Michael Schloter:
    2009: Mikrobielle Prozesse der Kohlenstoff- und Stickstofftransformation als Basis für die Emission klimarelevanter Spurengase aus landwirtschaftlich genutzten Böden


Doktorarbeiten (seit 2000)

Ludwig-Maximilians-Universität München, Fakultät für Biologie
(ab 1.7.2010 ist die Graduate School „Environmental Health“ am Helmholtz Zentrum München – HELENA – als zusätzliche Ausbildungsstruktur etabliert). 


Diplomarbeiten (seit 2000)

Ludwig-Maximilians-Universität München, Fakultät für Biologie:

  • Annette Krieger (seit Juni 2011):
    Nachweis von N-Acyl Homoserinlactonen bei Pseudomonas aeruginosa-Isolaten und in Sputummaterial mit Biomarker-, chemischen und immunologischen Methoden
  • Marlene Mühlbauer (seit April 2011):
    Immunochemischer Nachweis von N-Acylhomoserinlactonen in Bakterienkulturen und Pflanzen mit monoklonalen AHL-Antikörpern
  • Bernhard Nägele, 2010:
    Interaktion von N-Acyl-Homoserinlacton-produzierendem Serratia liquefaciens und Gerstenpflanzen.
  • Katharina Faber-Albers, 2009:
    Metabolismus von Chlordinitrobenzol und Dichlornitrobenzol und Kolonisierung von Gersten wurzeln durch Burkholderia xenovorans LB400.
  • Linda Kinzel, 2008:
    Phylogenetische Charakterisierung von Roseomonas fauriae im Vergleich zu Arten der Gattung Azospirillum.
  • Andreas Mögele, 2006:
    Untersuchung der Bakteriengemeinschaft auf Buchenmykorrhizen
  • Silvia Gschwendtner, 2005:
    Piriformospora indica-Bakterien-Wechselwirkungen in der Rhizosphäre von Gerste (Hordeum vulgare)
  • Claudia Kellermann, 2004:
    Untersuchungen der Bakteriengemeinschaft auf Ektomykorrhizen von Fgus sylvatica L. und Picea abies (L.) H. Karst. durch in situ-Hybridisierung mit phylogenetischen Oligonukleotidsonden und Sequenzanalyse anhand der 16S rDNS.
  • Michael Stephan Rohe, 2004:
    Einfluß einer H2-Begasung auf die gesamte (16S-rRNS) und autotrophe (cbbL-mRNS) bakterielle Diversität und Aktivität im Boden.
  • Brigitte Hai (FH), 2004:
    Analyse von Signalstoffen (N-Acyl-Homoserinelactone, AHL) von Rhizosphärenbakterien und deren in situ-Produktion in der Rhizosphäre.
  • Ilona Klein, 2003:
    Besiedlung von Weizen- und Gerstenwurzeln durch endophytische Rhizosphärenbakterien.
  • Stephan Kutter, 2003:
    Untersuchungen zur Besiedlung von Gerste (Hordeum vulgare) durch humanpathogene Lebensmittelkontaminanten.
  • Susanne Stein (FH), 2003:
    Einfluß einer Wasserstoff-Begasung auf die mikrobielle Aktivität und die CO2-Bilanz eines Ackerbodens (Ap).
  • Isabelle Pattis, 2002:
    Einfluß einer H2-Behandlung auf die Bakterienmikroflora und die molekulare Diversität der cbbL- (RuBisCO) Gene
  • Valerie Albrecht, 2002:
    Charakterisierung von N-Acyl-L-Homoserinlacton-produzierenden Rhizosphärenbakterien verschiedener Pflanzen.
  • Christine Dürr, 2001:
    Besiedlung der Rhizosphäre von Tomate mit dem Autoinducer-produzierenden Bakterium Pseudomonas putida Isolat F

Techniken

  • DNA, RNA Isolierung auch aus komplexen mikrobiellen Habitaten
  • PCR, rt-PCR, q-PCR
  • tRFLP Analysen
  • Unterschiedliche Klonierungstechniken und Strategien
  • Sequenzierung von Amplicons, Transcriptomen, Genomen, Metagenomen (454, MiSeq)
  • Phylogenetische Analysen von mikrobiellen Gemeinschaften
  • Sondenentwicklung für FISH Experimente
  • Epifluoreszenz und 3D konfokale Laserscanning-Mikroskopie (CLSM)
  • Isolierung und Charakterisierung von Signalmolekülen (AHL-Typ, cyclische Peptide, Boratdiester)
  • Konstruktion von gfp und/oder rfp markierten Sensorstämmen für funktionelle Analysen
  • Kompetitiver ELISA zur quantitativen Detektion von AHL Signalmolekülen und deren Abbauprodukt