Aktuelle Forschungsschwerpunkte
Biofilme
Mikroorganismen liegen in ihrer natürlichen Umgebung häufig nicht frei schwimmend, sondern als oberflächenanhaftende Gemeinschaften, sogenannte Biofilme, vor. Die Zellen in Biofilmen sind von einer selbst produzierten Matrix umgeben, die sie vor der Abtötung durch Antibiotika und Desinfektionsmittel schützt. Natürlich vorkommende Biofilme bestehen meist aus einer Vielzahl unterschiedlicher Spezies. Aufgrund ihrer erhöhten Resistenz stellen Biofilme in der Lebensmittelproduktion eine Gefahr für die wiederkehrende Kontamination von Lebensmitteln mit Krankheitserregern und/oder Verderbniserregern dar.
In der Abteilung wird die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft von lebensmittelassoziierten Biofilmen sowie die Dynamik ihrer Entstehung erforscht. Hierzu kommen moderne Analysemethoden wie die Anfärbung mit Fluoreszenzfarbstoffen mit anschließender mikroskopischer Untersuchung zum Einsatz.
Aktuelle Beispielpublikation zum Thema:
Weber, M., J. Liedtke, S. Plattes, A. Lipski. 2019. Bacterial community composition of biofilms in milking machines of two dairy farms assessed by a combination of culture-dependent and -independent methods. PLoS ONE 14(9):e0222238. Abstract.
Kooperation zwischen Mikroorganismen
Aufgrund der räumlichen Nähe der Zellen untereinander interagieren die Mikroorganismen in Biofilmen miteinander. Zu kooperativem Verhalten gehört die Produktion von Kollektivgütern, oder die Arbeitsteilung beim Abbau komplexer organischer Moleküle. Die Mitglieder mikrobieller Gemeinschaften können zudem durch Ausschüttung von Signalmolekülen (Autoinducer) miteinander kommunizieren, um Stoffwechselleistungen zu koordinieren. Dieser Vorgang wird als "Quorum Sensing" (QS) bezeichnet.
In der Abteilung werden die dem kooperativen Verhalten zugrunde liegenden Mechanismen erforscht. Dabei kommen verschiedene QS-Reportersysteme zum Einsatz. Zudem werden Wachstum und Biofilmbildungsvermögen von Rein- und Mischkulturen verglichen. Durch molekularbiologische Methoden wie Next Generation Sequencing werden die zugrunde liegenden Genexpressionsmuster evaluiert.
Aktuelle Beispielpublikation zum Thema:
Hahne, J., A. Lipski. 2021. Growth interferences between bacterial strains from raw cow´s milk and their impact on growth of Listeria monocytogenes and Staphylococcus aureus. J. Appl. Microbiol. Abstract
Antibiotikaresistenzen
Die Verbreitung von Antibiotikaresistenzen im Bereich landwirtschaftlicher Produktionsbetriebe wird häufig mit dem Gebrauch dieser Therapeutika in der Tierhaltung assoziiert. Das Auftreten von Resistenzen in den Anlagen- oder auch Tier-assoziierten Bakterienpopulationen im Abgleich mit den im Tierbestand eingesetzten Wirkstoffen ermöglicht Aussagen über das Zusammenspiel zwischen ihrem Einsatz im Tier und dem Auftreten der entsprechenden Resistenzen in den Tier- oder auch Produkt-assoziierten Mikroorganismen. Die Untersuchung von Einflussparametern, die die Verbreitung von Resistenzen positiv oder auch negativ beeinflussen sind der Schlüssel zur Kontrolle und im Idealfall zur Unterbindung der horizontalen und vertikalen Verbreitung von Antibiotika-Resistenzgenen innerhalb der Mikroorganismengemeinschaften landwirtschaftlicher Produktionsanlagen.
Aktuelle Beispielpublikation zum Thema:
Weber, M., B. Göpfert, S. von Wezyk, M. Savin-Hoffmeyer, A. Lipski. 2023. Correlation between bacterial cell density and abundance of antibiotic resistance on milking machine surfaces assessed by cultivation and direct qPCR methods. Environ. Microbiol. Abstract
Anpassung bakterieller Zellmembranen an niedrige Temperaturen
Das Wachstum unter kalten Temperaturbedingungen enthält eine Reihe von besonderen Herausforderungen für Mikroorganismen. Eine dieser Herausforderungen ist die Regulierung der Membranfluidität als Grundlage wichtiger Stoffwechselleistungen wie Energiegewinnung, Reizverarbeitung und Stofftransport. Neben der gut bekannten Adaptation der Fettsäurezusammensetzung der Membran werden in unserer Gruppe weitere, noch sehr wenig verstandene Fluidisierungsstrategien untersucht, wie z.B. die Einlagerung von Menachinonen und Carotenoiden in die Membran. Ähnlich wie Cholesterin bei Eukaryonten können diese Terpenoidlipide Membranfluidität und Membranordnung beeinflussen und die Funktionalität der Membran bei niedrigen Temperaturen gewährleisten.
Aktuelle Beispielpublikation zum Thema:
Flegler, A., A. Lipski, 2022. The C50 carotenoid bacterioruberin regulates membrane fluidity in pink-pigmented Arthrobacter species. Arch Microbiol 204, 70.Abstract
Taxonomie und Systematik
Während die Diversität von Eukaryonten relativ gut bekannt ist, werden pro Jahr mehrere hundert Prokaryotenspezies neu entdeckt, beschrieben und in das taxonomische System eingeordnet. Daher fallen auch in unseren Projekten regelmäßig Bakterienisolate auf, die sich keiner bekannten Spezies zuordnen lassen. Diese Isolate werden in unserer Gruppe über die Sequenz von bestimmten Housekeeping-Genen phylogenetisch eingeordnet, sowie phänotypisch als auch genotypisch charakterisiert. Die phänotypische Charakterisierung umfasst insbesondere die Beschreibung der Lipidausstattung, wie z.B. des Fettsäureprofils, des Musters der Polaren Lipide und des Chinonprofils. Zusammen mit biochemischen und morphologischen Charakterisierungen als auch mit Gesamtgenomsequenzierungen mündet die Charakterisierung schließlich in der Beschreibung neuer Bakterienspezies. In den letzten 5 Jahren konnte unsere Gruppe 11 neue Bakterienspezies beschreiben bzw. war an ihrer Beschreibung beteiligt.
Aktuelle Beispielpublikation zum Thema:
Heidler von Heilborn, D., L.-L. Nover, M. Weber, G. Höltzl, N. Gisch, C. Waldhans, M. Mittler, J. Kreyenschmidt, C. Woehle, B. Hüttel, A. Lipski. 2022. Polar lipid characterization and description of Chryseobacterium capnotolerans sp. nov., isolated from high CO2-containing atmosphere and emended descriptions of the genus Chryseobacterium, and the species C. balustinum, C. daecheongense, C. formosense, C. gleum, C. indologenes, C. joostei, C. scophthalmum and C. ureilyticum. Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 72:005372. Abstract
