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Quantitative Biologie der Mikroben

Wir möchten herausfinden, wie aus einzelnen Bakterien mit Zellprozessen nach Zufallsprinzip Gemeinschaften mit stabilen Eigenschaften entstehen. Dazu kombinieren wir quantitative Experimente mit theoretischen Modellen.

Selbst wenn genetisch identische Bakterien denselben Umweltbedingungen ausgesetzt sind, entstehen unterschiedliche Phänotypen, also einzelne Zellen mit unterschiedlichen Eigenschaften. Dies liegt daran, dass Bakterien sehr klein und die chemischen Reaktionen, die für die Genexpression wichtig sind, vom Zufall geprägt sind. Wir erforschen die Mechanismen dieser phänotypischen Variabilität sowie ihre funktionelle und evolutionäre Bedeutung. Dafür entwickelt unsere Gruppe neue Methoden insbesondere im Bereich der Mikrofluidik und Bildanalyse, mit denen sich einzelne Bakterien untersuchen lassen. 

Von Schwankungen lernen
Zelluläre Prozesse wie die Genexpression sind sehr variabel. Um das Wachstum und einen korrekten Ablauf der Zellteilung zu gewährleisten, müssen dennoch viele Schritte des Zellzyklus streng kontrolliert werden. Wir analysieren die Schwankungen in der Genexpression bei konstanten Bedingungen, um einen Einblick zu bekommen, wie physiologische Vorgänge – zum Beispiel die Zellteilung und die DNA-Verdopplung – in Bakterien gesteuert werden. Parallel dazu untersuchen wir, wie bei Veränderungen der Umweltbedingungen Gene trotz der Variabilität in der Genexpression stabil reguliert werden können.

Umgang mit Stress
Darüber hinaus beschäftigt sich unsere Gruppe mit Reaktionen auf Stress. Hier spielen scheinbar selten vorkommende Phänotypen eine wichtige Rolle. Wir möchten verstehen, wie Bakterien bei Nährstoffmangel ihren zellulären Stoffwechsel umstellen und wodurch die phänotypische Variabilität in der Zwischenzeit, bis die Bakterien das Wachstum wiederaufnehmen, vorangetrieben wird. Zudem wollen wir herausfinden, welchen Einfluss nicht-genetische Faktoren auf die Empfindlichkeit von Bakterien gegenüber Antibiotika haben.