Profil FG Umweltmikrobiologie

Das Fachgebiet ist sowohl in der Forschung [1] als auch in der Lehre [2] in verschiedenen Bereichen der Umweltmikrobiologie involviert. In der Lehre werden neben Veranstaltungen zum Schadstoffabbau und zur mikrobiellen Ökologie auch Serviceveranstaltungen für Lebensmittelchemiker und Biologen (Lehramt) angeboten.

Zentrale Forschungsthemen des Fachgebiets umfassen die Untersuchung und Beschreibung der Komplexität und Diversität von natürlichen und in technischen Systemen genutzten Mischpopulationen von Mikroorganismen. Besonderes Interesse finden dabei Biofilme sowohl in der mikrobiellen Ökologie als auch der Biotechnologie. Außerdem ist die Problematik von scheinbar inaktiven Zellen (VBNC, nicht wachsende Zellen) in natürlichen Populationen, aber auch in Membranbioreaktoren, Gegenstand intensiver Untersuchungen.

Die Projekte der Umweltmikrobiologie gliedern sich in Untersuchungen zum Abbau verschiedener Schadstoffe, z. B. diverse Arzneimittel, und in Studien zur Mikrobiologie diverser Abwasserreinigungsverfahren. Verfahren, die zur Zeit besonders intensiv untersucht werden, umfassen anaerobe Prozesse (Festbettreaktoren), und aerobe Belebtschlammprozesse mit sehr hoher Biomassekonzentration durch integrierte Mikrofiltrationsmembranen.

Eine anderer Schwerpunkt des Fachgebiets ist die Mikrobiologie von Grund- und Trinkwasser, insbesondere die Bedeutung von Biofilmen während der Trinkwasseraufbereitung und -verteilung bis zum Verbraucher. In diesem Zusammenhang gelang es erstmalig, die im Trinkwasser tatsächlich dominierenden Bakterien zu isolieren und die mikrobiologischen Vorgänge während der Trinkwasseraufbereitung und der Verteilung im Detail zu studieren. Diese Untersuchungen werden in enger Zusammenarbeit mit verschiedenen Wasserwerken durchgeführt, und sollen die Effizienz der Aufbereitung und die Qualität des Wassers weiter verbessern helfen. Gegenwärtig werden im Bereich der Trinkwasseraufbereitung verschiedene Eisen- und Mangan-oxidierende Bakterien und deren Bedeutung für die Wasserqualität untersucht. Im Bereich der Trinkwasserverteilung gilt ein besonderes Interesse den Biofilmen, die sich in den Hausinstallationen (Duschschläuche, flexible Verbindungen) massiv entwickeln und teilweise die mikrobiologische Qualität stark verschlechtern.

Einen weiteren Schwerpunkt stellt die Untersuchung natürlicher Ökosysteme dar, einerseits um die komplexen Lebensgemeinschaften besser zu verstehen, andererseits um das Potential der noch nicht bekannten Mikroorganismen für die Nutzung in der Biotechnologie, z. B. zur Gewinnung neuer Arzneimittel, zu erschließen. So wurden aus marinen Schwämmen [3] und Tiefseesedimenten mehr als 3000 und aus anderen Ökosystemen ebenfalls mehrere hundert Bakterienarten isoliert. Die Diversität, phylogenetische Position und Ökologie besonders interessanter Isolate werden im Detail untersucht. Die Isolate werden zusammen mit verschiedenen Kooperationspartnern auf die Produktion von Sekundärmetaboliten und anderen, biotechnologisch interessanten Stoffen untersucht.

Außerdem werden die an Oberflächen vorkommenden Bakterien in Böden intensiv untersucht. Besonderes Interesse gilt hierbei der Methodenentwicklung, einerseits um möglichst viele der Bakterien kultivieren, (dazu wurden sowohl effiziente Verfahren zur Ablösung, als auch neue Kultivierungsmethoden entwickelt) und um die Verteilung, Aktivität und Diversität in situ untersuchen zu können.

Ein weiteres Arbeitsgebiet sind die Biofilme in der Oder und den assoziierten Auenlandschaften, insbesondere im Bereich des Nationalparks Untere Oder. Hier interessiert besonders die Bedeutung dieser Biofilme für die Selbstreinigung des Flusses und den Abbau von schwer abbaubaren Schadstoffen (z.B. Arzneimittel) in den periodisch überfluteten Auengebieten. Diese zeitweise gefluteten und ständig von Oderwasser durchflossenen Böden entsprechen in der Funktion Festbettreaktoren in der Biotechnologie. Die Biofilme der Oder werden sowohl im Rahmen von Studien- und Diplomarbeiten, als auch im Zuge von jährlich stattfindenden Exkursionen in den Nationalpark untersucht.

Zur Durchführung der skizzierten Projekte wird ein breites Spektrum von mikrobiologischen und molekularbiologischen Methoden eingesetzt. Die Möglichkeit, ungewöhnliche Bakterien zu kultivieren und sie entsprechend ihrer Leistung einzusetzen, kombiniert mit dem gezielten Nachweis und der schnellen Identifikation von Organismen, ist eine Stärke des Fachgebiets.

Biologisches Labor:

• Steril-Sicherheitswerkbänke
• Einrichtungen zur Kultivierung aerober und anaerober Mikroorganismen (Anaerobzelt)
• PCR, qPCR, DGGE
• UV-Photometer, Fluoreszenz-Spektralphotometer
• DNA-Datenbank
• Phasenkontrast-, Interferenzkontrast- und Auflichtfluoreszenzmikroskopie mit Dokumentationseinrichtungen (inkl. CCD-Kamera)
• Konfokale Laser Scanning Mikroskopie
• Flowcytometer
• Mikrotom, Kryomikrotom
• FISH

• Bestimmung des Einflusses von Leitungsmaterialien auf die Biofilme und Qualität des Trinkwassers
• Dokumentation, Charakterisierung und Beurteilung von Biofilmen in technischen Anlagen (Biofouling)
• Untersuchungen zur Abbaubarkeit von Schadstoffen
• Isolierung und Kultivierung spezieller Organismen
• Nutzung der umfangreichen Stammsammlung aquatischer und mariner Bakterien
• Klassische und molekularbiologische Analyse mikrobieller Biozönosen in technischen Systemen (aerob und anaerob)
• Bestimmung der bakteriellen Vielfalt komplexer natürlicher Habitate

• Wasserreinhaltung
• Abwasserreinigung
• Boden-, Trink- und Grundwassersanierung
• Werkstoffkunde
  
• Bioreaktortechnik