Impressionen und Methoden

Ein Probensammelgerät steht an Deck des Forschungsschiffes Heincke

Forschungsschiffe ermöglichen uns den Zugang zu Wasserproben aus den Meeren und der Tiefsee. Molekular-ökologische Fragestellen können mit Umweltproben beantwortet werden. Wo findet bakterieller Zuckerabbau unter welchen Bedingungen statt?

Automatisches Fluoreszenz-Mikroskop mit einer verstellbaren Bühne für Objektträger und einem Computer mit einer geöffneten Software

Fluoreszenz-Mikroskopie mit automatischer Bildaufnahme hilf uns dabei den Abbau und die Aufnahme von Zucker durch Bakterien zu beobachten. Die Mikroorganismen werden softwarebasiert auf hunderten von Bildern gezählt und ausgewertet.

Wissenschaftskommunikationskanal von Nahja Busse:

Instagram - @thesaltycell

Science Slam von Laura Pareigis:

YouTube-Video Science Slam

Molekulare Ökologie ist die Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen Organismen untereinander und mit ihrer Umwelt unter Verwendung von Werkzeugen aus der Genetik und Molekularbiologie, um Beziehungen, Vielfalt und Evolution zu verstehen. Wir konzentrieren unsere Forschung auf das marine Mikrobiom und die Wechselwirkungen zwischen marinen Bakterien untereinander und mit ihrer Umwelt.

Lebende Bakterien- und Algenkulturen dürfen nicht mit anderen Mikroorganismen aus der Luft verunreinigt werden. Daher finden diese Arbeiten stets unter der sterilen Werkbank statt.

Marine Bakterien haben andere Anforderungen als terrestrische Bakterien. Viele marine Mikroben wachsen unter Standardlaborbedingungen nur langsam oder gar nicht. Wir kultivieren Reinkulturen mariner Bakterien mit verschiedenen Medien auf Basis synthetischer Meerwasser-Zusammensetzungen. Durch Anpassung der Kohlenstoff-Konzentration simulieren wir natürliche, nährstoffarme marine Umgebungen. Dies ermöglicht uns, das bakterielle Verhalten unter verschiedenen Bedingungen zu untersuchen.

Mit Hilfe eines Fluoreszenzmikroskops kann man die Aufnahme von fluoreszenzmarkierten Polysacchariden durch Bakterien auf Einzelzell-Ebene sichtbar machen.

Um die DNA einer bakteriellen Zelle oder eines Mikrobioms zu untersuchen, müssen wir die DNA sequenzieren. Dies bedeutet, dass wir die genaue Reihenfolge der Bausteine (A, T, C und G) in einem DNA-Strang bestimmen. Wir verwenden dazu ein Nanopore-Minion-Sequenziergerät, das es uns ermöglicht, die DNA-Struktur mit hoher Genauigkeit zu analysieren. Durch die Sequenzierung können wir Einblicke in die genetische Zusammensetzung und die Funktionen der Mikroorganismen gewinnen.

Die von uns untersuchten Meeresmikroben werden in unserem Labor kultiviert. So können wir ihr Wachstum unter verschiedenen Bedingungen (z. B. Temperatur, Kohlenstoffquelle, pH) testen und herausfinden, wie weitreichend ihre Fähigkeiten sind und ob diese ihrem genetischen Potenzial entsprechen.

Die MiCarb-Gruppe nutzt den 3D-Druck zur Herstellung von alltäglichen Laborgeräten, darunter Objektträgerboxen, Vortexer, Röhrchenaufbewahrungsboxen, Gestelle in verschiedenen Größen, Klammern und Clips sowie einige einzigartige Designs, die speziell für unsere Anwendungen entwickelt wurden. Der 3D-Druck senkt die Kosten, minimiert den Versandaufwand und ermöglicht es uns, projektbezogene Lösungen direkt im Labor zu entwickeln.

Hände mit blauen Handschuhen, die etwas pipettieren.

Um rauszufinden um welche Art es sich handelt, bedienen wir uns einer molekularen Technik: Die 16S rRNA Sequenzierung. Klingt kompliziert, ist es auch, deswegen hier in kurz: Die 16S rRNA ist wie ein Fingerabdruck einer Art. Wenn wir es also analysieren und mit anderen “Fingerabrücken” vergleichen, können wir sagen ob sie den gleichen oder einen anderen Abdruck haben und so identifizieren wir die Arten.

Wir nutzen die HPLC in Form einer Größenausschlusschromatographie (Sephadex G-50&G-75/G-25), um Moleküle im Kulturüberstand nach ihrer Größe zu trennen. So können wir untersuchen, ob Bakterien komplexe Zucker direkt aufnehmen (selfish uptake) oder ob sie diese, durch freigesetzte Enzyme im Medium, in kleinere Fragmente abbauen. Durch den Vergleich mit molekularen Standards, lassen sich dabei spezifische Abbauprodukte identifizieren und Rückschlüsse auf die Art des Zuckerabbaus ziehen.

Die Trennung von Materie und Wasser passiert durch Filtration. Somit fangen wir auch die Mikroorganismen aus dem Wasser auf Filtern.

Fluoreszenz-markierte Bakterien können sortiert und unabhängig untersucht werden. Dadurch lassen sich bakterielle je nach Eigenschaft und Färbung von einander trennen.

© Laura Pareigis
Filtrationsanlagen im Labor eines Forschungsschiffes. Hier ist die Thalassys Filtrationsanlage von Dr. Greta Reintjes Start-up.
Nahja präsentiert ihr Poster "Microbial Munchies" bei dem Ocean Floor Symposium 2025.
© Laura Pareigis
Laura (links) und ihr Team auf der Heincke vom Sommer 2025. Gregor Wöhle (Universität Bremen), Lucie Lemke (FU Berlin) und Mieke Kaiser (Universität Kiel) waren dabei.