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Rebecca Hinrichs ist neue Forschungsgruppenleiterin am Microcosm Earth Center (MEC) in Marburg. Die Mikrobiologin entschlüsselt, wie Bakterien ihre Anpassung an Umweltbedingungen steuern: Sie untersucht, wie Bakterien unter Stressbedingungen wie Nahrungsmangel oder Antibiotika in den Überlebensmodus wechseln und welche Rolle Nukleasen dabei spielen. Ein besseres Verständnis der bakteriellen Strategien könnte langfristig dazu beitragen, die Entstehung von Antibiotikaresistenzen zu verhindern.
Bakterien im Überlebensmodus
Bakterien sind nicht nur klein, sondern auch äußerst anpassungsfähig. Unter Stressbedingungen wie Nahrungsmangel, Trockenheit oder Antibiotika schalten sie in den Überlebensmodus. In dieser sogenannten stationären Phase verlangsamen sie ihr Wachstum oder stellen es vollständig ein. Im Gegensatz zu Laborbedingungen, in denen Bakterien in optimalen Nährlösungen stark wachsen, ist diese Phase in der Natur die Regel, da Ressourcen begrenzt sind und Umweltbedingungen suboptimal oder lebensbedrohlich sein können.
Rebecca Hinrichs untersucht, wie der Übergang in die stationäre Phase auf molekularer Ebene gesteuert wird. Unter ungünstigen Umweltbedingungen verfolgen Bakterien verschiedene Strategien: Sie bilden Biofilme, bilden Sporen oder nehmen DNA aus der Umgebung auf, um neue Fähigkeiten zu erwerben. Die Wahl der Strategie hängt von komplexen regulatorischen Prozessen ab. Nukleasen, Enzyme, die an der Verarbeitung von DNA oder RNA beteiligt sind, spielen dabei eine zentrale Rolle. Ihr Verständnis könnte es ermöglichen, die bakterielle Anpassung gezielt zu beeinflussen.
Grundlage ihrer Forschung ist Bacillus subtilis, ein grampositives Bakterium, das zu den etwa 80 Organismen zählt, von denen bekannt ist, dass sie DNA aus der Umgebung aufnehmen. Dieser Mechanismus kann das Überleben sichern, wenn das eigene genetische Repertoire nicht ausreicht. Besonders relevant ist dieses Prinzip für die Entwicklung von Antibiotikaresistenzen: Bakterien „fischen“ Resistenzgene aus ihrer Umgebung, um schnell auf Bedrohungen zu reagieren. Als sogenannter S1-Organismus ist Bacillus subtilis ungefährlich und ermöglicht die Erforschung von Prozessen, die auch für pathogene Bakterien wie Staphylococcus aureus von Bedeutung sind.
Nukleasen könnten Schlüssel zur Bekämpfung von Antibiotikaresistenzen sein
Ein Meilenstein in Rebecca Hinrichs Forschung war die Entdeckung einer neuen Nuklease – genauer gesagt, ihrer Funktion. Gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen zeigte sie, dass ein Enzym, das bisher als RNase galt, vor allem für die Verarbeitung aufgenommener DNA verantwortlich ist. Hinrichs bezeichnet das Enzym als „Gatekeeper“: Es bindet an einzelsträngige DNA und ist unerlässlich dafür, dass Bakterien neue Funktionen erwerben. Ohne diese Nuklease kann das Bakterium diese Anpassungsstrategie nicht erfolgreich umsetzen.
„DNA wird zunächst zufällig aufgenommen“, erläutert Hinrichs. „Über die Vorgänge nach dem Eintritt in die Zelle ist wenig bekannt. Vermutlich wird ein Großteil abgebaut und als Nährstoff genutzt. Wie die Nuklease an entscheidender Stelle reguliert und das Bakterium stärkt, bleibt unklar. Ein besseres Verständnis der Aufnahme- und Verarbeitungsprozesse könnte präventive Eingriffe ermöglichen, etwa um die Aufnahme von Resistenzgenen zu hemmen.“
Die Wissenschaftskarriere begann mit einer engagierten Berufsschullehrerin. Hinrichs machte damals eine Ausbildung zur Malerin und Lackiererin. Dass man Mikroorganismen mit molekularen Methoden sichtbar machen konnte, faszinierte sie. Sie machte auf dem zweiten Bildungsweg das Abitur und begann ein Biologie-Studium in Marburg - einem Hotspot der Mikrobiologie. Direkt nach ihrer Promotion übernahm sie anstatt der üblichen Post-Doc-Zeit direkt die Leitung einer unabhängigen Junior-Forschungsgruppe am SYNMIKRO – und fand zu ihrem heutigen Forschungsschwerpunkt.
Interdisziplinäre Forschung am MEC: Ein Blick auf die Zukunft
Ihr Forschungsansatz fügt sich in das Microcosm Earth Center ein, in dem drei Gruppen die Wechselwirkungen zwischen Mikroorganismen und ihren Lebensräumen untersuchen. Das interdisziplinäre Zentrum wurde vom Marburger Max-Planck-Institut gemeinsam mit der Universität Marburg gegründet, um Nachwuchsgruppen optimale Bedingungen zu bieten. „Ziel ist es, über Fachgrenzen hinaus zu denken und kurze Wege zwischen Gruppen, Infrastruktur, dem MPI und der Universität Marburg zu ermöglichen“, sagt Prof. Dr. Tobias Erb, Direktor am MPI und Initiator des Zentrums. Prof. Dr. Gert Bange, Vizepräsident für Forschung an der Universität Marburg fügt hinzu: „Ergänzt wird die hervorragende Nachwuchsförderung im MEC durch eine gemeinsame Graduiertenschule, die Forschende aus aller Welt nach Marburg bringt“. Das im Verlauf der Forschungszeit gewachsene Netzwerk erweist sich bei ihrem Wechsel an das MEC als besonders hilfreich, wie Rebecca Hinrichs betont: „Hier findet man ein optimales Umfeld und eine große Kooperationsbereitschaft.“
Prof. Dr. Tobias J. Erb
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Dr. Rebecca Hinrichs ist neue Forschungsgruppenleiterin am Microcosm Earth Center des MPI-TM und der ...
Quelle: Dr. Virginia Geisel
Copyright: Virginia Geisel
Merkmale dieser Pressemitteilung:
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Biologie, Chemie, Medizin
überregional
Buntes aus der Wissenschaft, Forschungs- / Wissenstransfer
Deutsch
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