Forschungsquartett | Mikroorganismen neu erforscht

Mikrobielle WGs - die kleinen Städte der Natur

07.05.2015

Ob im Komposthaufen, im Magen oder als Zahnbelag: überall sind Mikroorganismen. Und sie sind nützlich. Wie sie miteinander interagieren, will nun eine neue Forschungsanlage des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung herausfinden.

Mikrobielle Lebensgemeinschaften – Die kleinen Städte der Natur

In unseren Städten leben Menschen verschiedenster Kulturen und üben unterschiedlichste Berufe aus. Es gibt Bäcker, Briefträger, Handwerker, Wissenschaftler und unzählige Berufstätige mehr. Sie alle tragen zur ‚Leistung‘ einer Stadt bei, die sich in Zahlen messen lässt.

Bei Mikroorganismen ist es ähnlich: Da leben Bakterien, Pilze und andere Kleinstlebewesen in ‚Biofilmen‘ miteinander und erfüllen gewisse Funktionen: etwa im Komposthaufen bei der Umwandlung von Essensresten in neue Erde.

Wie interagieren die Mikroorganismen miteinander? Wer übernimmt welche Aufgabe?

Bei diesen Fragen tappen Wissenschaftler noch oft im Dunkeln. Eine neue Forschungsanlage am Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) in Leipzig soll das ändern:

ProVIS – Mikroorganismen unter der Lupe

12 Millionen Euro teuer ist die Forschungsanlage und umfasst verschiedene hochauflösende Instrumente. Neben Mikroskopen auch ein so genanntes Nano-SIMS (Sekundärionen-Massenspektrometer): Das ist ein Gerät, mit dem sich die chemische Zusammensetzung in Organismen und Zellen untersuchen lässt. Damit können Wissenschaftler erforschen, wie Kohlenstoffe, Stickstoffe und andere chemische Verbindungen in den Zellen transportiert und umgewandelt werden. So können Aufgaben und Funktionen einzelner Zellen entdeckt werden.

Die Forscher vom UFZ haben auch schon ein erstes Projekt, an dem sie arbeiten: Aus alten Erzbeständen „Seltene Erden“ gewinnen. Die Region Mitteldeutschland hat eine lange Bergbautradition, Kohle und Erz wurden hier fast tausend Jahre lang gefördert. Dabei sind auch viele Reste, so genannte Theisenschlämme, übrig geblieben. In der jüngeren Vergangenheit hat man in diesen Resten sog. „Seltene Erden“ entdeckt. Das sind Metalle, die in zahlreichen Hightech-Geräten verarbeitet werden.

An diesen „Seltenen Erden“ sitzen verschiedene Mikroorganismen, die in der Lage sind, die wertvollen Ressourcen zu lösen. Wie genau sie das machen, und wie sich die Prozesse vielleicht verbessern lassen, das untersuchen die Forscher vom UFZ nun in ihrem ersten Projekt.

Forschung vorantreiben

Die Forschungsanlage ProVIS soll nicht nur grundlegende Einsichten in mikrobielle Gemeinschaften liefern, sondern auch ein Zentrum für internationale Spitzenforschung werden. Deswegen wurde sie so entworfen, dass Wissenschaftlern aus aller Welt an der Forschung am UFZ aktiv teilnehmen können. Dazu müssen die Forscher nicht mal vor Ort sein: Über so genannte Remote-Controller können Biologen, Chemiker und Physiker die Forschungsinstrumente via Internet steuern, ob sie nun in Berlin, New York, Peking oder Sydney sind.

detektor.fm-Reporter Max Heeke hat die Forschungsanlage besucht und mit Hans-Hermann Richnow gesprochen. Er hat mehr als 10 Jahre lang an der Realisierung der Anlage gearbeitet.

Dr. Hans Hermann Richnow, Departmentleiter IsotopenbiogeochemieWir müssen die Funktion einzelner Zellen in diesem Biofilm charakterisieren können, damit wir sehen können, wie sie wechselwirken mit anderen Zellen, um eben die Gesamtleistung dieses biologischen Systems zu erfassen. Und dazu brauchen wir neue Methoden.Hans-Hermann Richnowleitet das Department 'Isotopenbiogeochemie' am UFZ und ist geistiger Vater von ProVIS. Foto: Susan Walter, UFZ.