Biologie in Bonn 2010 - Fachgruppe Biologie

Transcription

Biologie
in
Bonn
2010
Portrait der Fachgruppe Biologie der
Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn
1
Biologie
in
Bonn
2010
Biologie in Bonn 2010
2
Inhalt
Biologie
in
Bonn
5 Vorwort
6 Nees-Institut für Biodiversität der
Pflanzen und Botanische Gärten
8 Prof. Dr. Wilhelm Barthlott
10 Prof. Dr. Dietmar Quandt
12 Botanische Gärten
14 Institut für Zelluläre und
Molekulare Botanik
16 Prof. Dr. Diedrik Menzel
18 PD Dr. Frantisek Baluska
20 Prof. Dr. Volker Knoop
22 Prof. Dr. Lukas Schreiber
24 Prof. Dr. Wolfgang Alt
26 Prof. Dr. Milan Höfer
28 Dr. Bekir Ülker
30 Institut für Molekulare Physiologie und Biotechnologie der Pflanzen
32 Prof. Dr. Dorothea Bartels
34 Prof. Dr. Peter Dörmann
36 PD. Dr. Markus Braun
38 Institut für Evolutionsbiologie
und Ökologie
40 Prof. Dr. T. Bartolomaeus
42 Prof. Dr. Theo C. M. Bakker
44 Institut für Zellbiologie
46 Prof. Dr. Dieter Fürst
48 Prof. Dr. Albert Haas
50 Prof. Dr. Jörg Höhfeld
52 PD Dr. Gregor Kirfel
54 Institut für Zoologie
56 Prof. Dr. Horst Bleckmann
58 Prof. Dr. G. von der Emde
60 Prof. Dr. Hans-Georg Heinzel
62 Prof. Dr. Michael Hofmann
64 PD Dr. Joachim Mogdans
66 Institut für Genetik
68 Prof. Dr. Walter Witke
70 Prof. Dr. Klemens Rottner
72 Prof. Dr. Norbert Koch
74 Prof. Dr. Klaus Willecke
76 Institut für Mikrobiologie und
Biotechnologie
78 Prof. Dr. Erwin Galinski
80 Prof. Dr. Uwe Deppenmeier
82 Prof. Dr. Christiane Dahl
84 PD Dr. Renè M. Fakoussa
86 Dr. Matthias Kurz
88 Zoologisches Forschungsmuseum Alexander Koenig
90 Prof. Dr. J. Wolfgang Wägele
92 Prof. Dr. Heike Wägele
94 Prof. Dr. K.-L. Schuchmann
3
Biologie
ist
spannend
Biologie ist spannend
4
Vorwort
Biologie
ist
spannend
Biologie ist spannend.
Bionik, Biotechnologie,
Biodiversität und Biomedizin sind
Themen, die längst nicht mehr
ausschließlich in wissenschaftlichen Kreisen erörtert
werden, sondern häufig im
Mittelpunkt der öffentlichen
Diskussion stehen.
Die vorliegende Broschüre soll
daher eine Übersicht über die
vielfältigen Forschungs- und
Lehraktivitäten der Fachgruppe
Biologie der Universität Bonn
geben. Viel Spass beim
Eintauchen in spannende
Biologie.
Dies mag dazu beitragen, dass
viele junge Menschen in der
Biologie ihre Berufung sehen und
sich für ein Studium des Faches
entscheiden. Dies weckt in der
Öffentlichkeit aber auch
Bedürfnisse hinsichtlich einer
weitergehenden Information über
biologische Themen und
Fragestellung.
Bonn, April 2006
Vorwort zur 2. Auflage 2010
Vier Jahre sind vergangen, seit
die erste Broschüre „Biologie in
Bonn“ erstellt wurde. In dieser
Zeit hat die Fachgruppe Biologie
durch das Ausscheiden und die
Neuberufung von Kollegen
vielfältige Veränderungen
erfahren. Mit einer 2. Auflage der
Broschüre soll diesen
Veränderungen Rechnung
getragen werden.
Bonn, Oktober 2010
5
NeesInstitut
für
Biodiversität
der
Pflanzen
und
Botanische
Gärten
Nees-Institut für
Biodiversität der Pflanzen
und Botanische Gärten
6
Nees-Institut für
NeesInstitut
für
Biodiversität
der
Pflanzen
und
Botanische
Gärten
Das Nees-Institut beschäftigt sich
mit über 20 Mitarbeitern mit der
Systematik und Biodiversität der
Pflanzen. Dies umfasst zum einen
die Pflanzensystematik
(klassische und molekulare),
(Tropen-) Ökologie, der
Erforschung einzelner
Pflanzengruppen wie Epiphyten
oder fleischfressender Pflanzen,
Pflanzengeographie,
Diversitätskartierung,
Makroökologie und Conservation
Biology, zum anderen aber auch
die Rasterelektronen- und
Rasterkraftmikroskopie
pflanzlicher Oberflächen, die
Bionik, sowie die Systematik,
Ökologie und Bioindikation der
Moose.
Neben Projektverbünden zu
Erforschung und Schutz der
globalen Biodiversität ist das
Institut u.a. in das Bonner
Zentrum für Molekulare
Biotechnologie (CEMBIO), das
Zentrum für Evolution und
Biodiversität, das Graduierten-
kolleg Bionik und verschiedene
Industriekooperationen v. a. zu
selbstreinigenden Oberflächen
mit dem Lotus-Effekt®
eingebunden. Über den Direktor
ist das Institut in Personalunion
mit den Botanischen Gärten der
Universität verbunden, denen
eine besondere Bedeutung in
Forschung und Lehre zukommt.
Entsprechend der Breite der
Forschungsprojekte am Institut
deckt die Lehre eine große
Vielfalt von Bereichen ab. Hierzu
zählt die (Grund-) Ausbildung in
der klassischen Botanik
(Systematik und Ökologie der
Pflanzen) mit den Bereichen
Formenkenntnis, Systematik,
Morphologie, Ökologie und
Biogeographie. Die angebotenen
Lehrveranstaltungen umfassen
im Bachelor (in Zusammenarbeit
mit den Botanischen Gärten) die
Pflichtmodule „Biodiversität der
Pflanzen“ und Botanische
Bestimmungsübungen. Diese
werden ergänzt mit
spezialisierten Wahlpflichtmodulen im 4. und 5. Semester.
Für die Masterstudiengänge MSc
Plant Sciences, MSc Organismic
Biology, Evolutionary Biology,
Palaeobiology (OEP-Biology) und
MSc Molecular Biotechnology
sowie den auslaufenden DiplomStudiengang Biologie werden
Wahlpflichtmodule zu allen
Themenschwerpunkten des
Instituts angeboten (u. a. zu
Systematik und Biodiversität
höherer und niederer Pflanzen,
Molekularsystematik,
Rasterelektronen- und
pflanzlicher Oberflächen, Ökologie
und Vegetationskunde (mit
Exkursionen), Makroökologie,
Conservation Biogeography und
Naturschutz). Dazu kommen
freiwillige Bestimmungsübungen
und Fortgeschrittenenexkursionen.
Weitere Informationen unter:
www.nees.uni-bonn.de
7
NeesInstitut
für
Biodiversität
der
Pflanzen
und
Botanische
Gärten
Prof. Dr. Wilhelm Barthlott
Nees-Institut für
der Universität
Forschungsbereich
— Biodiversitätsforschung:
Geographische Verbreitung
globaler Biodiversität:
makroökologische Analysen
sowie angewandte Auswertungen
im Hinblick auf Naturschutz und
Vorhersagen im Rahmen des
globalen Umweltwandels;
Diversität tropischer
Sonderstandorte (Modellsysteme
Epiphyten und Inselberge).
8
Geographische Schwerpunkte:
Südamerika, Afrika und
Madagaskar mit zahlreichen
Forschungsaufenthalten.
Biodiversität und ihre Erhaltung
und Nutzung in Botanischen
Gärten und in
Megadiversitätsländern.
— Systematik, Ökologie und
Evolution von Blütenpflanzen mit
zwei Schwerpunkten. Die
Evolution und Ökologie
epiphytischer Kakteen (weltweit
größte Lebendsammlung) sowie
der Fleisch fressenden Pflanzen.
Mittels Beobachtungen im Feld,
dem Studium morphologischer
oder anatomischer Merkmale,
unter Einsatz der RasterElektronenmikroskopie (REM)
und mit Hilfe von molekularen
Methoden werden verschiedene
Aspekte der Evolution dieser
Pflanzengruppen (beispielsweise
die Entwicklung bestimmter
adaptiver morphologischer
Merkmale) beleuchtet.
— Biologische Grenzflächen:
Basierend auf hoch auflösender
Raster-Elektronenmikroskopie
(REM) und Atomic Force
Microscopy (AFM)
Strukturanalyse und Entstehen
(Selbstorganisation) v. a.
pflanzlicher cuticularer
Oberflächen. Funktionen mikround nanostrukturierter biologischer
Oberflächen: Basierend auf
unserer Entdeckung selbst
reinigender Oberflächen an Lotus
weitergehende Analysen
superhydrophober biologischer
Grenzflächen. Aktueller
Schwerpunkt sind
superhydrophobe unter Wasser
Luft haltende Oberflächen als
Vorbild für die Entwicklung
(biomimetischer)
reibungsreduzierender
Beschichtungen im Schiffsbau.
Technische Grenzflächen, Bionik
und Lotus-Effekt®: in enger
Zusammenarbeit mit
Industriepartnern
(www.lotuseffect.de) Entwicklung
technischer mikround
nanostrukturierter
superhydrophober selbst
reinigender bzw. Luft haltender
Oberflächen mit erheblichem
wirtschaftlichem Potential.
Methoden
Raster-Elektronenmikroskopie
(REM), Atomic Force Microscopy
(AFM), Molekularsystematische u.
mikrobiologische Meth.,
Biodiversität und Bionik
NeesInstitut
für
Biodiversität
der
Pflanzen
und
Botanische
Gärten
Tensiometrie und Profilometrie von
Grenzflächen, Pflanzenmorphologische und –anatomische
Untersuchungen, Geographische
Informationssysteme (GIS),
Floristische und (tropen)ökologische Feldarbeiten
Kooperationen
Langzeitprojekt „Biodiversität im
Wandel“ der Akademie der
Wissenschaften und der Literatur
zu Mainz. BMBFVerbundprogramme: BIOTA
Biomaps; BIONA – Bionische
Innovationen; BIOKON – BionikKompetenznetzwerk.
Internationale NaturschutzOrganisationen (u. a. WWF-US,
IUCN). Partner in Lateinamerika,
Afrika, Australien, den USA und
Europa. BGCI (Botanic Gardens
Conservation International).
Lehre
BSc Biologie: Biodiversität der
Pflanzen (Pflicht- und
Wahlpflichtmodule); MSc Plant
Sciences, MSc Organismic
Biology, Evolutionary Biology and
Palaeobiology (OEP-Biology) und
MSc Molecular Biotechnology:
Systematics and Biology of Seed
Plants, Vegetation Ecology,
Biodiversity and Conservation;
Plant Surfaces /
Rasterelektronen- und
biologischer Oberflächen;
Graduiertenkolleg Bionik.
Mitarbeiter
Wissenschaftliche Mitarbeiter
Dr. P. Ditsche-Kuru, N.
Korotkova, Dr. J. Mutke, Dr. D.
Rafiqpoor, K. Rembold, Dr. I.
Scholz. Technische Angestellte
und Sekretariate: R. Claus, H.-J.
Ensikat, E. Gebhardt, G.
Hohmann, R. Pretscher, W.
Roden und C. Salz.
Durchschnittlich etwa 15
Doktoranden und Kandidaten mit
Dipl.-, Master- und
Bachelorarbeiten.
Publikationen
Koch , Bhushan & Barthlott
(2010). Functional plant
surfaces, smart materials.
Handbook of Nanotechnology.
Barthlott W, Schimmel T,
Wiersch S, Koch K, Brede M,
Barczewski M, Walheim S,
Weis A, Kaltenmaier A, Leder A
& Bohn HF (2010). The Salvinia
paradox: superhydrophobic
surfaces with hydrophilic pins for
air-retention under water.
Advanced Materials 22:1-4.
Sommer, Kreft, Kier, Jetz, Mutke
& Barthlott (2010): Projected
impacts of climate change on
regional capacities for global plant
species richness. Proceedings of
the Royal Society B: 277(1692):
2271-2280.
Kier, Kreft, Lee, Jetz, Ibisch,
Nowicki, Mutke & Barthlott
(2009). A global assessment of
endemism and species richness
across island and mainland
regions. PNAS 106: 9322- 9327.
Anschrift
Nees-Institut für Biodiversität der
Pflanzen und Botanische Gärten
der Universität
Meckenheimer Allee 170
53115 Bonn
732526
733120
[email protected]
www.nees.uni-bonn.de
9
NeesInstitut
für
Biodiversität
der
Pflanzen
und
Botanische
Gärten
Prof. Dr. Dietmar Quandt
Nees-Institut für
der Universität
Forschungsbereich
Phylogenie und Evolution der
Pflanzen: Der Landgang der
Pflanzen ermöglichte in den
letzten 400 Millionen Jahren eine
eindrucksvolle Radiation der
Embryophyten, welche die
Oberfläche der Erde nachhaltig
prägte. Die Entstehung dieser
faszinierenden Artenvielfalt mit
den unterschiedlichen Lebensund Wuchsformen sowie der
10
extremen morphologischen
Variabilität und den vielfältigen
Anpassungen stehen im
Mittelpunkt unserer Arbeiten.
Diese reichen von populationsund phylogenetischen
Fragestellungen über
biogeographische Aspekte bis
hin zur Evolution von Symbiosen
und deren Bedeutung für die
Evolution der Landpflanzen. Die
Forschungsprojekte betreffen
alle Großgruppen und
taxonomische Niveaus, jedoch
mit Schwerpunkten in den
pleurokarpen Laubmoosen
(www.pleurocarps.eu) sowie den
eudikotylen Angiospermen
(www.eudicots.de). Von
besonderem Interesse ist hierbei
die Entstehung von
morphologischen und
anatomischen Merkmalen im
phylogenetischen Kontext und
deren Korrelation mit äußeren
Faktoren.
Molekulare Evolution: Grundlage
für phylogenetische
Rekonstruktionen ist das
Verständnis der
Mutationsdynamik, der dabei
wirksamen Mechanismen und
der entstehenden
Variabilitätsmuster. Von
besonderer Bedeutung sind hierbei
mikrostrukturelle Mutationen wie z.
B. Wiederholungen oder
Inversionen. Die gegenwärtigen
Arbeiten zielen zum einen auf die
Entschlüsselung der molekularen
Mechanismen, die für
mikrostrukturelle Mutationen
verantwortlich sind, ab und sollen
zum anderen ein Konzept für eine
verbesserte und reproduzierbare
Homologiebewertung der
Sequenzdaten im Alignment
erarbeiten. Im Rahmen der
Landpflanzenevolution
beschäftigen wir uns, neben den
mikrostrukturellen Mutationen,
ebenfalls mit allgemeinen Fragen
der Genomevolution, wie z.B.
Transpositionen und genomischen
Reorganisationen etc. und deren
Bedeutung für die Radiationen
innerhalb der Landpflanzen.
Methoden
Gängige molekularbiologische
Methoden (DNAFragmentanalysen, DNASequenzierung, Klonierung, etc.),
DNA/RNA-Sekundärstrukturberechnungen, bayesiansiche
Statistik etc.; Licht- sowie
Rasterelektronenmikroskopie.
Phylogenetik
NeesInstitut
für
Biodiversität
der
Pflanzen
und
Botanische
Gärten
Kooperationen
Die Arbeiten sind in ein
internationales
Forschungsnetzwerk eingebettet,
an dem gegenwärtig 14
Institutionen weltweit mitarbeiten
(www.pleurocaprs.eu). Weitere
wichtige Kooperationen bestehen
mit: „Real Jardin Botanico“ Madrid
(Jesús Muñoz), dem „Nationaal
Heerbarium Nederland“ Leiden
(Michael Stech), dem Staatlichen
Museum für Naturkunde Stuttgart
(Martin Nebel) und mit dem
„Natural History Museum“ London
(Harald Schneider). Die Arbeiten
zur Evolution der Angiospermen
sind wiederum in einen
Forschungsverbund
(www.euddicots.de) eingebettet.
Im Bereich der Genomevolution &
molekularen Evolution kooperiert
die AG eng mit Claude
dePamphilis (PennState, USA),
Gerald Schneeweiss (Universität
Wien), Scott Kelchner (Idaho
State University, USA), Kay
Hamacher (TU Darmstadt) und
Kai Müller (Universität Münster).
Lehre
BSc BP06 „Biodiversität der
Pflanzen - Übung“
BSc WP07 „Bioiversität niederer
Pflanzen“
MSc PMSY/OEP34 „Plant
Molecular Systematics“
MSc OEP32/PBEC „Vegetation
Ecology“
Botanische Exkursionen im
Rahmen des BSc Biology sowie
in den beiden MSc-Programmen
OEP & Plant Sciences
Worberg A, Quandt D, Barniske
AM, Löhne C, Hilu K, Borsch T.
(2007). Evolution of eudicots
based on cpDNA. Organisms
Diversity and Evolution 7: 55-77
Mitarbeiter
Frau Monika Ballmann
(Biologisch-Technische
Assistentin). Durchschnittlich 56 Examenskandidaten arbeiten
an ihren Abschlussarbeiten.
Publikationen
Stech M, Quandt D (2010).
20,000 species and five key
markers: The status of molecular
bryophyte phylogenetics.
Phytotaxa 9: 196-228
Quandt D, Huttunen S, Tangney
R, Stech M. (2009). Back to the
future? molecules take us back
to the 1925 classification of the
Lembophyllaceae (Bryopsida).
Systematic Botany 34: 443-454
Borsch T, Quandt D. (2009).
Mutational dynamics and
phylogenetic utility of non-coding
plastid DNA. Plant Systematics
and Evolution 282: 169-199
Anschrift
Nees-Institut für Biodiversität der
Pflanzen
53115 Bonn
733315
[email protected]
www.nees.uni-bonn.de/mitarb/
quandt.html
11
NeesInstitut
für
Biodiversität
der
Pflanzen
und
Botanische
Gärten
Botanische Gärten
Botanische Gärten der
Universität Bonn
Die Botanischen Gärten sind eine
zentrale Betriebseinheit der
Universität und bilden das Herzstück des Campus Poppelsdorf.
Sie erfüllen Aufgaben in Forschung
und Lehre und dienen nicht zuletzt
als Schaufenster der Vermittlung
universitärer Forschung auch einer
breiten Öffentlichkeit. Auf ca. 11
ha werden über 11.000 Pflanzenarten nach unterschiedlichen
Themen angeordnet präsentiert.
Besonders hervorzuheben ist die
12
systematische Abteilung mit ca.
1.200 Arten aus 168 Pflanzenfamilien, das Arboretum (Gehölzsammlung) mit ca. 800 Arten, die
Nutzpflanzensammlung mit
vielen tropischen Nutzpflanzen
und der Gewächshausbereich
mit Pflanzen aus Regenwäldern,
Trockengebieten, Mangrovenund Bergregenwäldern. In einem
der größten Victoria-Becken in
Deutschland entfalten sich
alljährlich die bis zwei Meter
großen Blätter der Riesenseerose Victoria. Für Studierende gibt es im Rahmen von
Lehrveranstaltungen regelmäßige
Besuche und Führungen in den
Botanischen Gärten. Das aus
Studienmitteln finanzierte Lehrgewächshaus wird erstmals zum
Sommersemester 2011 für die
Lehre in den Botanischen Gärten
eingesetzt. Forschung und Lehre
finden dann unmittelbar an den
Pflanzensammlungen statt.
Botanische Führungen
Allgemein gehaltene Führungen
finden im Sommerhalbjahr an
Sonn- und Feiertagen jeweils um
15 Uhr ohne Vormeldung statt. Die
Themenführungen finden von April
bis September zweimal im Monat
jeweils um 18.15 Uhr statt. Die
Themen werden in der Tagespresse
bekannt gegeben und sind auf der
Homepage (www.botgart.unibonn.de) zu finden. Weitere
Informationen und Buchungen
möglichst in telefonischer
Absprache - mindestens 4 Wochen
im voraus - bei: Dr. Ulrike Sobick
(Telefon: 0228-2497903, werktags
von 19.00 Uhr bis 21.00 Uhr).
Botanische Gärten
NeesInstitut
für
Biodiversität
der
Pflanzen
und
Botanische
Gärten
Freundeskreis Botanische Gärten e.V.
Der am 12. Oktober 1989
gegründete Freundeskreis
Universität Bonn will Interesse
und Verständnis für die
Bedeutung der botanischen
Wissenschaft und Forschung
sowie für die
Pflanzensammlungen der
Bonner Botanischen Gärten
wecken. Der Freundeskreis
informiert durch
Veranstaltungen, Vorträge,
Führungen, Studienreisen und
Publikationen über die
Aufgaben der Botanischen
Gärten, über Natur und
Pflanzenwelt und über den
Schutz der Umwelt.
Reduzierte Mitgliedschaften für
Studierende sind möglich.
Öffnungszeiten
Anschrift
Sommerhalbjahr (1. April bis 31.
Oktober) täglich außer
samstags von 10 bis 18 Uhr
Winterhalbjahr (1. November bis
31. März) montags bis freitags
von 10 bis 16 Uhr
Gewächshäuser: derzeit wegen
Umbauarbeiten geschlossen
Am Samstag sind die
Botanischen Gärten immer
geschlossen.
Eintritt: Mo – Fr kostenlos
An Sonn- und Feiertagen:
2 Euro, ermäßigt 1 Euro (Stud.)
Rheinischen Friedrich-WilhelmsUniversität Bonn
Direktor: Prof. Dr. Wilhelm
Barthlott
Kustos: Dr. Wolfram Lobin
Technischer Leiter: Markus
Radscheit
D-53115 Bonn
Telefon: 49-(0)228-73 55 23
Telefax: 49-(0) 228-73 90 58
[email protected]
www.botgart.uni-bonn.de
13
Institut
für
Zelluläre
und
Molekulare
Botanik
Institut für Zelluläre
und Molekulare Botanik
14
Institut für Zelluläre
und Molekulare Botanik
Das IZMB – Institut für Zelluläre
und Molekulare Botanik – an der
Universität Bonn widmet sich
Fragestellungen der Pflanzenbiologie, die mit molekularbiologischen, biochemischen,
zellbiologischen,
phytochemischen oder
physiologischen Forschungsansätzen sowie mathematischer
Simulation bearbeitet werden.
Alle Forschungsgruppen am
IZMB befinden sich unter einem
Dach im Soenneckengebäude in
der Kirschallee 1 auf dem
Poppelsdorfer Campus.
Ökophysiologie pflanzlicher
Grenzflächen, und die
Biotechnologie von Hefen und
Pilzen.
gemeinschaft (SFBs oder
SPPs) oder länderspezifische
Fördereinrichtungen eingebunden.
Allen Gruppen gemeinsam ist
der Ansatz, physiologische,
ökologische und evolutionäre
Prozesse in Pflanzen und
Pilzen auf der Ebene der Zelle
oder des Moleküls zu
untersuchen.
Alle Gruppen sind an der
Biologenausbildung im
Rahmen des neuen Bachelorstudiengangs beteiligt, darüber
hinaus werden Lehrveranstaltungen für das
Hauptstudium des auslaufenden Diplomstudiengangs
angeboten, sowie für den
ÖKUM-Studienschwer-punkt.
Das IZMB ist federführend bei
der Organisation und inhaltlichen Gestaltung des
internationalen,
englischsprachigen
Masterstudiengangs „Plant
Sciences“.
Institut
für
Zelluläre
und
Molekulare
Botanik
Zu den Forschungsthemen am
Institut gehören: Cytoskelettund Endomembrandynamik,
inter- und intrazelluläre
Signalverarbeitung,
Zelldifferenzierung und Gewebsentwicklung, Membrantransport,
Besonderhiten mitochdrialer
Genome in Pflanzen, RNAEditing in Pflanzenorganellen,
molekulare Evolution
ursprünglicher Landpflanzengruppen, Bildung und Struktur
von Lipopolymeren,
Im Bereich „Theoretische
Biologie“ wird in Zusammenarbeit mit anderen Instituten
aus den Fach-gruppen Biologie
und Mathematik außerdem an
der mathematischen
Modellierung und Simulation
zellulärer Bewegung,
Schwarm-dynamik und
neuronaler Steuerung sowie
über die Bildung von Biofilmen
gearbeitet.
Die Abteilungen und Arbeitsgruppen sind mit ihren
Forschungsarbeiten in größere
Forschungsverbünde der
Europäischen Union, der
Deutschen Forschungs-
Für das statistische
Rechnerpraktikum und andere
Lehrveran-staltungen steht im
Haus ein „CIP-Pool“ mit
Rechnerarbeitsplätzen zur
Verfügung.
www.izmb.de
15
Institut
für
Zelluläre
und
Molekulare
Botanik
Prof. Dr. Diedrik Menzel
Institut für Zelluläre und
Molekulare Botanik
Forschungsbereich
Die Forschungsarbeiten in der
Abteilung Zellbiologie der Pflanzen
am IZMB beschäftigen sich mit
Aspekten des pflanzlichen
Zytoskeletts, der
Membrandynamik und
Organellmotilität, sowie mit
Zellpolarität und Zell-Zell-Kommunikation. Modellsysteme sind
Arabidopsis, Mais, Zwerghirse,
Lucerne, die Internodialzelle der
Grünalge Nitella und die
einzellige, grüne Riesenalge
16
Acetabularia. In der Abteilung
sind ausserdem zwei
unabhängige Arbeitsgruppen
angesiedelt, siehe Einzelheiten
dazu bei den AGs „Baluska“ und
„Samaj“.
Visualisierung der
Zytoskelettdynamik und
Membranrezyklierung
Zur Beobachtung des AktinZytoskeletts in lebenden
Pflanzenzellen haben wir das
chimäre Reporterprotein
AtFimABD2 entwickelt, das zur
Hälfte aus dem grünfluoreszierenden Protein (GFP)
und zur anderen Hälfte aus einer
Aktinbindedomäne des
pflanzlichen Fimbrin besteht
(Voigt et al. 2005 a). Wir sind
dadurch in der Lage die Struktur
und Dynamik des
Aktinzytoskeletts in lebenden
Pflanzenzellen zu untersuchen.
Uns interessiert besonders der
Zusammenhang zwischen dem
Aktinzytoskelett und dem
Endomembransystem. Aus
diesem Grunde verwenden wir
zusammen mit dem AktinReporter weitere GFPReporterkonstrukte, die
verschiedene
Endomembrankompartimente
markieren (Voigt et al. 2005 b).
Am Gewebe der Wurzelhaube in
den verschiedenen höheren
Pflanzenarten untersuchen wir die
Dynamik des Aktinzytoskeletts
und des Endomembransystems
im Zusammenhang mit der
Mucopolysaccharid-Sekretion. Im
Mittelspunkt steht das räumliche
und zeitliche Zusammenspiel von
Endozytose und Exozytose sowie
die Beteiligung Ca-regulierter
Proteine wie Synaptotagmin
(Schapire et al. 2008) und
Annexin.
An Acetabularia untersuchen wir
die Organellmotilität und
Endomembrandynamik, die in
juvenilen Entwicklungsstadien
ausschließlich vom AktinZzytosklett abhängen, während in
adulten Stadien das MikrotubuliZytoskelett als weitere
Komponente hinzu kommt. Neben
den konventionellen Methoden der
Vitalfluorochromierung und
Immunfluoreszenz arbeiten wir an
der Entwicklung eines
Transformationsverfahren, das es
erlaubt Fremdgene in dieser
Algenzelle zu exprimieren.
Zellbiologie der Pflanzen
Methoden
Rekombinante Gentechnik,
Gentransformation, klassische
Methoden der Pflanzen-Anatomie,
pflanzliche Zellkultur,
Vitalfluorochromierung,
Mikroinjektion, Immunfluoreszenz
und Immunogold-Markierung,
Konfokale Laserscanning
Mikroskopie,
Elektronenmikroskopie.
(Technische Assistentinnen), 3-6
Diplomanden und Doktoranden.
Publikationen
Schapire AL, Voigt B, Jasik J,
Rosado A, Lopez-Cobollo R,
Menzel D, Salinas J, Mancuso
S, Valpuesta V, Baluska F,
Botella MA. (2008) Arabidopsis
synaptotagmin 1 is required for
the maintenance of plasma
membrane integrity and cell
viability.
Timmers AC, Vallotton P, Heym
C, Menzel D. (2007) Microtubule
dynamics in root hairs of
Medicago truncatula. Eur J Cell
Biol. 86(2): 69-83. Plant Cell.
20(12):3374-3388.
Dubrovsky JG, Guttenberger M,
Saralegui A, Napsucialy-Mendivil
S, Voigt B, Baluska F, Menzel
D. (2006) Neutral Red as a
Probe for Confocal Laser
Scanning Microscopy Studies of
Plant Roots. Ann Bot 97(6):
1127-1138.
Voigt,B., Timmers, ACJ., Samaj,
J., Müller, J., Baluska, F.,
Menzel, D. (2005) GFP-FABD2
Fusion Construct Allows In Vivo
Visualization of the Dynamic
Actin Cytoskeleton in all cells of
Institut
für
Zelluläre
und
Molekulare
Botanik
Kooperationen
Miguel Botella, Dept. Molecular
Biology and Biochemistry,
University of Malaga, Spain.
Ilse Foissner, FB Zellbiologie,
Universität Salzburg, Österreich.
Ton Timmers, INRA/CNRS,
Castanet Tolosan, France
Lehre
Bachelor Grundmodul: Zellen und
Gewebe Teil II Pflanzen,
Bachelor Wahlpflichtkurs:
Anatomie und Histologie der
Pflanzen,
M.Sc.-Plant Science Kurs: Plant
Anatomy & Ultrastructure.
Vorlesung: Die Pflanzenzelle.
Mitarbeiter
Karin Puttkammer (Sekretärin),
Claudia Heym, Ulla Mettbach
Arabidopsis seedlings. Eur. J. Cell
Biol. 84: 595-608. Voigt, B.,
Timmers, A., Samaj, J., Hlavacka,
A., Ueda, T., Preusse, M., Niels,
E., Mathur, J., Emans, N.,
Stenmark, H., Nakano, A.,
Baluska, F., Menzel, D. (2005)
Dynamic behaviour of actinpropelled endosomes in tipgrowing root hairs. Eur. J. Cell
Biology, 84: 609-621
Anschrift
Molekulare Botanik (IZMB)
Kirschallee 1
53115 Bonn
735999
739004
[email protected]
17
Institut
für
Zelluläre
und
Molekulare
Botanik
PD Dr. Frantisek Baluska
Molekulare Botanik
Forschungsbereich
Wir untersuchen die Proteine
Aktin und Myosin und deren
Bedeutung für Wachstum und
Entwicklung der Pflanze an dem
Organ Wurzel. Als
Untersuchungsobjekte nutzen wir
die Modellpflanze Arabidopsis
thaliana sowie die wirtschaftlich
bedeutsame Nutzpflanze Zea
mays. Die Primärwurzel mit ihren
übersichtlich geordneten
Zellsäulen ist ein ideales
experimentelles System zum
18
Studium der interzellularen
Kommunikation. Jede Zelle
stimmt ihre Entwicklung durch
Austausch von Signalen mit den
Nachbarzellen ab. Wir
untersuchen Proteine in den
polar ausgerichteten
Plasmamembran-Domänen,
zytoskelett-abhängige
Membranrezyklierungsprozesse
und Plasmodesmata als die
wesentlichen Elemente des ZellZell-Kontaktes. Die Polarität in
den Zellen der Wurzelgewebe ist
u.a. an der Struktur und
Ausrichtung des
Aktinzytoskeletts erkennbar
(Abbildung). Die Querwände in
den Zellsäulen bilden die
Zellpole, von denen die
Aktinbündel ausgehen. An den
Polbereichen der Zellen findet
man außerdem Myosin (Klasse
VIII), sowie Endozytosetypische Proteine und
rezyklierende Proteine (z.B.
PINs) (Mancuso et al. 2007). Wir
haben postuliert, dass der
Querwandspalt zwischen den
Plasmamembranen an den
Zellpolen vergleichbar ist mit
dem Spalt in neuronalen
Synapsen. Die Ausschüttung von
Neurotransmittern in den
synaptischen Spalt wird von einer
Reihe von Proteinen kontrolliert,
darunter Synaptotagmine
(Schapire et al. 2008). Das sind
Calcium-abhängige Regulatoren
der Exozytose, die kürzlich auch
in Arabidopsis entdeckt wurden.
Wir untersuchen ihre Rolle im
Zusammenhang mit ExozytoseEndozytose Vorgängen an den
Zellpolen im Wurzelgewebe von
Arabidopsis.
Die Bedeutung von Myosin bei der
Zell-Zell-Kommunikation. Die
Wurzel der Landpflanzen ist ein
hervorragendes Modellsystem für
die Untersuchung der Zell-ZellKommunikation via „pflanzliche
Synapsen“ und Plasmodesmen.
Es sollen die Proteine identifiziert
und charakterisiert werden, die an
der Kommunikation mit Hilfe
dieser Zellstrukturen beteiligt sind.
Da Myosine der Klasse VIII
prominente Komponenten in den
Plasmodesmata und an den
„synaptischen“ Querwänden sind,
soll ihre Funktion näher
untersucht werden.
Unsere Experimente, speziell
unter Mikrogravitation, belegen,
dass die Wahrnehmung der
Schwerkraft an das Aktin-MyosinSystem gebunden ist. Unser Ziel
ist die Aufklärung der durch
mechanische Stimuli ausgelösten
Veränderungen am ActomyosinSystem.
Lehre
Bachelor Wahlpflichtmodul:
Sinnesleistungen und Bewegung
bei Pflanzen, M.Sc. Plant
Science Modul: Plant
Development, Vorlesung: Plant
Cell Development.
Institut
für
Zelluläre
und
Molekulare Botanik
Methoden
Klassische Methoden der
Pflanzenanatomie,
Immunfluoreszenz,
Vitalfluorochromierung, Konfokale
Laserscanning Mikroskopie,
Mutantenanalyse.
Kooperationen
Stefano Mancuso, University of
Florence, Italy; Viktor Zarsky,
Charles University, Prague, Czech
Republic; Ovecka M, Institute of
Botany, Slovak Academy of
Sciences, Bratislava, Slovak
Republic; Przemys³aw Wojtaszek
Department of Molecular and
Cellular Biology, Adam Mickiewicz
University, Poznañ, Poland;Miguel
Botella, Dept. Molecular Biology
and Biochemistry, University of
Malaga, Spain; Wilhelm Boland,
MPI for Chemical Ecology, Jena,
Germany.
Mitarbeiter
Li Jing Quan (Diplomand)
Thadshayani Sadagopan
(Diplomand)
Christian Burbach (Doktorand)
Publikationen
Mancuso S, Marras AM, Mugnai
S, Schlicht M, Zarsky V, Li G,
Song L, Hue HW, Baluška F
(2007) Phospholipase Dæ2 drives
vesicular secretion of auxin for its
polar cell-cell transport in the
transition zone of the root apex.
Plant Signal Behav 2: 240-244.
Schapire AL, Voigt B, Jasik J,
Rosado A, Lopez-Cobollo R,
Menzel D, Salinas J, Mancuso
S, Valpuesta V, Baluska F,
Botella MA. (2008) Arabidopsis
synaptotagmin 1 is required for
the maintenance of plasma
membrane integrity and cell
viability. Plant Cell 20:3374-3388.
Schlicht M, Šamajová,
Schachtschabel D, Mancuso S,
Menzel D, Boland W, Baluška F
(2008) Dorenone blocks polarized
tip-growth of root hairs by interfering
with the PIN2-mediated auxin
transport network in the root
apex. Plant J 55: 709-717.
Masi E, Ciszak M, Stefano G,
Renna L, Azzarello E, Pandolfi C,
Mugnai S, Baluška F, Arecchi FT,
Mancuso S (2009) Spatio-temporal
dynamics of the electrical network
activity in the root apex. Proc Natl
Acad Sci USA 106: 4048-4053.
Anschrift
Molekulare Botanik
Kirschallee 1
53115 Bonn
734761
739004
[email protected]
http://www.plantneurobiology.org/
19
Institut
für
Zelluläre
und
Molekulare
Botanik
Prof. Dr. Volker Knoop
Molekulare Botanik
Forschungsbereich
Die AG Knoop interessiert sich für
zwei große Themenbereiche
- Die Evolution der
mitochondrialen DNA in Pflanzen
- Eine Genfamilie von
Membranproteinen für
Magnesiumtransport
Die DNA in den Mitochondrien der
Pflanzen zeichnet sich durch ihre
Größe, das Auftreten von Introns,
den Import von Sequenzen aus
Kern- und Chloroplastengenom
20
und Besonderheiten der
Genexpression wie RNA-Editing
und Trans-Splicing aus. Trotz
solcher Eigentümlichkeiten
evolviert die mitochondriale DNA
in ihren Sequenzen aber sehr
langsam und wir nutzen sie, um
die früheste Phylogenie
(Stammesgeschichte)
der Pflanzen nachzuzeichnen.
Dabei wollen wir verstehen, wann
und wie die eigentümlichen
molekularen Entwicklungen
aufgetreten sind.
Über Magnesiumtransport ist
insbesondere in Eukaryonten
molekular nur wenig bekannt.
Wir haben eine Genfamiliemit 10
Mitgliedern in der Modellpflanze
Arabidopsis thaliana
beschrieben, die Homologie zu
bakteriellen Magnesiumtransportern (des
sogenannten CorA-Typs) haben.
Wir wollen verstehen, wann und
wo die Gene in der Pflanze aktiv
sind und in welchen Membranen
der Pflanzenzellen die Proteine
lokalisiert sind. Dazu arbeiten
wirzum einen mit Indikatorgenen
wie GFP und GUS. Zum anderen
inaktiviern wir die Gene (mit der
RNAi-Methodik und T-DNA
Insertionen) spezifisch, um mit
den so erzeugten transgenen
Pflanzen physiologische
Experimente zu machen.
Methoden
In der AG wird vornehmlich
molekularbiologisch
(Nukleinsäurepräparationen,
Klonierungen, Elektrophoresen,
DNA-Sequenzierung, Blottingverfahren et c.), gentechnisch (mit
Indikatorgenen wie GUS und GFP,
transgenen Pflanzen, T-DNA und
RNAi-Geninaktivierung etc.) und
molekularphysiologisch
gearbeitet.
Kooperationen
Diverse Kooperation zu Einzelprojekten im In- und Ausland, e.g.
AG Bernd Weisshaar, Genomforschung, Uni Bielefeld und AG
Yin-Long Qiu, Ann Arbor, MI
Lehre
WS: Im Masterstudiengang Plant
Sciences: V „PBPM-Plant
Biochemistry Physiology and
Molecular Biology“,
Laborkursmodul „TRPLTransgenic Plants“
Molekulare Evolution
SS: V+S „PMEP-Plant Molecular
Evolution and Phylogenetics“,
Laborkursmodul „PEPL-Plant
Evolution and Phylogenetics Lab“
Im Bachelorstudiengang Biologie:
Modul BP13-Pflanzenphysiologie
und Modul WP20Molekulargenetik der Pflanzen
Phylogenetik, 2. Auflage.
Springer, Heidelberg, München.
Lenz,H., Rüdinger,M.,
Volkmar,U., Fischer,S.,
Herres,S., Grewe,F. and
Knoop,V. (2009) Introducing the
plant RNA editing prediction
and analysis computer tool
PREPACT and an update on
RNA editing site nomenclature.
Curr.Genet., 56, 189-201.
Wahrmund,U., Rein,T.,
Müller,K.F., Groth-Malonek,M.
and Knoop,V. (2009) Fifty
mosses on five trees:
comparing phylogenetic
information in three types of
non-coding mitochondrial DNA
and two chloroplast loci. Plant
Syst.Evol., 282, 241-255.
Knoop,V. and Rüdinger,M.
(2010) DYW-type PPR proteins
in a heterolobosean protist:
Seeding of RNA editing factors
in land plants by an ancient
horizontal gene transfer? FEBS
Letters, im Druck.
Knoop,V. (2010) When you
can’t trust the DNA: RNA
editing changes transcript
sequences. Cellular and
Molecular Life Sciences, im
Druck.
Institut
für
Zelluläre
und
Molekulare
Botanik
Mitarbeiter
Fest angestellt als technische
Assistentin: Frau Monika
Polsakiewicz, sowie
durchschnittlich
etwa 10 Studenten und
Doktoranden an ihren
experimentellen
Examensarbeiten.
Publikationen
Gebert,M., Meschenmoser,K.,
Svidova,S., Weghuber,J.,
Schweyen,R., Eifler,K., Lenz,H.,
Weyand,K. and Knoop,V. (2009) A
root-expressed magnesium
transporter of the MRS2/MGT
gene family in Arabidopsis
thaliana allows for growth in lowMg2+ environments. Plant Cell,
21, 4018-4030.
Knoop,V. and Müller,K. (2009)
Gene und Stammbäume - Ein
Handbuch zur molekularen
Anschrift
IZMB - Institut für Zelluläre und
Molekulare Botanik
Molekulare Evolution
Kirschallee 1
53115 Bonn
736466
736467
[email protected]
http://www.izmb.de/knoop
21
Institut
für
Zelluläre
und
Molekulare
Botanik
Prof. Dr. Lukas Schreiber
Molekulare Botanik
Forschungsbereich
Die höheren Pflanzen haben in der
Evolution als spezifische
Anpassung an das Leben auf dem
Festland lipophile Oberflächen zur
Abgrenzung gegenüber der
Umwelt entwickelt. Als wichtigste
Funktionen müssen diese
lipophilen Grenzflächen den
pflanzlichen Organismus vor
unkontrolliertem Wasserverlust
schützen und gleichzeitig das
Eindringen von Pathogenen
verhindern. Die
22
Forschungsarbeiten der
Abteilung Ökophysiologie
konzentriert sich auf drei
inhaltlich miteinander eng
zusammenhängende
Schwerpunkte zur Biologie
pflanzlicher Grenzflächen: (1)
Biosynthese, chemische
Struktur und Barrierefunktion von
Endo- und Hypodermis als
Abschlussgewebe zwischen
Zentralzylinder und Cortex der
Wurzel (Apoplastische
Transportbarrieren der Wurzel),
(2) Bildung und Funktion der
Kutikula als Transportbarriere
zwischen Blatt und Atmosphäre
(Transportphysiologie der
Kutikula) und (3) Mechanismen
der Wechselwirkung epiphyller
Mikroorganismen mit
Blattoberflächen (Mikrobielle
Ökologie der Phyllosphäre).
Untersuchungen zum Thema
pflanzliche Grenzflächen sind
von grundlegendem
ökologischen und
pflanzenphysiologischen
Interesse, aber sie weisen auch
Bezüge zu wichtigen
angewandten Fragestellungen in
den Bereichen Ökotoxikologie,
Pflanzenschutz,
Pflanzenernährung und
Phytopathologie auf.
Methoden
Zur Aufklärung der Biosynthese
von Kutin und Suberin werden
molekularbiologische und
biochemische Methoden
eingesetzt und es wird mit
transgenen Pflanzen gearbeitet.
Die Analyse der chemischen
Zusammensetzung pflanzlicher
Grenzflächen erfolgt mit den
analytischen Methoden der
Gaschromatographie und
Massenspektroskopie.
Transportphysiologische
Experimente werden unter
Verwendung radioaktiv-markierter
Modellsubstanzen durchgeführt.
Fragen zur Mikrobiellen Ökologie
der Blattoberflächen werden unter
Verwendung mikrobiologischer
Methoden bearbeitet.
Kooperationen
Es bestehen enge Kooperationen
mit vielen nationalen (z.B.
Universitäten Bayreuth,
Universität Würzburg; Universität
Hannover; Max Planck Institut für
Züchtungsforschung Köln) sowie
internationalen
Forschungsinstitutionen (z.B.
Ökophysiologie
Weizmann Institut Israel,
Universität Toyama Japan,
Universität Lissabon Portugal,
CNRS Straßburg Frankreich,
Akademie der Wissenschaften
Peking China, Universität Budweis
und Universität Prag Tschechien).
Publikationen
FSchreiber L, Schönherr J
(2009) Water and solute
permeability of plant cuticles.
Measurement and data analysis.
Springer, Heidelberg
Franke R, Höfer R, Briesen I,
Emsermann M, Efremova N,
Yephremov A, Schreiber L (2009)
The DAISY gene from
Arabidopsis encodes a fatty acid
elongase condensing enzyme
involved in the biosynthesis of
aliphatic suberin in roots and the
chalaza micropyle region of
seeds. The Plant Journal 57: 8095
Franke R, Schreiber L (2007)
Suberin - a biopolyester forming
apoplastic plant interfaces.
Current Opinion in Plant Biology
10:252-259
Institut
für
Zelluläre
und
Molekulare
Botanik
Lehre
B.Sc. Biologie: Modul BP13
Pflanzenphysiologie, Modul WP01
Ökologie
M.Sc. Plant Sciences: Modul
PBPM (Plant Biochemistry,
Physiology and Molecular
Biology), Modul PHCH
(Phytochemistry), Modul PEME
(Plant & Environment: Molecular
Ecology)
Mitarbeiter
In der Abteilung Ökophysiologie
ist PD Dr. Rochus Franke als
wissenschaftlicher Mitarbeiter
tätig. Im Durchschnitt sind 6-8
weitere Mitarbeiter in der
Abteilung als Postdoktoranden,
Doktoranden, Diplomaden,
Master- und Bachelorkandidaten
tätig. Als feste Mitarbeiterinnen
sind Frau M. Kühne als
Technische Assistentin und Frau
B. Bartolomey als Sekretärin
angestellt.
Anschrift
IZMB - Institut für Zelluläre und
Molekulare Botanik
Ökophysiologie
Kirschallee 1
53115 Bonn
73 4687
73 6811
[email protected]
23
Institut
für
Zelluläre
und
Molekulare
Botanik
Prof. Dr. Wolfgang Alt
Molekulare Botanik
Forschungsbereich
Die Theoretische Biologie
versucht, allgemeine Strukturoder Funktions-Prinzipien bei
Lebensprozessen zu entdecken.
Hierzu werden experimentell
motivierte Hypothesen formuliert,
quantitative mathematische
Modelle entwickelt und
Vorhersagen durch Simulation und
statistische Analyse getestet.
In der Theoretischen Biologie
werden sowohl generelle Fragen
der biologischen Systemtheorie
24
(‚systems theory’) als auch
speziell Simulationsaufgaben der
Systembiologie (,systems
biology’) behandelt. Daher ist
dieses interdisziplinäre Fach mit
vielen Nachbargebieten
verwoben, wie z.B. Bionik,
Künstliches Leben, Komplexe
Systeme, Bioinformatik,
Biostatistik, Biomathematik oder
Biophysik, so dass es auch mit
dem neugeschaffenen
Promotionsfach „Computational
Life Sciences“ der
MathematischNaturwissenschaftlichen
Fakultät identifiziert werden
kann.
Unsere eigenen
Forschungsarbeiten zielen auf
das generelle
Schwerpunktthema „Interaktive
Dynamik bei biologischen
Bewegungsphänomenen“.
Derzeit untersuchen wir folgende
Themenbereiche:
- Zelluläre Bewegung: Dynamik
molekularer Motoren und
cytoplasmatischer PolymerNetzwerke (etwa Aktin-Myosin),
Zell-Adhäsion, -Polarisierung und
-Migration (etwa neuronaler
Vorläuferzeillen), ZellformDynamik (Simulation autonomer
Zell-Roboter) sowie die Bewegung
in Zellverbänden (allgemeine
Voronoi-Modelle für Monolayer
z.B. epidermaler Keratinozyten)
- Biologische Oberflächen:
Adhäsionsstrukturen und
Abrasionsdynamik (insbesondere
bei Gecko- oder Insektenfüßen);
Dynamik der Lipid-SurfactantSchicht auf Lungenbläschen
(Alveolen), Optimierung der
biophysikalischen Eigenschaften
zur Reduzierung der
Oberflächenspannung und
Stabilisierung des
lebenswichtigen Flüssigkeitsfilms.
- Suchverhalten und neuronale
Steuerung: Suchstrategien bei der
Chemotaxis (etwa von
Braunalgen-Gameten) oder bei
der Rückorientierung zur
Wohnhöhle (von WüstenArthropoden), Propriozeption,
Pfadintegration und neuronale
Bewegungssteuerung
- Schwarmdynamik:
Interaktionsdynamik und
Flugformationen bei
Vogelschwärmen (insbesondere
Zugvögeln)
Theoretische Biologie
Methoden
Beschreibung von interaktiven
Bewegungsvorgängen durch
stochastische Simulationsmodelle
für physikalisch-chemische
Komponenten oder biologische
‘Agenten’
- Realisierung von
Simulationsläufen
(etwa mit MATLAB), statistische
Analysen der simulierten Daten
im Vergleich zu entsprechenden
beobachteten Daten
- Eventuelle Modell-Abänderungen
und Erklärung der funktionellen
Bezüge. Adaptive Methoden der
Bildverarbeitung und
Zeitreihenanalyse
- Kontinuums-Modelle und
numerische Diskretisierung
dynamischer Systeme
- Adaptive Bildverarbeitung von
Filmsequenzen biologischer
Zellen
Zusammenarbeit mit
mathematischen biologischen
und medizinischen Instituten.
Weitere Kooperationen im Inund Ausland
Institut
für
Zelluläre
und
Molekulare
Botanik
Kooperationen
Mitwirkung im SFB 611 (Singuläre
Phänomene und Skalierung in
mathematischen Modellen),
im Graduiertenkolleg „Bionik“
sowie im Interdisziplinären
Zentrum für Komplexe Systeme
(IZKS).
Lehre
Koordinierung des BachelorModuls „Mathematik und
Statistik in der Biologie“.
In Bachelor und MasterStudiengängen (auch „Life
Science Informatics“) Angebot
von Rechnerpraktika,
Blockübungen und
interdisziplinären
Blockseminaren.
Interdisziplinäres Kolloquium
„Komplexe Systeme“
Mitarbeiter
Wiss. Mitarbeiter und Wiss.
Hilfskräfte:
Dr. Andrey Ryskin (Dipl.-Phys.),
Jörg Bandura (Dipl.-Biol.),
Martin Bock (M.Sc. Phys.),
Annelene Wittenfeld (Dipl.Math.),
David Hecker (Dipl.-Biol.)
Publikationen
Alt W, Bock M, Möhl Ch (2009)
Coupling of cytoplasm and
adhesion dynamics determines
cell polarization and locomotion.
To appear in: A.Chauviere,
L.Preziosi, C.Verdier (eds.) Cell
Mechanics: From Single CellBased Models to Multiscale
Modeling. Taylor & Francis.
www.ArXiv.org 0907.5078
Bock M, Tyagi AK, Kreft J-U & Alt
W (2009) Generalized Voronoi
tesselation as a model of twodimensional cell tissue dynamics.
Submitted to Bull. Math. Biosci.
www.ArXiv.org 0901.4469
Anschrift
Institut für zelluläre und
molekulare Botanik
Theoretische Biologie
Kirschallee 1-3
53115 Bonn
735577
735513
[email protected]
www.theobio.uni-bonn.de
25
Institut
für
Zelluläre
und
Molekulare
Botanik
Prof. Dr. Milan Höfer
Molekulare Botanik
Forschungsbereich
In der Arbeitsgruppe Molekulare
Bioenergetik werden verschiedene
grundlagen- und anwendungsorientierte Forschungsprojekte mit
dem Schwerpunkt der Verwendung
von Hefen (Saccharomyces,
Schizosaccharomyces) als Modellorganismen bzw. –systeme
bearbeitet. Dabei stehen zellbiologische, molekular-genetische
und physiologische Fragestellungen im Vordergrund. Das Hauptinteresse liegt in den Bereichen
26
Membranphysiologie, Signaltransduktion und -detektion,
heterologe Expression und in der
Entwicklung biologischer Testverfahren zur Beurteilung ökologischer Schadwirkungen. Im
Rahmen der Untersuchungen
werden ‘screening’- Systeme
entwickelt, die Modulatoren
bestimmter Stoffwechselvorgänge
identifizieren sollen. Ein anderer
Schwerpunkt ist die Charakterisierung extrazellulärer Enzyme aus Pilzen, die ein großes
biotechnologisches Anwendungspotential aufweisen. Die Arbeiten
konzentrieren sich dabei auf den
Einsatz von Hydrolasen aus
Ascomyceten (Trichoderma,
Aspergillus) und Laccasen aus
der neu beschriebenen Schwarzen Hefe Hortaea acidophila für
Applikationen in der Biotechnologie.
Methoden
In den Projekten werden biochemische, biophysikalische,
molekularbiologische und gentechnologische Techniken und
Methoden angewendet. So
werden u.a. genetisch modifizierte Hefestämme generiert,
die rekombinante Proteine anderer
Hefen, z.T. aber auch
Signaltransduktions-, ‘Repair’sowie Stoffwechsel-Komponenten
aus Säugern oder Menschen
enthalten. Die Lokalisierung
der Fremdproteine wird häufig
durch Fusionskonstrukte mit
Fluorophoren überprüft.
Kooperationen
Universitäten: Bratislava,
Düsseldorf, Konstanz,
Kopenhagen, Münster, Neu Delhi,
Würzburg; York, Czech Academy
of Science, Prague; Centre
Universitaire Hospitalier Vaudois,
Lausanne; Ecole Normale
Superieure, Paris; Landesumweltamt NRW; Neurosearch AS,
Ballerup, DK; Staatliches Umweltamt Siegen.
Lehre
Die Mitarbeiter der AG bieten für
das Hauptstudium die Blockpraktika „Biotechnologische
Nutzung von Pilzen“ und
„Membranphysiologie“ sowie die
Seminare „Ionenkanäle“ und
„Biotechnologische Nutzung von
Pilzen“ an.
Molekulare Bioenergetik
Mitarbeiter
Prof. Dr. Milan Höfer, PD Dr. Hella
Lichtenberg-Fraté, PD Dr. Jost
Ludwig, Dr. Udo Hölker, Dipl.
Biol.: Jutta Bend, Guido
Hasenbrink, Marcel Schmitt,
Petra Schwanewilm, Sarah
Schwarzer, Larissa Tetsch, Dr.
Martina Janßen, David Hussin.
FEBS Letters, 579, 1723-1731
Hölker U, Lenz J (2005) Solid
state fermentation: Are there any
biotechnological advantages?
Current Opinion in Microbiology
8:301-306
Tetsch L, Bend J, Janssen M,
Hölker U (2005) Evidence for
functional laccases in the
acidophilic ascomycete Hortaea
acidophila and isolation of
laccase-specific gene fragments.
FEMS Microbiol Let 245:161-168
Manger-Jacob F, Müller T,
Janssen M, Höfer M, Hölker U
(2005) Isolation and sequencing
of a new glycoamylase gene
from Aspergillus niger aggregate
strain (DSM 823) molecular
classified as A. tubingensis.
Antonie van Leeuwenhoek
88:267-275
Gaur, N.A., Manoharlal, R.,
Saini, P., Prasad, T.,
Mukhopadhyay, G., Höfer, M.,
Morschhäuser, J. and Prasad, R.
(2005) Expression of the CDR1
efflux pump in clinical Candida
albicans isolates is controlled
by a negative regulatory
element. Biochem. Biophys.
Res. Commun. 332, 206-214
Institut
für
Zelluläre
und
Molekulare
Botanik
Publikationen
Schmitt, M., Gellert, G.,
Lichtenberg-Fraté, H. (2005) The
toxic potential of industrial
effluents determined the
Saccharomyces cerevisiae based
assay. Water research 39, 32113218
Schmitt, M., Gellert, G., Ludwig,
J., Lichtenberg-Fraté, H. (2005).
Assessment of cyto- and
genotoxic effects of a variety of
chemicals using Saccharomyces
cerevisiae. Acta hydrochim.
hydrobiol., 33, 56-63
Hasenbrink, G., Schwarzer, S.,
Kolacna, L., Ludwig, J., Sychrova,
H., Lichtenberg-Fraté, H. (2005)
Analysis of the mKir2.1 channel
activity in potassium influx
defective Saccharomyces
cerevisiae strains determined as
changes in growth characteristics.
Schmitt, M., Schwanewilm, P.,
Ludwig, J., Lichtenberg-Fraté, H.
(2006) PMA1 as a housekeeping
biomarker for the assessment of
toxicant induced stress in
Saccharomyces cerevisiae. Appl.
Environm. Microbiol. 1515-1522
Vargovic P, Pokorný R, Hölker U,
Höfer M, Vare´ka L (2006) Light
accelerates the splicing of srh1
homologue gene in aerial mycelia
of Trichoderma viride. FEMS
Microbiol. Let. 254:240-244
Anschrift
Molekulare Botanik
AG Molekulare Bioenergetik
Kirschallee 1
53115 Bonn
73 5545
73 5504
[email protected]
27
Institut
für
Zelluläre
und
Molekulare
Botanik
Dr. Bekir Ülker
Verbesserung der pflanzlichen
Stressresistenz und
Vergrößerung des Ertrages
durch die Entwicklung
modifizierter
Transkriptionsfaktoren und
Signalwege.
Molekulare Botanik
Forschungsbereich
Unsere Forschungsinteressen
liegen hauptsächlich sowohl im
Verständnis und der Verbesserung
der Stresstoleranz von Pflanzen
als auch in der Verbesserung
biotechnologischer Methoden, mit
besonderem Augenmerk auf ihre
Bio-Sicherheit, mit dem Ziel
ertragreichere Nutzpflanzen
erzeugen zu können. Unsere
Arbeit konzentriert sich
momentan auf drei
Themenschwerpunkte:
28
Verbesserung und Entwicklung
neuer regulatorischer pflanzlicher
DNA Sequenzen wie
Promotoren, Terminatoren, UTRs
und Introns für angewandte und
ergebnisorientierte Forschung in
der Biotechnologie.
Erforschung der molekularen
Mechanismen des Transfers
chromosomaler DNA von
Agrobacterium tumefaciens in
Pflanzen während der
Transformation.
Das Bodenbakterium
Agrobacterium tumefaciens
kann in Pflanzen tumorähnliche
Gebilde, die sogenannten
Wurzelhalsgallentumore,
verursachen. Durch einen
ausgeklügelten Mechanismus ist
dieses Bakterium in der Lage ein
spezielles Stück DNA (Die T-
DNA = Transfer DNA) in
Pflanzenzellen zu übertragen und
dadurch diese zu starkem
Wachstum und zur Produktion
diverser Opine als Nährstoffe
anzuregen.
Diesen
Übertragungsmechanismus haben
sich Forscher erfolgreich zu eigen
gemacht und benutzen die T-DNA
um gezielt transgene Pflanzen mit
erwünschten Eigenschaften
herzustellen. Seitdem ist die
AgrobacteriumTransformationsmethode, die
Methode der Wahl um transgene
Pflanzen herzustellen.
Wir haben nun allerdings
entdeckt, dass, neben den Genen
die gezielt durch die Forscher auf
die T-DNA übertragen wurden um
gewisse Eigenschaften in der
Pflanze hervorzurufen, auch
manchmal große Stücke
chromosomaler Agrobakterien
DNA (AchrDNA) unbeabsichtigt
mit übertragen werden. Auch
wenn dieses Phänomen
interessante Einblicke in den
horizontalen Genfluss zwischen
verschiedenen Spezies in der
Evolution erlaubt, ist es eine
unerwünschte Entdeckung wegen
Plant Molecular Engineering
möglicher Auswirkungen auf die
Bio-Sicherheit.
Methoden
Herstellung von transgenen
Pflanzen (transient und stabil).
Herstellung von Arabidopsis
Mutanten, „screening“ nach
Mutanten sowie deren Analyse.
Standard-Methoden der
Molekularbiologie,
Expressionsanalysen auf RNAund Proteinebene. Fluoreszenzund Lichtmikroskopie,
Lumineszenz und
Chemilumineszenz Analysen zum
Nachweis von GFP, Luciferase
und GUS Indikatorgenen.
Challenges, efforts and how you
can contribute (Nr: 8219) für
studierende in B.Sc. Biologie,
Diplom Biologie, M.Sc. Plant
Sciences.
Institut
für
Zelluläre
und
Molekulare
Botanik
Kooperationen
Max Planck Institut für
Züchtungsforschung, Köln,
Universitäten Tübingen, Bielefeld
und Freiburg, sowie Durham
University, Durham UK and North
Carolina State University, Raleigh
USA
Lehre
Molecular Plant Microbe
Interactions: Agrobacterium
tumefaciens as an agent of
disease and genetic engineering
in plants (Nr: 8215) and Plant
Molecular Engineering:
Mitarbeiter
Herr Tobias Berson,
Doktoranden,
Herr David Foschepoth,
Diplomanden,
Frau Birgit Hübner, Halb zeit
Technische Assistentin
Publikationen
Knight et al. (2009). Identification
of SFR6, a key component in
cold acclimation acting posttranslationally on CBF function.
Plant Journal 58, 97-108.
Ülker et al. (2008). T-DNAmediated transfer of
Agrobacterium chromosomal
DNA sequences into plants.
Nature Biotechnology 26, 10151017.
Ülker et al. (2008). Getting the
most out of publicly available TDNA insertion lines. Plant
Journal 56, 665-677.
Shen et al. (2007). Nuclear
activity of MLA immune
receptors links isolate-specific
and basal resistance responses.
Science 315, 1098-103.
Ülker et al. (2007). The WRKY70
transcription factor of
Arabidopsis influences both the
plant senescence and defense
signaling pathways. Planta 226,
125-137.
Anschrift
IZMB-Institut für Zelluläre und
Moleculare Botanik
Plant Molecular Engineering
Group
Kirschallee 1
53115 Bonn
736761
[email protected]
http://www.izmb.de/uelker
29
Institut
für
Molekulare
Physiologie
und
Biotechnologie
der
Pflanzen
Institut für Molekulare
Physiologie und Biotechnologie der Pflanzen
30
Institut
für
Molekulare
Physiologie
und
Biotechnologie
der
Pflanzen
Die Forschungsarbeiten des
IMBIO sind auf die Untersuchung
der Beziehungen zwischen
Pflanze und Umwelt auf
molekularer, biochemischer und
zellulärer Ebene gerichtet. Das
Ziel der Arbeiten ist es,
Signalwege und Stoffwechselprozesse zu verstehen sowie mit
molekularbiologischen Methoden
Pflanzen zu züchten, die trotz
ungünstiger Umweltbedingungen
gute Ernteerträge erbringen.
Verschiedene Aspekte dieser
Zielsetzung werden zur Zeit in drei
Arbeits-gruppen bearbeitet, die
von den Professoren Bartels und
Doermann sowie PD Dr. Braun
geleitet werden.
Die Fragestellungen werden mit
Methoden der Molekularbiologie,
Physiologie, Biochemie und
Zellbiologie bearbeitet. Aufgrund
der Fragestellungen ergeben sich
vielfältige Verknüpfungen innerhalb
der Universität mit anderen
Instituten der Biologie und Chemie
sowie der Landwirtschaftlichen
Fakultät.
Die Forschungsschwerpunkte
umfassen zur Zeit:
- Anpassungsmechanismen an
Standorte mit Wassermangel und
versalzte Böden,
- Wahrnehmung von Umweltreizen
sowie Wahrnehmung der
Schwerkraft (Gravitropismus)
- Synthese und Funktion
pflanzlicher Lipide.
www.imbio.uni-bonn.de
31
Institut
für
Molekulare
Physiologie
und
Biotechnologie
der
Pflanzen
Prof. Dr. Dorothea Bartels
Forschungsbereich
Sporen, Samen und Pollenkörner
sowie einige niedere Organismen
wie Hefe, Moose oder Flechten
können völliges Austrocknen fast
schadlos überstehen. Unter
höheren Pflanzen ist diese
Fähigkeit auf die Gruppe der
Wieder-auferstehungs-pflanzen
beschränkt. Diese Pflanzen
können im ausgetrockneten
Zustand verharren. Wenn man
ihnen Wasser zur Verfügung
32
stellt, sind sie in kurzer Zeit
wieder physiologisch aktiv. Wir
benutzen die
Wiederauferstehungspflanze
Craterostigma plantagineum als
experimentelles System, um die
molekularbiologischen und
biochemischen Grundlagen der
Trockentoleranz zu verstehen.
Die aktuellen Arbeitsbereiche
lassen sich in folgende Gebiete
untergliedern:
- Untersuchungen zur Funktion
der Trockenstress induzierten
Proteine.
- Regulation der Genexpression
und die Rolle des
Pflanzenhormons Abszisinsäure
bei der Umsetzung von
Umweltbedingungen in
Genexpression.
- Untersuchungen zu den
Stoffwechselwegen, die die
Grundlage für die starken
Veränderungen im
Kohlenhydratstoffwechsel bilden.
- Untersuchungen von
Trockentoleranz in Pflanzen, die
nah mit C. plantagineum
verwandt sind, um gemeinsame
Determinanten der
Trockentoleranz zu identifizieren.
- Funktionelle Analyse der
Aldehyddehydrogenase
Genfamilie bei Arabidopsis
thaliana. Aldehyde entstehen bei
Stressreaktionen und können
toxisch sein für den
Zellstoffwechsel. Es konnte
bereits gezeigt werden, dass
Pflanzen mit einer höheren
Expression von
Aldehyddehydrogenasen
stresstoleranter sind.
Methoden
Erstellung von transgenen
Pflanzen, Analyse von Mutanten
in Arabidopsis thaliana, Isolierung
und Charakterisierung von DNA
und RNA, Expressionsanalysen
auf RNA und Proteinniveau,
Erstellung von Genbibliotheken,
Herstellung rekombinanter
Proteine durch Überexpression in
Bakterien, Proteinanalytik,
Affinitätschromatographie,
immunologische Detektion von
Proteinen, ein- und
zweidimensionale
Proteinelektrophorese,
Enzymmessungen, Bestimmung
der ProteinProteinwechselwirkungen,
Trockentoleranz bei
höheren Pflanzen
Identifizierung von
posttranslationellen
Proteinmodifiktionen.
Dr. Horst Röhrig,
Dr. Naim Stiti,
Christiane Buchholz,
Tobias Dieckmann,
Katrin Hesse
Christa Müller,
Christine Marikar
Institut
für
Molekulare
Physiologie
und
Biotechnologie
der
Pflanzen
Kooperationen
Im Rahmen eines EU-Projekts
(„ADONIS“) mit neun anderen
Gruppen
Im Rahmen eines
Arabidopsisnetzwerks mit
anderen
Arabidopsisforschergruppen in
Deutschland (AFGN)
ERA PG (Plant Genomics) mit
England und Portugal
Trilaterales Projekt mit Israel und
Palästina
Lehre
Grundstudium:
Pflanzenphysiologie
Pflanzenbiochemie
Hauptstudium:
Molekulare Stressphysiologie,
Pflanze und Umwelt
(Trockenstress), Proteomics
pflanzlicher Proteine, Arabidopsis
als molekularbiologische
Modellpflanze, Seminare zu
Pflanzenbiotechnologie sowie zur
Genregulation bei Pflanzen
CEMBIO Masterstudiengang
Mitarbeiter
Publikationen
Hilbricht T., Bartels D. (2003)
Das Geheimnis der
Austrocknungstoleranz Biologie
in unserer Zeit 33(2), 3-11
Bartels D., Sunkar R (2005).
Drought and salt tolerance in
plants Critical Reviews in Plant
Science 21, 1-36
Phillips J., Bartels D. (2008)
Dehydration tolerance in
resurrection plants: Dried
Flowers. The Biochemist 30 (4),
14-17
Bargmann B., Laxalt A., Riet ter
B., van Schooten B., Merquiol,
E., Bartels D., Haring M.,
Munnik T. (2009) Multiple PLDs
Required for High
Salinity and Water deficit
Tolerance in Plants. Plant and
Cell Physiology 50 (1), 78-89
Röhrig H., Schmidt J., Colby T.,
Harzen A., Facchinelli F., Bartels
D. (2008) Analysis of the
Craterostigma plantagineum
desiccation phosphoproteome
using a modified metal oxide
affinity chromatography
procedure. Proteomics 8, 35483560
Anschrift
Physiologie und Biotechnologie
der Pflanzen (IMBIO)
Kirschallee 1
53115 Bonn
732070
731697
[email protected]
PD Dr. Hans-Hubert Kirch
33
Institut
für
Molekulare
Physioie
und
Bio-technologie
der
Pflanzen
Prof. Dr. Peter Dörmann
Forschungsbereich
Biologische Membranen stellen
die Grenze der Zelle zu ihrer
Umgebung dar und unterteilen die
eukaryotische Zelle in
verschiedene funktionelle
Kompartimente. Pflanzen
synthetisieren einzigartige Lipide,
die sich von denen in Tieren und
Bakterien unterscheiden. In
unserer Gruppe untersuchen wir
die Biosynthese und Funktion
dieser Lipide in Pflanzen. Einen
weiteren Fokus stellt die
34
Untersuchung der chemischen
Wechselwirkungen zwischen
Pflanzen und Bakterien dar
(Allelopathie).
Lipide in photosynthetischen
Membranen
Galactolipide sind die häufigsten
Lipide in Pflanzen, insbesondere
in der Thylakoidmembran der
Chloroplasten. Wir untersuchen
die Rolle verschiedener Gene,
die an der GalactolipidBiosynthese beteiligt sind. Ein
weiterer Aspekt bezieht sich auf
die Rolle des Zuckers in
pflanzlichen Galactolipiden.
Die Rolle von Lipiden in
Pflanzen-Mikroben Interaktionen
Die rhizobiellen Bakterien in den
Wurzelknöllchen der
Leguminosen sind in der Lage,
Luftstickstoff in Ammonium
umzuwandeln und so den
gebundenen Stickstoff der
Pflanze zur Verfügung zu stellen.
Wir untersuchen die Rolle von
pflanzlichen und bakteriellen
Lipiden, die an der Ausbildung
von Pflanzen-Mikroben
Interaktionen beteiligt sind.
Die Biosynthese von Tocopherol
(Vitamin E) in Pflanzen
Tocopherol (Vitamin E) stellt ein
wichtiges Antioxidant im
Stoffwechsel der Pflanze dar. In
unserer Gruppe untersuchen wir
die Biosynthese und Funktion von
Tocopherol und verwandten
pflanzlichen Lipiden im
Chloroplasten.
Molekulare Allelopathie/
pflanzliche Biochemie (PD Dr.
Margot Schulz)
Schwerpunkt der Untersuchungen
ist die Aufdeckung molekularer
Aspekte der chemischen
Interaktionen zwischen Pflanzen
unter Einbeziehung von
Mikroorganismen (Allelopathie).
Hierzu werden Modellsysteme
verwendet, die es erlauben, die
durch ‚allelochemicals‘
induzierten Reaktionen von
Pflanzen zu untersuchen und die
molekularen Hintergründe von
Toleranz, Sensitivität,
Wachstumsinhibierungen und
Stimulierungen zu klären.
Methoden
Erzeugung transgener Pflanzen
und Mutanten von Arabidopsis
thaliana, Lotus japonicus und
Synechocystis; Kartierung und
Isolierung von Genen aus
Arabidopsis; Lipidmessungen
durch Gaschromatographie,
HPLC, LC-MS (Q-TOF);
Pflanzliche Lipide
Chromatographische Reinigung,
2D-Elektrophorese, Blue Native
Gelelektrophorese von Proteinen
Publikationen
Institut
für
Molekulare
Physiologie
und
Biotechnologie
der
Pflanzen
Kooperationen
EU Verbundprojekt ICON, DFG
Schwerpunkt SPP1212, BMBF
Verbundprojekt GABI OIL, DFG
Sonderforschungsbereich SFB
645
Lehre
Bachelor Biologie: Biochemie
Master Molecular Biotechnology
(CEMBIO): Plant Tissue Culture,
Plant Expression Systems
Master Plant Sciences/Diplom
Biologie: Plant Cell Physiology,
Molecular Cell Physiology
Diplom/Bachelor Agrar-/
Ernährungswissenschaften:
Molekularbiologie und
Biotechnologie der Pflanzen;
Mitarbeiter
PD Dr. Margot Schulz, Dr. Georg
Hölzl, Dr. Isabel Briesen, Dr.
Bettina Kriegs, Dr. Felix Lippold,
Dr. Anna Zbierzak, Abdelhak
Fatihi, Carolin Hohn, Sandra Kant,
Meike Siebers, Vera Wewer,
Marlies Becker, Brigitte DresenScholz, Tanja Fuchs, Ernst-Peter
Jonen, Mona Knop, Helga
Peisker, Ellen Schulz
Hölzl G., Witt S., Kelly A.A.,
Zähringer U., Warnecke D.,
Dörmann P. and Heinz E. (2006)
Functional differences between
galactolipids and glucolipids
revealed in photosynthesis of
higher plants. Proc. Natl. Acad.
Sci. USA 103, 7512-7517
Schulz M, Kussmann P, Knop
M, Kriegs B, Gresens F, Eichert
T, Ulbrich A, Marx F, Fabricius H,
Goldbach H and Noga G (2007).
Allelopathic monoterpenes
interfere with Arabidopsis
thaliana cuticular waxes and
enhance transpiration. Plant
Signal & Behav. 2, 231-239
Gaude N., Nakamura Y.,
Scheible W.-R. Ohta H. and
Dörmann P. (2008) The
Arabidopsis phospholipase
NPC5 is essential for growth and
glycolipid accumulation under
phosphate limitation. Plant J. 56,
28–39
Hölzl G., Witt S., Gaude N.,
Melzer M. Schöttler M.A. and
Dörmann P. (2009) The role of
diglycosyl lipids in
photosynthesis and membrane
lipid homeostasis in Arabidopsis.
Plant Physiol. 150, 1147-1159
Anschrift
Karlrobert-Kreiten-Str. 13
53115 Bonn
732830
731696
[email protected]
35
Institut
für
Molekulare
Physiologie
und
Biotechnologie
der
Pflanzen
PD. Dr. Markus Braun
Forschungsbereich
Pflanzen verfügen über hochempfindliche Sensormechanismen, mit deren Hilfe sie ihre
Organe (Sproß, Wurzel, Blatt
usw.) optimal ausrichten bzw. an
die bestehenden Umweltbedingungen adaptieren. Schon
geringste Lageveränderungen
werden wahrgenommen und
präzise korrigiert. Als wichtigster
Orientierungsparameter für diese
überlebenswichtigen An-
36
passungsmechanismen dient
zuallererst der einzig konstante
Umweltreiz Schwerkraft (Gravitropismus, Gravimorphose).
Schwerkraftsensor-zellen
befähigen Pflanzenwurzeln dazu,
nach unten in die Erde zu
wachsen, um Nährsalze und
Wasser aufzunehmen. Die
grünen Sprosse leiten sie nach
oben, ins Licht, wo sie mit Hilfe
der Photosynthese energiereiche
Moleküle produzieren - die
Nahrungsgrundlage für Mensch
und Tier. Nach Lageveränderung,
wenn z.B. durch Sturm Getreidehalme umgelegt wurden, werden
stärkegefüllte Statolithen in
schwerkraftwahrnehmenden
Zellen in Richtung Schwerkraft
verlagert. Rezeptoren nehmen
diese Verlagerung wahr und
setzen eine Kette von
Reaktionen in Gang, die über
eine lokale Änderung des
Wachstums zur Korrektur der
Ausrichtung führt; die Getreidehalme richten sich wieder auf.
An einzelligen, spitzenwachsenden Modellsystemen (Rhizoide
und Protonemen der Grünalge
Chara) und Keimlingen höherer
Pflanzen (Arabidopsis etc.)
untersuchen wir molekulare
Komponenten und zelluläre
Mechanismen der Schwerkraftwahrnehmung, der gravitropen
Signalwege und Wachstumsreaktionen. Die Forschungsprojekte gliedern sich in folgende
Bereiche:
- Cytoskelettale Grundlagen
(Funktion, Dynamik, Regulation,
Statolith-Cytoskelett Interaktion)
der Schwerkraftwahrnehmung
- Identifizierung molekularer
Komponenten der Sensorsysteme
und gravitroper Signalketten
- Elektronenmikroskopische
Untersuchungen zu den ultrastrukturellen Grundlagen der
Schwerkraftwahrnehmung in
Pflanzenzellen
- Untersuchungen zur Beteiligung
des Membranpotentials, Ionen
und Membranproteinen am
schwerkraftorientierten Wachstum
- Untersuchungen in
Mikrogravitation (SpaceShuttle,
Forschungsraketen und
Parabelflüge im A300 Zero-G) zu
Graviperzeptionsmechanismen in
einzelligen Modellsystemen und
höheren Pflanzen.
Gravitationsbiologie
Methoden
sensing. Protoplasma (in press)
Limbach C, Hauslage J,
Schaefer C, Braun M (2005) How
to activate a plant gravireceptor
early mechanisms of gravity
sensing studied in characean
rhizoids during parabolic flights.
Plant Physiol 139: 1030-1040
Braun M, Hauslage J, Czogalla
A, Limbach C (2004) Tiplocalized actin polymerization
and remodeling, reflected by the
localization of ADF, profilin and
villin, are fundamental for gravitysensing and polar growth in
characean rhizoids. Planta 219:
379-388
Braun M (2001) Association of
spectrin-like proteins with the
actin-organized aggregate of
endoplasmic reticulum in the
Spitzenkörper of gravitropically
tip-growing plant cells.
PlantPhysiology 125: 1611-1620
Molendijk AJ, Bischoff F,
Rajendrakumar CSV, Friml J,
Braun M, Gilroy S, Palme K
(2001) Arabidopsis thaliana Rop
GTPases are localized to tips of
root hairs and control polar
growth. EMBO J. 20: 2779-2788
Institut
für
Molekulare
Physiologie
und
Biotechnologie
der
Pflanzen
Experimentieren unter
Mikrogravitationsbedingungen im
Rahmen von DLR- und ESAKampagnen, Laserscan- und
Videomikroskopie, Immuncytologische und biochemische
Analytik, Immunfluoreszenz,
moderne elektronenmikroskopische, membranphysiologische, biophysikalische und
gentechnologische Verfahren.
Kooperationen
Prof. Dr. A. Staehelin, University of
Colorado, USA; Prof. Dr. John Z.
Kiss, Miami University, USA;
Prof. Dr. D.-P. Häder, Universität
Erlangen; Prof. Dr. A. F. Sikorski,
Universität Wroclaw, Polen; Prof.
Elisabeth Kordyum, National
Academy of Science, Ukraine; PD
Dr. Ruth Hemmersbach,
Weltraumphysiologie, DLR, Köln.
Mitarbeiter
Jens Hauslage (Doktorand) und
Nicole Greuel (Diplomandin)
Publikationen
Braun M, Limbach C, Hauslage J
(2006) Rhizoids and protonemata
of characean algae unicellular
model systems for research on
polarized growth and plant gravity
Anschrift
Kirschallee 1
53115 Bonn
73 2686
73 2677
[email protected]
37
Institut
für
Evolutionsbiologie
und
Ökologie
Institut für Evolutionsbiologie und Ökologie
38
Institut
für
Evolutionsbiologie und
Ökologie
Die Evolutionstheorie ist derzeit
die einzige wissenschaftliche
Theorie, die die Diversität auf
unserem Planeten erklären kann.
Sie hat bezüglich ihres
Erklärungsanspruchs und ihrer
Erklärungskraft für die Biologie die
gleiche Bedeutung wie die
Relativitätstheorie für die Physik.
Die Evidenzen für die
Evolutionstheorie sind so
eindeutig, dass die faktische
Bedeutung erhält.
Das Institut für Evolutionsbiologie
und Zooökologie besteht aus
zwei Abteilungen, in denen
Fragen zur kausalen und
historischen Evolutionsbiologie
von Tieren bearbeitet werden. In
der Lehre wird das Gebiet der
Evolutionsbiologie in seiner
ganzen Breite dargestellt; das
Institut ist in die Durchführung
des Masterstudienganges
„Organismic Biology, Evolutionary
Biology and Palaeobiology
(OEP)“ eingebunden. Die laufenden Forschungsarbeiten konzent-
rieren sich auf die Rekonstruktion
der Stammesgeschichte verschiedener Tiergruppen, die Analyse
der Evolution von Organsystemen,
wie Nieren und Lichtsinnesorganen, die vergleichende
molekulare Analyse des
mitochondrialen Genoms von
Tieren und populationsgenetische
Analysen sowie verhaltensökologische Untersuchungen bei
Fischen.
Weitere Informationen unter
www.evolution.uni-bonn.de
39
Prof. Dr. Thomas Bartolomaeus
Institut
für
Evolutionsbiologie
und
Ökologie
Forschungsbereich
Die Evolution auf unserem
Planeten ist ein einzigartiger
historischer Prozess, der auf der
kontinuierlichen Veränderung von
Generation zu Generation
weitergegebener genetischer
Information und deren Bewährung
unter gegebenen
Umweltbedingungen beruht. Da
sich die Umweltbedingungen
ständig verändern und nicht
prognostizierbar sind, erweisen
sich Mutationen erst im
Selektionsprozess als positiv oder
40
negativ. Dabei ist der Grad des
Reproduktionserfolges der
folgenden Generation die
entscheidende Kenngröße.
Durch die kontinuierliche
Weitergabe von Informationen
und deren Modifikation von
Generation zu Generation tragen
alle heute lebenden Organismus
gleichsam Spuren ihrer
Evolutionsgeschichte in sich.
Die Aufgabe der historischen
Evolutionsforschung ist es, aus
den Spuren die
Evolutionsgeschichte der
Organismen zu rekonstruieren.
Dabei muss es möglich sein,
unabhängig von der verwendeten
Datenquelle zu einem in sich
geschlossenen und von
unerklärbaren inneren
Widersprüchen freien System zu
gelangen.
Die Aufgabe, die sich heute
stellt, besteht in der Integration
der bisher erhobenen Daten und
in der Aufdeckung von Lücken,
die es vor einer umfassenden
Analyse zu füllen gilt. Das ist
ohne große Datenbanken und
computergestützte AnalyseVerfahren nicht vorstellbar. Dabei
stellt sich insbesondere in der
Morphologie das Problem, dass
wir es mit komplexen Strukturen
zu tun haben, deren
Vergleichbarkeit von einem
enormen Erfahrungswissen
abhängt. Bei der Umsetzung
dieser Information in eine
Datenmatrix stehen damit vor der
Aufgabe, die dort kodierten
Homologie-Hypothesen
nachvollziehbar und transparent
zu gestalten.
Die laufenden Arbeiten
konzentrieren sich vornehmlich
auf wirbellose Organismen
(Nemertea, Annelida, Arthropoda,
Echinodermata, Lophophorata).
Derzeitige thematischen
Schwerpunkte bilden dabei:
Morphogenese und
Entwicklungsgenetik von Augen
und extrazellulären Hartstrukturen
(H. Hausen); Evolution und
Ontogenese von Leibeshöhlen
und Nierenorganen bei
Arthropoden (T. Bartolomaeus, B.
Quast), Morphologie und
Phylogenie basaler Insekten und
Myriapoden (M.Koch);
Mitochondriale Genomik (L.
Podsiadlowski),
Populationsanalyse mittels
Mikrosatelliten (J. Brün),
Reproduktionsbiologie und
Entwicklung von Nemertinen
Evolutionsbiologie
(T.Bartolomaeus, J. von Döhren),
Ontologien in der Morphologien
und RDF Kodierungen (L. Vogt, T.
Bartolomaeus, P.Grobe),
Datenbankprojekt MorphDBase
(P. Grobe, L. Vogt),
Terrestrialisation und Biologie
intertidaler Invertebraten (T.
Bartolomaeus).
Master OEP: Causes and
Mechanisms of Evolutioin,
Experimental Evolutionary
Ecology, Molecular
Phylogenetics
Diplom: Phylogenie der
Arthropoda, Immunhistochemie
und 3D-Rekonstruktion;
Wattenmeerökologie
Darüber hinaus Seminare,
Kolloquien, Freilandpraktika und
Methodenkurse
Publikationen
Ziegler A, Faber C, Müller S,
Bartolomaeus T (2008)
Systematic comparison and
reconstruction of sea urchin
(Echinoidea) internal anatomy: a
novel approach using magnetic
resonance imaging. BMC Biology
6: 33 doi:10.1186/1741-7007-6-33
Ziegler A, Faber C, Bartolomaeus
T (2009) Comparative morphology
of the axial complex and
interdependence of internal organ
systems in sea urchins
(Echinodermata: Echinoidea).
Frontier in Zoology 6: 10
doi:10.1186/1742-9994-6-10
Institut
für
Ökologie
Methoden
Morphologische Verfahren
(Elektronenmikroskopie, Histologie, Laserscanmikroskopie,
Magnetresonanz-Tomographie),
3D-Rekonstruktion-Techniken,
Fluoreszenz-in-situHybridisierungen, quantitative
PCR, molekulare Sequenzanalysen, Mikrosatelliten sowie
computercladistische Verfahren
Kooperationen
Prof. Dr. J.T. Epplen, RuhrUniversität Bochum; PD Dr. B.
Misof, ZFMK, Bonn; Dr. Petr Ráb,
IAPG, Libechov, Czech Republic
Prof. Dr. D. Tautz, Universität zu
Köln; Prof. Dr. J. W. Wägele,
ZFMK, Bonn
Lehre
Bachelor: Morphologie und
Evolution der Tiere, Evolution und
adaptive Radiation der Metazoa,
Meeresbiologisches Praktikum
Mitarbeiter
Dr. Jörg Brün, Dr. P. Grobe, Dr.
Harald Hausen, Dr. Marus Koch,
PD Dr. Lars Podsiadlowski, Dr.
Björn Quast, Dr.Lars Vogt, Dr.
Jörn von Döhren, Dipl. Biol.
Patrik Beckers, Dipl. Biol Sakia
Brauer, MSc. Miguel Dominguez
Camacho, Dipl Biol Katrin
Fahrein, Dipl. Biol. Sabine
Hoffmann, Dipl. Biol. Tobias
Kaller, Dipl. Biol. Chiaru Kato,
Dipl. Biol. Dominik Kieselbach,
Dipl. Biol. Fabian Kilpert, Dipl.
Biol. Janina Lehrke, Dipl. Biol.
Peter Lésny, Dipl. Biol. Adina
Mwinyi, Dipl Biol Esther Ullrich,
Dipl. Biol. Anne Zakrzewski;
Kerstin Hennes (Sekretariat),
Maria Orland (TA), Julia Leven
(TA), Christiane Wallnisch (BTA
Anschrift
Institut für Evolutionsbiologie und
Ökologie
An der Immenburg 1
53121 Bonn
735122/6369
735129
[email protected]
41
Prof. Dr. Theo C. M. Bakker
Institut
für
Evolutionsbiologie
und
Ökologie
Forschungsbereich
Die Forschungsschwerpunkte der
Arbeitsgruppe Tierökologie
umfassen verschiedene
Evolutionsprozesse in
aquatischen Ökosystemen,
insbesondere die evolutionäre
Ökologie der sexuellen Selektion
bei Stichlingsfischen und
Westafrikanischen Cichliden unter
besonderer Berücksichtigung von
Parasiten, Prädatoren, Beute und
Populationsstruktur. Die
Untersuchungen lassen sich wie
folgt unterteilen:
42
- ökologische, quantitativgenetische und
verhaltensbiologische Studien im
Labor zu Parasitenresistenz,
Beutewahl, Spermienkonkurrenz,
Aggressionsverhalten und
Brutpflege sowie zu multiplen
Präferenzen von Weibchen und
Männchen (für visuelle Signale
inkl. UV) und zur genetischen
Varianz und Kovarianz sexueller
Männchenmerkmale;
- Feldforschung in aquatischer
Ökologie, Populationsbiologie
und Verhaltensökologie an
Populationen mit verschiedener
Ökologie bezüglich der
Selektionsdrücke, die für die
sexuelle Selektion bei
Stichlingen relevant sind. Dies
schließt Untersuchungen zu
Parasiten, Nahrungsangebot,
Habitateinfluss (inklusive UV
Strahlung) und Kosten von
Wahlverhalten sowie zu
alternativen
Fortpflanzungstaktiken, Qualität
von Territorien und
Populationsdichten mit ein;
- Labor- und Feldstudien zur
Rolle der natürlichen und
sexuellen Selektion bei der
Vermeidung von Inzucht in
Populationen mit verschiedenen
effektiven Populationsgrößen.
Insbesondere die Schätzung des
Inzuchtkoeffizienten mit
verschiedenen
Mikrosatellitensystemen,
Untersuchungen zu Inzucht und
fluktuierender Asymmetrie sowie
zur Weibchenwahl basierend auf
Symmetrie und
Verwandtenerkennung und zur
Schwarmwahl in Bezug auf
Verwandten- und
Bekanntenerkennung sind in
diesem Zusammenhang von
Interesse
Methoden
Experimentelle Manipulationen
und Verhaltensbeobachtungen im
Labor und Freiland
Computeranimationen, digitale
Fotografie, Video und
Bildanalysen
Molekulargenetische Techniken
(PCR, Mikrosatellitenanalysen)
Reflektospektrophotometrie
Rasterelektronenmikroskopie
Tierzucht und Kreuzungen
Kooperationen
Dr. J. G. Frommen, Konrad
Lorenz Institute for Ethology,
Wien
Dr. H. Kullmann, Universität
Münster
Tierökologie
Dr. C. R. Largiadèr, Universität
Bern
Prof. Dr. A. D. C. MacColl,
University of Nottingham
Prof. Dr. M. Milinski, Max-PlanckInstitut für Evolutionsbiologie, Plön
Prof. Dr. T. B. H. Reusch, LeibnizInstitut für Meereswissenschaften,
Kiel
Dr. H. M. Schaefer, Universität
Freiburg
Dr. J. P. Scharsack, Universität
Münster
Dipl. Biol. J. Schwarzer, Museum
Koenig, Bonn
Hesse, Dipl. Biol. Meike Hiermes,
Dipl. Biol. Marion Mehlis, Dipl.
Biol. Denis Meuthen, Dipl. Biol.
Kathrin Langen, Dipl. Biol. Anna
Rahn, Dr. Christian Josephs (Gast),
Claudia Schütte (LTA), Dagmar
Wenzel (LTA), Julia Böhm
(Tierpflegerin), Nadja Pütz
(Tierpflegerin), Brigitte Nöthen
(Sekretariat)
Institut
für
Ökologie
Lehre
Neben der Beteiligung an der
Lehre im Bachelor (Ökologie,
zoologische
Bestimmungsübungen, Biologie
für Mediziner) werden in den
Masterstudiengänge „Organismic
Biology, Evolutionary Biology,
Palaeobiology“ und
„Neurosciences“ theoretische und
praktische Module im Bereich
Behavioural Ecology und
Environment and Behaviour
angeboten.
Mitarbeiter
Dr. Ingolf P. Rick, Dr. Timo Thünken,
Dr. Sebastian A. Baldauf, Dipl. Biol.
Nicole Bersau, Dipl. Biol. Saskia
Publikationen
Baldauf, S. A., Kullmann, H.,
Schroth, S. H., Thünken, T.,
Bakker, T. C. M. (2009). You
can’t always get what you want:
size assortative mating by
mutual mate choice as a
resolution of sexual conflict.
BMC Evol. Biol. 2009, 9: 129.
Mehlis, M., Bakker, T. C. M. &
Frommen, J. G. (2008). Smells
like sib spirit: kin recognition in
three-spined sticklebacks
(Gasterosteus aculeatus) is
mediated by olfactory cues.
Anim. Cogn. 11: 643-650.
Rick, I. P. & Bakker, T. C. M.
(2008). UV wavelengths make
female three-spined sticklebacks
(Gasterosteus aculeatus) more
attractive for males Behav. Ecol.
Sociobiol. 62: 439-445.
Frommen, J. G., Mehlis, M.,
Brendler, C. & Bakker, T. C. M.
(2007). Shoaling decisions in
three-spined sticklebacks
(Gasterosteus aculeatus) familiarity, kinship and inbreeding.
Behav. Ecol. Sociobiol. 61: 533539.
Anschrift
Institut für Evolutionsbiologie und
Ökologie
An der Immenburg 1
53121 Bonn
73 5750
73 5321
[email protected]
43
Institut
für
Zellbiologie
Institut für Zellbiologie
44
Institut
für
Zellbiologie
Die Zelle stellt die strukturelle und
funktionelle Grundeinheit des
Lebendigen dar. Wie die Zelle auf
molekularer Ebene funktioniert,
steht im Mittelpunkt der zellbiologischen Forschung. Am
Institut für Zellbiologie der Universität Bonn wird durch die Professoren Fürst, Haas und Höhfeld
das Fach in seiner gesamten
Breite in der Lehre und Forschung
vertreten.
Die bearbeiteten Forschungsschwerpunkte umfassen
insbesondere Zellbewegung,
Zellkompartimentierung und
Proteinbiogenese. Unter Verwendung der zentralen zellbiologischen Arbeitsrichtungen
Morphologie, Molekulare Genetik
und Biochemie werden neue
Einblicke in zelluläre Vorgänge
gewonnen.
Aufgrund der zentralen Rolle der
Zellbiologie ergeben sich konzeptionell und arbeitstechnisch
zahlreiche Verbindungen zu
anderen Arbeitsrichtungen der
Fachgruppe Biologie und auch
Fachgruppen-übergreifend zur
Chemie, Medizin und Pharmazie.
www.zellbiologie.uni-bonn.de
45
Institut
für
Zellbiologie
Prof. Dr. Dieter Fürst
Forschungsbereich
Im Mittelpunkt unserer Forschung
steht die Frage, wie komplexe,
supramolekulare Strukturen in
Zellen aufgebaut werden. Dies
schließt die Untersuchung mehrerer grundlegender Aspekte ein:
- Welche Protein-Protein
Wechselwirkungen sind die
molekulare Basis für den Aufbau
komplexer Strukturen?
- Welche Signale regulieren die
Morphogenese?
- Welche Fehlsteuerungen sind an
pathologischen Prozessen
beteiligt?
46
Diese Fragen untersuchen wir
primär am Beispiel der
Myofibrille, dem für die
Kontraktion der quergestreiften
Muskelzellen verantwortlichen
Organell. Lange Zeit wurde die
Myofibrille als eine
außerordentlich hochgeordnete
Struktur betrachtet, die
ausschließlich aus dicken
(Myosin-enthaltenden) und
dünnen (Actin-enthaltenden)
Filamenten besteht. Der hohe
Ordnungsgrad kann allerdings
nicht allein durch die Fähigkeit
dieser Proteine zum
eigenständigen Zusammenbau in
makromolekulare Gebilde erklärt
werden. Vielmehr ist eine Reihe
spezifischer Wechselwirkungen
mit dem Zytoskelett notwendig,
die räumlich und zeitlich streng
reguliert werden müssen. In den
letzten Jahren gelang es uns,
eine Reihe Aktin-assoziierter
Proteine zu charakterisieren, die
an der Steuerung der
Morphogenese der Myofibrillen
beteiligt sind. In einem weiteren
Projekt, das aus funktioneller
Sicht eng an die Aktivität des
kontraktilen Apparates gekoppelt
ist, untersuchen wir die
Etablierung und das Remodelling
muskulärer Zell-Matrixkontakte.
Schließlich versuchen wir in
Zusammenarbeit mit
medizinischen Arbeitsgruppen die
Pathophysiologie genetisch
bedingter muskulärer
Erkrankungen zu verstehen.
Methoden
Zellbiologie (Zellkultur, LebendzellMikroskopie, GFP / RFP,
Transfektionen); Elektronenmikroskopie
(Negativkontrastierung von Proteinen und Proteinkomplexen, EM
von Zellen und Geweben, Raster
EM); Lichtmikroskopie (Histologie, Doppel- und Dreifach-Immunfluoreszenz, Konfokale LaserRaster Mikroskopie, Lebendzell
Fluoreszenzmikroskopie); Molekularbiologie (Klonierung großer
cDNAs, RT-PCR, RACE, gerichtete Mutagenese, Genstrukturanalysen, Hefe-Doppelhybridsystem, Epitop-Tagging),
Proteinchemie (Expression und
Reinigung rekombinanter Proteine, Faltungs- und Strukturanalysen, Chemische Quervernetzung,
Protein-Interaktionsassays, ActinCosedimentation, Protein-Phosphorylierung).
Molekulare Zellbiologie
Kooperationen
King’s College (London),
EMBL/DESY (Hamburg), MDC
und Charité (Berlin), Neurologie
und Physiologie (Bonn), GBF
(Braunschweig), CMNS (Santa
Maria Imbaro)
Salmikangas, P., P. F. M. van
der Ven, A. Taivainen, F. Zhao,
H. Suila, M. Lalowski, R.
Schröder, P. Lappalainen, D. O.
Fürst und O. Carpén (2003).
Myotilin, an F-actin cross-linking
protein, is required for proper
assembly of the myofibril. Hum.
Mol. Genet.12, 189-203.
Himmel, M., P. F. M. van der
Ven, W. Stöcklein und D. O.
Fürst (2003). The limits of
promiscuity: isoform-specific
dimerization of filamins.
Biochemistry, 42, 430-439.
Pacholsky, D., P. Vakeel, M.
Himmel, T. Löwe, T. Stradal, K.
Rottner, D. O. Fürst und P. M. F.
van der Ven (2004). Xin repeats
define a novel actin binding
repeat. J. Cell Sci. 117, 52575268.
Institut
für
Zellbiologie
Lehre
B.Sc. Biologie
Zellbiologie, Hauptvorlesung
Zellbiologie, Seminar Zellbiologie,
Block- und Laborpraktika
Master Studiengänge
Mitarbeiter
Dr. P. van der Ven, K. Gehmlich,
V. Kesireddy, Y. Matuschek, P.
Vakeel, B. Bockmühl, K. Bois, C.
Hennes, U. Kukulies, C.
Mirschkorsch, B. Schröder
Publikationen
Van der Ven, P. F. M., S.
Wiesner, P. Salmikangas, D.
Auerbach, M. Himmel, S. Kempa,
K. Hayeß, D. Pacholsky, A.
Taivainen, R. Schröder, O. Carpén
und D. O. Fürst (2000).
Indications for a novel muscular
dystrophy pathway: ?-filamin, the
muscle-specific filamin isoform,
interacts with myotilin. J. Cell
Biol. 151, 235-248.
Anschrift
Ulrich-Haberland-Str. 61 a
53121 Bonn
735301
735302
[email protected]
47
Institut
für
Zellbiologie
Prof. Dr. Albert Haas
Forschungsbereich
Molekulare Analyse der
Wechselwirkungen zwischen
krankheitserregenden
Mikroorganismen und infizierten
Säugerzellen
Mikroorganismen, die in unseren
Körper eindringen, werden sehr
schnell von spezialisierten
Immunzellen (phagozytischen
Zellen), vor allem Makrophagen
und Neutrophilen, aufgenommen.
Diese Zellen töten und verdauen
die Eindringlinge und helfen dem
Immunsystem bei der Bildung
eines ‚immunologischen
Gedächtnisses‘. Makrophagen
48
nehmen Mikroorganismen durch
Phagozytose auf, wobei ein
neues Organell, das Phagosom,
entsteht. In der nächsten Stunde
nach Aufnahme wird dieses
Phagosom stark angesäuert,
reaktive keimtötende
Sauerstoffverbindungen werden
an seiner Membran produziert
und Lysosomen verschmelzen
damit, wodurch enthaltene
Mikroben mit einer breiten
Palette an Verdauungsenzymen
konfrontiert und letztendlich
verdaut werden. Allerdings: So
funktioniert die Abwehr nur
normalerweise. Es gibt eine
Reihe von krankheitserregenden,
so genannten ‚intrazellulären‘
Mikroorganismen, die Wege
gefunden haben, Makrophagen
umzuprogrammieren. Sie werden
dann nicht von diesen
Phagozyten getötet werden,
sondern vermehren sich sogar in
ihnen, gut geschützt vor dem
Rest des Immunsystems.
Meine Arbeitsgruppe interessiert
sich vor allem dafür, wie
Phagosomen reifen und wie
intrazelluläre Pathogene ihre
Wirtszellen umfunktionieren
können. Außerdem dafür, wie
eine Immunaktivierung von
Makrophagen letztlich dazu führt,
dass die Pathogene doch
eliminiert werden.
Dazu untersuchen wir sowohl
molekulare Faktoren der
betreffenden Bakterien als auch
der Makrophagen. Wir erforschen
die Entwicklung von Phagosomen
und analysieren die Säugerfaktoren, die für die Entwicklung
eines Phagolysosoms benötigt
werden bzw. wie Pathogene die
sie umgebenden Phagosomen
verändern. Als Hauptmodelle
dienen für unsere Arbeiten auf der
Säugerzell-Seite Makrophagen,
auf der Pathogenseite
hauptsächlich die intrazellulären
Pathogene Rhodococcus equi
(Fohlen- Pneumonie), Samonella
typhimurium (Salmonellose) und
Mycobacterium spp.
(Lungenkrankheiten).
Neu im Labor ist ein zellfreies
System, mit dem wir die Fusion
zwischen phagozytischen und
endozytischen Organellen mit
gereinigten Komponenten
nachvollziehen und analysieren
können. Dies erlaubt es uns, die
Entstehung und Veränderungen
von Phagosomen detailliert auf
molekularer Ebene zu
untersuchen.
Zellbiologie der Infektion
Methoden
Bei unseren interdisziplinären
Projekten kommt ein sehr breit
gestreutes und modernes
Methodenspektrum zum Einsatz:
Methoden der Mikrobiologie und
Infektionsbiologie werden ergänzt
durch Klonierung und Mutation in
Bakterien und Säugerzellen,
biochemische Methoden,
Elektronenmikroskopie und
(konfokale) Fluoreszenzmikroskopie.
Terporten, M. Wittlich.
Technischer Assistent: J.
Wohlmann
Publikationen
Institut
für
Zellbiologie
Kooperationen
U. E. Schaible, T. Gutsmann und
O. Holst (alle Forschungszentrum
Borstel), Fong-Fu Hsu
(Washington University, St.
Louis), J.P. Prescott (Univ. of
Guelph, Kanada), O.Utermöhlen
(Köln).
Lehre
Jeweils Praktika und Vorlesungen
in den Studiengängen Biologie
(Diplom), Biologie (Bachelor),
Master Life and Medical
Sciences, Master Mikrobiologie
(geplant)
Mitarbeiter
Doktoranden: U. Becken, T.
Dykstra, G. Huth, R. Icobescu, A.
Jeschke; Diplomanden: S.
Becken, U., A. Jeschke, K.
Veltman, A. Haas (2010) Cellfree analysis of macrophage
phagosome-lysosome fusion.
Proceedings of the National
Academy of Sciences USA – im
Druck.
Dykstra, T., O. Utermoehlen &
A. Haas (2010) Defined
particulate ligands trigger
specific cell autonomous
defense mechanisms of
macrophages. Innate Immunity –
im Druck.
von Bargen, K., M. Polidori, U.
Becken, G. Huth, J.P. Prescott
& A. Haas (2009) Rhodococcus
equi Virulence-Associated
Protein A (VapA) is required but
not sufficient for early diversion
of phagosome biogenesis.
Infection and Immunity 77: 56765681.
Anschrift
Ulrich-Haberland-Str. 61a
53121 Bonn
736340
736304
[email protected]
49
Institut
für
Zellbiologie
Prof. Dr. Jörg Höhfeld
Forschungsbereich
Wir beschäftigen uns mit den
molekularen Mechanismen, die
der Faltung und dem Abbau von
Proteinen in Säugerzellen
zugrunde liegen. Dies war lange
Zeit ein Forschungsgebiet für
hartgesottene Biochemiker und
Biophysiker. Doch in den letzten
Jahren ist die biomedizinische
Relevanz dieses Forschungsgebietes deutlich geworden. Bei
einer Reihe von humanen Erkrankungen kommt es zu Störungen
der Proteinfaltung und des Protein-
50
abbaus. Zu solchen Erkrankungen zählen die Parkinsonsche
Erkrankung, die Prionenerkrankungen und die
Mukoviszidose.
Wir konnten zeigen, dass
sogenannte molekulare Chaperone (engl. Anstandsdame) bei
der Faltung und dem Abbau von
Proteinen in unseren Körperzellen eine entscheidende Rolle
spielen. Chaperone sind in der
Lage neu gebildete oder beschädigte Proteinketten in der Zelle
zu erkennen und deren Faltung
zum aktiven Protein zu unterstützen. Ist eine Proteinkette
allerdings so stark beschädigt
oder durch Mutationen so verändert, dass sie den aktiven
Zustand nicht mehr erreichen
kann, dann leiten die Chaperone
die Proteinkette einer Entsorgung zu. Sowohl bei der
Proteinfaltung als auch beim
Proteinabbau kooperieren die
Chaperone mit regulatorischen
Proteinen, den sogenannten CoChaperonen. Wir konnten
unlängst eine Reihe dieser CoChaperone identifizieren und
deren Funktion aufdecken. Damit
beginnen wir nun zu verstehen,
wie Chaperone in der Zelle reguliert werden, und können so auch
unmittelbar die Aktivität der
Chaperone in Zellen modulieren.
Dies erscheint gerade auch im
Hinblick auf die oben genannten
humanen Erkrankungen von
erheblicher Relevanz. Mit Hilfe von
Zellkulturen und Modellorganismen - wie der Maus und
der Fruchtfliege - stellen wir die
pathologischen Vorgänge dieser
Erkrankungen im Labor nach und
untersuchen, wie die Chaperone
und ihre Co-Chaperone auf die
krankheitsbestimmenden Vorgänge Einfluss nehmen.
Methoden
Wir wenden ein breites Spektrum
moderner biochemischer und
zellbiologischer Methoden an.
Dies umfasst die rekombinante
Expression von Proteinen in
Bakterien, Hefen und Säugerzellen, die Proteinaufreinigung
durch verschiedene chromatographische Verfahren und die
Funktionsanalyse von Proteinen in
Säugerzellen, die auch mikroskopische Methoden einschließt.
Kooperationen
Ulrich Hartl, Max-Planck-Institut
Proteinfaltung und
Proteinabbau
für Biochemie, Martinsried; Paul
Saftig, Universität Kiel; Hans-Jörg
Schild, Universität Mainz; Thomas
Magin, Universität Leipzig;
Michael Hoch, Universität Bonn;
Anne Simonsen, University of
Oslo; Ivan Dikic, University of
Frankfurt; Bernd Fleischmann,
UKB Bonn.
Arndt, V., Dick, N., Tawo, R.,
Dreiseidler, M., Wenzel, D.,
Hesse, M., Fürst, D.O., Saftig,
P., Saint, R., Fleischmann,
B.K., Hoch, M., and Höhfeld, J.
(2010). Chaperone-assisted
selective autophagy is essential
for muscle maintenance. Curr
Biol 20, 143-148.
Spooner, R.A., Hart, P.J., Cook,
J.P., Pietroni, P., Rogon, C.,
Höhfeld, J., Roberts, L.M., and
Lord, J.M. (2008). Cytosolic
chaperones influence the fate of
a toxin dislocated from the
endoplasmic reticulum. Proc
Natl Acad Sci U S A 105, 1740817413.
Arndt, V., Rogon, C., and
Höhfeld, J. (2007). To be, or not
to be—molecular chaperones in
protein degradation. Cell Mol
Life Sci 64, 2525-2541.
Arndt, V., Daniel, C.,
Nastainczyk, W., Alberti, S.,
and Höhfeld, J. (2005). BAG-2
acts as an inhibitor of the
chaperone-associated ubiquitin
ligase CHIP. Mol Biol Cell 16,
5891-5900.
Institut
für
Zellbiologie
Lehre
B.Sc.Biologie, Praktikum Zellbiologie, Hauptvorlesung Zellbiologie, Methoden der Zellbiologie
Seminar Zellbiologie, Grundvorlesung Biologie für Biomediziner
Block- und Laborpraktika.
LIMES Master.
Mitarbeiter
Doktoranden: Nadja Kettern, Anna
Ulbricht, Michael Dreiseidler, Riga
Tawo, Chirstian Rogon, Niko Dick;
Diplomand: Jan Daerr; Techn.
Ass.: Karen Himmelberg.
Publikationen
Okiyoneda, T., Barriere, H.,
Bagdany, M., Rabeh, W.M., Du,
K., Höhfeld, J., Young, J.C., and
Lukacs, G.L. (2010). Peripheral
Protein Quality Control Removes
Unfolded CFTR from the Plasma
Membrane. Science, 329, 805810.
Anschrift
53121 Bonn
735308
735302
[email protected]
51
Institut
für
Zellbiologie
PD Dr. Gregor Kirfel
Forschungsbereich
Zellbiologische und molekulare
Analyse zellulärer Migrations- und
Motilitätsprozesse. Die Migration
(Wanderung) von Zellen ist essentiell für die Entwicklung (Morphogenese) und Aufrechterhaltung
viel-zelliger Organismen einschließlich des Menschen. So ist
Zellmigration zentraler Bestandteil
der Immunantwort sowie der
Wundheilung. Schließlich ist
Zellmigration auch für pathologische Prozesse wie die
Metastasenbildung im Verlauf
maligner Tumorerkrankungen
52
verantwortlich. Es ist daher
unerlässlich, das Verständnis
über die cytoskelettalen Mechanismen sowie die
regulatorischen Parameter der
Zellwanderung zu verbessern.
Wichtige Regulatoren der Zellmigration sind neben Adhäsionsproteinen der extrazellulären
Matrix wie Fibronectin und
Laminin vor allem lösliche
Mediatoren aus der Gruppe der
Cytokine und Wachstumsfaktoren. Kürzlich wurde von uns die
Ektodomäne des Alzheimer
Amyloid Prekursor Proteins,
sAPP, als neuer motogener
Mediator für humane Hautzellen
während der epidermalen Wundheilung identifiziert. Schwerpunkt
unserer Arbeiten ist zudem die
Mechanik des terminalen Schrittes der Zellmigration, dem sog.
Rear Detachment. Die Prozesse
die hierbei ein Ablösen der Zelle
vom Substrat ermöglichen, sind
erst ansatzweise verstanden und
wurden von uns durch die Beschreibung charakteristischer
Migrationsspuren aus Membranfragmenten wandernder Zellen
erweitert.
Ein weiterer bedeutender
Motilitätsprozess auf zellulärer
Ebene ist die Kontraktion von
Muskelzellen, die für die Funktion
von Skelett- und Herzmuskulatur
verantwortlich sind. Insbesondere
interessieren uns hierbei pathologische Veränderungen der
Kontraktionsmachinerie als
krankheitsrelevante Prozesse.
Zelluläre Migration
und Motilität
Methoden
Lichtmikroskopie: Histologie,
Klassische- und Laser-ScanFluoreszenzmikroskopie, Live Cell
Imaging, GFP-Techniken.
Elektronenmikroskopie: hochauflösende Transmissions (TEM)und Raster-Elektronenmikroskopie (SEM). Klassischeund Cryo-Ultramikrotomie. Kritische Punkt Trocknung,
Bedampfungs- und
Besputterungstechniken. ImmunoGold Techniken.
FASEB J. 17: 1739-1741.
Maass et al. (2004) Defective
epidermal barrier in neonatal
mice lacking the c-terminal
region of connexin43. Mol. Biol.
Cell 15: 4597-4608.
Borm et al. (2005) Membrane
ruffles in cell migration:
indicators of inefficient
lamellipodia adhesion and
compartments of actin filament
organisation. Exp. Cell Res.
302: 83-95.
Institut
für
Zellbiologie
Lehre
Biologisches Grundpraktikum
Zellbiologie Hauptvorlesung
Zellbiologisches Seminar
Laborpraktika
Mitarbeiter
Diplomanden: Diana Polacek,
Florian Thuma. Doktoranden:
Robert Torka, Gregor Gorojans.
Publikationen
Kirfel et al. (2003) Structural and
compositional analysis of the
keratinocyte migration track. Cell
Motil. Cytoskeleton. 55: 1-13.
Quast et al. (2003) sAPP as a
novel regulator of dendrite motility
and melanin release in epidermal
melanocytes and melanoma cells.
Anschrift
53121 Bonn
73 5306
73 5302
[email protected]
53
Institut
für
Zoologie
Institut für Zoologie
54
Das Institut für Zoologie besteht
aus 4 neurobiologischen
Abteilungen. Das Profil des
Instituts ist von einer
Schwerpunktbildung im Bereich
der vergleichenden,
organismischen Zoologie,
insbesondere der systemorientierten Neurobiologie,
geprägt. Besonders stark
vertreten ist dieVerhaltensNeurobiologie. Hier werden
vorwiegend sinnesphysiologische
(aktive und passive
Elektrosensorik und
Hydrodynamiksensorik bei
Fischen; Infrarotsensorik bei
Schlangen und pyrophilen
Insekten) und senso-motorische
Fragestellungen (rhythmische
Bewegungen bei Invertebraten,
kompensatorische Schwimmbewegungen bei Fischen)
bearbeitet. Weiterführende
Forschungen beziehen die
Kognitionsforschung
(Objekterkennung, Raumorientierung) mit ein. Die
Verbindung von vergleichender
Sinnesphysiologie und
sensorischer Ökologie ist ein
besonderes Charakteristikum
der Zoologie in Bonn, die mit
diesem Schwerpunkt eine
außergewöhnliche Stellung
einnimmt. Ergänzt wird dieser
Schwerpunkt durch eine
neuroanatomisch arbeitende
Abteilung, deren Fokus die
Funktionsmorphologie des
Zentralnervensystems ist. In die
systemische Ausrichtung des
Instituts werden auch
Fragestellungen der
Biodiversitätsforschung mit
einbezogen und damit eine
Brücke zu den anderen
zoologischen und botanischen
Instituten an der Universität
Bonn geschlagen. Laufende
sinnesphysiologische Arbeiten
haben in jüngster Zeit zu
mehreren anwendungsbezogenen Forschungsprojekten geführt, d.h., der
Entwicklung technischer
Sensoren nach dem Vorbild der
Natur, strömungsoptimierter
flexibler Schwimmkörper und
reibungsoptimierter Oberflächen
(Bionik). Am Institut werden
Institut
für
Zoologie
technische Sensorsysteme
aus dem Bereich der
Hydrodynamiksensorik, der
Elektrosensorik und der
Infrarotsensorik entwickelt, bei
denen jeweils die Prinzipien
der Informationsaufnahme und
- verarbeitung bei Tieren in die
Technik übertragen werden.
Mehrere Patente und die
Teilnahme am Bionik
Kompetenznetz (BIOKON
e.V.) zeugen von dieser
Entwicklung. Aufgrund der
Vielfalt der Forschungsinhalte
bietet das Institut eine breite
Palette von Lehrveranstaltungen in
organismischer Zoologie,
Physiologie, Neurobiologie und
Bionik im Bachelorstudiengang
Biologie und in diversen
Masterstudiengängen an.
www.zoologie.uni-bonn.de
55
Institut
für
Zoologie
Prof. Dr. Horst Bleckmann
Forschungsbereich
Tiere nutzen sensorische
Informationen für den Beutefang,
die Feindvermeidung, die
innerartliche Kommunikation und
die räumliche Orientierung. Wir
untersuchen, welche
Informationen Tiere mit Hilfe von
Seitenlinienrezeptoren (Fische),
ampullären Elektrorezeptoren
(Fische) und Infrarotrezeptoren
(pyrophile Käfer und verschieden
Schlangenarten) ihrer Umwelt
entnehmen und wo und wie diese
Informationen im Gehirn
56
verarbeitet werden. Neben
grundlegenden Fragen zur
Morphologie, Physiologie und
Verhaltensrelevanz der
genannten Sinnessysteme
möchten wir wissen, welche
speziellen ökologischen
Anpassungen diese Systeme
aufweisen. Die gewonnenen
Erkenntnisse werden u.a. für die
Entwicklung und den Bau
künstlicher Sensoren (Bionik)
genutzt. In weiteren Projekten
führen wir Labor- und
Freilanduntersuchungen zum
Geruchssinn von Haien und
Mantarochen (in Australien)
sowie Labor- und
Freilanduntersuchungen zum
Hörsinn einheimischer Fische
durch. Die zuletzt genannten
und von der Bundesanstalt für
Gewässerkunde finanzierten
Untersuchungen haben zum Ziel,
mehr über die akustische
Umwelt, die Hörfähigkeit und die
akustische Orientierung von
Fließwasserfischen zu erfahren.
Methoden
Quantitative Verhaltensphysiologie, Elektrophysiologie
(evozierte Potentiale, extrazelluläre Einzelzellableitungen, wholecell Ableitungen), Histologie,
Neuroanatomie,
Immunhistochemie, Elektronenmikroskopie, Particle Image
Velocimetry (PIV), automatische
Bildanalyse, Hochgeschwindigkeitsaufnahmen, IRThermographie, Schalldruckmessungen.
Kooperationen
EU Projekt mit Gruppen aus
Deutschland, Dänemark, den
Niederlanden, Belgien, Frankreich
und England. DARPA Projekte mit
Gruppen aus Österreich und
Amerika. Weitere internationale
Kooperationen mit Australien.
Nationale Kooperationen mit der
Bergakademie Freiberg, der THAachen, den Universitäten
Düsseldorf und Göttingen, dem
Forschungszentrum Cäsar und
dem Max-Planck-Institut für
Festkörperforschung in Stuttgart.
Bionik-Kompetenznetzwerk
(BMBF).
Vergleichende Sinnesund Neurobiologie
Lehre
Publikationen
Grundvorlesung Biologie (WS):
Teil Sinnes- und Neurobiologie.
Mitarbeit am tierphysiologischen
Kurs, am Grundkurs
Neurobiologie sowie am
Grundkurs Morphologie und
Evolution der Tiere. Kleine und
große Exkursionen.
Spezialvorlesungen: Sinnesorgane
und Verhalten, Aufbau und
Funktion des Wirbeltiergehirns,
Biologie einheimischer Vögel,
Biologie der Fische. Seminare zu
den Themen Sinnes- und
Neurobiologie, Humanbiologie.
Blockpraktika und Laborblöcke in
den Bereichen Neurobiologie,
Neuroanatomie sowie
Kognitionund Verhalten.
Hanke W, Bleckmann H
(2004) The hydrodynamic
trails of Lepomis gibbosus
(Centrarchidae), Colomesus
psittacus (Tetraodontidae),
and Thysochromis ansorgii
(Cichlidae) investigated with
scanning particle image
velocimetry. Journal of
Experimental Biology 207:
1585-1596.
Bleckmann H (2004) 3-D
orientation with the
octavolateralis system. Journal
of Physiology Paris 98: 53-66
Bleckmann H, Schmitz H,
von der Emde G (2004)
Nature as model for
technical sensors. Journal of
Comparative Physiology A
190: 971-981.
Bleckmann H (1994) Reception
of hydrodynamic stimuli in
aquatic and semi-aquatic
animals. In: Rathmayer W (ed)
Fortschritte der Zoologie. Gustav
Fischer Verlag, Stuttgart, pp. 1115.
Institut
für
Zoologie
Mitarbeiter
Wissenschaftliche Assistenten:
PD Dr. Michael Hofmann und PD
Dr. Joachim Mogdans. Aus
Drittmitteln finanzierte
Wissenschaftler: Dr. Michael
Gebhardt, PD Dr. A. Schmitz, PD
Dr. Helmut Schmitz, Dr. Guido
Westhoff, sowie 12 Doktoranden
und 6 Diplomanden. Sekretariat:
Regina Sassen. Technische
Assistentinnen: Ursula Dung,
Sabine Büttner.
Anschrift
Vergleichende Sinnes- und
Neurobiologie
Poppelsdorfer Schloß
53115 Bonn
735453
735458
[email protected]
57
Institut
für
Zoologie
Prof. Dr. Gerhard von der Emde
Forschungsbereich
Die Arbeitsgruppe Neuroethologie/
Sensorische Ökologie untersucht,
wie Tiere ihren natürlichen
Lebensraum wahrnehmen, wie sie
sich verhalten und orientieren, und
wie ihr Gehirn diese Leistungen
erbringt. Als Modellorganismen
nutzen wir schwach-elektrische
Fische, die sich mit Hilfe ihres
elektrischen Sinns bei völliger
Dunkelheit orientieren können.
Wir möchten wissen, wie die Tiere
ihre Umwelt elektrisch
wahrnehmen, welche Objekte sie
erkennen und unterscheiden
58
können und welche
Verhaltensstrategien sie
anwenden, um in ihrem
Lebensraum zu überleben. Wir
versuchen die Prinzipien
aufzuklären, nach denen
Nervenzellen in verschiedenen
Neuronenverbänden im Gehirn
Sinnesreize analysieren und das
Verhalten des Tieres steuern.
Auf dem Gebiet der Bionik
entwickeln wir technische
Sensorsysteme nach dem
Vorbild der aktiven Elektroortung
elektrischer Fische. Unsere
Sensoren könne zur
berührungslosen Objekterkennung und -analyse und zur
Entfernungsmessung in
verschiedenen technischen und
medizinischen Bereichen
eingesetzt werden
Verfahren,
Bioimpedanzmessungen
Methoden
Bachelor Pflichtmodul
„Zoologische
Bestimmungsübungen und
Exkursionen“ (Modulverantwortlicher); Pflichtmodul
„Physiologie der Tiere“;
Wahlpflichtmodul
Verhaltensphysiologie“;
Master Neuroscience
Pflichtmodul „Neurophysiologie“;
Wahlpflichtmodule „Neuroethology
Elektrophysiologie (extraund
intrazelluläre
Einzelzellableitungen, evozierte
Potentiale); Quantitative
Verhaltensphysiologie und
Psychophysik, Neuroanatomie,
Histologie, Freilandforschungen,
Entwicklung technischer
Elektroortungssensoren,
Bildgebenden medizinische
Kooperationen
Dr. F. Boyer (Nantes, Frankreich):
Bau autonomer
Unterwasserroboter;
Dr. A. Caputi, Dr. R. Budelli,
(Montevideo, Uruguay): Aktive
Elektroortung;
Dr. B. Carlson (St. Louis, USA):
Sensorische
Informationsverarbeitung im ZNS;
Dr. P. Fua (Lausanne, Schweiz):
Elektro-Lokalisationsverfahren
Dr. K. Grant (CNRS, Frankreich):
Sensorische
Informationsverarbeitung,
Neuroanatomie;
Prof. Dr. A. Reichenbach
(Leipzig): Anatomie u. Physiologie
des visuellen Systems;
Lehre
Neuroethologie/Sensorische
Ökologie
- Neural basis of behaviour and
sensory perception“ und
„Environment and Behavior“ im
Master Neuroscience und OEPBiology; Master Life Science
Informatics: Vorlesung „Systems
Neurobiology“
außerdem: Seminare zu
neurobiologischen,
verhaltenphysiologischen und
Bionik Themen; Organisation des
„Biologischen Kolloquiums“
detection of atherosclerotic
lesions in blood vessels.
Sensors (in press)
von der Emde G., Behr K.,
Bouton B., Engelmann J., Fetz
S., Folde C. (2010) 3dimensional scene perception
during active electrolocation in a
weakly electric pulse sh. Front.
Behav. Neurosci. 4:26. doi:
10.3389/fnbeh.2010.00026
Moritz T., Engelmann J.,
Linsenmair K. E. & von der
Emde G. (2009) The electric
organ discharges of the
Petrocephalus species
(Teleostei: Mormyridae) of the
Upper Volta System. J. Fish
Biol. 74, 54-76
von der Emde G., Bousack H.,
Huck C., Mayekar K., Pabst M.,
Zhang Y. (2009) Electric fishes
as natural models for technical
sensor systems. Proc. of SPIE
Vol. 7365: B1-B11
Metzen M., Engelmann J.,
Bacelo J., Grant K., von der
Emde G. (2008) Receptive field
properties of neurons in the
electrosensory lateral line lobe of
the weakly electric fish,
Gnathonemus petersii. J. comp.
Physiol. A 194: 1063-1075
Institut
für
Zoologie
Mitarbeiter
wissenschaftl. Mitarbeiter: Dr. Tim
Ruhl, Dr. Michael Metzen;
Techn. Ass.: Bärbel Bauch, Ute
Grundtner;
Doktoranden: Monique AmeyÖzel, Katharina Behr, Kristina
Gebhardt, Simone Gertz, Meik
Landsberger, Kavita Mayekar,
Roland Pusch, Timo Röver;
Diplomanden: Stefanie Anders,
Miriam Böhme, Martin Gottwald,
Andreas Lundt, Sarah
Schumacher, Julia Sakthisivantha,
Annick Wüsten
Publikationen
Metzen M.G., Biswas S.,
Bousack H., Gottwald M.G.,
Mayekar K., von der Emde G.
(2010) A biomimetic active
electrolocation sensor for
Hollmann M., Engelmann J., von
der Emde G. (2008) Distribution,
density and morphology of
electroreceptor organs in
mormyrid weakly electric fish:
anatomical investigations of a
receptor mosaic. J. Zool. 276:
149-158
Anschrift
Neuroethologie/Sensorische
Ökologie
Endenicher Allee 11-13
53115 Bonn
735555
735556
[email protected]
59
Institut
für
Zoologie
Prof. Dr. Hans-Georg Heinzel
Nervensystem, dem
stomatogastrischen
Nervensystem der Krebse,
haben wir uns in letzter Zeit mit
dem Laufen von Skorpionen und
dem Fressen von Fliegenlarven
beschäftigt.
Forschungsbereich
Senso-Motorik rhythmischer
Bewegungen
Zentrale Thematik ist die
organismische Neurobiologie der
Erzeugung und Kontrolle
rhythmischer Bewegungen. Die
zelluläre Analyse von Nervenzellen
und neuronalen Netzwerken wird
dabei mit der quantitativen
Erfassung des Verhaltens
korreliert. Ausgehend von
Untersuchungen an dem weltweit
am besten bekannten Stückchen
60
Physiologie des Fressverhaltens
von Schmeiß- und
Fruchtfliegenlarven
Fliegenlarven (Calliphora und
Drosophila) verbringen ca. 85%
ihrer Lebenszeit mit Fressen,
welches aus stereotypen
rhythmischen
Einzelkomponenten besteht.
Dies macht sie zu einem
idealen System, um die
Physiologie der daran beteiligten
muskulären und neuronalen
Strukturen zu erforschen. Eine
Einbindung der für Drosophila
existierenden genetischen
Werkzeuge in klassische
elektrophysiologische Methoden
fügt der Analyse von rhythmusgenerierenden Netzwerken auf
Einzelzellebene eine neue
Dimension hinzu.
Verhaltensversuche,
Bewegungsanalysen und
anatomische Untersuchungen
dienten als Grundlage für
elektrophysiologische
Experimente, die das neuronale
Korrelat des Verhaltens (fiktives
Fressen) mittels Ableitungen von
Nerven und Muskeln etablierten.
Am Kopf der Larven befinden sich
Sinnesorgane verschiedener
Modalitäten (Riechen,
Schmecken, „Sehen“) deren
Rückmeldungen Einfluss auf den
zentralen Mustergenerator für
Fressen haben können.
Methoden
Elektrophysiologische Methoden
wie extraund intrazelluläre
Ableitung zur Messung der
Aktivität von identifizierten
Nervenzellen, Sinnesorganen und
Muskeln.
Fluoreszenzfärbungen zeigen die
Morphologie der Neurone,
Computeranalysen dienen der
Auswertung von neuralen
Antworten und zur Analyse des
Verhaltens.
Kooperationen
Universitätsklinikum Jena
Institut für Rechtsmedizin
Abteilung forensische
Entomologie,
Neurobiologie
Department of molecular
brainphysiology and behavior
LIMES Institute
Lehre
Schoofs, A., Niederegger, S. and
Spieß, R., 2009. From behavior
to fictive feeding: anatomy,
innervation and activation pattern
of pharyngeal muscles of
Calliphora vicina 3rd instar
larvae. J Insect Physiol 55, 218230.
Schoofs, A. and Spieß, R.,
2007. Anatomical and functional
characterisation of the
stomatogastric nervous system
of blowfly (Calliphora vicina)
larvae. J Insect Physiol 53, 349360.
Institut
für
Zoologie
Bachelor: Modulverantwortlicher
für das Modul Tierphysiologie,
Wahlpflichtmodule aus dem
Bereich Sensomotorik wirbelloser
Tiere.
Masterstudiengänge:
Pflichtmodul Neurophysiologie für
den Masterstudiengang
Neurosciences, sowie
Wahlpflichtmodule über
motorische neurale Netzwerke für
diesen Studiengang und für die
Masterstudiengänge OEP
(Organismic Biology, Evolutionary
Biology and Palaeobiology) und
LSI (Life Science Informatics).
Mitarbeiter
Wissenschaftlicher Mitarbeiter: Dr.
Roland Spieß;
Technische Assistentin: Frau
Sonja Zens
Publikationen
Kladt, N., Wolf, H. and Heinzel,
H.G., 2007. Mechanoreception by
cuticular sensilla on the pectines
of the scorpion Pandinus
cavimanus. J Comp Physiol A
193:1033-1043.
Anschrift
Neurobiologie
Poppelsdorfer Schloss
53115 Bonn
73 5463
73 5458
[email protected]
61
Institut
für
Zoologie
Prof. Dr. Michael Hofmann
Forschungsbereich
Die vergleichende Neuroanatomie
beschäftigt sich mit der Evolution
und Diversität von Gehirnen. Wie
der Gesamtorganismus
entwickeln sich Gehirne weiter
und passen sich
Umweltbedingungen und neuen
Anforderungen an. Hirnevolution
wird dabei im Zusammenhang mit
der Ökologie und Morphologie des
Gesamtorganismus betrachtet.
Sensorische und motorische
Fähigkeiten einzelner Arten und
62
ökologische Nischen, die diese
Arten besetzen, spiegeln sich in
der Struktur des
Zentralnervensystems wider.
Wir nutzen dies aus, um mehr
über die Funktionsprinzipien
einzelner Hirnareale zu erfahren.
Unterschiede in der
Hirnanatomie korrelieren mit
ökologischen Anpassungen und
der vergleichende Ansatz bietet
die Möglichkeit diesen
Zusammenhang zu erkennen.
Andererseits kann man von
besonderen Fähigkeiten oder
motorischen Leistungen einer
Art ausgehen und nach
Besonderheiten in der
Hirnanatomie suchen, die
andere Arten nicht aufweisen.
In beiden Fällen entwickeln sich
Hypothesen über Funktionen,
die dann in verhaltens- oder
elektrophysiologischen
Experimenten getestet werden.
Einige Projektbeispiele sind die
zentralen Verschaltungen des
elektrosensorischen Systems
bei Stören, olfaktorische
Informationsverarbeitung bei
Haien und Rochen, Korrelation
zwischen motorischen
Fähigkeiten und der Anatomie
des extrapyramidalen Systems
bei Reptilien oder der Feinbau des
Schiesszentrums im Mittelhirn
des Schützenfisches.
Methoden
Schwerpunkt sind moderne
neuroanatomische Methoden wie
Tracertechniken und
Immunohistochemie sowie
klassiche Histologie.
Tracerinjektionen werden extraund intrazellulär durchgeführt,
auch zusammen mit
Elektrophysiologie. Weitere
Methoden sind
Verhaltensexperimente nach
Läsionen und der Einfluss von
Neuromodulatoren,
Elektronenmikroskopie,
Videotracking und
Computersimulationen neuronaler
Informationsverarbeitung und
evolutionären Prozesse.
Kooperationen
RG Northcutt, University of
California, San Diego, USA.
R Nieuwnhuys, University of
Nijmegen, Netherlands.
S. Bahar, University of Missouri,
St. Louis.
LA Wilkens, University of
Missouri, St. Louis.
Vergleichende Neuroanatomie
B Chagnaud, Cornell University,
Ithaca, USA.
Lehre
Mitarbeit an dem
Bachelorstudiengang Biologie
sowie and den
Masterstudienkängen OEP
(Organismic Biology, Evolutionary
Biology and Palaeobiology) und
Neuroscience und dem
Graduiertenkolleg Bionik.
Vorlesung Zoologie für
Zahnmediziner.
paddlefish. J Neurophysiol. 102:
797-804.
Wilkens LA, Hofmann MH.
(2007) The paddlefish rostrum as
an electrosensory organ: a novel
adaptation for plankton feeding.
Bioscience 57:399-407
Institut
für
Zoologie
Mitarbeiter
Wissenschaftliche Assistentin
Eva Kreiss
Doktoranden
Vanessa Kassing
Technische Assistenten
Marion Schlich
Klaus Völker
Publikationen
Hofmann MH, Northcutt RG.
(2008) Organization of major
telencephalic pathways in the
thornback ray Platyrhinoidis
triseriata. Brain Behav Evol
72:307-325.
Hofmann MH, Chagnaud BP,
Wilkens LA. An edge detection
filter improves spatial resolution in
the electrosensory system of the
Anschrift
Vergleichende Neuroanatomie
Poppelsdorfer Schloss
53115 Bonn
733807
[email protected]
63
Institut
für
Zoologie
PD Dr. Joachim Mogdans
Forschungsbereich
Sinnesorgane wandeln
physikalisch-chemische Signale
aus der Umwelt in elektrische
Signale um, die in Nervenfasern
zum Gehirn geleitet werden und
dort zu einer Wahrnehmung
führen. Damit sind Tiere in der
Lage sich in ihrer Umwelt zu
orientieren und zu
kommunizieren. Die
mechanosensorische Seitenlinie
der Fische kann selbst kleinste
Bewegungen des Wassers
wahrnehmen. Damit sind Fische
in der Lage Beutetiere,
64
Artgenossen oder Fressfeinde
zu erkennen, Hindernisse zu
vermeiden, sich in Strömungen
zu orientieren und räumliche
Karten ihrer Umgebung zu
erstellen. Wir interessieren uns
für die Bedeutung der Seitenlinie
beim Verhalten, für die zugrunde
liegenden neuronalen
Verarbeitungsmechanismen und
für morphologische und
neuronale Anpassungen dieses
Sinnessystems an die Umwelt.
Konkret untersuchen wir in
Verhaltensexperimenten, zu
welchen sensorischen
Leistungen Fische mit Hilfe des
Seitenliniensystems in der Lage
sind, d. h. wie gut sie
hydrodynamische Reize
detektieren und diskriminieren
können. Dabei interessiert uns
besonders wie sich die
sensorischen Leistungen von
Fischarten aus
unterschiedlichen Habitaten
unterscheiden und wie diese
Tiere damit an unterschiedliche
Umweltbedingungen (Still- und
Fliesswasser) angepasst sind.
Schließlich möchten wir mit
Techniken die neuronalen
Grundlagen der Verarbeitung
hydrodynamischer Information
aufklären. Dazu leiten wir die
neuronale Aktivität von
Seitenlinienneuronen auf
verschiedenen Ebenen des
Gehirns, von den afferenten
Nervenfasern über den Hirnstamm
bis zum Mittelhirn ab. Wir wollen
wissen, wie Seitenlinienneurone
auf einfache sinusförmige, von
einer vibrierenden Kugel erzeugte
Wasserbewegungen, auf
komplexe, von bewegten
Objekten erzeugt
Wasserbewegungen, und auf
Fließwasserreize antworten. Ziel
der Untersuchungen ist es, zu
klären wie das
Zentralnervensystem der Fische
Parametern wie Ort, Größe und
Geschwindigkeit einer Reizquelle
neuronal codiert. Auch die
Untersuchungen werden
vergleichend an Still- und
Fliesswasserfischen durchgeführt
um zentralnervöse Anpassungen
an verschiedene
hydrodynamische Umwelten
aufzuzeigen. Im Zuge der
Experimente werden Neurone
Vergleichende
Neurophysiologie
intrazellulär gefärbt um zu klären
ob sich physiologisch identifizierte
Neuronentypen histologisch
unterscheiden, um die Lage
einzelner Neurone in einem
Kerngebiet darzustellen und um
Verbindungen zwischen
Kerngebieten zu identifizieren.
GEO-Bachelor: Pflichtmodul
BP07 „Biologie für
Geowissenschaftler, Teil
Zoologie“
Master of Science (OEP und
Neuroscience): Mitarbeit an den
Modulen „Environment and
Behavior“ und „Neurophysiology
of Sensory Systems“.
Institut
für
Zoologie
Methoden
Konditionierungsexperimente
(„two-alternative forced-choice“,
„Go-NoGo“), extrazelluläre und
intrazelluläre Ableitungen (Wholecell Methode), verschiedene
Färbetechniken,
Immunhistochemie und
Elektronenmikroskopie.
Kooperationen
EU Verbundprojekt mit Partnern
aus Deutschland, Dänemark, den
Niederlanden, Belgien, Frankreich
und England.
Lehre
Bachelor of Science: Mitarbeit an
den Pflichtmodulen BP12
„Tierphysiologie“ und BP 15
„Bestimmungsübungen:
Zoologische Exkursionen“,
Wahlpflichtmodul WP 22 „Fauna
des nordatlantischen Watts mit
Exkursion nach Roscoff
(Bretagne)“
Mitarbeiter
Dr. Bernd Baier, Dipl.Biol. Silke
Künzel , Dipl.Biol. Björn Scholze
Publikationen
Nauroth IE, Mogdans J (2009)
Goldfish and Oscars have
comparable resposiveness to
dipole stimuli. Naturwiss 12:
1401-1409
Mogdans J, Geisen S (2009)
Responses of the goldfish head
lateral line to moving objects. J
Comp Physiol A 195: 151-165
Schmitz A, Bleckmann H,
Mogdans J (2008) Organization
of the superficial neuromast
system in goldfish, Carassius
auratus. J Morphol 269: 751-761
Mogdans J (2005) Adaptations of
the fish lateral line for the
analysis of hydrodynamic
stimuli. Mar Ecol Progr Ser 287:
289-292
Anschrift
Abteilung Vergleichende
Neurophysiologie
Poppelsdorfer Schloß
53115 Bonn
73 3806
73 5458
[email protected]
65
Institut
für
Genetik
Institut für Genetik
66
Institut
für
Genetik
Die Entwicklung und Physiologie
unseres Körpers beruht auf strikt
regulierten Differenzierungsprogrammen und dynamischen
Veränderungen in der Zellstruktur.
Am Institut für Genetik haben wir
es uns zur Aufgabe gemacht, mit
Hilfe des genetischen
Modelsystems Maus, die
molekularen Grundlagen der
Zelldynamik und deren Bedeutung
bei der Entstehung von
Krankheiten zu untersuchen.
Die aktuellen Forschungsgebiete
der Genetik in Bonn umfassen
„Gap Junction Kanäle“ (Klaus
Willecke, Senior Professor),
„Struktur und Funktion des MHC“
(Norbert Koch), „Aktin-Dynamik“
(Klemens Rottner) und
„Zytoskelett und Zellbewegung“
(Walter Witke, Institutsdirektor).
Methodisch erstrecken sich die
Arbeiten über einen weiten
Themenbereich, von der
konditionalen Mutagenese in der
Maus, über bildgebende
Verfahren, bis hin zu
biochemischen Untersuchungen.
Primäre Zellkulturen aus den
verschiedenen Mausmodellen
erleichtern die molekularen
Untersuchungen und helfen uns
die physiologischen
Veränderungen bei
Krankheitsmodellen besser zu
verstehen.
Viele bearbeitete Fragestellungen in der Genetik haben
Schnittmengen mit anderen
Instituten der Fachgruppe
Biologie, wie z.B. der Zellbiologie
und den Gruppen des LIMES,
sowie mit Instituten im klinischen
Bereich der Universität Bonn.
Die Lehre soll den Studierenden
die Grundlagen der molekularen
Genetik vermitteln, sowie tiefere
Einblicke in die aktuellen
Forschungsergebnisse der
Genetik und die Entstehung von
Krankheiten geben.
Im Laufe des Jahres 2011 soll der
Umzug des Instituts für Genetik in
die direkte Nähe des neuen
LIMES Gebäude in Poppelsdorf
erfolgen. Dies wird die Anbindung
an die Institute der Biologie und
die medizinisch ausgerichteten
Arbeitsgruppen verbessern.
www.genetik.uni-bonn.de
67
Institut
für
Genetik
Prof. Dr. Walter Witke
Forschungsbereich
Unsere Arbeitsgruppe nutzt das
Mausmodel zum Studium von
Zellbewegung bei der
Morphogenese, der Physiologie
und bei der Entstehung von
Krankheiten. Im Mittelpunkt der
Untersuchungen steht das
Aktinzytoskelett, welches sich
mit Hilfe sogenannter aktinbindender Proteins (ABPs)
innerhalb von Sekunden komplett
umbauen kann. Zellen benutzen
diesen Mechanismus, um sich
gerichtet in Gradienten zu
bewegen (Chemotaxis),
68
Stammzellen um zwischen
symmetrisch-asymmetrischer
Teilung zu entscheiden und
Neuronen, um die richtigen
Schaltkreise auszubilden. Auch
die lokale Immunantwort Aufnahme von Antigen,
Prozessierung und Präsentation
- wird vom Antinzytoskelett
gesteuert. Profiline und Cofiline
gehören zu den ABPs, die den
Auf- und Abbau von
Aktinfilamenten kontrollieren.
Wir konnten zeigen, dass die
Genfamilien der Profiline und
Cofiline in der Maus sehr
spezifische Funktionen erfüllen.
Profiline regulieren die
Neurotransmitter Freisetzung im
Gehirn und Mutationen können
zu Epilepsie und Autismusähnlichen Symptomen führen.
Cofiline spielen dagegen eine
entscheidende Rolle bei der
Entwicklung der Hirnrinde. Bei
Mutationen im n-Cofilin treten
Symptome der Lissencephalie,
einer Form der
Geistesschwäche, auf. Mutation
der muskelspezifischen Cofilin
Form (m-Cofilin) resultiert in einer
Myopathie (Nemaline Myopathy),
die auch im entsprechenden
Mausmodel beobachtet wird.
Aktuelle Forschungsprojekte
konzentrieren sich auf die Rolle
von Aktindynamik bei der
Stammzellteilung und der lokalen
Immunantwort (T-Zellen,
Makrophagen). Weiterführende
Untersuchungen beschäftigen sich
mit der Regulation von
Proteinkomplexen, die an der ‘de
novo’ Aktinpolymerisation in der
Synapse beteiligt sind (WAVEcomplexes).
Methoden
Spezifische Mutagenese in der
Maus über homologe
Rekombination in embryonalen
Stammzellen. Phenotypische
Analyse von Mausmutanten:
Verhaltensstudien, Histologie,
Primärzellkultur, Bildgebung in
lebenden Zellen und
Gewebeschnitten, Microarray
Analyse von Expressionsmustern.
Entwicklungsbiologische
Untersuchungen zur
Organbildung. Zellanalyse über
FACS. Molekulargenetische
Methoden (z.B. RT-PCR,
quantitative Genexpression, DNA
Konstrukte, etc.). Aufreinigung
und biochemische Analyse von
Proteinkomplexen (2-D Gele,
proteomische Methoden, Aktin
Molekulargenetik
der Zellbewegung
Polymerisations Tests).
Fluorometrische Untersuchungen
von Zellfunktionen.
Kooperationen
Matern, Gerda Hertig, Jessica
Glaubig, Melanie Schütz,
Christian Liemersdorf, Nina Roy,
Stefanie Stöcker
Publikationen
Institut
für
Genetik
Diverse Kooperationen innerhalb
des SFB 704 (Universität Bonn);
Prof. Dr. Dieter Fürst/Dr. Gregor
Kirfel (Zellbiologie, Universität
Bonn); Prof. Dr. Angelika Noegel
(Biochemie, Universität Köln);
Prof. Dr. Marco Rust (Universität
Kaiserslautern); Prof. Dr. Claudia
Bagni (Universität Leuven); Dr.
Frank Bradke (MPI-Neurobiologie,
Martinsried) und weitere.
Lehre
BP05 Modul Genetik Bachelor;
WP09 Genetik Bachelor,
Molekulare Biomedizin (LIMES)
Master Ringvorlesung und
Methodenkurs; Praktikum
‘Genetik für Mediziner’;
Fortgeschrittenen Blockpraktikum
Molekulargenetik für
Diplomanden; Vorlesung
Molekulargenetik für
Diplomanden; Literaturseminar
‘Neue Kapitel der
Molekulargenetik’.
Mitarbeiter
Dr. Christine Gurniak, Dr. Pietro
Pilo Boyl, Melanie Jockwitz, Gabi
Grisanti, L., Corallini, S., Fera,
S., Muciaccia, B., Stefanini, M.,
Witke, W., Vicini, E. (2009):
Inactivation of Numb and
Numblike in spermatogonial
stem cells by cell-permeant Cre
recombinase. Differentiation,
78(2-3),131-136.
Bowerman, M., Anderson, C.,
Beauvais, A., Pilo Boyl, P.,
Witke, W., Kothary, R. (2009):
SMN, profilin2a and plastin3: a
link between deregulation of
actin dynamics and SMA
pathogenesis. Mol Cell
Neurosci., 42(1), 66-74.
Napoli I, Mercaldo V, Eleuteri B,
Zalfa F, Di Marino D, Herlo R,
Mohr E, Massimi M, Falconi M,
Witke W, Costa-Mattioli M,
Sonenberg N, Achsel T, Bagni C.
(2008): The Fragile X mental
retardation protein represses
activity-dependent mRNA
translation through Cyfip1/Sra1,
a new neuronal 4E-BP. Cell,
134(6), 1042-54.
Bellenchi, G C., Gurniak, C.,
Perlas, E., Middei, S.,
Ammassari-Teul, M., and Witke,
W. (2007): N-cofilin is
associated with neuronal
migration disorders and cell
cycle control in the cerebral
cortex. Genes&Development,
21(18), 2347-57
Anschrift
Molekulargenetik
Römerstr. 164
53117 Bonn
734210
734263
[email protected]
69
Institut
für
Genetik
Prof. Dr. Klemens Rottner
Forschungsbereich
Unsere Arbeitsgruppe beschäftigt
sich im Kern mit den molekularen
Mechanismen, die den Auf- und
Umbau von Strukturen des AktinZytoskeletts steuern.
Insbesondere interessieren wir uns
für die sehr dynamischen
Strukturen, die essentiell für die
Bewegung von Zellen sind, wie
Lamellipodien und Filopodien.
Dabei fokussieren wir uns auf die
direkten Interaktoren des AktinZytoskeletts, aber auch auf die
Signalwege, welche die
spezifischen Aktin-Bindeproteine
70
ansteuern (z.B. kleine GTPasen
der Rho-Familie).
Unsere Arbeitsgruppe hat in der
Vergangenheit intensiv an
Aktivatoren des Arp2/3Komplexes geforscht, der die
Keimbildung, also die
„Nukleation“ von Aktinfilamenten,
katalysiert. N-WASP und
WAVE-Komplex gehören zu den
am besten verstandenen Arp2/3Aktivatoren, und unsere Arbeiten
haben gezeigt, dass die
Funktionen von N-WASP und
WAVE-Komplex im Säuger klar
separierbar sind: N-WASP spielt
zum Beispiel eine wichtige Rolle
bei Endozytose und
Vesikeltransport, während der
WAVE-Komplex essentiell für die
Arp2/3-Aktivierung in
Lamellipodien ist. Eine weitere
Gruppe von Arp2/3-Aktivatoren
umfasst die sogenannten Klasse
2 – Aktivatoren, so wie Cortactin
oder das in Blutzellen
exprimierte HS1. Eine kürzlich in
meiner Gruppe entwickelte
Maus-Mutante (Cortactinknockout) wird entscheidend
helfen, die Funktion dieser
Proteine aufzuklären. Wir
konnten bereits zeigen, dass das
in Lamellipodien stark
angereicherte Cortactin
überraschenderweise nicht
maßgeblich in die Arp2/3Aktivierung involviert ist, sondern
indirekt in
Signaltransduktionsprozesse
eingreift, welche die Migration
steuern.
Zudem haben wir in der
Vergangenheit mit Hilfe spezieller
photomanipulativer Methoden die
Polymerisation und
Depolymerisation lamellipodialer
Aktinfilamente präzise untersucht.
Aktuelle Projekte befassen sich
mit der relativen Rolle des Arp2/3Komplexes und von Forminen,
einer weiteren Gruppe von AktinNukleatoren, in Lamellipodien und
Filopodien, mit dem Wechselspiel
von Endozytose,
Signaltransduktion und
Aktindynamik, sowie mit
speziellen Fragen der PathogenWirtszellinteraktion.
Methoden
Klassische zell- und
molekularbiologische Methoden für
Interaktions- und
Lokalisationsstudien wie
Immunfluoreszenz, Immunpräzipitation, pull-downs;
Aktin-Dynamik
Herstellung immortalisierter
Zellinien; Analyse von Genfunktion
mittels Geninaktivierung oder
RNAi; Photomanipulative
Methoden wie FRAP oder
Photoaktivierung; spezielle
Fluoreszenztechiken wie TIRF
oder Konfokalmikroskopie;
Videomikroskopie und
Mikroinjektion.
Köstler, Dr. Jennifer Block, J.
Margit Oelkers, Gerd Landsberg
Publikationen
Hänisch, J., Ehinger, J.,
Ladwein, M., Rohde, M.,
Derivery, E., Bosse, T., Steffen,
A., Bumann, D., Misselwitz, B.,
Hardt, W.-D., Gautreau, A.,
Stradal, T.E.B., Rottner, K.
(2010). Molecular dissection of
Salmonella-induced membrane
ruffling versus invasion. Cell
Microbiol, 12(1), 84-98.
Lai, F.P.L., Szczodrak, M.,
Oelkers, J.M., Ladwein, M.,
Acconcia, F., Benesch, S.,
Auinger, S., Faix, J., Small, J.V.,
Polo, S., Stradal, T.E.B., Rottner,
K. (2009). Cortactin promotes
migration and platelet-derived
growth factor-induced actin
reorganization by signaling to
Rho-GTPases. Mol Biol Cell,
20(14), 3209-23.
Weiss, S.M., Ladwein, M.,
Schmidt, D., Ehinger, J.,
Lommel, S., Städing, K.,
Beutling, U., Disanza, A., Frank,
R., Jänsch, L., Scita, G.,
Gunzer, F., Rottner, K., Stradal,
T.E.B. (2009). IRSp53 links the
enterohemorrhagic E. coli
effectors Tir and EspFU for actin
Institut
für
Genetik
Kooperationen
Steffen Backert (Dublin), Roland
Baron (Boston), Cord Brakebusch
(Kopenhagen), Jan Faix
(Hannover), Matthias Geyer
(Dortmund), Dirk Heinz
(Braunschweig), Eugen Kerkhoff
(Regensburg), Daisuke Kitamura
(Tokyo), Martin Korte
(Braunschweig), John Leong
(Worcester), Leszek Kotula (New
York), J. Victor Small (Wien),
Giorgio Scita (Mailand), Theresia
Stradal (Münster), Dietmar
Vestweber (Münster)
Lehre
Beteiligung an WP09 Genetik
Bachelor sowie Molekulare
Biomedizin (LIMES) Mastermodul
Zytoskelett
Mitarbeiter
Dr. Anika Steffen, Dr. Stefan
pedestal formation. Cell Host &
Microbe, 5(3), 244-58.
Lai, F.P.L., Szczodrak, M., Block,
J., Faix, J., Breitsprecher, D.,
Mannherz, H.G., Stradal, T.E.B.,
Dunn, G.A., Small, J.V., Rottner, K.
(2008) Arp2/3-complex interactions
and actin network turnover in
lamellipodia. EMBO J, 27(7), 98292.
Anschrift
Aktin Dynamik und
Bewegungsprozesse
Römerstrasse 164
53117 Bonn
734258
734263
[email protected]
71
Institut
für
Genetik
Prof. Dr. Norbert Koch
Forschungsbereich
Unsere Arbeitsgruppe erforscht
die Struktur und Funktion von
MHC-kodierten Proteinen. Der
HLA Genkomplex (humaner MHC)
ist im menschlichen Genom der
DNA Bereich mit der größten
Vielfalt. Einige der HLA Gene
kommen in über 1000 Allelen vor.
Diese Gene kodieren für
Peptidrezeptoren, die dem
Immunsystem antigene Peptide
präsentieren und so die
Immunantwort gegen
Mikroorganismen ermöglichen.
72
Die HLA Peptidrezeptoren bilden
sich aus zwei Untereinheiten,
die zu einem großen Teil
polymorph sind. Wir gehen der
Frage nach, welche dieser
Untereinheiten in Antigenpräsentierenden Zellen eines
Individuums zu funktionsfähigen
Rezeptoren zusammen gebaut
werden. Aus der großen Anzahl
der Kombinationsmöglichkeiten
der HLA Peptidrezeptoren bildet
nur ein kleiner Anteil der
Untereinheiten Rezeptoren, die
Peptide binden und präsentieren
können. Wir versuchen den
molekularen Mechanismus
aufzuklären, wie polymorphe
HLA Untereinheiten zueinander
finden, und wie zueinander
passende HLA Ketten in der
Zelle selektioniert werden.
Außerdem untersuchen wir
weitere HLA Gene, die durch ein
Netzwerk von Interaktionen mit
anderen zum Teil noch nicht
identifizierten Proteinen die
Expression von HLA
Peptidrezeptoren regulieren.
Hybridomatechnologie,
Monozytendifferenzierung,
Zellkultur, ELISA, Transfektion von
Primär- und von Tumorzellen:
Amaxa-Elektroporation,
Liposomentransfektion,
Durchflusszytometrie,
Zellseparation durch MACS,
Exosomenpräparation,
Immunpräzipitation,
Immunfluoreszenz, Konvokale
Laserscanning Mikroskopie;
Biochemie: Western Blot, SDS
PAGE, Saccharosegradientenultrazentrifugation,
Zweidimensionale
Gelelektrophorese (NEPHGE),
Molekularbiologie: Expression von
eukaryontischen Genen als
Fusionsprotein in Bakterienzellen,
PCR und real time PCR, PCR
Mutagenese, Fusions PCR,
Herunterregulation der
Genexpression durch siRNA und
miRNA, Koloniehybridisierung,
cDNA Klonierung,
Promoteranalysen durch
Reportergene.
Methoden
Dr. Alexander McLellan, Otago
University, Neuseeland; Prof.
Lothar Rink RWTH Aachen; Prof
Molekulare und zelluläre
Immunology:
Kooperationen
Immunbiologie
Gieselmann und Dr. Franken,
Bonn; Prof. Martin Zenke, RWTH
Aachen; Prof. Bieber, Bonn. Dr.
Neumann, Vollerwiek; Prof. J.
Trowsdale (Cambridge, England),
Prof. Paul Gleeson (Melbourne,
Australien), Prof. Bruno Kyewski,
(Heidelberg), Prof. Peter van
Endert (Paris), Dr. Frank
Momburg (Heidelberg), Prof.
Klaus Lingelbach (Marburg), Dr.
Gerd Moldenhauer (Heidelberg)
Publikationen
Neumann, J., and Koch, N.
2006. A novel domain on HLADR? chain regulates the
chaperon role of invariant chain.
J. Cell Sci. 119: 4207
Koch, N., McLellan, A.D. and
Neumann, J. 2007. A revised
model for invariant chainmediated assembly of Major
Histocompatibility Complex
class II Assembly and Isotype
Pairing. TiBS 32: 532
Saunderson, S.C. Schuberth,
P.C., Dunn, A.C. Miller, L.,
Hock, B.D., MacKay, P.A.,
Koch, N., Jack, R.W. and
McLellan, A.D. 2008. Induction
of exosome release in primary B
cells stimulated via CD40 and
the IL-4 receptor. J. Immunol.
180: 8146
Haylett, R.S., Koch, N., and
Rink, L. 2009. MHC class II
molecules activate NFAT and
the ERK group of MAPK
through distinct signalling
pathways in B cells. Eur. J.
Immunol. 39:1947
Temme S., A.-M. Eis-Hübinger,
A.D. McLellan, and N. Koch.
The Herpes Simplex Virus-1
Institut
für
Genetik
Lehre
Modul Immunologie: WS Bachelor
Biologie, SS Bachelor Molekulare
Biomedizin.
Wahlpflichtmodul Immunologie:
Bachelor Biologie und Molekulare
Biomedizin (jedes Semester).
Wahlmodul: Bachelor Biologie.
Master LIMES: Wahlmodul
Immunbiologie; Ringvorlesung und
Methodenkurs; Master
Mikrobiology: Wahlmodul
Immunbiologie und Ringvorlesung.
Mitarbeiter
Dr. Nadine Kämper, Dr. Sebastian
Temme, Angelika König
Doktoranden und Diplomanden:
Daniel Schaefer, Alexandra
Herzog, Axel Stein, Fabian
Gondorf.
encoded Glycoprotein B Diverts
HLA-DR Into the Exosome
Pathway. J. Immunol. In Press.
Anschrift
Abteilung Immunbiologie
Römerstr. 164
53117 Bonn
734343
[email protected]
73
Institut
für
Genetik
Prof. Dr. Klaus Willecke
Forschungsbereich
Unsere laufenden
Forschungsprojekte zielen
einerseits auf die Aufklärung der
biologischen Funktionen von
Connexinproteinen, andererseits
wollen wir die biologische
Funktion von Sphingolipiden
entschlüsseln. Um diese beiden
Ziele zu erreichen, erzeugen und
charakterisieren wir gezielte
Mausmutanten, die bestimmte
Defekte in Connexingenen
aufweisen bzw. in denen
Schlüsselenzyme der
74
Sphingolipidbiosynthese
ausgeschaltet sind.
Connexinproteine können sich
zu (geschlossenen) Halbkanälen
zusammen lagern, die in den
Plasmamembranen
benachbarter Zellen
aneinanderdocken können und
interzelluläre Gap Junction
Kanäle ausbilden. Die Connexin
Genfamilie besteht aus 20
Mitgliedern im Mausgenom und
21 Mitgliedern im
Menschgenom. Wir haben in
den vergangenen Jahren die
kodierenden Regionen von 14
Maus Connexingenen deletiert
und die dadurch veranlassten
phänotypischen Veränderungen
in transgenen Mäusen
charakterisiert. Die
Connexine26, -43 und -45 sind
z.B. essentiell für die
Embryonalentwicklung. Wir
haben in der letzten Jahren
Connexinkanäle in der
Epidermis, in
Skelettmuskelzellen während
der Regeneration, im Herzen, im
Gehirn und in der Retina sowie
in Uterus Glattmuskelzellen
anhand entsprechender
transgener Mäuse mit mutierten
Connexingenen studiert. Dabei
haben wir sowohl ConnexinDeletions (knock-out) Mäuse als
auch „knock-in“ Mäuse erzeugt, in
denen die kodierende DNA eines
Connexin Gens durch die eines
anderen oder durch Reportergene
(LacZ, EGFP, CFP) ersetzt
worden war.
In den letzten Jahren haben wir
mehrere humane Connexin
Punktmutationen, die bestimmte
Erbkrankheiten verursachen, in
entsprechende Maus
Connexingene eingebaut, um dem
Mechanismus der Krankheiten auf
die Spur zu kommen.
Bei unserem Forschungsprojekt
zur Funktion der Sphingolipide
haben wir erste Erfolge erzielt.
Mäuse mit einem Defekt in dem
Enzym Ceramidsynthase2, das
den Einbau langkettiger
Fettsäurereste in
Dihydrosphingosin katalysiert,
weisen sehr auffällige Anomalien
auf, z.B. Lebertumoren,
Myelindefekte und Änderungen im
Nierenparenchym. Diese
Ergebnisse belegen wichtige
biologische Funktionen dieses
Enzyms.
Gap Junction Kanäle
Methoden
Homologe Rekombination nach
Genübertragung in embryonale
Stamm (ES)-Zellen der Maus,
Injektion von ES Zellen der Maus,
Injektion von ES Zellen und
Transfer von Blastocysten in
scheinschwangere Mäuse,
histochemische und
molekulargenetische Analysen
von Transgenen in Kulturzellen
und Mausgeweben, Mikroinjektion
in Kulturzellen oder Dickschnitte
aus Mausgeweben, LangzeitElektrocardiografie von Mäusen,
Calcium Bildgebung an
Kulturzellen,
Laserkonfokalmikroskopie,
genomische (Microarray)
Analysen. Immuno-Analytik.
Deuchars (Leeds), V. Christoffels
(Amsterdam), J. Holthuis
(Utrecht), F. Mammamo
(Padua), K. Steel (Cambridge,
UK), F. Bukauskas (New York),
J. Saez (Santiago de Chile).
Institut
für
Genetik
Kooperationen
Universität Bonn: M. Theis, C.
Steinhäuser, J. Schrickel, R.
Bauer, B. Fleischmann, K.
Sandhoff, D. Hartmann, M.
Eckhardt, V. Gieselmann;
außerhalb: R. Weiler, U. JanssenBienhold (Oldenburg), C. de Wit
(Lübeck), E. Winterhager (Essen),
A. Kurtz (Regensburg), R.
Dermietzel (Bochum), M. Simon
(Göttingen), R. Sandhoff
(Heidelberg); auswärtig: J.
Lehre
Beteiligung an den Seminaren:
Neue Kapitel der
Molekulargenetik und
Wachstumskontrolle und
Tumorbildung, sowie an dem
Fortgeschrittenen Praktikum in
Molekulargenetik.
Publikationen
Van der Giessen, R.S.,
Koekkoek, K., van Dorp, S., de
Gruijl, J.R., Cupido, A.,
Khosrovani, S., Dortland, B.,
Wellershaus, K., Degen, J.,
Deuchars, J., Fuchs, E.C.,
Monyer, H., Willecke, K., de
Jeu, M.T.G., and de Zeeuw, C.I.
2008. Role of olivary electrical
coupling in cerebellar motor
learning. Neuron 2008, 58: 599612.
Dobrowolski, R., Hertig, G.,
Lechner, H., Wörsdörfer, P.,
Wulf, V., Dicke, N., Eckert, D.,
Bauer, R., Schorle, H., and
Willecke, K. 2009. Loss of
connexin43-mediated gap
junctional coupling in the
mesenchyme of limb buds leads
to altered expression of
morphogens in mice. Hum. Mol.
Gen 18: 2899-2911.
Anschrift
LIMES Institut
Universität Bonn
Carl-Troll-Straße
53117 Bonn
7362743
[email protected]
75
Institut
für
Mikrobiologie
und
Biotechnologie
Institut für Mikrobiologie
und Biotechnologie
76
und Biotechnologie
Das Institut für Mikrobiologie &
Biotechnologie ist eine
fakultätsübergreifende
Einrichtung, die mikrobiologische
Arbeitsgruppen der Medizinischen
(Prof. Sahl), der Landwirtschaftlichen (Prof. Lipski) und der
Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät (Prof.
Galinski, Prof. Deppenmeier, apl.
Prof. Dahl) unter einem Dach
zusammenführt. Die der
Fachgruppe Biologie
zugeordneten Abteilungen
„Mikrobenphysiologie“ und
„Angewandte Mikrobiologie“ sind
sowohl im Bereich der Grundlagenforschung als auch in der
industrienahen angewandten
Forschung tätig. Auf
physiologischer Ebene werden
Schwefel-, Stickstoff- und
Kohlenstoff-Stoffwechsel,
Mechanismen der Energiekonservierung sowie mikrobielle
Stressantwortmechanismen mit
molekularen Methoden
untersucht. Biotechnologische
Aspekte der Forschung betreffen
die mikrobielle Umwandlung bzw.
Veredlung von Braun- und
Steinkohlen, die Optimierung von
stereoselektiven Biotransformationsverfahren und die Suche
nach neuen biologisch aktiven
Naturstoffen. Unter dem Aspekt
mikrobieller Biodiversität werden
Pilze, methanbildende Archaeen,
Essigsäurebakterien, photosynthetisch aktive
Purpurbakterien und
biotechnologisch bedeutsame
„extremophile“ Organismengruppen untersucht. Projekte im
Bereich der Bioverfahrenstechnik
erforschen die Entwicklung neuer
Kultivierungs- und Transformations-verfahren, u.a. im
Zusammenhang mit der
Gestaltung von Plattformtechnologien für die
stereoselektive Stoffumwandlung
(weiße Biotechnologie) und die
Expression rekombinanter,
therapeutisch wichtiger
Biomoleküle. Ein weiterer Fokus,
der im Grenzgebiet zwischen
Biochemie und Biophysikalischer Chemie anzusiedeln
ist, liegt auf der Untersuchung
der molekularen Mechanismen,
die für die Stabilisierung von
Biomolekülen und ganzen Zellen
Verwendung finden können..
Seminare vertreten. Die
praktische Ausbildung umfaßt das
obligatorische Pflichtmodul
„Mikrobiologie“ sowie drei
Wahlpflichtmodule im Bachelor
Biologie, mehrere Blockübungen
im Studiengang Diplom Biologie
sowie Pflicht- und
Wahlpflichtpraktika für
Studierende der
Masterstudiengänge „Molecular
Biotechnology“ und „Plant
Sciences“.
Institut
für
Mikrobiologie
und
Biotechnologie
Das Institut ist in das Centrum für
Molekulare Biotechnolgie der
Universität (CEMBIO)
eingebunden und an der
Durchführung des Internationalen
Master-Studienganges „Molecular
Biotechnology“ beteiligt. Regional
bestehen vielfältige Verflechtungen
mit der ABCD-Forschungsregion
(Aachen, Bonn, Cologne,
Düsseldorf-Jülich). Auf
internationaler Ebene werden
Kooperationen mit europäischen
Universitäten und
Forschungseinrichtungen sowie in
Übersee (USA, Australien und
Neuseeland) durchgeführt.
In der Lehre wird das gesamte
Spektrum der Mikrobiologie
durch Vorlesungen, Übungen und Homepage: www.ifmb.uni-bonn.de
77
Institut
für
Mikrobiologie
und
Biotechnologie
Prof. Dr. Erwin Galinski
als Stabilisatoren für
Biomoleküle. Die
Fermentationstechniker der
Arbeitsgruppe haben ein völlig
neuartiges Produktionsverfahren
entwickelt, das sogenannte
Bakterienmelken, bei dem durch
periodische Wechselschocks
Stressschutzstoffe „abgemolken“
werden, ohne dass sich die
eingesetzte Biomasse
verbraucht. Das
molekularbiologische Team
konnte zeigen, dass durch die
Übertragung der Fähigkeit zur
und Biotechnologie
Schutzstoffsynthese in sensitive
Organismen ein erhöhtes Maß
an Stresstoleranz erzielt wird.
Daraus eröffnet sich die
Forschungsbereich
Im Zentrum der Forschung stehen Möglichkeit durch „Genetic.
Engineering“ Salz- und
sogenannte extremophile
Trockentoleranz auf andere
Mikroorganismen, die an (aus
Lebewesen und möglicherweise
menschlicher Sicht) extreme
Lebensräume angepasst sind, wie auch auf Kulturpflanzen zu
übertragen. Ein weiteres
z.B. kalte, salzhaltige, trockene
Forschungsprojekt hat zum Ziel,
Standorte. Mikroorganismen, die
mit Hilfe extremophiler
eine Strategie der Anpassung
durch Schutzstoffe verfolgen, sind Mikroorganismen rekombinante
therapeutisch wichtige
biotechnologisch interessant, da
die von ihnen gebildeten Naturstoffe Biomoleküle zu produzieren.
(kompatible Solute) auch technisch
Verwendung finden können, z.B.
78
Methoden
- Hochzelldichtefermentation von
marinen und extremophilen
Mikroorganismen (Batch-, FedBatch- und Dialyseverfahren)
- HPLC-Analytik für Kationen,
Anionen, Zucker, Polyole,
Aminosäuren, zwitterionische
kompatible Solute
- Standardtechniken der
Molekularbiologie
- FT-NIR-Spektroskopie zur
Untersuchung der
Wechselwirkung von
Schutzstoffen mit Wasser
- DS-Kalorimetrie für
thermodynamische
Untersuchungen der SolutWechselwirkung
- Fluoreszenzspektroskopie zur
Analyse von
Konformationsänderungen von
Proteinen in Lösung
Kooperationen
Cooperative Research Centre for
the Antarctic and Southern Ocean
Environment in Hobart, Australien;
Australian Food safety Centre of
Excellence, Tasmanian Institute
of Agricultural Research,
University of Tasmania, Hobart,
Australien;
Mikrobenphysiologie
Canterbury Health Laboratories,
Biochemistry Division in
Christchurch, Neuseeland
Lehre
and Desulfonatronospira delicata
sp. nov. - a novel lineage of
Deltaproteobacteria from
hypersaline soda lakes.
Microbiology 154: 1444-1453
Bestvater T, Louis P, Galinski EA
(2008) Heterologous ectoine
production in Escherichia coli :
By-passing the metabolic bottleneck. Saline Systems 4: 12
(http://www.salinesystems.org/
content/4/1/12)
Sorokin DY, Tourova TP, Galinski
EA, Muyzer G, Kuenen JG
(2008) Thiohalorhabdus
denitrificans gen. nov., sp. nov.,
an extremely halophilic, sulfuroxidizing, deep-lineage
gammaproteobacterium from
hypersaline habitats. Int J Syst
Evol Microbiol 58: 2890-2897
Dötsch A, Severin J, Alt W,
Galinski EA, Kreft JU (2008) A
mathematical model for growth
and osmoregulation in halophilic
bacteria. Microbiology 154:
2956-2969
Institut
für
Mikrobiologie
und
Biotechnologie
Pflichtmodule: „Mikrobiologie“
(Bachelor), „Microbial Expression
Systems“ (Master Molecular
Biotechnology“
Wahlpflichtmodule: „Wachstum
und Physiologie der Bakterien“
(Bachelor), „Extremophiles“
(Master Molecular Biotechnology)
Seminare: „Mikrobiologisches
Seminar“, „Mikrobielle
Biotechnologie“
Blockübungen: „Biotechnologie“,
„Physiologie und Biophysik der
extremophilen Bakterien“
Mitarbeiter
Dr. Matthias Kurz, Dipl. Biol.
Elisabeth Witt, Dipl. Biol. Anne
Korsten, Dipl. Biol. Andrea
Meffert, Dipl. Biol. Britta Seip,
Birgit Amendt, Marlene Stein
Publikationen
Sorokin DY, Tourova TP, Henstra
AM, Stams AJM, Galinski EA,
Muyzer G (2008) Sulfidogenesis
under extremely haloalkaline
conditions by Desulfonatronospira
thiodismutans gen. nov., sp. nov.,
Anschrift
und Biotechnologie
Mikrobenphysiologie
53115 Bonn
737716
737576
[email protected]
79
Institut
für
Mikrobiologie
und
Biotechnologie
Prof. Dr. Uwe Deppenmeier
und Biotechnologie
Forschungsbereich
Zentrales Forschungsthema der
Arbeitsgruppe ist der
Mechanismus der
Energiekonservierung in
ausgewählten Prokaryoten und
dessen Auswirkung auf
biotechnologische Verfahren. Die
Untersuchungen umfassen zwei
Teilbereiche:
1) Analyse des
Energiestoffwechsels in dem
methanogenen Archaeon
Methanosarcina mazei und
80
Verwandten. Die Methanproduzierenden Organismen sind
von entscheidender Bedeutung
für die Aufrechterhaltung des
globalen Kohlenstoff-Kreislaufs
und tragen zur globalen
Erwärmung durch die Produktion
der Treibhausgase Methan und
Kohlendioxid bei. In der
Biotechnologie sind diese
Organismen essentiell für die
Herstellung von Biogas. Wir
interessieren uns speziell für die
Vorgänge des
membrangebundenen
Elektronentransports und die
Mechanismen zur
Energiegewinnung beim
Wachstum auf Essigsäure.
Diese Verbindung ist das HauptEndprodukt der Fermentation
z.B. in Biogasanlagen. Die
Umsetzung von Essigsäure zu
CH4 und CO2 ist der limitierende
Schritt bei der Produktion von
Biogas. Die Untersuchungen
sollen langfristig zur Optimierung
der Biogasproduktion beitragen.
2) Analyse von neuartigen
Oxidoreduktasen aus
Essigsäurebakterien. Die
Untersuchungsobjekte sind
Gluconobacter oxydans und
Verwandte. Diese Organismen
werden bereits großtechnisch
z.B. für die Synthese von Vitamin
C, Antidiabetika und
Geschmacksstoffen eingesetzt.
Im Mittelpunkt der Forschung
stehen Enyzme, die
stereoselektiv mit hoher Effizienz
Synthesebausteine für die
chemische Synthese und
Nahrungsergänzungsstoffe
produzieren. Diese Enyzme
stehen in Kontakt mit der
Atmungskette dieser
Organismen, so dass die
Untersuchungen zur Optimierung
der Biotransformationsverfahren
auch die Atmungsketten-Enzyme
einschließt. Die Forschungsprojekte umfassen auch
Fragestellungen der funktionellen
Genomanalyse, die als Grundlage
zur Prozessoptimierung dient.
Methoden
Fermentation von aeroben und
anaeroben Mikroorganismen;
HPLC-Analytik; Proteinreinigung;
Standardtechniken der
Molekularbiologie; UV-vis
Angewandte Mikrobiologie
Spektroskopie, DiodenarraySpektroskopie; Zell- und
Enzympräparationen unter
anaeroben Bedingungen im
Anaerobenzelt
Publikationen
Deppenmeier, U.* and
Ehrenreich, A.* (2009)
Physiology of acetic acid
bacteria in light of the genome
sequence of Gluconobacter
oxydans. J. Mol. Microbiol.
Biotechnol. 16: 69-80.
Krätzer, C., Carini, P., Hovey, R.
and Deppenmeier, U.* (2009)
Transcriptional profiling of
methyltransferase genes during
growth of Methanosarcina mazei
on trimethylamine. J. Bacteriol.
(in press)
Schweiger, P. and Deppenmeier,
U.* (2009) Aldehyde reduction by
Gluconobacter oxydans 621H.
Appl. Microbiol Biotechnol. (in
press)
Schweiger, P., Gross, H.,
Wesener, S. and Deppenmeier,
U.* (2008) Vinyl ketone
reduction by three distinct
Gluconobacter oxydans 621H
enzymes. Appl. Microbiol.
Biotechnol. 80: 995-1006.
Deppenmeier, U., Müller, V.
(2008) Life close to the
thermodynamic limit: How
methanogenic archaea conserve
energy. Results Probl. Cell Differ.
45:123-52.
Institut
für
Mikrobiologie
und
Biotechnologie
Kooperationen
Institut für Biotechnologie 1 und 2
, Forschungszentrum Jülich;
Institut für Bioverfahrenstechnik,
RWTH Aachen; Lehrstuhl für
Mikrobiologie, TU München,
Institut für Mikrobiologie und
Genetik, Universität Göttingen;
Department of Biological
Chemistry, University of Michigan
Lehre
Vorlesungen: „Allgemeine
Mikrobiologie“ (WS), „Molekulare
Mikrobiologie (SS)
Blockkurse: „Angewandte
Mikrobiologie“, „Molekulare
Mikrobiologie“
Seminare: „Energiestoffwechsel in
Prokaryonten“; „Redoxreaktionen
in Prokaryonten“
Mitarbeiter
Dr. Paul Schweiger (Postdoc),
Elisabeth Schwab (Technische
Assistentin), Christian Krätzer
(Doktorand), Cornelia Welte
(Doktorandin), Verena Kallink
(Doktorandin)
Anschrift
Institut für Mikrobiologie und
Biotechnologie
Angewandte Mikrobiologie
53115 Bonn
735590
737576
[email protected]
81
Institut
für
Mikrobiologie
und
Biotechnologie
Prof. Dr. Christiane Dahl
und Biotechnologie
Forschungsbereich
Forschungsschwerpunkt sind
Schwefelbakterien, eine große
und sehr heterogene Gruppe von
Mikroorganismen, die eine
Vielzahl von Standorten darunter
heiße Schwefelquellen oder auch
submarine Hydrothermalsysteme
besiedeln. Schwefelbakterien
verwenden Verbindungen wie den
toxischen Schwefelwasserstoff
oder elementaren Schwefel als
Substrate zum Wachstum.
Besonders interessieren uns die
82
phototrophen Schwefelbakterien,
die Photosynthese mit
Schwefelwasserstoff (H2S) statt
wie die Pflanzen mit Wasser
(H2O) als Elektronendonator
betreiben. Dabei wird nicht wie
von Pflanzen Sauerstoff
freigesetzt, diese Art der
Photosynthese ist anoxygen.
Eine sehr auffällige und attraktive
Eigenschaft der von uns
untersuchten Bakterien ist ihre
Fähigkeit als Zwischenprodukt
des oxidativen
Schwefelstoffwechsels größere
Mengen Schwefel in Form von
Kugeln innerhalb der Zelle
abzulagern (siehe Abb.). Ziel
unserer Arbeiten ist die
Aufklärung der Wege der
Schwefeloxidation insbesondere
bei phototrophen
Schwefelbakterien. Wir wollen
alle Enzyme, Strukturproteine
und
Elektronentransportkomponenten
sowie die entsprechenden Gene
identifizieren und
charakterisieren, die an der
Umsetzung von
Schwefelverbindungen beteiligt
sind. Wir konzentrieren uns
unter anderem auf die Bildung,
die chemische Struktur und den
Abbau des in Kugelform
gespeicherten Schwefels. An
diesen Prozessen ist eine
Vielzahl von hochkomplexen
Metalloproteinen beteiligt, die wir
sowohl strukturell als auch
hinsichtlich ihrer Aktivität
detailliert untersuchen. Als
Beispielorganismus dient
Allochromatium vinosum, da wir
für diesen Organismus sowohl
eine komplette Genomsequenz
als auch Methoden zu
manipulativen Genetik
bereitstellen konnten. Dies erlaubt
uns die gezielte Herstellung von
Mutanten und deren
phänotypsiche Charakterisierung.
Unsere Arbeiten werden durch
Transkriptom- und
Proteomanalysen ergänzt.
Methoden
RT-PCR, PCR,
Reportergenfusionen,
Klonierungen; Fermentieren
phototropher und anderer
Bakterien; Reinigung von Proteine
(auch unter
Sauerstoffausschluss),
Extrahieren und Quantifizieren
photosynthetisch aktiver
Pigmente (Bacteriochlorophylle
Wege der Schwefeloxidation
und Carotinoide) analytische
HPLC- und FPLC-Verfahren;
Röntgenabsorptionsspektroskopie
(XANES); NMR Spektroskopie zur
Strukturaufklärung von Proteinen
in Lösung, Kristallisation von
Proteinen; MALDI-TOF und ESIMS
Proteinen (Cytochrome),
Enyznologie der
schwefeloxidation, bacterielles
Wachstum, Bestimmung von
Bacillus-Arten, Seminare z.B.
„Phototrophe Prokaryonten“ oder
„Einschlüsse in Prokaryonten“
Kooperationen
Technische Assistenz: Renate
Zigann, Simone Waclawek;
Doktoranden: Frauke Grimm,
Jeanette Latus, Yvonne
Stockdreher, Thomas
Weissgerber; Diplomanden:
Kevin Denkmann, Anne Nicolai
Institut
für
Mikrobiologie
und
Biotechnologie
Dr. John Cort, Pacific Northwest
National Laboratory, Richland,
WA, USA;
Prof. Dr. A. Prange, Hochschule
Niederrhein, Mönchengladbach
und Prof. Dr. J. Hormes,
University of Saskatchewan,
Kanada;
Prof. Dr. Dong Hae Shin, EWHA
Women University, Seoul, Korea;
Prof. Dr. Ines A.C. Pereira, ITQB,
Oeiras, Portugal;
Prof. Dr. Niels-Ulrik Frigaard,
Universität Kopenhagen,
Dänemark;
Prof. Dr. Hans Georg Sahl,
Universität Bonn.
Lehre
Blockkurs Bakterienphysiologie/
Phototrophic Prokaryotes:
Regulation der Photosynthese bei
anoxygenen phototrophen
Bakterien, Reinigung von
Mitarbeiter
Publikationen
Grein, F., Pereira, I.A.C. & Dahl,
C. (2010) The Allochromatium
vinsosum DsrMKJOP
transmembrane complex:
biochemical characterization of
individual components aids
understanding of complex
function in vivo. J. Bacteriol. im
Druck.
Grein, F., Venceslau, S. S.,
Schneider, L., Hildebrandt, P.,
Todorovic, S., Pereira, I.A.C. &
Dahl, C. (2010) DsrJ, an
essential part of the DsrMKJOP
transmembrane complex in the
purple sulfur bacterium
Allochromatium vinosum, is an
unusual triheme cytochrome c.
Biochemistry 49, 8290-8299.
Grimm, F., Cort, J. R. & Dahl, C.
(2010) DsrR, a novel IscA-like
protein lacking iron and Fe-Sbinding function involved in the
regulation of sulfur oxidation in
Allochromatium vinosum. J.
Bacteriol. 192, 1652-1661.
Anschrift
Institut für Mikrobiologie &
Biotechnologie
53115 Bonn
732119
737576
[email protected]
83
Institut
für
Mikrobiologie
und
Biotechnologie
PD Dr. Renè M. Fakoussa
und Biotechnologie
Forschungsbereich
Die Arbeitsgruppe befasst sich mit
der Umsetzung von Braun- und
Steinkohlen durch Mikroorganismen und Enzymen zum Zwecke
der Veredelung („Green coal“).Da
die Vorräte an Kohlen weltweit
noch für mehrere Jahrhunderte
reichen und die Verknappung an
Rohöl vorhersehbar war, sind
dringend neue Verfahren einer
Kohleveredelung sowohl aus
umweltpolitischen als auch aus
ökonomischen Gründen
84
erforderlich. Als Alternative zu
rein chemisch-thermischen
Verfahren soll dies durch mikrobielle Verflüssigung, Entaschung,
Hydrophobierung oder Vergasung
der Kohlen erreicht werden.
Entgegen früherer Auffassung
konnte gezeigt werden, dass
beide Kohlearten mikrobiell
angegriffen werden: Beim Angriff
auf Steinkohle tauchen
vorzugsweise bakterielle Tensidbildner auf, bei der vollständigen
Verflüssigung von Braunkohle
sind meist lignolytische Pilze
beteiligt, die die heimische
Braunkohle mit einem Arsenal an
Angriffsmechanismen umsetzen
(Peroxidasen, Laccasen,
Chelatoren, Bioalkalien, Esterasen). Die verflüssigte Kohle soll
anschließend enzymatisch
hydrophobiert werden, um sie
ölähnlicher werden zu lassen.
Dazu werden Enzyme für
Methylierung, Decarboxylierung
und Dehydratisierung
eingesetzt.
Methoden
Themenbedingt kommen
vorzugsweise enzymologischbiochemische bzw. physiologische und chemisch-analytische
Methoden zum Einsatz, außerdem Screening nach neuen
biotechnologisch interessanten
Stämmen und Fermentereinsatz.
Die AG verfügt daher über eigene
HPLC-, FPLC-Einrichtungen, IRSpektrometer, Gas-Chromatographen, Airlift-Fermenter etc.
Kooperationen
Prof. F. Laborda, Madrid; Prof. P.
Rose, Südafrika; Prof. M. Hofrichter, Zittau; Prof. M.W. Haenel,
MPI für Kohlenforschung; Dr. H.
Engelhardt, MPI für Biochemie;
Energie-Unternehmen & Bergwerke; Dr. U. Hölker, Bioreact,
Troisdorf
Lehre
Seminar Umweltmikrobiologie
bzw. Biologie humanrelevanter
Mikroorganismen;
Mikrobiologie-Anteil an „Biologie
für Mediziner“;
Seminar für Diplomanden und
Doktoranden: „Mikrobielle
Abbaumechanismen persistenter
Substanzen“
Kohle-Biotechnologie
Mitarbeiter
Die Arbeitsgruppe finanziert sich
fast ausschließlich aus Drittmitteln. Daher schwankt die
Gruppengröße zwischen 2 und 8
Mitarbeitern.
Fakoussa, R.M.(2002)Enzymatic
decarboxylation of
polycarboxylated benzoic acids:
Isolation of bacterial strains and
characterization of
partially purified enzymes for the
increasing of the
hydrophobicity of coal derived
humic acids.17th meeting of
VAAM, Abstract Band, PD 023
Fakoussa, R.M.; Frost,
P.J.;(1999) In vivo-decolourization
of coal-derived humic acids by
laccase-excreting fungus
Trametes versicolor. Appl
Microbiol Biotechnol 52:60-65
Willmann, G.; Fakoussa, R.M.,
(1997a) Extracellular
oxidative enzymes of coalattacking fungi, Fuel Proc
Technol 52:27-41
Willmann, G.; Fakoussa, R.M.;
(1997b)Biological bleaching
of watersoluble coal
macromolecules by a
basidiomycete
strain. Appl Microbiol Biotechnol
47:95-101
Institut
für
Mikrobiologie
und
Biotechnologie
Publikationen
Fakoussa, R.M.; Hofrichter,M.;
(1999)Biotechnology and
microbiology of coal degradation.
Appl Microbiol
Biotechnol 52: 25-40
Hofrichter, M.; Fakoussa,
R.M.;(2001) Microbial
Degradation and Modification of
coal. In: Bioplymers, Vol
1, Steinbüchel, A.(Editor);WileyVCH-Verlag, Weinheim;pp
393-430
Fakoussa,
R.M.;(1992)Mikroorganismen
erschliessen
Kohle-Ressourcen. Bioengineering
4:21-28
Fakoussa, R.M.; Lammerich,
H.P.; Götz, G.K.E.(1999)
Behandlung von Braunkohlebestandteilen zum Zwecke der
Veredelung, Deutsche Patentanmeldung; 24.9.99,
Nr.19945975.4
Rudat, J.; Lammerich, HP.;
Anschrift
und Biotechnologie
AG „Kohle-Biotechnologie“
53115 Bonn
737716
737576
[email protected]
85
Institut
für
Mikrobiologie
und
Biotechnologie
Dr. Matthias Kurz
und Biotechologie
Forschungsbereich
Die Wechselwirkungen
niedermolekularer Substanzen mit
Nukleinsäuren und deren Rolle in
der Stressantwort stehen im
Mittelpunkt unserer interdisziplinären Forschungsaktivitäten.
Kompatible Solute sind
niedermolekulare organische
Schutzstoffe aus unterschiedlichen Substanzklassen (Zucker,
Polyole, Aminosäuren und deren
Derivate, ...). Sie werden von
86
Mikroorganismen zur Erhöhung
ihrer Toleranz gegen
verschiedenste Arten von
Umweltstress synthetisiert oder
akkumuliert. Neben dem Schutz
ganzer Zellen vor Austrocknung
oder hohen Salzgehalten in der
Umgebung (osmotischer Stress)
aber auch vor Hitze und
Kälteeinwirkungen wird eine
Stabilisierung von Biomolekülen
durch kompatible Solute
beobachtet. Dabei haben diese
nach bisheriger Einschätzung
auch in hohen Konzentrationen
keinen Einfluss auf den
Metabolismus, sie sind
kompatibel mit ihm.
Während Wechselwirkungen
kompatibler Solute mit Proteinen
mittlerweile recht gut erforscht
sind und verschiedene Modelle
zu molekularen Mechanismen
der Stabilisierung aufgestellt
wurden, sind Wechselwirkungen
mit Nukleinsäuren oder
Biomolekül-Komplexen zwar
bekannt aber noch wenig
charakterisiert.
Uns interessieren im Rahmen
unserer Forschung zum einen
grundlegende physikalische
Daten wie zum Beispiel der
Einfluss kompatibler Solute und
anorganischer Ionen auf den
Schmelzpunkt von DNA oder die
Löslichkeit einzelner Bausteine
der Nukleinsäuren. Zum anderen
möchten wir die physiologische
Rolle von kompatiblen Soluten bei
der Regulation der Stressantwort
aufklären. Die Forschung der
letzten Jahre zeigt auf, das kleine
organische Moleküle bereist zu
einem sehr frühen Zeitpunkt,
nämlich auf DNA- und RNAEbene (Promotoren oder
Riboswitch-Elemente) an der
Regulation beteiligt sein können.
Letztendlich bildet eine
Verknüpfung der Daten aus
beiden Richtungen die Basis zum
Verständnis der molekularen
Grundlagen der
Wechselwirkungen.
Kompatible Solute
Methoden
Mikrobenphysiologie, Molekularbiologie, Nukleinsäurebiochemie,
Spektroskopie (UV/Vis-, IR),
Kalorimetrie, HPLC-Analytik,
NMR (In Kooperation mit der
Universität Siegen)
Institut
für
Mikrobiologie
und
Biotechnologie
Kooperationen
Dr.T. Paululat, Uni Siegen (NMR)
Lehre
Blockkurs „Molekulare
Mikrobiologie“
Seminar „Mikrobielle Anpassung“
Seminar „Plasmide ...“
Mitarbeiter
Birgit Amendt (Technische
Assistentin)
Publikationen
Kurz M, Brünig A, Galinski EA
(eingereicht) NhaD type sodium/
proton-antiporter of Halomonas
elongata: an example for
adaptation to marine habitats.
Saline Systems
Steinhoff HJ, Pfeiffer M, Rink T,
Burlon O, Kurz M, Riesle J,
HeubergerE, Gerwert K,
Oesterhelt D (1999) Azide
reduces the hydrophobic barrier of
the bacteriorhodopsin proton
channel. Biophys J, Vol.76,
pp.2702-2710
Anschrift
und Biotechologie
Mikrobenphysiologie
53115 Bonn
733799
737576
[email protected]
www.uni-bonn.de/~mkurz
87
Zoologisches
Forschungsmuseum
Alexander
Koenig
Zoologisches Forschungsmuseum Alexander Koenig
88
Zoologisches Forschungsmuseum Alexander Koenig
Zoologisches
Forschungsmuseum
Alexander
Koenig
Das Zoologische
Forschungsmuseum Alexander
Koenig (ZFMK) ist ein LeibnizInstitut für terrestrische
Biodiversitätsforschung. Es ist
kein Institut der Universität Bonn,
arbeitet aber sehr eng mit der
Fachgruppe Biologie zusammen.
Der Direktor ist gleichzeitig
Inhaber des Lehrstuhls für
Spezielle Zoologie. Als
Forschungsmuseum hat es eine
große Wissenschaftlergruppe (18
fest angestellt, über 40 mit
Zeitverträgen), deren Aufgabe die
taxon-basierte Biodiversitätsforschung ist. Zugleich beherbergt
das ZFMK große Sammlungen für
die Wissenschaft und
Ausstellungen für die
Öffentlichkeit. Als Leibniz-Insitut
gehört das ZFMK einem
Exzellenznetzwerk außeruniversitärer Forschungseinrichtungen an. Es ist das einzige
Institut dieser Art im Westen
Deutschlands und daher nächster
Anlaufpunkt für viele
Wissenschaftler und für Publikum
aus Niedersachsen, NordrheinWestfalen und Rheinland-Pfalz.
Auf Grund seines spezifischen
Profils ist es Informationszentrum und Forschungspartner
für Biologen weltweit.
Kernaufgabe des Instituts ist die
Inventarisierung der Tiere auf den
Kontinenten, mit einem
Schwerpunkt in den Tropen, die
Erforschung von Lebensweisen,
von Evolutionsprozessen, und
der Phylogenie. Die
Sammlungen dienen als
„Bibliotheken der Artenvielfalt“,
als Dokumente des historischen
Zustandes von Ökosystemen
(z.B. Vögel aus Regenwälder,
die nicht mehr existieren), als
Referenzsammlung, in der man
nachsehen kann, wie Tiere einer
bestimmten Art aussehen. Am
ZFMK sind die folgenden
Fachrichtungen vertreten:
Taxonomie, Systematik,
Phylogenetik, Biogeographie,
vergleichende Morphologie,
Ökologie, Molekulargenetik.
Schwerpunkte in der Tierwelt sind
Arthropoden (Spinnen,
Myriapoden, Insekten, Krebse)
und Wirbeltiere, wobei es Projekte
auf allen Kontinenten gibt.
Gelegentlich wird auch marin
geforscht (Biodiversität in der
Tiefsee und in der Antarktis).
In der Lehre werden die
Studierenden an die
organismische Zoologie
herangeführt. Dazu gehören
Kenntnisse der Formenvielfalt, die
im Grundstudium vermittelt
werden, und speziellere
Kenntnisse für Fortgeschrittene
über moderne Methoden in
Freiland und Labor und für die
Datenanalyse, sowie über
ausgewählte Tiergruppen, die oft
im Feld in Verbindung mit
Exkursionen (auch ins Ausland)
vermittelt werden. Viele
Studienprojekte münden in
Diplom- bzw. Masterarbeiten und
in Dissertationsthemen.
www.museumkoenig.uni-bonn.de
89
Zoologisches
Forschungsmuseum
Alexander
Koenig
Prof. Dr. J. Wolfgang Wägele
Zoologisches
Forschungsmuseum
Alexander Koenig (ZFMK)
Forschungsbereich
Erfassung der Artenvielfalt und
Evolution der Tiere, zur Zeit mit
den Schwerpunkten Krebse der
Antarktis und der Tiefsee und
Insekten tropischer Wälder. Die
Artenvielfalt unseres Planeten ist
bisher nur zu geringen Teilen
bekannt, besonders in wenig
zugänglichen Lebensräumen. Wir
erforschen geografische
Unterschiede in der Verbreitung
90
der Tiere und deren historische
und ökologischen Ursachen,
aber auch die Lebensweisen der
Tiere. Neu entdeckte Tiere
werden mit modernsten
Techniken beschrieben und
gemäß ihrer Verwandtschaft
klassifiziert. Ein neuer
Schwerpunkt ist
Technologieentwicklung zur
Automatisierung der Erfassung
von Biodiversität. Expeditionen
gehören zu den regelmäßigen
Aktivitäten der Wissenschaftler
am ZFMK.
Phylogenetische Forschung
umfasst die Rekonstruktion der
Stammesgeschichte und der
Entstehung von Arten auf der
Grundlage von Vergleichen der
Struktur der Organe und der
genetischen Ähnlichkeit. Für
molekularphylogenetische
Analysen werden ausgewählte
Gene sequenziert und mit
Techniken der Bioinformatik
ausgewertet. Parallel wird die
Evolution der Funktion von
Organen untersucht. Ein
international herausragender
Schwerpunkt ist die Entwicklung
von Algorithmen zur Analyse von
Sequenzinformation.
Methoden
Beobachtung und Fang von Tieren
in tropischen Landschaften
(Afrika, Südamerika) und von
Forschungsschiffen aus
(Südpolarmeer, Atlantik) oder mit
Tauchtechniken. Anatomische
Analysen mittels Histologie und
Elektronenmikroskopie, Methoden
der Taxonomie, phylogenetische
und evolutionsbiologische
Sequenzanalysen (DNA, ESTs)
unter Einsatz automatisierter
Verfahren, phylogenetische
Rekonstruktion mit diversen, zum
Teil im Institut entwickelten
mathematischen Methoden,
Entwicklung von
automatisierbaren Technologien
zur Biodiversitätserfassung. Ein
neues Feld ist die Analyse der
Evolution auf Ebene von
Genomen.
Kooperationen
In Bonn vor allem innerhalb von
ZEBID mit allen an der
Biodiversitätsforschung beteiligten
Instituten. Europäisches
Netzwerk der Forschungsmuseen
und der Taxonomen, Netzwerk
von Phylogenetikern,
zusammengefasst im
Artenvielfalt und
Evolution der Tiere
Schwerpunktprogramm der DFG
„Deep Metazoan Phylogeny“,
Netzwerk von Tropenforschern,
zusammengefasst im Programm
BIOTA des BMBF. Netzwerk von
deutschsprachigen
Systematikern, organisiert in der
Gesellschaft für Biologische
Systematik. Forschungsprojekte
in Zusammenarbeit mit Instituten
in Kenia, Uganda, Sambia,
Kamerun, Indonesien, Vietnam,
Australien, Costa Rica, Ecuador,
Bolivien, Brasilien, u.a.
Publikationen
Wägele, J.W. (2005):
Foundations of Phylogenetic
Systematics. Verlag Dr. F. Pfeil,
365 Seiten.
Wägele, J.W., Mayer, C. (2007):
Visualizing differences in
phylogenetic information content
of alignments and distinction of
three classes of long-branch
effects. BMC Evol.. Biol. 7: 147
Wesener, T., Wägele, J.W.
(2008): The giant pill-millipedes
of Madagascar: revision of the
genus Zoosphaerium
(Myriapoda, Diplopoda,
Sphaerotheriida). Zoosystema
30: 5-85.
Raupach, M.J., Mayer, C.,
Malyutina, M., Wägele, J.W.
(2009): Multiple origins of deepsea Asellota (Crustacea:
Isopoda) from shallow waters
revealed by molecular data.
Proc. roc. R. Soc. B 276: 799808.
Zoologisches
Forschungsmuseum
Alexander
Koenig
Lehre
Vorlesungen, Seminare und
Praktika zu Bauplänen und
Evolution der Tiere, zu Methoden
der Phylogenetik und zur
Ökologie mariner Tiere,
Freilandarbeiten in terrestrischen
und marinen Habitaten.
Mitarbeiter
14 Wissenschaftler des ZFMK
sowie zahlreiche Diplomanden
und Doktoranden (siehe http://
www.museumkoenig.uni-bonn.de/
mit/dnavmit.htm)
Anschrift
Zoologisches
Forschungsmuseum
Alexander Koenig
Adenauerallee 160
53113 Bonn
9122 200
[email protected]
91
Zoologisches
Forschungsmuseum
Alexander
Koenig
Prof. Dr. Heike Wägele
Zoologisches
Forschungsmuseum
Forschungsbereich
Wir beschäftigen uns mit einer
Tiergruppe, von der die meisten
nur die Assoziation von
„schleimig“ haben. Unser
Forschungsbereich beschäftigt
sich mit der Evolution von
Hinterkiemerschnecken
(Opisthobranchia). Wer die
Gruppe kennt, kann den Vergleich
mit Schmetterlingen nachvollziehen (siehe Abbildung). Diese
92
Schnecken sind durch
zahlreiche Phänomene
gekennzeichnet, die teilweise
einmalig im Tierreich sind und
die zu einer erhöhten
Speziationsrate geführt haben
könnten (sog. Schlüsselmerkmale). Dazu gehören die
Einlagerung von z.B.
Zooxanthellen, aber auch die
Einlagerung von Organellen aus
der Nahrung, wie Cnidocysten
und Chloroplasten.
Opisthobranchia sind häufig sehr
giftig, wobei sie die Toxine meist
nicht selber herstellen, sondern
auch aus der Nahrung
aufnehmen, chemisch verändern
und dann einlagern. Unserer
Projekte beschäftigen sich zur
Zeit schwerpunktmäßig mit der
Evolution dieser Schlüsselmerkmale. Um die evolutiven
Prozesse zu verstehen und die
potentielle Bedeutung der
Schlüsselmerkmale zu erkennen
sind phylogenetische Analysen
in unserer Forschung ein
wichtiger Baustein. Somit sind
die Projekte immer eng mit
phylogenetischen Analysen zu
den jeweiligen Gruppen
verknüpft.
Wir untersuchen zur Zeit
schwerpunktmäßig:
1. Phylogenie der Aeolidoidea, die
Einlagerung von Cnidocysten aus
der Nahrung (Weichkorallen) und
deren Einsatz für die Verteidigung
innerhalb der Aeolidier.
2. Einlagerung von Toxinen aus
der Nahrung, um selber giftig zu
werden, Lokalisation als auch
Ontogenese – wann und wo
erwirbt die Schnecke ihre
Giftigkeit.
3. „solar-powered seaslugs“: Hier
handelt es sich um 2 Gruppen von
Schnecken. Einige Gattungen der
Aeolidoidea sind in der Lage
Zooxanthellen aus Weichkorallen
aufzunehmen, langfristig im
Körper (Mitteldarmdrüse) zu
hältern und deren
photosynthetisch produzierten
Stoffe aufzunahmen. Eine weitere
Gruppe, die Sacoglossa, nimmt
nur die Chloroplasten aus
Grünalgen auf, speichert sie in
der Mitteldarmdrüse und betreibt
über unterschiedliche Zeiträume
hinweg aktiv Photosynthese. Wir
untersuchen die Evolution und
funktionelle Aspekte dieser
Einlagerung.
Systematik und Evolutionsbiologie
bei Opistobranchia
Methoden
Phylogenetische Analysen mit
Hilfe molekulargenetischer, als
auch morphologisch/
histologischer Datensätze.
Langzeitstudien zur
Photosyntheseaktivität an
Freilandtieren, als auch im Labor.
Deskriptive histologische und
ultrastrukturelle Untersuchungen
von Organen, die im
Zusammenhang mit der
Einlagerung von
Fremdorganismen, Organellen,
oder chemischen Stoffen stehen.
Ontogenetische Studien an
gehälterten Tieren,
verhaltensbiologische Studien im
Freiland, als auch im Labor.
Dr. Annette Klussmann-Kolb,
(Universität Frankfurt)
Lehre
Vorlesung, Seminare und
Exkursionen zum Thema
Meeresbiologie
Zoologisches
Forschungsmuseum
Alexander
Koeing
Kooperationen
Dr. Gilianne Brodie (University of
the South Pacific, Fiji Islands)
Dr. Conxita Avila (CEAB, Blanes,
Spanien)
Dr. Patrick Krug (Department of
Biological Sciences, California
State University, Los Angeles,
USA)
Prof. Dr. Gabriele König
(Pharmazeutische Biologie, Bonn)
Dr. Michael Schrödl, (Zoologische
Staatssammlung München)
Mitarbeiter
Dr. Annika Putz
(Postdoktorandin), Katharina
Händeler, Kristina Stemmer und
Valerie Schmitt
(Doktorandinnen), Anne Boers,
Gregor Christa, Maik Scherholz,
Jan Schmieder und Dorothee
Schillo (Diplomanden)
Publikationen
Burghardt, I. Evertsen J.,
Johnsen, G. & Wägele, H. 2005.
Mutualistic symbiosis of aeolid
Nudibranchia (Mollusca,
Gastropoda, Opisthobranchia)
with zooxanthellae of the genus
Symbiodinium. Symbiosis, 38:
227-250
Wägele, H., Ballesteros, M. &
Avila, C. 2006. Defensive
glandular structures in
opisthobranch molluscs – from
histology to ecology.
Oceanography and Marine
Biology: An Annual Review
Wägele, H., Klussmann-Kolb,
A., Vonnemann, V. and Medina,
M. 2008. Heterobranchia I: the
Opisthobranchia. In Phylogeny
and Evolution of the Mollusca.
Edited by W. F. Ponder and D. R.
Lindberg. Berkeley: University of
California Press. Pp 383-406.
Affeld S, Kehraus S, Wägele H,
König G. 2009. Dietary derived
sesquiterpenes from
Phyllodesmium lizardensis
Burghardt, Schrödl & Wägele
(Opisthobranchia, Nudibranchia,
Aeolidoidea). J. Nat. Prod. 72:
298-300.
Anschrift
Zoologisches
Forschungsmuseum
Alexander Koenig
Adenauerallee 160
53113 Bonn
9122 241
[email protected]
93
Zoologisches
Forschungsmuseum
Alexander
Koenig
Prof. Dr. Karl-L. Schuchmann
Zoologisches
Forschungsmuseum
Forschungsbereich
Biogeographie neotropischer
Vogeltaxa: Die rezenten
Verbreitungsmuster neotropischer
Vogeltaxa werden in vielen Fällen
als Ergebnis allopatrischer
Speziation interpretiert.
Parapatrische und sympatrische
Differenzierungen hatten
vermutlich keine oder nur geringe
Auswirkungen. Die
Untersuchungen in meiner
Arbeitsgruppe basieren auf
94
Balgmaterial aus wissenschaftlichen Sammlungen. Diese
Datenträger werden entsprechend ihrer Fundortangaben
exakt kartiert und aufgrund der
Morphologie nach phylogenetischen Gesichtspunkten
(Apomorphien) analysiert. So
können kontinuierliche bzw.
diskontinuierliche geographische
Merkmalsausprägungen sowie
genaue Arealgrenzen festgestellt
werden. Verbreitungsmuster und
morphologische Informationen
der Taxa in Verbindung mit
orographischen, klimatischen
und vegetationskundlichen
Informationen sind
Voraussetzungen für die Analyse
von Endemismus- und
Radiationszentren. Weiterhin
kann mit Hilfe verschiedener
biogeographischer
Untersuchungsmethoden (z.B.
Pool-Analyse) die
Rekonstruktion von
Ausbreitungsrichtungen
einschließlich von sekundären
Radiationen (Diskongruenz/
Kongruenz) von Arealen (Allo-,
Para-, Sympatrie) festgestellt
werden.
Tropenökologie: Interaktionen
zwischen neotropischen
Vogelblumen und Blumenvögeln.
In meiner Arbeitsgruppe wird der
Einfluss von Blumenvögeln
(Kolibris) auf Anthesezeiten und
morphologische Strukturen bei
Angiospermen untersucht. Neben
den stoffwechselenergetischen
Voraussetzungen seitens der
Bestäuber analysieren wir mit
multivariaten statistischen
Methoden so verschiedene
pflanzliche Variablen wie florale
Fortpflanzungssysteme,
Blütenanzahl, Grad der
Iteroparität, pflanzliche
Wuchsform, Anzahl der Samenanlagen pro Fruchtknoten, Anzahl
der produzierten Pollenkörner.
Methoden
Klassische Methoden der Biogeographie verbunden mit modernen
Computerprogrammen (z.B.
ArcView), multivariate statistische
Analysen, Reflexionsspektrophotometrie zur
quatititativen Beurteilung von
Gefiederfarben (Vogelbälge).
Tropenökologie: Standardmethoden der Blütenökologie,
Refraktometrie, HPLC.
Biogeographie und
Tropenökologie
Kooperationen
Academy of Sciences, Philadelphia (Dr. Joseph), Smithsonian
Institution, Washington (Dr.
Rappole), Universität Federal do
Minas Gerais, Brasilien (Prof.
Vasconcelos), Univeristät Rio
Claro, Brasilien (Prof. Willis, Dr.
Oniki), Dr. Olaf Jahn, Ecuador, Dr.
Alberto Yanowski, Paraguay.
genus Eriocnemis (Aves:
Trochilidae). J. Ornithol. 142:
433-481
Schuchmann, K.-L., Weller, A.A. & Wulfmeyer, E. (2003)
Biogeography and taxonomy of
Lafresnaya (Trochilidae), with a
new subspecies from Colombia.
Orn. Neotrop. 14: 157-171
Rappole, J. H. & Schuchmann,
K.-L. (2003) The ecology and
evolution of hummingbird
movements: A review. Avian
Migration, pp. 39-52, Springer,
Heidelberg.
Weller A.-A. & Schuchmann, K.L. (2004) Biogeographic and
taxonomic revision of the
trainbearers Lesbia (Trochilidae),
with the description of two new
subspecies. Orn. Anz. 43: 115136
Zoologisches
Forschungsmuseum
Alexander
Koenig
Lehre
Beteiligung (ab 2005) am Grundstudium (Biodiversität II). Im
Hauptstudium werden regelmäßig
Seminare zur Ornithologie und
Tropenökologie, ein Blockpraktikum (Methoden der
Biodiversitätserfassung) sowie
verschiedene Spezial-Vorlesungen
angeboten.
Mitarbeiter
Dr. Andre Weller, Dr. Angela
Schmitz-Ornés, Doktoranden:
Georg Pohland, Peter Mullen.
Publikationen
Schuchmann, K.-L. (1999) Family
Trochilidae (Humminbirds).
Handbook of the Birds of the
World, Vol. 5, Pp. 468-680
Schuchmann, K.-L., Weller, A.-A.
& Heinen, I. (2001) Systematics
and biogeography of the Andean
Anschrift
Zoologisches
Forschungsmuseum
Alexander Koenig
Ornithologie
AG Biologie und Phylogenie
tropischer Vögel
Adenauerallee 160
53113 Bonn
91 22 238
[email protected]
95
96
97

Biologie in Bonn 2010 - Fachgruppe Biologie

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