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21.03.2018, 15:30 Uhr

Klasse für Naturwissenschaften und Medizin, 590. Sitzung

Prof.'in Dr. Christiane Dahl, Bonn: Vortrag 1 -- Bakterieller Schwefelstoffwechsel – Eine Reise vom Gartenteich über sibirische Sodaseen in den menschlichen Darm; Dr. Julia Kowalski, Aachen: Vortrag 2 -- Das Blood Falls Projekt – Von der Entwicklung innovativer Explorationsrobotik zur Erforschung subglazialer Ökosysteme

 

Vortrag 1: Bakterieller Schwefelstoffwechsel – Eine Reise vom Gartenteich über sibirische Sodaseen in den menschlichen Darm

Prof.'in Dr. Christiane Dahl, Bonn


Schwefel ist eines der wichtigsten und vor allem vielseitigsten Elemente in der Biologie. So spielt er nicht nur als Bestandteil von Aminosäuren wie Cystein oder Cofaktoren wie der Liponsäure eine immens wichtige Rolle in allen Lebewesen, sondern anorganische Schwefelverbindungen wie Sulfid, Thiosulfat oder Sulfat dienen auch einer sehr großen Gruppe von Prokaryonten als Grundlage ihres Energiestoffwechsels. Zusammen führen diese Organismen Massenumsetzungen durch, die die zentrale Grundlage für den biogeochemischen Kreislauf des Elements bilden. Dissimilatorisch sulfatreduzierende Prokaryonten atmen mit Sulfat statt Sauerstoff und setzen insbesondere im marinen Bereich große Mengen übelriechenden Schwefelwasserstoffs frei, der wiederum schwefeloxidierenden chemotrophen und phototrophen Schwefelbakterien als Lebensgrundlage dient. In diesen Organismen ist die Oxidation anorganischer Schwefelverbindungen unmittelbar mit Energiekonservierung via Photosynthese oder respiratorischer Prozesse verknüpft. Schwefeldominierte Standorte reichen vom Wattenmeer über sibirische Sodaseen und Hydrothermalquellen bis zum gewöhnlichen Gartenteich.

Weniger bekannt ist, dass anorganische Schwefelverbindungen auch für die mikrobielle Flora des menschlichen Darms eine wichtige Rolle spielen. So unterschiedlich die Standorte, so divers ist vor allem die Gruppe der schwefeloxidierenden Prokaryonten, die Vertreter aus beiden Domänen der Prokaryonten, den Bacteria und den Archaea enthält. Die extreme Bandbreite dieser Organismen schlägt sich auch darin nieder, dass es keinen einheitlichen Weg der Schwefeloxidation gibt. Wir versuchen die verschiedenen Wege anhand genetisch manipulierbarer Modellorganismen mit einer breiten Batterie molekulargenetischer und biochemischer Methoden detailliert aufzuklären. Einige unserer Ergebnisse werden im Rahmen des Vortrags präsentiert.

 

Prof.'in Dr. Christiane Dahl wurde 1963 in Bensberg geboren. Sie studierte von 1982 bis 1987 Biologie an der Universität Bonn und promovierte 1992 am dortigen Institut für Mikrobiologie & Biotechnologie über ein extrem hitzeliebendes, sulfatreduzierendes Archaebakterium. 1991 verbrachte sie einen Forschungsaufenthalt an der Duke University, Durham, NC, USA. Während der Sommer 1990/91 war sie „teaching assistant“ im „Microbial Diversity“ Kurs, Marine Biological Laboratories, Woods Hole, Ma, USA. Die Habilitation erfolgte 1999 über phototrophe Schwefelbakterien, seitdem ist sie in Bonn Arbeitsgruppenleiterin am Institut für Mikrobiologie & Biotechnologie, 2008–2015 als apl. Professorin. Hauptforschungsgebiet ist der bakterielle Schwefelstoffwechsel, wobei die biochemische, biophysikalische und strukturelle Charakterisierung der beteiligten Enzyme nicht nur aus umweltrelevanten, sondern auch aus humanpathogenen Organismen im Vordergrund steht. Durch Kombination mit systembiologichen Ansätzen (Genomik, Transkriptomik, Proteomik und Metabolomik) wird ein integriertes Verständnis des Schwefelstoffwechsels und seiner Bedeutung für die Energiekonservierung und den Baustoffwechsel angestrebt. Diese Arbeiten werden durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), den Verband der Chemischen Industrie, das Joint Genome Institute und den Deutschen Akademischen Austauschdienst (DAAD) gefördert. Christiane Dahl war Co-Organisatorin der ersten beiden internationalen Tagungen zum mikrobiellen Schwefelstoffwechsel (2006 und 2009), Mitherausgeberin von Büchern zum Thema und war/ist im Editorial Board mikrobiologischer Fachzeitschriften tätig (FEMS Microbiology Letters, Frontiers in Microbiology, Microbiology-SGM, ab 2018 als Senior Editor).

 

Vortrag 2: Das Blood Falls Projekt – Von der Entwicklung innovativer Explorationsrobotik zur Erforschung subglazialer Ökosysteme

Dr. Julia Kowalski, Aachen

Wasser ist Leben! Dass das Leben auf der Erde ursprünglich in den Ozeanen entstanden ist, gilt als unumstritten. Allerdings sind nicht alle marinen (oder ursprünglich marinen) Ökosysteme gleichermaßen leicht für die Erforschung zugänglich. Neben der Tiefsee gilt das insbesondere auch für die subglazialen Wasservorkommen in der Antarktis, welche erst seit Kurzem durch interdisziplinäre Bohrvorhaben erforscht werden.

In einer deutsch-amerikanischen Kollaboration unter Beteiligung der beiden Projekte EnEx (DLR) und MIDGE (NSF) wurde im Herbst des Jahres 2014 ein solches antarktisches Bohrprojekt an den sogenannten ‚Blood Falls‘ (McMurdo Dry Valleys, Antarktis) durchgeführt. Neben dem Ziel eines besseren Verständnisses der geophysikalischen Gegebenheiten und des dortigen subglazialen Ökosystems, lag ein weiteres Augenmerk des Projektes auf der vorgeschalteten Entwicklung ‚sauberer‘ Eisexplorationsrobotik.

Ich möchte in diesem Beitrag zunächst das Blood Falls Projekt und einige unserer Ergebnisse in interdisziplinärer Breite vorstellen. In einem zweiten Teil werde ich speziell auf die Umgebungsmodellierung als Bindeglied zwischen den technologischen und wissenschaftlichen Zielen eingehen. In einem Ausblick werde ich die Relevanz unserer Ergebnisse für zukünftige Eisexplorationsmissionen, beispielsweise zu den Eismonden unseres Sonnensystems, diskutieren.

 

Dr. Julia Kowalski, geboren 1979, arbeitet als Nachwuchsgruppenleiterin an der Aachener Graduiertenschule für computergestützte Natur- und Ingenieurwissenschaften. Sie ist assoziiertes Mitglied der Fakultät für Georessourcen und Materialtechnik der RWTH Aachen. Julia Kowalski studierte Mathematik an der Universität Augsburg. Danach beschäftigte sie sich am Schweizer Institut für Schnee- und Lawinenforschung (SLF) mit Simulationen von Naturgefahren. 2009 promovierte sie am Seminar für Angewandte Mathematik der ETH Zürich mit dem Thema: „Two-phase Modeling of Debris Flows“. Als Post-Doc arbeitete sie in der Schweiz (SLF, Davos), später in Deutschland (RWTH Aachen), und schloss 2011 ein berufsbegleitendes Masterstudium in Medizinischer Physik an der ETH Zürich ab. Nach einem Jahr als Analytikerin bei der Unternehmensberatung McKinsey & Company übernahm sie 2012 die Projektkoordination des Verbundvorhabens ‚Enceladus Explorer‘ der DLR Raumfahrtagentur. Seither ist sie an der RWTH Aachen beschäftigt. Julia Kowalski ist seit 2017 Mitglied des Jungen Kollegs der Nordrhein-Westfälischen Akademie der Wissenschaften und der Künste.