TU Dresden © Thorsten Mascher TU Dresden © Thorsten Mascher

Forschungs­schwerpunkte

Wir interessieren uns für die regulatorischen Interaktionen von Mikroorganismen mit ihrer Umwelt, sowie für ihre Adaptionsprozesse auf Umweltveränderungen. Dieser Informationsfluss zwischen einer Zelle und ihrer Umgebung wird als Signaltransduktion bezeichnet.

Die primären Fragen lauten hierbei: Was sind die molekularen Mechanismen neuartiger Signaltransduktionswege, vor allem in Zusammenhang mit der Ausbildung vn Antibiotikaresistanzen (Molekularbiologie)? Wie sind solche signaltransduzierenden Systeme in regulatorischen Netzwerken miteinander verschaltet und wie lässt sich deren Verhalten verstehen (Systembiologie)? Wie lassen sich solche Systeme neu verschalten, um z.B. neuartige Expressionsprogramme in Bakterien zu kontrollieren (Synthetische Biologie)? Aus diesen drei Kernfragestellungen heraus entwickeln wir genetische Werkzeuge (z.B. Expressionssysteme und zellbasierte Biosensoren) für die biotechnologische Anwendung.

Details Forschungsschwerpunkte

Detaillierte Einblicke in unsere Forschungsgebiete (in englischer Sprache)

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Zusammenfassung unserer Forschungsinteres­sen

Wir interessieren uns für die regulatorischen Interaktionen von Gram-positiven Bakterien mit ihrer Umwelt, sowie für ihre Adaptionsprozesse auf Umweltveränderungen. Dieser Informationsfluss zwischen einer Zelle und ihrer Umgebung wird als Signaltransduktion bezeichnet. Als hauptsächliche Modellorganismen unserer Forschung dienen hierbei Bacillus subtilis (Firmicutes = Gram-positive mit niedrigem G+C Gehalt) sowie Streptomyces venezuelae (Actinobacteria = Gram-positive mit hohem G+C Gehalt). Des Weiteren bearbeiten wir auch noch biotechnologische Fragestellungen mit der nicht-konventionellen Hefe Yarrowia lipolytica.

Ein Kerngebiet unserer Forschung besteht in der Identifizierung und Charakterisierung neuartiger Signaltransduktionsmechanismen (Zweikomponentensysteme oder sog. ECF-Sigmafaktoren), wobei vor allem die Frage, WIE Bakterien ihre Umweltreize wahrnehmen im Mittelpunkt steht. Desweiteren interessieren wir uns für die molekularen Grundlagen regulatorischer Spezifität an Schnittstellen der Reizweiterleitung. Ein dritter Fokus befasst sich mit der Einbettung solcher Systeme in komplexe Signaltransduktionskaskaden und Regulationsnetzwerke. Um ein umfassendes (systembiologisches) Verständnis zu erlangen kombinieren wir Methoden der vergleichenden Genomik mit klassischen molekulargenetischen und biochemischen Ansätzen. Desweiteren finden auch Einzelzellanalysen und mathematische Modellierungen Anwendung. Mittels solcher Forschungsansätze haben wir eine Reihe ungewöhnlicher Zweikomponentensysteme charakterisiert, die an der Vermittlung von Antibiotikaresistenzen beteiligt sind. Desweiteren konnten wir zeigen, dass es sich bei ECF-Sigmafaktoren um einen fundamentalen und hochgradig diversen Mechanismus bakterieller Signaltransduktion handelt, wobei zahllose neuartige ECF-abhängige Regulationswege identifiziert werden konnten.

Letztlich wird unsere Arbeit es uns erlauben, regulatorische Systeme gezielt zu verändern und neu in Zellen zu verschalten. Solche modifizierten regulatorischen Schalter sollen dazu verwendet werden komplexe Expressionsprogramme, z.B. bei der Antibiotikaproduktion, in zellbasierten Biofabriken zu steuern. Weitere Inhalte unserer Forschung auf dem Gebiet der Synthetischen Biologie sind die Entwicklung standardisierter genetischer Werkzeuge für Bacillus subtilis, sowie die Evaluierung ihrer Endosporen als enzymatisch funktionalisierte biologische Partikel.

 

Aktuelle Übersichtsartikel:

Radeck J., Fritz G., and Mascher T. (2016) The cell envelope stress response of Bacillus subtilis: from static signaling devices to dynamic regulatory network. Curr. Genet. (Epub ahead of print)

Pinto D. and Mascher T. (2016) (Actino)Bacterial "intelligence": using comparative genomics to unravel the information processing capacities of microbes. Curr. Genet. (Epub ahead of print)

Wolf D. and Mascher T. (2016) The applied side of antimicrobial peptide-inducible promoters from Firmicutes bacteria: expression systems and whole-cell biosensors. Appl. Microbiol. Biotechnol. 100: 4817-29

Mascher T. (2014) Bacterial (intramembrane-sensing) histidine kinases: signal transfer rather than stimulus perception. Trends Microbiol. 22: 559-565

Mascher T. (2013) Signaling diversity and evolution of extracytoplasmic function (ECF) σ factors. Curr. Opin. Microbiol. 16:148-155

Wecke T. and Mascher T. (2011). Antibiotic research in the age of omics - from expression profiles to interspecies communication. J. Antimicrob. Chemother. 66:2689-704

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