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Marburg Bakterien-Fabriken auf der Spur
Marburg Bakterien-Fabriken auf der Spur
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09:49 21.09.2020
Diese Bakterien erforscht Professor Helge Bode: Das Bild zeigt eine Kultur von „Xenorhabdus szentirmaii" auf einem Nährmedium. Die rote Farbe wird durch einen Naturstoff (ein Phenazin) hervorgerufen. Quelle: Helge Bode/Max-Planck-Institut
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Marburg

Bakterien als Fabriken im Miniaturformat werden von der Mikrobiologie als immer bedeutsamer angesehen: Die Bildung von Naturstoffen durch Mikroorganismen ist das Spezialgebiet von Professor Helge Bode. Der 47-Jährige ist seit Anfang Juli am Marburger Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie neu als einer von vier Direktoren und baut dort eine völlig neue Abteilung auf.

Schon während des Studiums von Biologie und Chemie an der Universität Göttingen in den 90er-Jahren entdeckte der gebürtige Eschweger seine Faszination für die nutzbringende Produktion von Naturstoffen durch Mikroorganismen. „Zum Beispiel werden viele Antibiotika durch Mikroorganismen hergestellt“, erinnert Bode im Gespräch mit der OP beispielsweise an das berühmteste Beispiel dafür: Das von Alexander Fleming entdeckte Penicillin, das von Schimmelpilzen produziert wird.

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Wie entlockt man Bakterien und Pilzen Wertvolles? Bereits bei seinen Diplomarbeiten und in seiner Doktorarbeit in Chemie beschäftigten den Forscher die Grundlagen des Phänomens. So begab er sich beispielsweise auf die Spur der Frage, wie man Bakterien oder Pilze dazu bekommt, mehr der wertvollen und nutzbringenden Substanzen zu produzieren und wie die dahinterliegenden Mechanismen funktionieren. Auch heute geht es ihm darum, genau die auf chemischer Ebene stattfindenden Kommunikationswege der Bakterien zu verstehen und eventuell sogar mithilfe der detaillierten Aufklärung der Biosynthesewege neuartige Naturstoffe zu kreieren, die dann wiederum angesichts zunehmender Antibiotikaresistenzen zur dringend notwendigen Entwicklung neuer Medikamente beitragen könnten.

Professor Helge Bode. Foto: Manfred Hitzeroth

„Wir versuchen, Biologie mit den Methoden der Chemie zu verstehen“, beschreibt Bode seine grundsätzliche wissenschaftliche Herangehensweise an das Forschungsfeld, das er gewählt hat. Mittlerweile konzentriert er sich wissenschaftlich vor allem auf Bakterien. Im Fokus stehen bei ihm und seiner Arbeitsgruppe zwei Bakterien im Stäbchenformat der Gattung Photorhabdus und Xenorhabdus. Sie leben vor allem im Darm von im Boden angesiedelten Fadenwürmern der Gattungen Heterorhabditis und Steinernema, die bis zu 0,2 Millimeter groß werden können. Interessant für die Wissenschaft werden diese Fadenwürmer dadurch, dass sie mithilfe der Bakterien Insektenlarven infizieren, indem sie durch Körperöffnungen eindringen und diese dann töten. Die Fadenwürmer injizieren die Bakterien in die Larven. Die Bakterien töten die Larven, die zur Nahrungsquelle für die Fadenwürmer werden. Wie das Prinzip funktioniert, versucht Bode seinen Studierenden in den Anfangssemestern häufig durch den Vergleich mit einem bekannten Hollywood-Darsteller und seiner bekanntesten Rolle zu erklären. Die Rede ist von Arnold Schwarzenegger, dem Terminator. „Arnie“ sei das Bakterium, das über ein breites Waffenarsenal verfüge. Das „Taxi“, das ihn an seinen Einsatzort bringe, seien die Fadenwürmer. Damit diese spezielle Symbiose auch funktioniert, dürfe die Larve allerdings nicht von Vögeln oder anderen Tieren gefressen werden. Dafür arbeiten die Bakterien mit allen Tricks: Sie produzieren beispielsweise eine Substanz, die dafür sorgt, dass die Larven abschreckend schmecken und so die Symbiose schützt. In dem dreigeteilten Modellsystem, das sich im Labor in unterschiedlichen Teilkombinationen und Lebensstadien untersuchen lässt, nehmen die Bakterien eine zentrale Rolle ein.

„Weil die Bakterien nie wissen, in welche Umgebung sie ihr Wirtsnematode transportieren wird und sich ihr Lebensraum unerwartet ändern kann, haben sie ein besonders großes chemisches Arsenal auf Lager“, erklärt Bode. Besonders interessiert Bode eine bisher noch nicht ausreichend erforschte Gruppe von Biosynthese-Enzymen, die „Nichtribosomalen Peptidsynthetasen“ (NRPS), mithilfe derer die Bakterien wie in einem Lego-Baukasten Aminosäuren und andere Bausteine zu komplexen Naturstoffen verarbeiten können.

Marburg ist die Wiege der NRPS-Forschung

Der neue MPI-Abteilungsleiter freut sich unter anderem deswegen auf die Arbeit am Standort Marburg, weil an der Uni Marburg um die ehemalige Gruppe des Biochemikers Professor Mohamed Marahiel eine Wiege der NRPS-Forschung bestanden habe. Zudem sieht Helge Bode auch gute Kooperations-Möglichkeiten mit dem Zentrum für Synthetische Mikrobiologie (Synmikro). Und Professor Victor Sourjik, geschäftsführender Direktor des Marburger MPI und einer von vier Abteilungsleitern, fügt an: „Die neue Abteilung ergänzt auf ideale Weise die hier bereits vorhandenen Expertisen in bakterieller Zellbiologie, Systembiologie und synthetischer Biologie

Seine wissenschaftliche Uni-Karriere hatte Bode 2004 mit einer Juniorprofessur an der Universität des Saarlandes gestartet, bevor er 2008 an die Universität Frankfurt wechselte. Als MPI-Abteilungsleiter in Marburg will er sich sowohl der Grundlagenforschung als auch der Umsetzung der Ergebnisse in die industrielle Praxis widmen. Mit dem richtigen wissenschaftlichen Know-how könnten in der Zukunft beispielsweise Insektenschutzmittel produziert werden. Andere Bakterien wiederum produzieren giftige Substanzen, deren Verwertung beispielsweise für die Krebstherapie interessant werden könnte. „Uns steht theoretisch ein ganzer Cocktail von Naturstoffen mit unterschiedlichen Wirkungen zur Verfügung“, erläutert Bode.

Neue Abteilung am MPI

Im Mittelpunkt der von Professor Helge Bode geleiteten neuen MPI-Abteilung „Naturstoffe in Organismischen Interaktionen“ steht die Erforschung von Bildung, Regulation und Funktion mikrobieller Naturstoffe. Sie ist eine von vier Abteilungen am Marburger Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie. Zusätzlich gibt es noch die von den Direktoren Professor Victor Sourjik (System- und Synthetische Mikrobiologie), Professorin Lotte Søgaard-Andersen (Ökophysiologie) und Professor Tobias Erb (Biochemie und synthetischer Metabolismus) geleiteten Abteilungen. Bodes Abteilung ersetzt die von der jetzt in den Ruhestand gegangenen Professorin Regine Kahmann (Organismische Interaktionen) geleitete Abteilung.

Seit dem 1. Juli ist Bode offiziell am MPI in Marburg angestellt, parallel läuft seine Professur an der Universität Frankfurt noch bis Ende dieses Jahres. Mittlerweile startet Bode aber schon den Aufbau der neuen Abteilung: 10 der 25 Mitarbeiter aus seiner Arbeitsgruppe in Frankfurt – vorwiegend Doktoranden – wechseln mit nach Marburg, und zehn neue Mitarbeiter werden noch eingestellt. Zudem wird es auch eine neue Erstausstattung an Geräten geben. Unter anderem werden in den Laboren unter Bodes Leitung Massenspektrometer verwendet. Das breite Methodenspektrum reicht auch über die Genomanalyse bis hin zur Synthetischen Mikrobiologie.

Von null auf hundert: Der Aufbau einer völlig neuen Abteilung, das geht nicht innerhalb einiger Wochen. „Man braucht viel Geld und viel Zeit“, weiß Bode. Er rechnet damit, dass der Aufbau seiner neuen Abteilung einige Jahre dauern wird und voraussichtlich eine zweistellige Millionensumme kosten wird. Dementsprechend plant der 47-Jährige seine Berufsperspektive am Marburger MPI langfristig: auf rund 20 Jahre. Der passionierte Trompetenspieler will mit seiner ebenfalls musikalischen Familie, mit seiner Frau und den beiden Söhnen, nach Marburg ziehen und sucht dort am liebsten ein Haus mit Garten. Und falls neben dem Job noch Zeit bleibt, könnte der Zwei-Meter-Mann auch seinen sportlichen Hobbys wie Mountainbike-Fahren, Badminton oder Volleyball nachgehen.

Von Manfred Hitzeroth

20.09.2020
20.09.2020