Mikrobielle Zellbiologie mithilfe von Fluoreszenzmikroskopie und biophysikalischen Methoden
Uns interessiert wie zelluläres Leben durch molekulare Prozesse entsteht und gesteuert wird. Als interdisziplinäre Gruppe mit einem Forschungsfokus auf der mikrobiellen Zellbiologie verwenden wir eine umfassende Palette von Methoden, darunter Molekularbiologie, Biochemie, Bioanalytik, Fluoreszenzmikroskopie, Biophysik und computergestützte Ansätze. Eine Besonderheit ist unser methodischer Schwerpunkt auf quantitativer Mikroskopie, insbesondere der Einzelmolekülmikroskopie, um die Zellbiologie verschiedenster Mikroorganismen aus allen Domänen des Lebens - Archaeen, Eukaryoten sowie Prokaryoten - zu untersuchen. Dadurch können wir die Wechselwirkungen und Funktionen einzelner molekularer Akteure innerhalb der zellulären Umgebung visualisieren und messen. Die direkte Beobachtung des komplexen molekularen Lebens ermöglicht uns wichtige Einblicke und ein grundlegendes Verständnis der Zellbiologie und Physiologie der Mikroorganismen zu erhalten.
Molekulare Prozesse in Mikroorganismen
Wir wollen verstehen, wie die räumliche Organisation und Dynamik einzelner molekularer Akteure in ihrer zellulären Umgebung ihre Funktion bestimmt und zelluläres Leben reguliert. Insbesondere interessieren uns transiente Interaktionen zwischen den Molekülen sowie die dynamisch regulierte Struktur der molekularen Komplexe, die als essenzielle Maschinen jedem zellulären Leben zugrundeliegen.
Wir arbeiten mit einer Vielzahl an Mikroorganismen, darunter Modelorganismen wie das Darmbakterium Escherichia coli oder die eukaryotische Spalthefe Schizosaccharomyces pombe, aber auch Pathogene wie Yersinia enterocolitica oder Extremophile wie das Archaeum Haloferax volcanii.
Beispiele für unsere aktuellen Forschungsprojekte sind unter anderem
- die Architektur des Kinetochorkomplexes (Virant et al. 2023)
- die Funktion des Typ-3 Sekretionssystems (Wimmi et al. 2021, Wimmi, Balinovic et al. 2024)
- die Dynamik von CRISPR-Cas Systemen (Turkowyd et al. 2019, Turkowyd et al. 2020)
Eine vollständige Liste unserer Publikationen ist hier zu finden.
Hochauflösende Einzelmolekülmikroskopie
Für unsere Projekte entwickeln wir fortlaufend neue, oft maßgeschneiderte, Analysemethoden für die Anwendung der Einzelmolekülmikroskopie in der mikrobiellen Zellbiologie. Unser Fokus liegt auf der Optimierung und Automatisierung der Techniken für umfangreiche Datensätze sowie auf ihrer robusten und quantitativen Anwendbarkeit für verschiedenste Mikroorganismen.
Diese methodischen Arbeiten beinhalten beispielsweise die Entwicklung neuer Fluorophore (Turkowyd et al. 2017), robuster Driftkorrektur (Balinovic et al. 2019), Expansions- und Mehrfarbenansätze (Vojnovic et al. 2024, Vojnovic et al. 2019), Einzelmolekül-Tracking (Turkowyd et al. 2019, Martens et al. 2024) sowie den Einsatz von Mikrofluidiken oder neuartiger Bildsensoren.
Analyse und Softwareentwicklung
Eine Herausforderung in der (Einzelmolekül-)Mikroskopie sind die großen Datenmengen, die bei den Experimenten entstehen und im Anschluss effizient verarbeitet und sorgfältig ausgewertet werden müssen um robuste Ergebisse zu zu erhalten. Daher entwickeln wir neue Analysemethoden für unsere quantitativen Einzelmolekülstudien. Dies beinhaltet neben der Erstellung von kleineren Analysepaketen auch die Entwicklung von komplexeren Softwaremodulen wie zum Beispiel Tracking-, Lokalisierungs- und Simulationssoftware. Unsere open-source Analysetools und Software sind über unser Lab-Github verfügbar.
Publikationen
Hier finden Sie eine Liste unserer Publikationen.
Mitglieder
Hier finden Sie eine Liste der aktuellen Mitglieder der Arbeitsgruppe.