Biowissenschaften an der RWTH Aachen

Forschung und Lehre

Biowissenschaften an der RWTH Aachen

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Vorwort 2 Botanik und molekulare Genetik 3 Zoologie und Tierphysiologie 10 Pflanzenphysiologie 24 Angewandte Mikrobiologie 31 Umweltforschung 38 Biotechnologie 47 Molekulare Biotechnologie 55 Bioverfahrenstechnik 62 Fachstudienberatung 66 Studierendenmentor 67 Prüfungsausschuss 67 HSPII-Team 68 Fachschaft Biowissenschaften 69 JARA 70 ERASMUS 71 Adressenliste 72

Inhaltsverzeichnis

Stand Oktober 2012 © Dr. Katrin Bui-Göbbels, Dr. Tamara Dworeck, Dr. Martin Neumann HSPII-Team Worringer Weg 1, 52074 Aachen © Titelbild: Dr. Katrin Bui-Göbbels, Dipl. Biol. Marco Löhrer, Dr. Nicole Maaßen, Dr. Martin Neumann

Biologie und Biotechnologie spielen in einer biobasierten Wirtschaft eine Schlüs-selrolle für große gesellschaftliche Heraus-forderungen in der Gesundheitswirtschaft, Energieversorgung (Biobasierte Treibstof-fe), Chemie-, Nahrungsmittel-, Waschmit-tel-, Leder- und Papierindustrie. In den letzten drei Jahren hat sich die Aachener Biologie und Biotechnologie (ABBt) über sechs Berufungen neu aufge-stellt mit visiblen Forschungsschwerpunk-ten in der Sicherung von Biomasse, der mikrobiellen und molekularen Transforma-tion und im Bereich der Neurobiologie und Bionik. Im CHE-Ranking belegt die ABBt Spitzenplätze im Bereich der Ausbil-dung. Allein in der Forschung hat sich die Zahl der Publikationen im letzten Jahr ge-genüber 2008 um 60 % erhöht. Mit der Fertigstellung des Ersatzbaues in 2013 und

der Etablierung der neuberufenen Kolle-gen ist mit einem weiteren dynamischen Anwachsen der Forschungsleistung und der Drittmitteleinwerbung zu rechnen. Die vorliegende Broschüre soll eine Über-sicht über die vielfältigen Forschungs- und Lehraktivitäten der ABBt geben und deren interdisziplinäre Vernetzung mit Chemi-kern, Ingenieuren und Medizinern ver-deutlichen (z. B. im Exzellenzcluster Tailor-Made Fuels from Biomass (TMFB), SFB Mikrogele, Graduiertenkollege Selectivity in Chemo- and Biocatalysis (SeleCa) und Biocatalysis in non-conventional Media (BioNoCo)). Ich wünsche Ihnen viel Spaß beim Ken-nenlernen der Aachener Biologie und Bio-technologie.

Vorwort

Aachen, den 1. Oktober 2012 Prof. Dr. Ulrich Schwaneberg ABBt-Fachgruppensprecher

Überblick

Botanik und molekulare Genetik (Biologie I)

Schon Theophrástos beschäftigte sich im zweiten Jahrhundert vor Christus in sei-nem Werk „die Naturgeschichte der Ge-wächse“ mit pflanzlicher Anatomie, der Anzucht von Pflanzen aber auch der Cha-rakteristik von Hölzern. Heute beschäftigt sich die moderne Botanik an der RWTH mit Fragestellungen, wie Pflanzen wichtige Inhaltstoffe wie Lipide und Zellwände syn-thetisieren können, wie sie auf Pathogene flexibel reagieren oder aber mit den Orga-nismen des Bodens interagieren. Die Bota-nik erforscht diese Prozesse, um Pflanzen und pflanzliche Rohstoffe nachhaltig zu

erzeugen. Hierbei werden in der moder-nen Botanik, Methoden der Analytik, Bio-informatik, Genomforschung, Molekularbi-ologie, Systembiologie und Zellbiologie nicht nur angewendet, sondern auch wei-terentwickelt.

Lehrstuhl für Botanik und Molekulare Genetik

Die pflanzliche Zellwand ist eine wichtige Ressource. Wenn Sie diesen Text lesen, lesen Sie entweder auf Papier, dann haben Sie Zellwände in der Hand. Oder sie lesen am Bildschirm, dann stehen die Chancen nicht schlecht, dass ein Teil der Energie, um diesen zu betreiben, aus pflanzlichen Zellwänden gewonnen wurde.

An diesem einfachen Beispiel zeigt sich bereits die Vielseitigkeit der pflanzlichen Zellwand, man würde im obigen Beispiel von stofflicher und energetischer Nutzung sprechen. Die pflanzliche Zellwand ist da-bei überraschend vielfältig. Sie besteht aus verschiedenen Zuckerpolymeren, den Pek-tinen (werden auch zur Herstellung von

Lehrstuhl - Botanik und molekulare Genetik

Sekretariat

Worringerweg 1 52074 Aachen

Tel +49 (0)241 80 26633 Fax +49 (0)241 80 22637

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aachen.de www.bio1.rwth-aachen.de

Öffnungszeiten: 9:00-11:30 Uhr

Institutsleiter Prof. B. Usadel

Seite 5 Botanik und molekulare Genetik

Prof. Dr. B. Usadel Raum 42A 254 +49 (0)241 80 26634 [email protected]

So vielfältig kann Zellwandfor-schung sein: Die Darstellung zeigt eines der Softwarewerkzeuge, mit denen neue Gene der Pektinbio-synthese gesucht werden. Diese werden auch in dem Samen-schleim der Modellpflanze Ara-bidopsis untersucht, da sie sich sehr leicht wie in (C) als rote Schleier färben lassen. In (A) und (B) sind elektronenmikroskopische Aufnahmen der Samenhülle von wildtypen und mutanten Pflanzen gezeigt, bevor Pektine austreten. (R ist die radiale Zellwand, Cm sind vulkanartige Columellastruk-turen).

Marmelade verwendet), Zellulose (Rohstoff zur Papierherstellung) und He-mizellulosen. Außerdem enthält sie Ligni-ne und Proteine. Unsere Arbeitsgruppe beschäftigt sich damit, wie pflanzliche Zellwände syntheti-siert werden, wie diese aufgebaut sind und wie der Abbau, zum Beispiel für Bio-gas- oder Bioethanol-Produktion, opti-miert werden könnte. Hierbei liegt neben Aspekten der Grundlagenforschung, in der z. B. die Themen „Wie produziert die Pflanze überhaupt Zellwände?“ und „Wie unterschiedlich können Zellwände sein?“ untersucht werden, auch ein Hauptaugen-merk darauf, wie Reste der Nahrungsmit-telproduktion verwertet werden können. So kann Getreidestroh, welches nach dem Abernten des Korns anfällt, durchaus noch als Energieträger eingesetzt werden. Ein Ansatzpunkt ist die Fragestellung wie Kohlenstoff, der durch die Photosynthese fixiert wird, in die Zellwand gelangt und wie dieser Vorgang beeinflusst werden kann. Hierbei spielt natürlich eine wichtige Rolle, dass Pflanzen nur tagsüber Licht als Energiequelle zur Verfügung steht. Dieses Forschungsgebiet wird von Frau Dr. Wor-mit vertreten.

Weiterhin wird untersucht, wie natürliche und induzierte Varianz in Nutzpflanzen (so z. B. alte Arten) ausgenutzt werden kann, um Zellwände mit interessanten Eigenschaften zu erhalten. Ein weiteres wichtiges Feld, das in unserer Gruppe bearbeitet wird, ist die molekulare Bioinformatik und Hochdurchsatzdatenin-terpretation. Hierbei wird untersucht, wie Daten aus den modernen Hochdurchsatz-technologien gut visualisiert und interpre-tiert werden können. Die Ergebnisse wer-den dabei in Form von Softwarewerkzeu-gen der Wissenschaft zur Verfügung ge-stellt. Außerdem werden Verfahren entwi-ckelt, um aus solchen Daten nicht nur Ge-nome zusammenzusetzen, sondern auch die Funktion von Genen anhand von „in-silico“ Daten vorhersagen zu können. Die-se Vorhersagen werden dann mittels mo-derner molekularbiologisch-biochemischer Methoden getestet. Ein besonderer Fokus liegt dabei natürlich auf Vorhersagen über Gene des Zellwandstoffwechsels.

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Prof. Dr. R. Panstruga

Raum 42A 211

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Die Interaktion von Pflanzen mit nützli-chen oder krankmachenden Mikroorganis-men, wie z. B. Bakterien und Pilzen, spielt sich letztendlich auf zellulärer Ebene ab. In Analogie zur Belagerung einer Ritterburg durch eine feindliche Armee entscheidet sich an bzw. in den einzelnen Zellen, ob ein Mikroorganismus in der Lage ist, eine Pflanze zu besiedeln oder nicht (s. Abbil-dung). Unsere Forschung widmet sich der Untersuchung der molekularen Mechanis-men, die bei diesen Einzelzellereignissen von Pflanze-Mikroben-Interaktionen eine Rolle spielen. Hierbei gilt unser Haupt-Augenmerk der Interaktion zwischen Pflanzen und Mehl-taupilzen. Mehltau ist eine weitverbreitete Krankheit vieler Pflanzenarten, die zu gro-ßen Ernteverlusten führen kann und daher von erheblicher agronomischer Relevanz ist. Mehltaupilze sind, wie andere Pflan-zenschädlinge auch, in der Lage, das

pflanzliche Immunsystem zu unterdrücken und die Wirtszelle zu ihrem Vorteil zu ma-nipulieren. Die molekularen Mechanismen, die dieser Manipulation durch Pflanzenpa-thogene zugrunde liegen sind noch wenig verstanden. Wir verwenden zellbiologische, geneti-sche, molekularbiologische und biochemi-sche Techniken, um die Details der Pflanze-Mikroben Interaktionen auf zellulärer Ebene aufzuklären. Hierbei stehen insbe-sondere die Untersuchung der Mechanis-men des pflanzlichen Immunsystems, de-ren Unterdrückung durch Pflanzenschäd-linge sowie die Analyse der molekularen „Waffen“ des Mehltaupilzes im Fokus un-serer Forschungsarbeiten. Darüber hinaus versuchen wir, das erworbene Grundla-genwissen anzuwenden, um Pflanzen dauerhaft vor Schädlingen wie dem Mehl-taupilz zu schützen.

Die Interaktion zwischen Pflanze und Mehltaupilz ent-scheidet sich auf Ebene der einzelnen Zelle. Die Abbil-dung zeigt einen mikroskopischen Ausschnitt eines Blattes einer mehltauresistenten Gerstensorte, auf dem Sporen des Mehltaupilzes (blau gefärbt) versuchen, einzelne Pflanzenzellen zu besiedeln. Mit Ausnahme der grünlich gefärbten Zelle in der Bildmitte, die durch einen genetischen Trick anfällig gemacht wurde, sind diese Versuche erfolglos. Die grünlich gefärbte Zelle kann erfolgreich durch den Mehltaupilz besiedelt wer-den, was sich durch durch die Bonbon-förmige pilzli-che Infektionsstruktur (Haustorium genannt) innerhalb der Zelle und das Hyphenwachstum des Pilzes (schlauchförmige blaue Fortsätze) ausdrückt.

Lehr- und Forschungsgebiet - Molekulare Zellbiologie der Pflanzen

Seite 7 Botanik und molekulare Genetik

Prof. Dr. U. Priefer Raum 42A 262 +49 (0)241 26644 [email protected]

Die Analyse der biotischen und abioti-schen Faktoren des Bodens und deren Interaktionen im Bodenökosystem ist die Aufgabe der Bodenökologie. Die bedeu-tendste Organismengruppe im Boden ist die der Mikroorganismen, der Bakterien und Pilze. Kaum eine chemische Umset-zung im Boden läuft ohne deren Aktivität ab. Die 3 wichtigsten Ziele der mikrobiel-len Bodenökologie sind (1) die Untersu-chung der physiko-chemischen Charakte-ristika der Bodenmikrokompartimente (2) die Untersuchung der Dynamik mikrobiel-ler Gemeinschaften und (3) die Untersu-chung der, von den Mikroorganismen gesteuerten, metabolischen Prozesse im natürlichen Habitat. Das durch extreme abiotische Bedingun-gen gekennzeichnete Grenzflächenkom-partiment Boden-Atmosphäre ist ein wei-terer „hot-spot“ der mikrobiellen Aktivität. Die mikrobiellen Lebensgemeinschaften der Bodenoberflächen sind von Mikroal-gen dominierte, phototrophe Biofilme, deren strukturelle und funktionelle Analyse ebenfalls ein Ziel unserer Forschung dar-stellt.

Rhizobien sind Bodenbakterien der Rhi-zosphäre, d ie mit Fabaceaen (Schmetterlingsblütler) eine Stickstoff fixie-rende Symbiose eingehen. Die Rhizobien-Fabaceaen Symbiose ist der größte Liefe-rant biologisch fixierten Stickstoffs in der Biosphäre der Erde. Die symbiontische Interaktion führt zur Entwicklung spezieller Wurzelorgane, den sogenannten Wurzel-knöllchen (Nodules), in denen die physio-logische Leistung erbracht wird. Wichtige Kulturpflanzen wie Soja, Bohnen, Erbsen, Linsen, Erdnuss und Hornklee gehören zur Familie der Fabaceae und können im Prin-zip ohne zusätzliche Stickstoffgaben ge-deihen. Die Infektion der Wurzel ist ein hoch-spezialisierter Vorgang und wird intensiv untersucht. Die äußeren Bedin-gungen zur erfolgreichen Nodulation er-wünschter Stämme und deren Konkurrenz untereinander, sind jedoch immer noch unzureichend erforscht, insbesondere auf genetischer Ebene. Des Weiteren ist die genetische Mindestausstattung von Rhizo-bien für eine erfolgreiche Nodulation Ge-genstand der Forschung. Rhizobien sind heterotrophe Bakterien, die unter oligotrophen Bedingungen, nähr-

Lehr- und Forschungsgebiet - Ökologie des Bodens

Semidünnschnitt eines Wurzelknöllchens einer Erbse. In blau sieht man infizierte und von Stick-stoff fixierenden Rhizobien angefüllte Gewebe-zellen.

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stofflimitiert, im Bodensubstrat leben. Dies hat zur Folge, dass sie Substrate über eine große Anzahl hoch-affiner ABC-Transportsysteme aufnehmen. Mit Eintritt in die symbiontische Beziehung und Be-siedlung der Wurzelknöllchen endet diese Nährstofflimitation. Die ABC-Transporter Superfamilie stellt eine der größten be-kannten Proteinfamilien dar und ist in allen

lebenden Organismen von Bakterien und Archeaen bis hin zu höheren Pflanzen und Tieren zu finden. Die Aktivierung und Re-gulation solcher ABC-Transportsysteme ist ebenfalls von großem Interesse.

Arbeitsgruppe - Die ökologische Bedeutung von Algen dominierten, autotrophen Biofilmen auf Bodenoberflächen

Dr. J. Jahnke, AOR

Raum 42A 257

+49 (0)241 80 26645

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Vegetationsarme, freie Bodenoberflächen, z. B. Rohböden, Ackerboden zwischen den Feldfrüchten, umgebrochene Äcker, Bö-den arider Gebiete, und selbst Wüstenbö-den zeigen bei genügender Feuchtigkeit schon nach wenigen Tagen grünliche Bio-filmbildungen. Es sind Bodenalgen im Ver-eine mit Bakterien und später auch Pilzhy-phen– autotrophe Biofilme-, die die Sedi-mentpartikel der Bodenoberflächen mit ihren EPS (extrazelluläre polymere Sub-stanzen), Hyphen und Trichomen verkle-ben und auf diese Weise ein Mikrohabitat mit hoher mikrobieller Aktivität bilden. Unser Ziel ist es, grundlegende qualitative und quantitative Daten des biotischen Beziehungsgefüges zu erheben und die Sukzession und Dynamik der mikrobiellen Z ö n o s e i m K o m p a r t i m e n t “Bodenoberfläche” und der sie beeinflus-senden ökosystemaren Faktoren kausal-

analytisch zu beschreiben, um schließlich die ökologische Bedeutung der Biofilme von Bodenoberflächen für das Bodenöko-system unter qualitativen (Diversität) und quantitativen (Stoffflüsse und -umsätze, zeitliche und räumliche Dynamik biotischer und abiotischer Parameter) Gesichtspunk-ten abschätzen zu können. Das Methodenspektrum umfasst Bio-massebestimmungen durch Zellzählung und Mikroskop-Interferometrie, Kultivie-rungstechniken, Elementaranalyse, mikro-bielle Aktivitätsbestimmungen sowie mole-kularbiologische Techniken zur mikrobiel-len Diversitätsanalyse.

Seite 9

I. Schlafen Pflanzen Genomexpress 3/2009 Seite 28 ff http://www.genomxpress.de/content/ausgaben/GenomXPress-2009-3.pdf

II. Genomexpress 3/2008 Seite 16ff http://www.genomxpress.de/content/ausgaben/GenomXPress-2008-3.pdf

III. Panstruga, R. (2006) Tête-a-tête zwischen Pilz und Pflanze: Wie Mehltaupilze ihre Wirtspflanzen manipulieren. Jahrbuch der Max-Planck-Gesellschaft 2006, http://www.mpg.de/print/348869

IV. Micali, C., Göllner, K., Humphry, M., Consonni, C., and Panstruga, R. (2008) The powdery mildew disease of Arabidopsis: A paradigm for the interaction between plants and biotrophic fungi. In: The Arabidopsis Book Rockville, MD: American Society of Plant Biologists, http://www.bioone.org/doi/pdf/10.1199/tab.0115

Literatur

Bachelor Studiengang Biologie

Modul Biochemie und Genetik Modul Biologie der Zelle Modul Bau der Organismen II Vertiefungsmodul Zell– und Molekularbiologie der Pflanzen

Priefer, Usadel, (Conrath) Panstruga, (Bräunig) Jahnke, Panstruga Panstruga, Usadel, (Conrath, Göllner, Slusarenko)

Bachelor Studiengang Molekulare und Angewandte Biotechnologie

Modul Grundlagen der Biologie und Biotechnologie Vorlesung Biologie der Zelle

Panstruga, (Bräunig)

Bachelor Lehramt Biologie

Praktikum der Biologie für Lehramtsstudierende Teil Bau, Physiologie und Evolution der Pflanzen Teil Genetik Teil Bodenökologie Modul Zelle Vorlesung Einführung in die Genetik Vorlesung Biologie der Zelle

Panstruga Usadel Priefer Priefer, Usadel Panstruga, (Bräunig)

Lehre (Angaben sind evtl. nicht auf dem neuesten Stand, aktuelle Angaben entnehmen Sie bitte Campus.)

Master Studiengang Biologie

Vertiefungsrichtung Molekulare Zellbiologie Modul Zellbiologie Modul Molekularbiologie Vorlesung Regulation der Genexpression II/ Moleku-

largenetik II Vorlesung Molekulare Medizin Signaltransduktion/

Molekulargenetik/ Gentechnologie III Vertiefungsrichtung Umweltwissenschaften Modul Bodenökologie I Modul Bodenökologie II

Panstruga Usadel Usadel (Ringvorlesung) Usadel (Ringvorlesung) Priefer Priefer

Botanik und molekulare Genetik

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Master Studiengang Molekulare und Ange-wandte Biotechnologie

Säule Grüne Biotechnologie Molekulare Genetik (Theorie und Praxis) Säule Rote Biotechnologie Molekulare Genetik (Theorie und Praxis) Zellbiologie (Theorie und Praxis)

Usadel Usadel Panstruga

Staatsexamensstudien-gang Lehramt Biologie

Praktikum der Biologie für Lehramtsstudierende Teil Bau, Physiologie und Evolution der Pflanzen Teil Genetik Teil Bodenökologie Teil Entwicklung der Pflanzen Teil Pflanzenwissenschaften

Panstruga Usadel Priefer Frentzen Panstruga


Vertiefungsrichtung Mikrobiologie und Genetik Modul Genetik der Prokaryonten I Modul Genetik der Prokaryonten II Forschungspraktika der molekularen Genetik Forschungspraktika der molekularen Zellbiologie der Pflanzen

Priefer Priefer Usadel Panstruga


Institut für Botanik und molekulare Genetik

(Biologie I)

Lehrstuhl für Botanik und Molekulare Genetik

Biologie I

Überblick

Die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Instituts vermitteln den Studierenden im Lehramt, im Bachelor und im Master Bio-logie das Gebiet der Zoologie in seiner gesamten Breite. Die Forschungsschwer-punkte liegen in der Neurobiologie und der Bionik. Hierbei kommen vielfältige methodische Ansätze zum Tragen, die von molekularbiologischen und zellbiologi-schen Verfahren bis hin zur Netzwerkana-lyse und Verhaltensstudien reichen. Es existieren vielfältige Schnittstellen und Ko-operationen mit ingenieurwissenschaftli-chen Disziplinen, um anwendungsbezoge-

ne bzw. bionische Aspekte zu bearbeiten. Die speziellen Forschungsgebiete liegen in der Auditorik, der Chemosensorik, der Entwicklungsbiologie und Morphologie sowie der Physiologie und Zellbiologie. Modellorganismen wie die Maus, die Schleiereule, verschiedene Insektenarten und Sandfische werden untersucht.

Schleiereulen sind als Nachtjäger mit ei-nem exzellenten Gehör ausgestattet. Sie besitzen zudem nach vorne gerichtete Augen und einen leisen Flug. Diese Spezi-alisierungen machen die Schleiereule aus der Sicht eines Forschers zu einer Gold-grube für neue Erkenntnisse. Die in der

Evolution entstandenen Spezialisierungen sind sehr interessant sowohl aus der Sicht der Grundlagenforschung als auch aus der Sicht der Anwendung in der Bionik. Die nach vorne stehenden Augen erlau-ben den Tieren einen räumlichen Tiefen

Lehrstuhl - Zoologie und Tierphysiologie

Zoologie und Tierphysiologie (Biologie II)

Lehrstuhl für Zoologie und Tierphysiologie

Sekretariat

Mies-van-der-Rohe-Str. 15 52074 Aachen Tel +49 (0)241 80 20823 Fax +49 (0)241 80 22133

[email protected] www.bio2.rwth-aachen.de Öffnungszeiten: Mo-Fr 9:00-12:00, Di + Do 13:00-16:00

Institutsleiter Prof. H. Wagner

Seite 12 Seite 12

Prof. Dr. H. Wagner

Raum 304

+49 (0)241 80 20822

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eindruck aus den leicht unterschiedlichen Bildinformationen in den beiden Augen zu extrahieren. Die Tiere besitzen ein Tiefen-sehsystem, das dem des Menschen ähnelt. Wir haben ein neues Auswertungsprinzip entdeckt, das Kollegen, die jetzt in Göttin-gen forschen, in einen Videobildanalyseal-gorithmus umgesetzt haben. Die seitliche Versetzung der Ohren am Kopf der Schleiereule bewirkt, dass der Schall von einer Schallquelle später zum schallabgewandten als zum schallzuge-wandten Ohr gelangt. Die resultierenden Laufzeitdifferenzen nutzt die Schleiereule zur Lokalisation von Objekten. Da dieses Tier trotz des viel kleineren Kopfes Schall-quellen so gut lokalisieren kann wie wir Menschen, muss es die im Schall enthalte-ne Richtungsinformation besser auswerten können. Wir vermuten, dass Spezialisie-rungen im Bau der Moleküle, welche die neuronalen Signale erzeugen, den Ionen-kanälen, und das Zusammenspiel vieler Sinnes- und Nervenzellen eine solch prä-zise zeitliche Auflösung möglich machen. Das Verständnis der Optimierung auf der Ebene einzelner Nervenzellen kann bei-spielsweise zur Verbesserung von Cochlea-Implantaten und Hörgeräten herangezo-gen werden. Wir arbeiten zudem an schalllokalisierenden Robotern, die auf Rechenoperationen basieren, wie sie auch im Gehirn der Eule stattfinden. Das empfindliche Hörsystem würde der Schleiereule nichts nützen, wenn sie wäh-

rend der Jagd die Geräusche einer poten-tiellen Beute durch eigene Fluggeräusche maskieren würde. In einer Zusammenar-beit mit Aerodynamikern erforschen wir den lautlosen Flug der Schleiereule. Es ist Ziel dieser Forschung, die Lösung der Eule zu entschlüsseln und für die Konstruktion geräuschreduzierter Tragflächen für Flug-zeuge oder Rotoren verfügbar zu ma-chen. Um Vergleichsdaten zu bekommen wer-den die Forschungen an der Schleiereule durch Experimente an weniger speziali-sierten Tieren wie Tauben, Haushühnern (Arbeitsgebiet Dr. Wirth), Mäusen, Ratten und Wüstenrennmäusen (Arbeitsgebiet Dr. Künzel) ergänzt. Dabei stehen im Arbeitsgebiet von Dr. Künzel die Entwicklung und Funktion der zellulären und synaptischen Spezialisierun-gen im Fokus, welche den Nervenzellen des Hörsystems ihre enorme zeitliche Ge-nauigkeit verleihen. Diese Fragen werden vor allem mit elektrophysiologischen und anatomischen Methoden bearbeitet. Die Lehre wird durch Lehrveranstaltungen von externen Wissenschaftlern ergänzt. Dazu gehören PD Dr. Marlies Dorlöchter (DLR), Prof. Dr. Jörg Mey (Hospital Nacio-nal de Parapléjicos, Toledo, Spanien), PD Dr. Thomas Tzschentke (Grünenthal) und PD Dr. Stephan Wnendt (MLM).

Visuelle Verhaltensexperi-mente mit Schleiereulen. Für die Untersuchung des Ste-reosehens tragen die Tiere besondere Brillen.

Biologie II

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Dr. M. J. Wirth, AOR Raum 42A 257 +49 (0)241 80 27773 [email protected]

Prof. Dr. P. Bräunig Lukasstr.1, Raum 3 +49 (0)241 80 20844 [email protected]

Zoologie und Tierphysiologie

Bei der Informationsverarbeitung im Ner-vensystem spielt Chlorid eine wichtige Rolle. In meiner Gruppe untersuchen wir die Mechanismen, welche die Chloridver-teilung an der Zellmembran und damit letzten Endes die Aktivität der Nervenzel-len regeln. Dazu nutzen wir den auditori-schen Hirnstamm des Haushuhns als Mo-dellsystem. Wir bestimmen zunächst die Mengen der verschiedenen Transporter und ihre Lokalisation in den Kerngebieten und Zellen in der Embryonalentwicklung. Dabei verwenden wir biochemische, mole-kularbiologische und histologische Metho-den. Darüber hinaus wollen wir mehr über die Regulation der Transporter in der Ent-wicklung lernen. Dafür verändern wir ei-

nerseits die synaptische Aktivität und an-dererseits die verfügbaren Mengen an Nervenwachstumsfaktoren in einem Kul-tursystem des embryonalen Hirnstamms.

Arbeitsgruppe - Chloridtransporter und GABAerge Hemmung

To a first approximation, all multicellular species on Earth are insects....” N. E. Stork, Nature, August 2007 Wir studieren diese faszinierende Tier-gruppe unter verschiedenen neurobiologi-schen Gesichtspunkten. Viele neurobiolo-gische Fragestellungen lassen sich bei In-sekten leichter studieren, weil das Nerven-system viel einfacher aufgebaut ist als bei Wirbeltieren. Schwerpunkte unserer For-schung sind dabei zum einen Nervenzel-len, die Hormone freisetzen, und zum anderen Sinneszellen. Darüber hinaus ver-suchen wir in Kooperation mit Kollegen aus dem Institut für Werkstoffe der Elekt-rotechnik 1 (IWE1), Netzwerke aus weni-

gen Nervenzellen in Zellkultur auf Halb-leitersubstraten zu halten. Nervenzellen von Insekten sind für diesen Ansatz be-sonders gut geeignet, weil sie größer, ro-buster und weniger anspruchsvoll sind als Zellen von Wirbeltieren. Ziel ist es, einfa-che neuronale Schaltkreise „nachzu-bauen“, die dann unter diesen Bedingun-gen viel genauer und über viel längere Zeiträume studiert werden können als im intakten Nervensystem. Die Arbeitsgruppe von PD Dr. Loesel be-fasst sich hauptsächlich mit der Evolution des Gehirns von Arthropoden und ande-ren Wirbellosen. Es hat sich nämlich ge-zeigt, dass bestimmte höhere Gehirnzen-

Lehr- und Forschungsgebiet - Entwicklungsbiologie und Morphologie der Tiere

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Prof. Dr. J. Bohrmann

Worringer Weg 1, Sammelbau Chemie, 38C, Raum 250

+49 (0)241 80 23676

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tren evolutiv sehr alt sind, älter noch als der Stamm Arthropoda selbst. Wir versuchen, den Evoluti-onsweg und die Ursprünge dieser Gehirnareale nachzu-vollziehen, um damit letztlich zu neuen Erkenntnissen über die frühe Evolution der Tiere zu gelangen. Ein weiteres Projekt untersucht die neuro-nalen Grundlagen der z. T. extremen Miniaturisierung des Zentralnervensystems bei Arthropoden. Es gibt winzige Insekten, deren gesamtes Gehirn in eine einzige Ner-

venzelle einer größeren Art passen würde. Dennoch muss das ZNS dieser kleinen Arten im Wesentlichen die gleichen Leistungen vollbringen wie bei größeren Arten (Futtersuche, Feindvermei-dung, Partnerfindung, Orien-tierung, Bewegungssteue-rung, etc.). Ziel ist es, heraus-zufinden, wie dieses Problem auf neuronaler Ebene gelöst wird.

Schnitt durch das Gehirn einer Ameise.

Eine Hauptaufgabe unserer Abteilung ist die breite Ausbildung von Lehramtsstu-dierenden auf den Gebieten Zoologie, Humanbiologie und Didaktik der Biolo-gie. Unsere Forschung erstreckt sich auf Themen der Zell- und Entwicklungsbio-logie, der Fachdidaktik und der Human-biologie. 1) Interzelluläre Kommunikations- und Transportvorgänge während der Ent-wicklung: Das Ovar von Drosophila me-lanogaster ist ein beliebtes Modellsystem zur Untersuchung unterschiedlichster Aspekte der Zell- und Entwicklungsbio-logie. An der Entwicklung einer Stamm-zelle in ein reifes Ei ist fast jeder denkba-re zelluläre Prozess beteiligt. Im Ovarfol-likel (s. Abb.) ist eine Eizelle (OOC) über Interzellularbrücken (RC) mit 15 Nährzel-len (NC) verbunden und von einem Epithel somatischer Follikelzellen (FC) umhüllt. Im Verlauf der Oogenese inter-

agieren die Keimbahn- und Somazellen auf vielfältige Weise. Ein koordiniertes Zusammenwirken ist unter anderem auch für die korrekte Ausbildung des embryonalen Körpermusters von Bedeu-tung. Die Wege des interzellulären Infor-mationsaustauschs sind bisher nur zum Teil analysiert. Unsere Untersuchungen konzentrieren sich auf solche Kommuni-kations- und Transportvorgänge, die über Interzellularbrücken, Gap-Junctions, Ionenpumpen und Ionenkanäle ablau-fen. a) Mithilfe diverser mikroskopischer Ver-fahren und Mikroinjektionen untersu-chen wir cytoplasmatische Transportvor-gänge zwischen Nährzellen und Eizelle. So erhalten wir Informationen über die Mechanismen, die an der Lokalisierung spezifischer Zellbestandteile beteiligt sind.

Lehr- und Forschungsgebiet - Zoologie und Humanbiologie

Biologie II

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Die Abteilung „Zelluläre Neurobionik“ ar-beitet an der Erforschung von Vorgängen an biologischen Oberflächen und deren möglicher Anwendung in Technik und Medizin. Tiere und Pflanzen haben zum Teil hoch-spezialisierte Oberflächen. So ist der Sand-fisch (Scincus scincus) in der Lage, sich im Sand eingegraben über lange Strecken mit einer erstaunlichen Geschwindigkeit zu bewegen. Die Haut des Reptils spielt hier-bei eine entscheidende Rolle, da sie ext-rem anti-adhäsiv und abnutzungsresistent gegenüber Sand ist. Dafür verantwortlich sind zuckertragende Proteine auf der Hautoberfläche. Eine Beschichtung auf

Basis des „Sandfisch-Prinzips“ könnte z. B. die Haltbarkeit von Solarzellen in Wüsten-regionen erheblich erhöhen. Andere Wüstenbewohner sind Meister des Wasserhaushalts. Die Haut des Dornteufels (Moloch horridus) oder der Krötenechse (Phrynosoma cornutum, siehe Bild) ist stark strukturiert und hydrophil. Selbst feinste Tautropfen lagern sich an der Oberfläche an und werden durch feine Kanäle zum Maul transportiert. Auch hier wird versucht das grundlegende Prinzip zu entschlüsseln, um es technisch anzuwen-den.

b) Über Gap-Junctions - Membrankontak-te mit Poren - findet Kommunikation zwi-schen Keimbahn- und Somazellen statt, die sich stimulieren oder inhibieren lässt. Wir wollen Näheres über die molekularen Grundlagen und über die Rolle erfahren, die diese Kommunikation bei der Regulati-on von Entwicklungsvorgängen spielt. c) Mit spannungs- und ionensensitiven Fluoreszenzfarbstoffen und mit Mikro-elektroden lassen sich bioelektrische Phä-nomene in der Oogenese nachweisen, die mit verschiedenen zellulären Vorgängen in Zusammenhang stehen: Wachstum, Zell-wanderung, Zelltod, Osmo- und pH-Regulation. Uns interessieren Ursache und Wirkung der bioelektrischen Phänomene während der Entwicklung. 2) Schwerpunkte unserer fachdidaktischen Forschung sind: - Experimente für den Biologieunterricht, - Bionik als fächerverbindendes Thema - Integration in die Lehrpläne, - Hochschule macht Schule - vom For-schungsexperiment zum Schulexperiment,

- Vermittlung moderner biologischer For-schungsthemen in der Schule. - Fachgemäße Arbeitsweisen an außer-schulischen Lernorten. Die Projekte werden in Kooperation mit anderen biologischen Arbeitsgruppen der RWTH Aachen und dem Schülerlabor JuLab des Forschungszentrums Jülich durchgeführt. 3) Humanbiologische Forschung zu unter-schiedlichen Themen findet in Kooperation mit Arbeitsgruppen des Universitätsklini-kums Aachen statt. (Details und Literatur siehe: http://www.humanbiologie.rwth-aachen.de/ For-schung).

Ovarfollikel von Drosophila

Lehr- und Forschungsgebiet - Zelluläre Neurobionik

Prof. Dr. W. Baumgartner Lukasstr.1, Raum 203 +49 (0)241 80 24840 [email protected]


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Auch andere Tierarten haben faszinieren-de Anpassungen entwickelt. Insekten sind an den Füßen mit Haftorganen ausgestat-tet, die es ihnen erlauben auf unterschied-lichsten Materialien zu haften und selbst Lasten kopfüber zu transportieren. Die Haftung ist nicht nur äußerst stark, son-dern auch fein regulierbar und vor allem sehr schnell reversibel. Erreicht wird dies über ein Zusammenspiel von Materialei-genschaften und Mikromechanik. Doch die Evolution hat selbst dagegen ein Re-zept: anti-adhäsive Pflanzenoberflächen weisen Nanostrukturierungen auf, die es Insekten fast unmöglich machten, auf ihnen zu haften. Die fleischfressende Kan-nenpflanze Nepenthes ist hierfür ein Bei-spiel. Ein zweiter Fokus unserer Forschung ist die Interaktion von Zellen, insbesondere die Adhäsion. Spezielle Proteine der Zell-oberfläche halten die Zellen des Körpers zusammen. Wesentlich dabei ist aber, dass die Haftung zwischen den Zellen zwar fest ist, damit unser Körper nicht aus-einanderfällt, aber gleichzeitig muss die

Haftung dynamisch, quasi auf Knopfdruck, gelöst werden können. Das Lösen der Bindungen ist wesentlich für Vorgänge beim Wachstum, bei der Wundheilung, beim Lernen, bei Entzündungsreaktionen und so weiter. Leider kann hier auch eini-ges schief gehen. So können einige Tu-morzellen vorübergehend auch ohne Kontakte überleben und so Metastasen bilden. Wir versuchen einige Aspekte der Zell-Zell-Haftung zu verstehen und gezielt zu beeinflussen.

Krötenechse (Phrynosoma cornutum)

Lehr- und Forschungsgebiet - Chemosensorik

Prof. Dr. M. Spehr

Sammelbau Biologie, 42D, Raum 253

+49 (0)241 / 80-20802

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aachen.de

Forschungsschwerpunkt am Lehr- und Forschungsgebiet Chemosensorik sind die neurobiologischen Grundlagen sozialer Kommunikation bei Säugetieren. Wir un-tersuchen zum Beispiel wie Duftsubstan-zen - sog. Pheromone - von Nervenzellen in der Riechschleimhaut erkannt und in höheren Hirnregionen verarbeitet werden, und wie diese Signale das Verhalten bzw. den Hormonhaushalt beeinflussen. Die Bedeutung der Pheromone und vergleich-barer Duftstoffe manifestiert sich in ihrer Funktion als molekulare „Schalter“, deren Erkennung z. B. automatisch ein genetisch bestimmtes Verhalten auslöst und / oder direkt den hormonellen Haushalt des Rezi-pienten kontrolliert. Dabei beeinflussen

diese Düfte so bedeutende Verhaltensei-genschaften wie Partnerwahl, Territorial- und Aggressionsverhalten. Gleichzeitig können Düfte die Psyche des Menschen erheblich beeinflussen und z. B. auf Stim-mungen wirken und An- oder Entspan-nung hervorrufen. Auch Erinnerungen an lang zurückliegende Ereignisse können durch Duftwahrnehmung hervorgerufen werden. Trotz dieser fundamentalen Be-deutung sind viele Mechanismen der Duft-wahrnehmung und -verarbeitung bis heu-te noch weitgehend unverstanden. Die während der Pheromonwahrnehmung in Nervenzellen ablaufenden Signalpro-zesse auf molekularer und zellulärer Ebe-

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ne zu verstehen, ist das Forschungsziel unserer Arbeitsgruppe. Mit Hilfe moderner physiologischer Messmethoden sowie mo-lekularbiologischer, immunologischer und verhaltensanalytischer Techniken werden die Mechanismen der Pheromonwahrneh-

mung untersucht. Hier steht vor allem ein noch weitgehend unerforschtes sensori-sches Gewebe, das sog. Vomeronasalor-gan, im Mittelpunkt des wissenschaftlichen Interesses.

Unser Sinnes- und Nervensystem erbringt scheinbar mühelos die unglaublichsten Leistungen. Die Mechanismen zu erfor-schen, die hinter diesen Leistungen ste-cken, ist eine der größten Herausforderun-gen in der Wissenschaft. Die Vorgänge, die unserer Wahrnehmung zugrunde lie-gen, spielen sich meist im Verborgenen ab – in den Sinneszellen unter der Haut, in Augen oder Ohren und natürlich in den Windungen unseres Gehirns. In meiner Arbeitsgruppe interessieren wir uns be-sonders für die Signalverarbeitung beim Sehen und beim Riechen. Aufgrund mo-dernster Untersuchungsmethoden gelingt es uns, das Verborgene aufzudecken und bei Licht zu betrachten. Im Zentrum unserer Forschung steht die Informationsverarbeitung in der Retina. Sie enthält neben den Photorezeptoren auch ein komplexes neuronales Netzwerk, in dem bereits die ersten Schritte der visuel-

len Informationsverarbeitung stattfinden. Wir wollen verstehen, wie dieses Netzwerk funktioniert, wie es sensorische Informati-on verarbeitet und welche Mechanismen es ermöglichen, dass sich die Retina an einen riesigen Helligkeitsbereich anpassen kann. Um diese Fragen zu klären, haben wir Me-thoden entwickelt, mit denen wir die Akti-vität retinaler Zellen nicht nur elektrisch mit der Patch-clamp Methode und mit chip-basierten Multielektroden-arrays re-gistrieren können, sondern auch mit fluo-reszenzoptischen Verfahren. Sie erlauben es uns, Nervenzellen bei der Arbeit im wahrsten Sinne des Wortes zuzuschauen. So wird die Adaptation in der Retina z. B. sehr stark von intrazellulären Botenstoffen wie Calcium oder cAMP kontrolliert. In unseren Imagingverfahren setzen wir so-genannte genetisch-kodierte Sensoren auf der Basis fluoreszierender Proteine ein. Mit

Die Abbildung zeigt fluoreszenzmarkierte Riechnervenzellen (grün) in einem Dünn-schnitt der Nasenschleimhaut. Die Riech-nervenzellen enden am Übergang zur Nasenhöhle (schwarz) mit fadenförmigen Ausläufern. In roter Farbe sind durch Anti-körper markierte Mitochondrien darge-stellt. Oben schematisch dargestellt sind die elektrischen Entladungen einer Riech-nervenzelle bei Duftwahrnehmung. Wird die Aufnahme von Kalzium in die Mito-chondrien durch den mCU (mitochondrial calcium uniporter)-Kanal möglich, so fin-det keine Duftantwort statt.

Prof. Dr. F. Müller Institute of Complex Systems Zelluläre Biophysik, ICS-4 Forschungszentrum Jülich +49 (0)2461 613661 [email protected] www.fz-juelich.de/ics/ics-4

Lehr- und Forschungsgebiet - Molekulare Sinnes– und Neurobiologie


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ihnen können wir die Verteilung dieser Botenstoffe in den Nervenzellen und ihre Regulation in Echtzeit als Fluoreszenzsig-nal sichtbar machen. Eine besonders wich-tige Rolle spielen in unserem Institut des-halb verschiedenste fluoreszenzoptische und mikroskopische Techniken wie Konfo-kale Laserscanning Mikroskopie, Zwei-Photonen Mikroskopie sowie die Superre-solution-Mikroskopie, mit der wir die Auf-lösungsgrenzen der klassischen Lichtmik-roskopie durchbrechen.

Prof. Dr. S. Grün

Institut für Neurowissenschaf-ten und Medizin (INM-6)

Forschungszentrum Jülich

+49 (0)2461 619302

[email protected] www.csn.fz-juelich.de

Höhere Hirnfunktionen werden im Kortex (Großhirn) verarbeitet, ein junger Teil des Gehirns, der sich durch eine sehr große Anzahl von Neuronen (ca. 1010) und einen sehr hohen Vernetzungsgrad auszeichnet. Jedes Neuron bekommt Eingang von ca. 104 Neuronen in Form von Aktionspoten-tialen (AP) und sendet seine Ausgangsak-tivität zu etwa derselben Anzahl von wei-teren Neuronen. Die Verbindungsstruktur zwischen den Neuronen scheint zufällig und nicht offensichtlich strukturiert, und die Verarbeitungsmechanismen im Netz-werk sind nahezu unverstanden. Eine Hypothese zur neuronalen Verarbei-tung im Kortex besagt, dass sich Neuro-nen in Verbänden organisieren (‚cell as-semblies‘, Hebb (1949)), die sich durch zeitlich abgestimmte Aktivität auszeich-nen. Um diese Hypothese überprüfen zu können, müssen mehrere Neuronen gleichzeitig beobachtet werden. Unsere experimentellen Partner erfassen diese Netzwerkaktivität durch parallele elektro-physiologische Ableitungen von Aktions-potentialfolgen mehrerer Einzelneuronen und/oder durch das Messen von Sum-menpotentialen größerer Populationen (lokale Feldpotentiale, LFP).

Unsere Aufgabe ist, Methoden zur Analy-se solcher Vielkanaldaten zu entwickeln und zu testen, und die experimentellen Daten zu analysieren. Ziel ist es hierbei, die Verarbeitungsprinzipien des Kortex zu verstehen, die uns erlauben, sensorische Reize aufzunehmen, zu integrieren und gezielte Handlungen auszuführen. Dazu entwickeln wir statistische Analysewerk-zeuge, mit denen wir die Wechselwirkung zwischen Neuronen zeitabhängig im Zu-sammenhang zum Verhalten erfassen können. Dies umfasst das Entwickeln von Konzepten und Modellen neuronaler Ver-arbeitung, insbesondere mit Modellierern der Arbeitsgruppe 'Computational Neuro-physics' am INM-6, das Umsetzen in sta-tistische Analysemethoden zur Überprü-fung von Hypothesen, und die systemati-sche Analyse experimenteller Daten in Kooperation mit unseren experimentellen Partnern. Dieser Arbeitsbereich der Com-putational Neuroscience erfordert das Zusammenspiel von Wissen primär aus der Neurowissenschaft und der Physik, aber auch der Mathematik und der Infor-matik. Die Arbeitsgruppe von Prof. Grün setzt sich dafür ein, Werkzeuge und Arbeitsab-

In einem Schnitt durch die Retina wurden Photorezeptoren (oben) und einige Bipolarzelltypen mit fluoreszierenden Antikör-pern markiert.

Lehr- und Forschungsgebiet - Theoretische Systemneurobiologie

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läufe allgemein verfügbar zu machen und organisiert entsprechende Lehrprogram-me und Kurse. Prof. Grün ist auch ständige stellvertretende Direktorin des Instituts für Neurowissenschaften und Medizin (INM-

6), Computational and Systems Neuro-science, am Forschungszentrum Jülich, und leitet dort die Arbeitsgruppe ‚Statistical Neuroscience‘.

Neuronale Aktivität und Augenbewegungen während der visuellen Exploration einer natürlichen Szene. Links: Augenbe-wegungen (Sakkaden, blau) und Fixationen (rot) während eines Versuchsdurchgangs von 3 s Dauer. Rechts: Vertikale und horizontale Augenpositionen während desselben Versuchsdurchgangs, aufgezeichnet mit einer implantierten Augenspule. Darunter die zeitaufaufgelöste Aktivität von 10 parallel beobachteten Einzelneuronen (senkrechte Linien markieren das Auftreten von Aktionspotentialen, ‚spikes‘) und ein Kanal des lokalen Feldpotentials (LFP) aufgenommen im visuellen Kor-tex eines wachen, sich verhaltenden Affen. Die Analyse der Daten zeigte eine sakkadengekoppelte kurzzeitige Oszillation im beta-Frequenzbereich (17Hz). Die ersten, durch die visuelle Stimulation ausgelösten Aktionspotentiale während der Fixation treten phasengekoppelt an die Oszillation des LFP auf, was als Mechanismus der Synchronisation von APs dient (aus Ito et al (2011) Cerebral Cortex 21 (11): 2482-2497).

Biologie II

I. Wagner, H. und Hausmann, L. (2011) Bestens eingefügt. Anpassungen an einen Lebensraum – die Schleiereule als Modelltier. Forschung, pp 4-7, WILEY-VCH Verlag, ISSN 0172-1518 (link: www.bio2.rwth-aachen.de)

II. Wagner, H., Kettler, L., Orlowski, J., Tellers, P. (2012) Neuroethology of prey capture in the barn owl (Tyto alba L.). J Physiol Paris (im Druck)

III. Göbbels, K., Thiebes, A. L., van Ooyen, A., Schnakenberg, U., Bräunig, P. (2010) Low density cell culture of locust neurons in closed-channel microfluidic devices. Journal of Insect Physiology 56:1003-1009

IV. Heuer, C.M., Müller, C.H.G., Loesel, R. (2010) Comparative neuroanatomy suggests repeated reduction of neuroarchitectural complexity in Annelida. Frontiers in Zoology 7: 13. (doi:10.1186/1742-9994-7-13)

V. Wüller, M., Bohrmann, J. (Hrsg.) (2011) Wie Forschung funktioniert. Unterricht Biologie 362 VI. Bohrmann, J., Zimmermann, J. (2008) Gap junctions in the ovary of Drosophila melanogaster:

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VII. Comanns, P., Effertz, Ch., Hischen, F., Staudt, K., Böhme, W., Baumgartner, W. (2011) Moisture harvesting and water transport through specialized micro-structures on the integument of lizards. Beilstein Journal Nanotechnology 2, 204–214.

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Literatur


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Biologie II

IX. Spehr M (2010) Soziale Signale "erschnüffeln": Chemische Kommunikation und das Vomerona-salorgan. Neuroforum 16: 157-164.

X. Müller, F. und Kaupp, U.B. (1998) Signaltransduktion in Sehzellen. Naturwissenschaften 85:49-61.

XI. Grün, S. und Diesmann, M. (2012) Hirnforschung braucht ein Netzwerk. Systembiologie.de, 4: 36 – 39. http://www.systembiologie.de/de/magazin.html (english version in international editi-on)

XII. Grün ,S. and Rotter, S. (eds.) Analysis of Parallel Spike Trains (2010) Springer Series in Compu-tational Neuroscience, Volume 7, Springer New York, DOI: 10.1007/978-1-4419-5675-0 (also available as eBook)

Lehre (Angaben sind evtl. nicht auf dem neuesten Stand, aktuelle Angaben entnehmen Sie bitte Campus.) Bachelor Studiengang Biologie

Modul Bau der Organismen I (Tiere) Vorlesung Bau der Organismen I Praktikum Bau der Organismen I mit Einführung Modul Biologie der Zelle Vorlesung Biologie der Zelle Modul Tierphysiologie Vorlesung Einführung in die Tierphysiologie Praktikum Einführung in die Tierphysiologie Vertiefungsmodul Biologische Informationsverarbeitung Vorlesung Biologische Informationsverarbeitung/

Neurobiologie Blockpraktikum Biologische Informationsverarbei-

tung/ Neurobiologie Seminar Seminare Präsentationen u. Präsentationsgraphik für Biologen Neurosensorik Evolutionsbiologie Aktuelle Themen der Zell- und Entwicklungsbiologie Bienenpraktikum Tutorium Tierphysiologie Tutorium Biologie der Zelle Erstigruppe Wagner

Bräunig, Loesel, Wagner Bräunig, (Panstruga) Spehr, Wagner Wagner, Bräunig, Wirth, Künzel Bräunig Spehr Bräunig, Loesel Bohrmann, Bräunig Bohrmann, Heil, Weyers Wagner Bräunig, (Panstruga) Wagner

Biologie II

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Bachelor Studiengang Lehramt Biologie

Modul Zelle Vorlesung Biologie der Zelle Tutorium Biologie der Zelle Modul Organismen Vorlesung Bau der Organismen I Praktikum Bau der Organismen I Modul Physiologie Vorlesung Einführung in die Tier– und Humanphysio-

logie Praktikum Tier– und Humanphysiologie Modul Angewandte Biologie Vorlesung Bionik I Modul Fachdidaktik B Vorlesung Didaktik des Biologieunterrichts Übung Fachgemäße Arbeitsweisen im Biologieunter-

richt Praktikum der Biologie für Lehramtsstudierende Teil Bau, Entwicklung und Evolution der Tiere/

Humanbiologie Teil Bau, Entwicklung und Evolution der Tiere/

Entwicklungsbiologie Teil Neurobiologie/ Tierphysiologie weitere Praktika:

Bienenpraktikum Praktikum zur Verhaltenskunde Beobachten, Fangen u. Züchten von Tieren in Theorie u. Praxis

Exkursionen: Vorstellung von Lebensräumen in der Region Aachen Biologische Station "Heiliges Meer" bei Recke i. W. Seminare: s. Bachelor- und Masterstudiengänge Biologie

Bräunig, (Panstruga) Bräunig, Loesel, Wagner Wagner, Spehr, Wirth Baumgartner Bohrmann, Heil, Dahmen Bohrmann, Heil Bräunig Wagner, Wirth Bohrmann, Heil, Weyers Heil, Wirooks Heil, Wirooks Lennartz Bohrmann, Heil


Modul Zell– und Systemneurobiologie I und II Vorlesung Zell und Systembiologie Blockpraktika: Zelluläre Neurobiologie Systemneurobiologie Seminar Systemneurobiologie Modul Verhaltensneurobiologie Vorlesung Sinnesphysiologie und Ethologie Blockpraktikum Verhaltensneurobiologie Seminar Aktuelle Themen der Verhaltensbiologie

Wagner, Spehr, Wirth, (Wolfrum) Wagner, Wirth

Bachelor Studiengang Molekulare und Ange-wandte Biotechnologie

Modul Grundlagen der Biologie und Biotechnologie Vorlesung Biologie der Zelle Präsentationen u. Präsentationsgraphik für Biologen (Seminar) Tutorium Biologie der Zelle Erstigruppe Wagner

Bräunig, (Panstruga) Bräunig Bräunig, (Panstruga) Wagner


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Lehre Master Studiengang Biologie

Modul Molekulare Neurobiologie Vorlesung Molekulare Neurobiologie Blockpraktikum Molekulare Neurobiologie Seminar Aktuelle Themen der molekularen Neurobi-

ologie Modul Neuro– und Strukturbionik Vorlesung Bionik II/ Strukturbionik Praktikum Bionik II/ Strukturbionik Seminar Bionik Modul Informationsbionik Vorlesung Bionik I Praktikum Bionik I/ Informationsbionik Modul Neuropharmakologie Vorlesung Synaptische Transmission Vorlesung Neuropharmakologie Übung Neuropharmakologie Praktikum Neuropharmakologie Modul Entwicklungsbiologie I/ II Vorlesung Entwicklungsbiologie der Tiere Praktika Entwicklungsbiologie I und II Seminar Aktuelle Themen der Zell– und Entwick-

lungsbiologie Modul Modellbildung biologischer Systeme Vorlesung Modellbildung biologischer Systeme Übung Modellbildung biologischer Systeme Modul Simulation biologischer Systeme Vorlesung Simulation biologischer Systeme Übung Simulation biologischer Systeme Modul Molekulare Sinnesbiologie Vorlesung Molekulare Sinnesbiologie Praktikum Molekulare Sinnesbiologie Seminar Aktuelle Themen der molekularen Sinnesbi-

ologie Ergänzende Wahlmodule: Modul Computational Neuroscience Vorlesung Introduction to Computational Neuro-

science Übung Introduction to Computational Neuroscience Seminar Cortical Structure and Function Module Humanbiologie 1 und 2 Vorlesungen Humanbiologie 1 und 2 (Modul 1) Blockpraktikum Humanbiologie (Modul 2) Humanbiologisches Seminar (Modul 1)

Müller Baumgartner Baumgartner Wagner, Wnendt, Dorlöchter, Wirth, Tzschentke Bräunig, Bohrmann, Loesel, (Bossinger) Baumgartner Baumgartner Müller Grün Bohrmann, Heil

Master Studiengang Molekulare und Angewandte Biotechnologie

Vorlesung Bionik II/ Strukturbionik Praktikum Bionik I/ Informationsbionik Praktikum Bionik II/ Strukturbionik Seminar Bionik

Baumgartner Baumgartner Baumgartner Baumgartner

Biologie II

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Staatsexamensstudien-gang Lehramt Biologie

Modul Allgemeine Biologie Vorlesungen

Bionik I Bionik II/ Strukturbionik Modellbildung biologischer Systeme (mit Übung)

Seminar Bionik

Praktika Bionik I/ Informationsbionik Bionik II/ Strukturbionik

Modul Zoologie Vorlesungen

Humanbiologie I und II Molekulare Sinnesbiologie Entwicklungsbiologie der Tiere Sinnesphysiologie und Ethologie Molekulare Neurobiologie Synaptische Transmission

Seminar Humanbiologisches Seminar

Aktuelle Themen der molekularen Sinnesbiologie Aktuelle Themen der Zell– u. Entwicklungsbiologie Evolutionsbiologie Aktuelle Themen der molekularen Neurobiologie

Praktika Entwicklungsbiologie I und II Blockpraktikum Humanbiologie Modul Fachdidaktik Vorlesung Didaktik des Biologieunterrichts Übung Fachgemäße Arbeitsweisen im Biologieunter-

richt Fachdidaktisches Blockpraktikum mit Seminar Unterrichtsübungen und Seminar Fachdidaktische Seminare Praktikum Biologie für Lehramtsstudierende Teil Genetik (Humangenetik) Teil Bau, Entwicklung und Evolution der Tiere/

Humanbiologie Teil Bau, Entwicklung und Evolution der Tiere/ Entwick-

lungsbiologie Teil Neurobiologie/ Tierphysiologie weitere Praktika: Bienenpraktikum Praktikum zur Verhaltenskunde Beobachten, Fangen u. Züchten von Tieren in Theorie u. Pra-xis

Baumgartner Bohrmann Müller, Wagner Bräunig Wagner Müller Dorlöchter Bohrmann, Heil Müller Bohrmann, Bräunig Bräunig, Loesel Müller Bohrmann, Bräunig, Loesel, (Bossinger) Bohrmann, Heil Bohrmann, Heil, Dahmen, Reineke, Ebel Heil, (Eggermann) Bohrmann, Heil Bräunig Wagner, Wirth Bohrmann, Heil, Weyers Heil, Wirooks Heil, Wirooks


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Lehre Staatsexamensstudiengang Lehramt Biologie

weitere Seminare: Herstellung von Medien für den Biologieunterricht Sequenzplanung für den Biologieunterricht d. Sekundarstu-fe II und andere Exkursionen: Vorstellung von Lebensräumen in der Region Aachen Biologische Station "Heiliges Meer" bei Recke i. W.

Dahmen Reineke Lennartz Bohrmann, Heil

Mies-van-der-Rohe-Str.15 52074 Aachen

Institut für Zoologie und Tierphysiologie

(Biologie II)

Biologie II

Lehrstuhl für Zoologie und Tierphysiologie

Überblick

Physiologie ist die Wissenschaft, die unter-sucht, wie Organismen, Zellen und Zellor-ganellen funktionieren. Pflanzen sind keine passiven Organismen. Sie müssen Schäd-linge abwehren, drastische Umweltbedin-gungen aushalten, Nährstoffe aufnehmen, die Tageszeit einschätzen und Ereignisse in der nahen Zukunft voraus ahnen. All diese Dinge müssen sie tun, während sie fest im Boden verwurzelt sind. Pflanzen leiten intern Informationen und Stoffe über große Strecken weiter, ohne ein Ner-vensystem oder eine Pumpe wie das Herz

in Tieren zu besitzen. Außerdem kommu-nizieren Pflanzen miteinander als einzelne Individuen. Wie machen sie das alles? Im Institut für Pflanzenphysiologie können Sie lernen, wie Pflanzen funktionieren, und zwar von der molekularen zur organismi-schen Ebene der Komplexität. Insbesonde-re können Sie erfahren, wie Pflanzen rea-gieren, wenn sie von mikrobiellen Krank-heitserregern angegriffen werden.

Pflanzen müssen Krankheitserreger als „nicht selbst“ erkennen und sich dagegen wehren. Pflanzen nutzen ein molekulares Überwachungssystem, um Pathogene zu erkennen und ein ausgeklügeltes, zellulä-res Kommunikationssystem, um die Infor-mation in den Zellkern weiterzuleiten. Im Zellkern werden als Antwort spezifische

Gene angeschaltet oder unterdrückt, um der Pflanze beim Überlebenskampf aktiv zu helfen. Zusätzlich zu den aktiv induzier-ten Abwehrmechanismen beinhalten Pflanzen oft auch natürliche, vorgefertigte Antibiotika. Forschung in all diese ver-schiedenen Richtungen wird im Institut durchgeführt. Landwirtschaftlich wichtige

Institutsleiter

Pflanzenphysiologie (Biologie III)

Sekretariat Worringerweg 1 52074 Aachen Tel +49 (0)241 80 26651 Fax +49 (0)241 80 22181 sekretariat@ bio3.rwth.aachen.de www.bio3.rwth-aachen.de

Öffnungszeiten: Mo-Do: 8:00-13:00 Uhr und 14:00-16:00 Uhr Fr: 8:00-12:30 Uhr

Lehrstuhl für Pflanzenphysiologie

Prof. A. J. Slusarenko

Lehrstuhl - Pflanzenphysiologie

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Nutzpflanzen, wie z. B. Sojabohnen und Getreide wie Reis, Gerste und Weizen wer-den ebenso untersucht, wie eine Modell-pflanze, das kleine Unkraut Ackerschmal-wand (lat. Arabidopsis thaliana).

Im Bereich der angewandten Phytopatho-logie findet eine enge Kooperation mit

dem Pflanzenschutzdienst der Landwirt-schaftskammer NRW statt, welche durch Hon. Prof. Dr. B. Böhmer vertreten wird.

Links: Eine Pathogenspore keimt auf einem Wurzelhaar einer Arabidopsis-Pflanze aus und wächst in die Wurzel hinein. Rechts: Fraßstelle einer Raupe auf einem Arabidopsis-Blatt. Die Pflanze enthält ein Gen für ein redox-empfindliches grün fluoreszierendes Protein.

Prof. A. J. Slusarenko B.sc. Ph.D.

Raum A42 311

+49 (0)241 80 26650

[email protected]

Keimlinge von verschiedenen Arabidopsis-Genotypen wurden dem redox-aktiven antimikrobiellen Stoff Allicin ausgesetzt

Biologie III

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Prof. Dr. U. Conrath Raum 42A 313 +49 (0)241 80 26540 [email protected]

Nach Befall nur eines Blattes durch einen Krankheitserreger können auch die nicht befallenen Teile einer Pflanze gegen wei-teren Pathogen-Befall immun werden. Diese so genannte „systemisch erworbene Resistenz“ (auch „systemische Immunität“) beruht darauf, dass die nicht befallenen Blätter nach dem Erstbefall eine erhöhte Abwehrbereitschaft aufbauen. Die Arbeitsgruppe von Professor Conrath untersucht auf einem international kom-petitiven Niveau die molekularen, bioche-mischen und physiologischen Mechanis-men, die der erhöhten Abwehrbereitschaft von systemisch resistenten Pflanzen zu-grunde liegen. Ein besonderes Augenmerk liegt bei der Untersuchung von Änderun-gen im Chromatin, bei der Identifizierung von wichtigen Komponenten der Signal-übertragung (z. B. Transkriptionsfaktoren), der Genexpression, der Enzymaktivität, der

Resistenz gegen Pathogene, sowie der Toleranz für abiotischen Stress (z. B. Tro-ckenheit, Kälte). Die Arbeitsgruppe hat zum Beispiel gefunden, dass es bei der Ausbildung der systemisch erworbenen Resistenz zu bestimmten Änderungen von Proteinen im Chromatin kommt. Dabei werden auch Signalmoleküle angereichert, die erst bei einer Folgeattacke benötigt werden, dann aber bereits vermehrt vor-liegen. Da man sich die systemisch erworbene Resistenz auch bei der Entwicklung neuer Nutzpflanzen und von Pflanzenschutzmit-tel zu Nutze macht, wird die Grundlagen-forschung der Arbeitsgruppe durch ge-meinsame Projekte mit der Pflanzenschutz-Industrie ergänzt. Die aktuellen Themen aus der Forschung fließen auch ins Lehr-angebot der Arbeitsgruppe ein.

Lehr- und Forschungsgebiet - Biochemie & Molekularbiologie der Pflanzen

Die systemisch erworbene Resistenz lässt sich im Grundversuch mit jungen Gurkenpflanzen (Sorte Mervita) zeigen. Bei der linken Pflanze wurde ein Keimblatt (↑) mit dem Pilz Colletotrichum lagenari-um infiziert und trocknete dadurch aus. Eine Woche nach dieser Erstinfektion wurden 20 Tropfen mit Sporen des gleichen Pilzes auf ein Laubblatt gege-ben. Dieses Blatt blieb gesund, da es inzwischen resistent geworden war. Bei der Kontrollpflanze (rechts), bei der keine vorherige Infektion des Keim-blattes erfolgte, führte jeder der 20 Sporentropfen auf dem Laubblatt zu einer Schädigung, die als gelber Fleck zu erkennen ist.

Pflanzenphysiologie

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Die Weltbevölkerung wächst schnell - gleichzeitig schrumpft die landwirtschaft-lich nutzbare Fläche. Um einer Nahrungs-mittelverknappung entgegenzuwirken werden verschiedene Strategien verfolgt: eine davon zielt darauf ab, den Ertrag pro Anbaufläche zu steigern. Dazu gehört auch, die angebauten Pflanzen gegen Pathogene zu schützen und zwar ohne dass die Umwelt durch übermäßigen Ein-satz von Pestiziden belastet wird. Eine der wichtigsten Nahrungsmittelpflan-zen ist die Sojabohne, die inzwischen auf allen Kontinenten angebaut wird. Seit Kur-zem ebenfalls weltweit verbreitet ist eine aggressive Krankheit der Sojapflanze: der Asiatische Sojarost, hervorgerufen durch Phakopsora pachyrhizi. Bisher wurde keine Sojasorte mit breiter Resistenz gegen die-sen Pilz identifiziert. Dramatisch, denn ein Befall kann, wenn unbehandelt, Erntever-luste von bis zu 80 % verursachen. Wir untersuchen, ob die vorhandene Resistenz der Modellpflanze Arabidopsis, eine soge-nannte Nichtwirtresistenz, Sojapflanzen vor Sojarost schützen kann. Tatsächlich gilt Nichtwirtresistenz als besonders stabil und langlebig, ihre Wirkmechanismen sind jedoch noch nicht vollständig erforscht.

Dazu haben wir nach gesamtgenomischer Expressionsanalyse herausgefunden, wel-che Gene in Arabidopsis durch Infektion mit P. pachyrhizi angeschaltet werden. Diese könnten wichtig sein, um eine Etab-lierung des Pilzes in der Pflanze zu verhin-dern. Um das zu überprüfen schalten wir ausgesuchte Gene mittels RNA-Interferenz aus. Wird dadurch die Resistenz der Mo-dellpflanze zumindest zum Teil gebro-chen, können wir davon ausgehen, dass die entsprechenden Gene eine wichtige Rolle in der Verteidigung der Pflanze ge-gen den Erreger des Asiatischen Sojarosts spielen. Welche Rolle das genau ist, analysieren wir mit modernen molekularbiologischen und genetischen Methoden. So können wir z.B. durch Anhängen von Fluoreszenzmarkern untersuchen, wo sich das entsprechende Protein in der Zelle befindet. Wir benutzen biochemischen Methoden um die genaue Funktion der Kandidaten in der Pflanze zu bestimmen. Weiterhin wollen wir heraus-finden, ob durch starke Überexpression der Gene eine verstärkte Resistenz der Pflanzen erreicht werden kann.

Jun.-Prof. Dr. Katharina Göllner

Raum 42A-320

+49 (0)241 80 26662

[email protected]

Juniorprofessur „Molekulare Phytopathologie“

Der Asiatische Sojarost hat deutli-che Symptome auf befallenen Pflanzen. Diesen voraus geht star-kes Pilzwachstum mit Bildung von Hyphen und Haustorien, den Er-nährungsorganen. In Arabidopsis wird der Pilz schon früh abge-wehrt. Wir haben Gene der Nicht-wirtresistenz identifiziert, die, wenn ausgeschaltet, diese Abwehr ver-zögern.

Biologie III

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Die fortschreitende Verknappung an Ener-gie und Nahrungsmitteln fordert Lösungs-ansätze von der modernen Pflanzenfor-schung. Vor dem Hintergrund, dass agrar-wirtschaftlich genutzte Flächen weltweit nur bedingt und dann oft zu Lasten der Umwelt vergrößert werden können, kann der Forderung nach höheren Erträgen nur durch eine gesteigerte Primärproduktion oder eine Verminderung der Ernteverluste nachgekommen werden. Das Reis- und Gersten-Labor (Riba-lab) am Institut für Pflanzenphysiologie der RWTH Aachen hat sich der Aufgabe, die Pflanzenproduktion gegen Verluste durch Pflanzenkrankheiten zu schützen, ver-schrieben. Im Fokus der Arbeiten stehen dabei die wichtigsten Nahrungsmittel-pflanzen wie Reis, Gerste, Weizen und Sojabohne. Um die Entstehung von Pflan-zenkrankheiten ganzheitlich zu verstehen, untersuchen wir nicht nur das Potential

der Pflanzen sich gegen Krankheitserreger zu wehren sondern auch die Eigenschaf-ten der Pathogene, die diese zu gefährli-chen Schaderregern machen. Ziel unserer Untersuchungen ist es, basierend auf ei-nem umfassenden Verständnis der Wech-selwirkungen zwischen Pathogenen und ihren Wirtspflanzen die Produktion von Nahrungsmitteln nachhaltig zu gewähr-leisten. Hierzu wenden wir ein breites Spektrum an biochemischen, molekularbi-ologischen und genetischen Methoden an.

Reis- und Gersten-Labor (Riba-lab)

PD Dr. rer. nat. habil. Ulrich Schaffrath, AOR Raum 42A 352.1 +49 (0)241 80 20100 [email protected] http://www.bio3.rwth-aachen.de/Ribalab www/index ribalab_deu.htm

A: Nur der Pilz Magnaporthe oryzae (BR32), nicht aber das Isolat einer nahe verwandten Art (CD180) kann Gerste infizieren. B: (oben) Die beiden morphologisch sehr ähnlichen Pilze werden im Labor auf künstlichen Medien kultiviert. (unten) Die Konidien jeder Art wurden zur Unterscheidung mit grün bzw. rot fluoreszieren-den Proteinen transformiert. C: Gerstenpflanzen können diese Pathogene abwehren, indem sie entweder das Eindringen oder die Ausbreitung des Pilzes verhindern. Reproduziert aus Schaffrath und Delventhal (2011)

Pflanzenphysiologie

Seite 30 Seite 30

Biologie III

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III. Conrath U (2011) Molecular aspects of defense priming. Trends in Plant Science 16: 1360-1385 IV. Beckers, G.J.M., Jaskiewicz, M., Liu, Y., Underwood, W. R., He, S.Y., Zhang, S., Conrath, U. (2009)

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Literatur


Modul Pflanzenphysiologie Vorlesung und Praktikum Pflanzenphysiologie Modul Biochemie und Genetik Vorlesung und Tutorium Einführung in die Biochemie Praktikum Molekularbiologie und Biochemie Vertiefungsmodul Zell– und Molekularbiologie der Pflanzen Vorlesung Biochemie Vorlesung Zellbiologie Vorlesung Physiologie Vorlesung Molekulare Genomik Praktikum Zell– und Molekularbiologie der Pflanzen

Slusarenko, Schaffrath Conrath Conrath, Beckers, Usadel Slusarenko , Conrath, (Panstruga, Usadel), Göllner, Schlaich


Vorlesung und Tutorium Einführung in die Biochemie

Conrath


Modul Physiologie Vorlesung und Tutorium Einführung in die Biochemie Praktikum Biochemie für das Lehramt

Slusarenko, Wagner Conrath Conrath, Beckers

Biologie III

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Vorlesung Pflanzenphysiologie Vorlesung Funktionelle Genanalyse

Slusarenko Schlaich


Vertiefungsrichtung Pflanzenwissenschaften Modul Molekulare Pflanzenphysiologie I Vorlesung Techniken der Pflanzenphysiologie Seminar Pflanzenphysiologie Modul Molekulare Pflanzenphysiologie II Vorlesung Stressphysiologie Modul Praktikum Molekulare Pflanzenphysiologie Seminar „Aktuelle Aspekte der Pflanzenphysiologie“ Praktikum Molekulare Physiologie Modul Phytopathologie I Vorlesung Phytopathologie I Vorlesung Integrierter Pflanzenschutz Modul Phytopathologie II Vorlesung Physiologie und Molekularbiologie der

Pflanzenkrankheiten Modul Molekulare Phytopathologie Praktikum Molekulare Phytopathologie Seminar „Methoden der Phytopathologie“ Modul Induzierte Resistenz von Pflanzen (Theorie) Vorlesung Biochemie der induzierten Resistenz von

Pflanzen Seminar Biochemie der induzierten Resistenz von

Pflanzen Modul Induzierte Resistenz von Pflanzen (Praxis) Praktikum Biochemie und Molekularbiologie der indu-

zierten Resistenz von Pflanzen Modul Funktionelle Genanalyse Vorlesung Funktionelle Genanalyse Seminar Funktionelle Genanalyse Vorlesung Biodiversität und Ökologie der Pilze Forschungspraktika Pflanzenphysiologie Forschungspraktika Biochemie

Slusarenko Slusarenko Slusarenko, Schlaich Slusarenko, Böhmer Slusarenko Slusarenko, Schaffrath Conrath Conrath, Beckers Slusarenko, Schlaich Ostrowski, Gams, Slusarenko, Slusarenko, Schaffrath, Schlaich Conrath, Göllner, Beckers

Pflanzenphysiologie (Biologie III) Worringerweg 1 52074 Aachen

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Lehrstuhl für Pflanzenphysiologie

Überblick

Alle Projekte am iAMB-Institut für Ange-wandte Mikrobiologie tragen zur Entwick-lung einer Bioökonomie in Deutschland bei. Durch ein grundlegendes Verständnis der eingesetzten Bakterien und Pilze wer-den am iAMB neue Anwendungen wie beispielsweise die Herstellung von Bioten-siden, organische Säuren und Feinchemi-kalien, die Verwendung der Elektrokataly-se, der mikrobielle Befall von Biokraftsof-fen, sowie der Schutz von Nutzpflanzen erarbeitet. Ein weiterer wichtiger Bereich am iAMB ist die Nutzung von Abfallströ-

men einer Bioökonomie als Ausgangsma-terialien für die Wertstoffsynthese. Das ultimative Ziel ist die rationale Stamment-wicklung, die es ermöglichen wird, gezielt Hochleistungsmikroben für die ver-schiedensten Anwendungen bereitzustel-len.

Genomforschung, Bioinformatik, Gentech-nik und neue Analyseverfahren („Omics“) haben den mikrobiellen Forschungssektor in der letzten Dekade revolutioniert. Die Integration dieser Möglichkeiten erlaubt es, unbekannte Stoffwechselkapazitäten von Mikroorganismen zu identifizieren und für nachhaltige Produktionsprozesse

in der Biotechnologie zu optimieren. Mik-roorganismen, die bereits seit Jahrhunder-ten für die Herstellung von Lebensmitteln genutzt wurden, werden in der postmo-dernen Biotechnologie als industrielle Plattformorganismen eingesetzt, um Enzy-me, Pharmaka, Biokraftstoffe und funktio-nelle Lebensmittel herzustellen.

Angewandte Mikrobiologie (Biologie IV)

Lehrstuhl - Angewandte Mikrobiologie

Sekretariat


Tel.: +49 (0)241 80 26601 Fax: +49 (0)241 80 22180

ulrike.schmitt@rwth-

aachen.de www.iamb.rwth-aachen.de


Lehrstuhl für AngewandteMikrobiologie

Institutsleiter Prof. L. M. Blank

Seite 33

Prof. Dr. L. M. Blank Raum 42A 113 +49 (0)241 80 26600 [email protected]

Trotz dieser Fortschritte ist die (Mikro)biologie im Wesentlichen noch deskriptiv. Die sogenannte Quantitative Biologie, Systembio(techno)logie und Synthetische Biologie sind daher sehr aktive For-schungsgebiete, deren Ziel es ist, dass System Zelle ganzheitlich und in seiner gesamten Dynamik zu verstehen und zu verändern. Die Verbindung zwischen (Mikro)biologie, Mathematik und Ingeni-eurswissenschaften ist die unabdingbare Voraussetzung, um zelluläre Vorgänge zu modellieren und darauf aufbauend Mikro-organismen vorhersagbar und kontrolliert für maximale Leistungsfähigkeiten aufzu-bauen und zu nutzen. In dem Spannungsfeld zwischen Genomik, Physiologie, Analytik, Bioinformatik und Bioverfahrenstechnik bewegt sich die Leh-re und Forschung am Lehrstuhl für Ange-wandte Mikrobiologie. Das Fernziel der Arbeiten am Lehrstuhl ist die mathemati-sche Beschreibung der zellulären Bioche-mie inklusive ihrer Abhängigkeiten vom regulatorischen Netzwerk und Wachs-tumsmilieu. Ein solches Verständnis der

zellulären Biochemie erlaubt eine wirklich rationale Stammentwicklung mittels Meta-bolic Engineering, um neuartige Ganzzell-Biokatalysatoren für die Anwendungen in der chemischen und pharmazeutischen Industrie bereitzustellen. Dabei wird ein Ingenieursansatz aus Analyse, Design und Synthese angewendet (siehe Abbildung): I. quantitative Charakterisierung des mik-

robiellen Metabolismus (Analyse), II. Erstellung von mathematischen Model-

len für die prädiktive Stammkonstrukti-on (Design),

III. Konstruktion von mikrobiellen Zellfab-riken (Synthese).

Die Lehre und Forschung am Lehrstuhl wird durch vier Wissenschaftler betreut. Herr Dr. Martin Zimmermann beschäftigt sich mit Fragestellungen der Angewand-ten Mikrobiologie. Frau Dr. Birgitta Ebert ist im Bereich der Analyse und des De-signs von Mikroben tätig. Herr Dr. Nick Wierckx arbeitet an der Synthese von neu-artigen Funktionen von Mikroorganismen. Herr Dr. Lars Küpfer forscht auf dem Ge-biet „Computational Biology“.

Gezielte Konstruktion und Synthese von Hochleistungsmikroben mittels „Metabolic Engineering“. Vickers, Blank, und Krömer, Nature Chem. Biol., Grand Challenge, 2010 6:875

Angewandte Mikrobiologie

Seite 34 Seite 34 Biologie IV

Prof. Dr. J. Schirawski

Raum 42D 150

+49 (0)241 80 26616

[email protected]

Brandpilze sind Schädlinge wichtiger Ge-treidepflanzen wie Mais, Gerste, Weizen, Hafer und Hirse. Sie können zu hohen Ernteverlusten führen. In der Regel werden die Pflanzen kurz nach der Keimung des Saatgutes durch den Pilz infiziert, dessen Sporen im Boden überdauern. Tückischer-weise lebt der Pilz zunächst endophytisch und breitet sich in der Pflanze aus, ohne Symptome zu erzeugen. Erst bei der Blü-tenbildung zeigt sich das Ausmaß der In-fektion: Komplette Blütenstände werden ganz oder teilweise durch Pilzsporen er-setzt, und anstelle von essbarem und keimfähigem Saatgut bildet sich eine dun-kelbraune bis schwarze Masse, der die Brandpilze ihren Namen verdanken. Wir untersuchen den Brandpilz Sporisori-um reilianum, den Erreger des Kopfbran-des von Mais und Hirse. Dieser Pilz exis-tiert in zwei Varietäten, die Sporen entwe-der nur auf Mais oder nur auf Hirse bilden können. Wir wollen die molekularen Grundlagen der Wirtsspezifität ergründen und verstehen, wie die Pilze ihre Wirts-pflanze erkennen, wie sie pflanzliche Ab-wehrsysteme in Schach halten, wie sie sich vor Erkennung durch die Pflanze schützen, wie sie sich in der Pflanze ernähren, wie sie mit der Pflanze kommunizieren und wie sie unterschiedliche Pflanzengewebe

wahrnehmen können. Dazu verwenden wir moderne genetische, molekulare, bio-informatische, mikroskopische, analytische und biochemische Methoden. Die meisten Brandpilze kommen nur auf einer Wirtspflanzenart vor und die meisten Wirtspflanzenarten werden nur von einer Brandpilzart befallen. Eine Ausnahme ist Mais, der sowohl von S. reilianum als auch von Ustilago maydis befallen wird. Diese Pilze sind nahe miteinander verwandt, verursachen aber unterschiedliche Symp-tome auf ihrem Wirt. U. maydis verursacht Tumorbildung in der Nähe der Infektions-stelle, während S. reilianum neben Sporen in den Blütenständen auch die Morphoge-nese der Maispflanze beeinflusst. Wir wol-len die molekularen Grundlagen der Symptomausprägung verstehen und er-klären, wie der Pilz in das Entwicklungs-programm der Pflanze eingreift, um sich günstigere Wachstumsbedingungen zu schaffen. Diese Fragen sind komplex und ihre Beantwortung bedingt ein gutes Ver-ständnis nicht nur des Pilzes sondern auch der Wirtspflanze. Daher untersuchen wir auch den Einfluss der Pilze auf die Genre-gulation und die Entwicklung der Wirts-pflanze.

Lehr- und Forschungsgebiet - Mikrobielle Genetik

Sporisorium reilianum verändert die Blütenmor-phologie der Maispflanze. A Gesunder männli-cher Blütenstand. B Männlicher Blütenstand einer S. reilianum infizierten Pflanze mit Phyllodie.

Seite 35

Bioelektrochemische Systeme (BES) erwe-cken großes Interesse als innovative bio-technologische Prozesse für die nachhalti-ge Erzeugung von elektrischer Energie, von chemischen Produkten, für die CO2-Fixierung, als Biosensoren, zur Entsalzung und bei der Umwandlung von schwerab-baubaren Chemikalien. BES ermöglichen die Erzeugung von elektrischem Strom aufgrund mikrobieller Atmungsaktivität mit einer Anode. Dabei dient die Anode dem mikrobiellen Stoff-wechsel als Elektronenakzeptor analog zur menschlichen Atmung mit Sauerstoff. Spe-zielle Proteine in der Zellwand von Bakte-rien ermöglichen ihnen Elektronen nach außen an die Anode abzugeben. Nähr-stoffe, wie z. B. organische Verbindungen aus Abwasser, dienen als Quelle für die Elektronen, was den Einsatz von BES at-traktiv für die Abwasserbehandlung macht. Die erzeugten Elektronen wandern durch einen externen Stromkreis zu einer Kathode, wo sie über chemische oder mikrobielle Katalysatoren auf finale Elekt-ronenakzeptoren (z. B. Sauerstoff) über-tragen werden. Wenn dabei netto elektri-sche Energie erzeugt wird, spricht man von einer mikrobiellen Brennstoffzelle. Mit einem geringen zusätzlichen Energieauf-

wand, können Mikroorganismen an der Kathode auch spezifische chemische Re-duktionen durchführen (z.B. Kohlendioxid zu Acetat) – hierbei spricht man dann von mikrobieller Elektrosynthese. Die potenti-ellen Einsatzmöglichkeiten beider Prozes-se sind sehr vielfältig. Im letzten Jahrzehnt wurden bezüglich des BES-Designs und der Materialentwick-lung, sowie im Verständnis der mikrobio-logischen Prozesse große Fortschritte ge-macht, aber es wurden auch die beste-henden Herausforderungen für den er-folgreichen Einsatz von BES in diversen umwelt- und biotechnologischen Berei-chen aufgezeigt. Zum einen ist ein tieferes Verständnis der mikrobiologischen Vor-gänge nötig, besonders in kathodischen Prozessen und im Zusammenspiel unter-schiedlicher Mikroben in Mischkulturen und Biofilmen. Nur wenn bekannt ist, wie einzelne Mikroben „funktionieren“ und wie sie in Gemeinschaft interagieren, kann ihre Funktionalität kontrolliert werden („Community Steering“). Hierzu leisten wir wichtige grundlegende Arbeiten hinsicht-lich der Entwicklung und Untersuchung neuer Biokatalysatoren für die mikrobielle Elektrosynthese an Kathoden. Außerdem untersuchen wir definierte Mischkulturen

Angewandte Mikrobiologie

Juniorprofessur - Mikrobiologie definierter Mischkulturen

Prof. Dr. M. Agler-Rosenbaum Raum 42D 150 +49 (0)241 80 26617 [email protected]

Bild und Schema eines Bioelektrochemischen Systems. Mikroorganismen generieren einen elektrischen Strom an einer Anode, oder nutzen kathodische Elektronen für biochemische Pro-zesse.


aus zwei oder drei Mikroorganismen be-züglich ihrer metabolischen Prozesse und ihrer Interakt ion untereinander (mikrobielle Kommunikation). Rundherum ist wissenschaftliches Arbeiten im Bereich der bioelektrochemischen Sys-

teme sehr interdisziplinär – Verständnis in Mikrobiologie, Physiologie, Elektrochemie, Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und Materialwissenschaften muss zusammen-wirken, um ein erfolgreiches System zu etablieren.

Arbeitsgruppe - Glutathionmetabolismus

Yeast Surface Display: Hefen können gen-technisch so verändert werden, dass sie auf der Oberfläche neue Proteine tragen. So können zum Beispiel Cellulasen, Pek-tinasen oder Xylanasen auf die Oberfläche gebracht werden, so dass die Hefen dann diese Polysaccharide abbauen können. Wir verfolgen damit das Ziel, Biomasse gezielt abbauen zu können, um die Ab-bauprodukte dann weiter zu nutzen. Glutathion ist ein Tripeptid, welches bei aeroben Organismen wichtige Funktionen unter anderem in der Stressabwehr erfüllt. Das Tripeptid wird enzymatisch syntheti-siert, wir bearbeiten die entsprechenden Enzyme aus Hefen. Wir möchten die Bio-

synthese von Glutathion und Glutathion-analoga besser verstehen und Stämme erhalten, die Glutathion beziehungsweise dessen Analoga überproduzieren. Die Auswirkung von Glutathion und dessen Mangel auf die Schwermetallresistenz bei Hefen wird ebenfalls untersucht.

Dr. M. Zimmermann, AOR

Raum 42A 122

+49 (0)241 80 26607

[email protected]

Seite 37 Angewandte Mikrobiologie

I. Biotechnologie von Morgen, Thesenpapier, DECHEMA, 2011, www.dechema.de/biotech_media/Downloads/Biotech_von_morgen_ZF_2011.pdf

II. Thesenpapier zum Status der Synthetischen Biologie in Deutschland, DECHEMA, 2011, www.dechema.de/biotech_media/Downloads /Synth_Bio_2011_NEU_3.pdf

III. Angewandte Genomforschung 10.12.2010 Maisschädlingen auf der Spur, www.wissenschaft-aktuell.de/artikel/Angewandte_Genomforschung_Maisschaedlingen_auf_der_Spur1771015587278.html

IV. BIOspektrum 6/04 Seiten 730-733 Der Maisbeulenbrand: Ein Modell für phytopathogene Pilze, www.biospektrum.de/blatt/d_bs_pdf&_id=934405

V. Mikrobielle Brennstoffzellen auf Biotechnologie.de – die Informationsplattform des BMBF: www.biotechnologie.de/BIO/Navigation/DE/root,did=121848.html

VI. Alles rund um BES – Informationen, Anleitungen, Literatur und mehr: www.microbialfuelcell.org

VII. Produktentwicklung für die Bioökonomie: http://www.systembiologie.de/fileadmin/media/magazine/systembiologie_magazin_ausgabe05.pdf

Literatur

Bachelor Studiengang Biologie

Modul Mikrobiologie und Biotechnologie Vorlesung Einführung in die Mikrobiologie Praktikum Mikrobiologisches Grundpraktikum Modul Mikrobiologie und Genetik Vorlesung Molekulare Mikrobiologie Blockpraktikum Allgemeine Mikrobiologie

Blank, Zimmermann Blank, Zimmermann


Modul Grundlagen der Biologie und Biotechnologie Vorlesung Einführung in die Mikrobiologie Modul Mikrobiologie und Genetik Vorlesung Physiologie der Mikroorganismen Praktikum Mikrobiologisches Grundpraktikum



Modul Angewandte Biologie Vorlesung Einführung in die Mikrobiologie Praktikum Mikrobiologisches Grundpraktikum Modul Mikrobiologie Praktikum der Biologie für Lehramtsstudierende Teil Mik-

robiologie Zusatzmodul Mikrobiologie und Genetik 1 Zusatzmodul Mikrobiologie und Genetik 2




Vertiefungsrichtung Mikrobiologie und Genetik Modul Genetik der Prokaryoten 1 Seminar Genetisches Seminar Modul Genetik der Prokaryoten 2 Blockpraktikum Mikrobengenetik Modul Methoden der Genetischen Analyse Vorlesung Methoden der Genetischen Analyse Seminar Methoden der Genetischen Analyse Modul Theorie der Physiologie der Mikroorganismen Vorlesung Physiologie der Mikroorganismen Seminar Mikrobiologisches Seminar Modul Praxis der Physiologie der Mikroorganismen Praktikum der Physiologie der Mikroorganismen

Schirawski Schirawski Schirawski Blank, Zimmermann Blank, Zimmermann



Modul Spezielle Angewandte Mikrobiologie Vorlesung Grundlagen und Anwendungen bioelektro-

chemischer Systeme Seminar Kritische Auseinandersetzung mit wissen-

schaftlicher Originalliteratur der angewandten Mikrobi-ologie

Vorlesung Umweltmikrobiologie Modul Industrielle Mikrobiologie Vorlesung Einführung in die Lebensmittelmikrobiologie Vorlesung Industrielle Mikrobiologie Modul Quantitative Mikrobiologie Vorlesung Quantitative Mikrobiologie 1 Vorlesung Quantitative Mikrobiologie 2 Modul Genetik der Pflanzen-Mikroben-Interaktion Vorlesung Genetik der Pflanzen-Mikroben-Interaktion Seminar Genetik der Pflanzen-Mikroben-Interaktion

Agler-Rosenbaum Blank, Zimmermann Blank, Zimmermann Schirawski


Säule Weiße Biotechnologie Praktikum der Physiologie der Mikroorganismen Blockpraktikum Mikrobengenetik Vorlesung Grundlagen und Anwendungen bioelektro-



Vorlesung Umweltmikrobiologie

Blank, Zimmermann Schirawski Agler-Rosenbaum Agler-Rosenbaum Agler-Rosenbaum

Master Studiengang Biotechnologie –Molekulare Biotechnolo-gie

Modul Spezielle Angewandte Mikrobiologie Vorlesung Grundlagen und Anwendungen bioelektro-



Vorlesung Umweltmikrobiologie Modul Quantitative Mikrobiologie Vorlesung Quantitative Mikrobiologie 1 Vorlesung Quantitative Mikrobiologie 2 Modul Molekulare Mikrobiologie Vorlesung Molekulare Mikrobiologie Vorlesung Industrielle Mikrobiologie

Agler-Rosenbaum Blank, Zimmermann Blank, Zimmermann

Master Studiengang Ökotoxikologie

Modul Theorie der Physiologie der Mikroorganismen Vorlesung Physiologie der Mikroorganismen Seminar Mikrobiologisches Seminar Modul Praxis der Physiologie der Mikroorganismen Praktikum der Physiologie der Mikroorganismen Vorlesung Umweltmikrobiologie

Blank, Zimmermann Blank, Zimmermann Agler-Rosenbaum

Lehrstuhl für AngewandteMikrobiologie

Lehrstuhl für Angewandte

Mikrobiologie (Biologie IV)

Worringerweg 1

52074 Aachen

Überblick

Mit unserer Forschung wollen wir Dynamik und Wirkungen von Stressfaktoren in der Umwelt bewerten und Methoden entwi-ckeln, um Belastungen zu beseitigen oder zu verringern. Das Institut für Umweltforschung forscht und lehrt in den Bereichen Ökochemie, Ökologie und Ökotoxikologie. Dabei wer-den die folgenden drei Querschnittsthe-men bearbeitet: Effekte und Monitoring Anthropogene und natürliche Schadstoffe resultieren oftmals in adversen Effekten auf verschiedenen Skalenebenen – vom Molekül bis hin zum Ökosystem.

Modellierung/Simulation Modellierung und Simulation spielen eine wichtige Rolle im Bemühen struktureller Erforschung ökologischer Systeme und in der Stoffbewertung. Verbleib und Sanierung Die Exposition von Organismen mit um-weltrelevanten Chemikalien wird neben den Eigenschaften der Umweltmatrix maß-geblich durch die stofflichen Parameter der Substanzen bestimmt.

Das Lehr- und Forschungsgebiet Ökosys-temanalyse wird von Prof. Dr. Henner Hol-lert geleitet und befasst sich mit der bio-analytischen Untersuchung von chemi-schen und natürlichen Stressoren in der Umwelt und der Untersuchung ihrer ad-versen Effekte gegenüber verschiedenen biologischen Stufen des Lebens, vom Mo-

lekül bis zum Ökosystem. Ein Schwerpunkt der Arbeiten ist im Bereich der Wasserfor-schung angesiedelt: Chemikalien, gelöste und Sediment-gebundene Wassersinhalts-stoffe werden mit zellbasierten Biotests bezüglich ihrer toxischen Effekte bewertet. Neben akuten Biotestverfahren werden auch „Mechanismus-spezifische Testver-

Institutsleiter

Umweltforschung (Biologie V)

Prof. Dr. A. Schäffer und Prof. Dr. H. Hollert

Lehrstuhl für Umweltforschung

Lehr- und Forschungsgebiet - Ökosystemanalyse (ESA)

Sekretariat Worringerweg 1 52074 Aachen Tel.: +49 (0)241 80 26678 Fax: +49 (0)241 80 22182 [email protected] www.bio5.rwth-aachen.de Öffnungszeiten: 8:00-12:00 Uhr

Seite 40 Seite 40

Prof. Dr. H. Hollert

Raum 42C 230

+49 (0)241 80 26669

[email protected]

fahren“ angewendet, bei denen subtilere biologische Wirkungen ermittelt werden: In Zellkulturen kann beispielsweise die erbgutverändernde Wirkung, die Dioxin-ähnliche und auch endokrine Wirkung ermittelt werden. In diesem Kontext wer-den Biotestverfahren, wie etwa der Fisch-eitest mit dem Zebrabärbling und Zellkul-turverfahren als Alternativmethoden zu Tierversuchen weiter entwickelt. Die Frage nach der ökologischen Relevanz der La-borbefunde für die Situation im Freiland kann mit solchen Biotestverfahren nicht beantwortet werden. Hierzu werden taxo-nomische Bestandsaufnahmen und auch die Untersuchung bestimmter Biomarker an Fischen aus dem Freiland durchgeführt. Der gemeinsame Einsatz von chemischen Analysen, biologischen Wirkungstests und Freilandstudien wird in der Umweltfor-schung oft als so genannte „Bewertungs-Triade“ eingesetzt. Eine große Expertise besitzt die Abteilung auch im Bereich der Effekt-dirigierten Analyse von schädlichen Umweltchemika-lien: komplexe Umweltproben werden z.B. mit chromatographischen Auftrennungs-methoden in Teilproben aufgetrennt und im Biotest auf ihre schädliche Wirksamkeit hin untersucht. Nur die toxischen Proben werden mit chemischer Analytik näher

untersucht. Durch diese Vorgehensweise können – Chemie und Biologie arbeiten hier Hand in Hand – die tatsächlich biolo-gisch wirksamen Substanzklassen und Ein-zelsubstanzen identifiziert werden (z.B. im EU Projekt ITN EDA EMERGE). Im Rahmen des Exzellenzclusters „Tailor-made Fuels from Biomass“ wird die ökotoxikologische Wirkungen von Biofuels untersucht. In Kooperation mit dem Institut für Wasser-wirtschaft wurde im Rahmen der DFG Ex-zellenzinitative ein kombiniertes hydroto-xisches Untersuchungskonzept entwickelt, mit dem Hochwasserfolgenbewertung durchgeführt werden kann. Am LFG Ökosystemanalyse leitet Dr. Thomas-Benjamin Seiler eine Arbeitsgrup-pe zur Effekt-bezogenen Bioanalytik, in der u. a. Extraktionsmethoden, „Passive Sampling“ und „Passive Dosing“ sowie endokrine Testverfahren für die Trinkwas-serbewertung weiterentwickelt werden. Dr. Steffen Keiter leitet eine AG zur molekula-ren und Mechanismus-spezifischen Um-welttoxikologie und koordiniert das BMBF Verbundprojekt DanTox, in dem ein toxi-kologisches und molekularbiologisches Bewertungskonzept für Sedimente mit Fischeiern entwickelt wird.

Zellkulturen, die in den 90er Jahren aus der Leber der Regenbogenforelle gewonnen wurden, werden am Institut für Umweltforschung eingesetzt, um beispiels-weise die Dioxinähnliche und erbgutverändernde Wirkung von Sedimenten in Wasserinhaltsstoffen mit biochemischen und molekularbiologischen Methoden zu überprüfen. Foto: Peter Winandy

Biologie V

Seite 41

Prof. Dr. A. Schäffer Raum 42C 250 +49 (0)241 80 26678 [email protected]

Der Lehr s tuh l Umwe l tb io log ie und -chemodynamik (UBC) wird von Prof. Andreas Schäffer geleitet. Am Lehrstuhl wird das Schicksal umweltrelevanter Fremdstoffe in Böden, Gewässern, Sedi-menten und Pflanzen und ihre Einflüsse auf aquatische und terrestrische Lebens-gemeinschaften im Labor-, Modellökosys-tem- und Feld-Maßstab erforscht. Zusätz-lich simulieren wir ökologische und ökoto-xikologische Befunde durch Anwendung und Entwicklung geeigneter mathemati-scher Modelle, um prospektiv das mögli-che Risiko unter verschiedenen Szenarien zu bewerten. Schwerpunkte der ökoche-mischen Forschung liegen auf der Unter-suchung des Metabolismus, des Verbleibs und der Effekte der Umweltfremdstoffe auf Boden- und Wasserorganismen. Hier-zu setzen wir ein breites Spektrum an che-misch-analytischen, radioanalytischen und ökotoxikologischen Messmethoden ein. Mit der Aufklärung der Strukturen und Bindungen von „nicht-extrahierbaren Rückständen“ , die sich einer „normalen“ Analytik entziehen, versuchen wir, deren Umweltrelevanz zu klären. Schadstoffbe-lastete Böden und Gewässer können durch Einsatz von Pflanzen dekontaminiert werden: im Rahmen von Phytoremediati-onsprojekten untersuchen wir die Sensitivi-tät der Pflanzen gegen Chemikalien, die Aufnahmekinetik, den pflanzlichen Meta-bolismus und den Verbleib der Rückstän-de im Pflanzengewebe.

Dr. Thomas Preuß leitet die AG Mechanis-tische Stressökologie, in der die Modellie-rung von ökotoxikologischen Effekten im Vordergrund steht. In einer iterativen Vor-gehensweise zwischen experimentellen Versuchen und computerbasierten Simu-lationen werden Modelle für verschiedene Arten (Daphnien u. a.) entwickelt, Hypo-thesen getestet und Vorhersagen gerech-net. Dr. Richard Ottermanns leitet die AG Quantitative Ökologie und entwickelt ma-thematisch-statistische Methoden zur mul-tivariaten Modellierung, Kausalanalyse und ökologischen Mustererkennung. Die In-tegration von empirischen Beobachtungs-daten und theoretischen Modellen ermög-licht die Generierung und Testung multi-faktorieller Hypothesen in Ökologie und Ökotoxikologie. Der systemorientierte An-satz dient der Aufklärung von Strukturen, Prozessen und Dynamiken in komplexen Interaktionsnetzwerken aus Lebensge-meinschaften und Umweltfaktoren (Biodiversität, Stabilität in Ökosystemen, Selbst-Organisationsprozesse in Lebens-gemeinschaften, Bereitstellung von Öko-systemfunktionen, Störgrößen für Struktur und Dynamik nicht-linearer ökologischer Netzwerke). Dr. Hanna Maes leitet eine AG zur Um-weltrisikobewertung synthetischer Nano-materialien, deren Produktionsmengen stark steigen, da sie für viele Produkte und technische Anwendungen vielverspre-chende Eigenschaften haben. Forschungs-themen: (1) Adaption ökochemischer und ökotoxikologischer Testverfahren von Chemikalien für Nano-Feststoffe; (2) Ver-bleib, Ökotoxizität, Bioverfügbarkeit, Bio-akkumulation der Materialien in aquati-scher und terrestrischer Umwelt; auf zellu-lärer und organismischer Ebene; (3) Ein-fluss von Nanomaterialien auf die Biover-fügbarkeit löslicher Schadstoffe.

Lehrstuhl - Umweltbiologie- und chemodynamik (UBC)

Umweltforschung

Seite 42 Seite 42

Dr. M. Roß-Nickoll

Raum 42C 252

+49 (0)241 80 23578

[email protected]

Martina Roß-Nickoll leitet eine AG zur Ökologie und Ökotoxikologie von Lebens-gemeinschaften. Ein Schwerpunkt der Ar-beiten liegt in der qualitativen Bewertung von Lebensgemeinschaften durch struktu-relle Merkmale der Biozönosen und deren Beziehung zu Standort typischen Umwelt-parametern, zu denen auch Pestizide und Chemikalien gerechnet werden. Auf dieser Basis werden sowohl komplexe Modellsys-teme, z. B. terrestrische Modellökosysteme entwickelt, als auch Monitoring-Studien zur Bewertung von Nutzungseinflüssen auf die Biodiversität in der Landschaft durchgeführt. Es werden Freilandstudien durchgeführt, die taxonomische Expertise zu Vegetation, Carabiden, Araneaen oder bestimmten Bodenarthropodengruppen erfordern.

In der AG wird dabei besonderer Wert auf die Kombination von qualitativ-ökologischen mit multivariant-statistischen Methoden gelegt. Der Frage der Eignung und Entwicklung dieser Methoden im Hin-blick auf Risiko-Bewertung und Monitoring kommt besondere Bedeutung zu. Im Be-reich der Risiko-Bewertung von gentech-nisch veränderten Organismen und Pesti-ziden in der Landschaft lag in den letzten Jahren ein Schwerpunkt auf dem Kompar-timent Boden und der standorttypischen endogäischen Fauna. Vor dem Hinter-grund des Konzeptes ökosystemarer Dienstleistungen und deren Korrelation zur Biodiversität werden außerdem in Suk-zessionsuntersuchungen Studien zur nachhaltigen Waldnutzung durchgeführt.

Arbeitsgruppe - Ökologie und Ökotoxikologie

Arbeitsgruppe - Ökochemie

Dr. B. Schmidt

Raum 42D 310

+49 (0)241 80 23686

[email protected]

Organ i sche F remd-/Schads to f fe (Xenobiotika, z. B. Pestizide), die in die Umwelt gelangen, werden in Organismen (Pflanzen, Tieren, Mikroorganismen) in Abhängigkeit von ihrer chemischen Struk-tur in unterschiedlicher Weise mit unter-schiedlicher Geschwindigkeit abgebaut (metabolisiert). Darüberhinaus ist der Me-tabolismus bei Herbiziden, Insektiziden und Fungiziden ein Hauptfaktor für die Selektivität der Substanzen und für das Phänomen der Resistenzentwicklung. Ziel meiner AG ist es, den Metabolismus ausgewählter Xenobiotika in chemischer (welche Abbauprodukte/Metaboliten ent-stehen?), in biochemischer (welche Enzy-me sind verantwortlich?) und in geneti-

scher Hinsicht (wird z. B. die Expression durch bestimmte Substanzen induziert?) zu studieren. Von besonderem Interesse sind dabei die Superfamilie der Cy-tochrom P450-Monooxygenasen und die der Glutathion S-Transferasen, die in na-hezu allen Organismen bedeutende Rol-len beim Xenobiotika-Metabolismus spie-len. Neben typischen biologischen Methoden spielt die chemische Analytik (Dünnschicht-, Hochdruck-Flüssig- und Gaschromato-graphie) eine große Rolle bei unserer For-schung. Überwiegend werden die Experi-mente mit 14C-radioaktiv markierten Che-mikalien durchgeführt.

Biologie V

Seite 43

Das Forschungsinstitut gaiac wurde im Jahr 2003 als Ausgründung des Instituts für Umweltforschung (Biologie V) in Form eines Aninstitutes an der RWTH Aachen gegründet. gaiac wird bisher in der Rechtsform eines eingetragenen Vereins geführt. Dem Verein gehören zurzeit ne-ben dem Vorstand, der vom Institut für Umwel t fo rschung geste l l t w i rd (Vorsitzender Prof. Dr. Andreas Schäffer, Stellvertreterin Dr. Martina Roß-Nickoll, sowie Prof. Dr. Henner Hollert) zwölf wei-tere Mitglieder an. Die Forschungstätigkeit des Instituts wird von einem Forschungs-beirat aus Fachleuten von Universitäten, Behörden und Industrieunternehmen überwacht. gaiac arbeitet in enger Koope-ration mit dem Institut für Umweltfor-schung (Biologie V) der RWTH Aachen und bringt sein Know-how in verschiedene Lehrveranstaltungen an der RWTH Aachen ein. Das Team besteht derzeit aus elf wis-senschaftlichen Mitarbeitern und zwei nicht-wissenschaftlichen Mitarbeitern. Zu-sätzlich beschäftigt das Institut studenti-sche und wissenschaftliche Hilfskräfte, die in angewandten Projekten mitarbeiten.

gaiac führt praxisorientierte Forschung und Dienstleistung in den Bereichen Ökotoxikologie und Ökologie zusammen mit zahlreichen Partnern innerhalb und außerhalb der Hochschule durch. Forschungsschwerpunkte sind die Analyse und Bewertung von aquatischen und ter-restrischen Ökosystemen sowie deren Ver-änderung durch anthropogene Einflüsse. Die Forschung umfasst sowohl experimen-telle Laboruntersuchungen und Studien unter Freilandbedingungen als auch die Entwicklung von mathematischen Model-len für ökologische Prozesse und die sta-tistische Analyse komplexer Datensätze. Darüber hinaus versteht sich gaiac als Dienstleister für Behörden, Industrieunter-nehmen, Wasserverbände und Planungsbüros. Arbeitsgruppen Dr. Monika Hammers-Wirtz: Ökotoxikologie, Ökotoxikologische Risiko-bewertung, aquatische Mikro- und Meso-kosmosstudien, terrestrische Modellöko-systeme (TME), Einzelarttests, Statistische Auswertung

Vorstandsvorsitzender: Prof. Dr. A. Schäffer Geschäftsführung: Dr. Monika Hammers-Wirtz Kackertstr. 10 52072 Aachen [email protected] www.gaiac.rwth-aachen.de

Forschungsinstitut für Ökosystemanalyse und -Bewertung e. V.

Ökotoxikologie Aquat. Ökologie Terr. ÖkologieKompetenzen in

Ökotoxikologie

Aquatischer Ökologie

Terrestrischer Ökologie

Modellierung

Statistischer Auswertung

Umweltforschung

Seite 44 Seite 44

Dr. Tido Strauß, Silke Claßen: Aquatische Ökologie, Ökotoxikologie und Modellierung, Fließgewässerökologie, Ökotoxikologische Risikobewertung, aqua-tische Mikro- und Mesokosmen, limnolo-gische Fachgutachten, Gewässermanage-ment, Planktonökologie, ökologische Mo-dellierung, limnologische Fachgutachten, ökotoxikologische Risikobewertung, aqua-tische Mesokosmosstudien, Taxonomie aquatischer Makroinvertebraten Dr. Gottfried Lennartz, Dr. Andreas To-schki: Terrestrische Ökologie und Ökotoxikolo-gie, Ökologische Fachgutachten, Land-schaftsmanagement, Halden- und Altlas-tensanierung, Landschaftsmodellierung, GIS, Vegetationskunde, Biozönologie, Ter-

restrische Modellökosysteme (TME), Bo-denökologie, terrestrische Fachgutachten, Datenbanken, GIS, Taxonomie von Boden-arthropoden, Mesofauna und Avifauna. Die Kernkompetenzen liegen in folgenden Themenbereichen: Ökotoxikologie Modellierung Aquatische und Terrestrische Ökologie

Biologie V

Seite 45

I. Bluhm, K., Heger, S., Seiler, T.-B., Hallare, A.V., Schäffer, A. and Hollert. H. (2012) Toxico-logical and ecotoxicological potencies of biofuels used for the transport sector – a litera-ture review. Energy & Environmental Science, DOI: 10.1039/c2ee03033k.

II. Hollert, H., Ratte, T. und Schäffer, A. (2009) Wasser - alles klar. In: Wasser und Leben. RWTH Themen-Heft. Ausgabe 1/2009, ISSN 0179-079X, S. 40-44.

III. Scholz-Starke, B., Heimbach, F., Keppler, J., Lechelt-Kunze, C., Leicher, T., Nikolakis, A., Ratte, T., Schäffer, A., Theißen, B., Toschki, A. and Roß-Nickoll, M. (2011) Outdoor Ter-restrial Model Ecosystems are suitable to detect pesticide effects on soil fauna - Design and method development. Ecotoxicology 20: 1932-1948.

IV. Junge, T., Meyer, K.C., Ciecielski, K., Adams, A., Schäffer, A. and Schmidt, B. (2011) Cha-racterization of non-extractable 14C- and 13C-sulfadiazine residues in soil including simultaneous amendment of pig manure. J. Environ. Sci. Health B 46: 137-149

Literatur

Lehre (Angaben sind evtl. nicht auf dem neuesten Stand, aktuelle Angaben entnehmen Sie bitte Campus.) Bachelor Studien-gang Biologie

Modul Einführung in die Ökologie Vorlesung Einführung in die Ökologie Übung Zoologische und Botanische Bestimmungsübung Modul Quantitative Bioogie und Computeranwendungen Vorlesung Quantitative Biologie Übung Quantitative Biologie Vertiefungsmodul Umweltwissenschaften Vorlesung Einführung in die Ökotoxikologie und Ökochemie Seminar zum Vertiefungsmodul Umweltwissenschaften

Hollert, Roß-Nickoll, Zielke (Jahnke, Magin) Ottermanns, Schäffer Schäffer, Hollert, Roß-Nickoll, Preuß, Seiler, Schmidt

Master Studien-gang Ökotoxikologie

Modul Ökologie terrestrischer Systeme Vorlesung Ökologie terrestrischer Systeme Seminar Ökologie terrestrischer Systeme Praktikum Ökologie terrestrischer Systeme Modul Ökologie limnischer Systeme Vorlesung Ökologie limnischer Systeme Seminar Ökologie limnischer Systeme Praktikum Ökologie limnischer Systeme Modul Umweltanalytik von Schadstoffen Vorlesung Umweltanalytik von Schadstoffen Seminar Umweltanalytik von Schadstoffen Praktikum Umweltanalytik von Schadstoffen Modul Umweltchemie von Schadstoffen Vorlesung Umweltchemie von Schadstoffen Seminar Umweltchemie von Schadstoffen

Schäffer, Roß-Nickoll, Ottermanns, Lennartz, Toschki Roß-Nickoll, Hollert, Ottermanns Schäffer, Roß-Nickoll Hollert, Strauß, Claßen Hollert, Roß-Nickoll Hollert, Strauß, Claßen Schäffer, Schmidt, Klumpp Schäffer, Schmidt , Klumpp Schäffer, Schmidt Schäffer, Schmidt, Klumpp Schäffer, Schmidt

Umweltforschung

Seite 46 Seite 46

Master Studiengang Ökotoxikologie

Praktikum Umweltchemie von Schadstoffen Modul Konzepte der Ökotoxikologie Vorlesung Konzepte der Ökotoxikologie Seminar Konzepte der Ökotoxikologie Modul Praxis der Ökotoxikologie Praktikum Praxis der Ökotoxikologie Modul Statistische und mechanistische Modellierung in der Ökotoxikologie Vorlesung Einführung in die Methoden der statistischen

und mechanistischen Modellierung in der Ökotoxikolo-gie

Praktikum Modellierung in der Ökotoxikologie Modul Statistik der Ökotoxikologie Vorlesung Statistische Methoden in der Ökotoxikologie Übung Statistik in der Ökotoxikologie Modul Regulatorische Ökotoxikologie Vorlesung Regulatorik für Ökotoxikologen Seminar Risikobewertung und Risikomanagement von

Stoffen Modul Modellierung des Verhaltens und der Ausbreitung von chemischen Stoffen in der Umwelt Vorlesung Einführung in die Modellierung des Verhaltens

und der Ausbreitung von chemischen Stoffen in der Um-welt

Praktikum zur Mathematischen Fate Modellierung

Schäffer, Schmidt Hollert, Roß-Nickoll, Hammers-Wirtz, Preuß, (Brack, Hommen) Hollert, Schäffer, Roß-Nickoll, Preuß, Seiler, Keiter Hollert, Preuß, Seiler, Keiter Schäffer, Preuß, Ottermanns, Siehoff, Strauß Schäffer, Ottermanns Schäffer, Ottermanns, Siehoff, Maes Hollert, Roß-Nickoll, Seiler (Eisenträger) Schäffer, Preuß


Vertiefungsrichtung Umweltwissenschaften Modul Konzepte der Ökotoxikologie Vorlesung Ökotoxikologische und ökochemische Grund-

lagen der Umweltrisikoanalyse Seminar Ökotoxikologie Modul Ökologie terrestrischer Systeme Vorlesung Ökologie terrestrischer Systeme Seminar Ökologie terrestrischer Systeme

Hollert, Roß-Nickoll, Hammers-Wirtz, Preuß, Seiler, Keiter, (Brack, Hommen) Hollert, Schäffer, Roß-Nickoll, Preuß, Seiler, Keiter Schäffer, Roß-Nickoll, Ottermanns, Lennartz, Toschki Roß-Nickoll, Ottermanns, H. Hol-lert,

Biologie V

Seite 47


Praktikum Ökologie terrestrischer Systeme Modul Ökologie limnischer Systeme Vorlesung Ökologie limnischer Systeme Seminar Ökologie limnischer Systeme Praktikum Ökologie limnischer Systeme Modul Statistische und mechanistische Modellierung in der Ökotoxikologie Vorlesung Einführung in die Methoden der statisti-

schen und mechanistischen Modellierung in der Ökotoxikologie

Praktikum Modellierung in der Ökotoxikologie Modul Umweltanalytik von Schadstoffen Vorlesung Umweltanalytik von Schadstoffen Seminar Umweltanalytik von Schadstoffen Praktikum Umweltanalytik von Schadstoffen Modul Umweltchemie von Schadstoffen Vorlesung Umweltchemie von Schadstoffen Seminar Umweltchemie von Schadstoffen Praktikum Umweltchemie von Schadstoffen

Schäffer, Roß-Nickoll Hollert, Strauß, Claßen Hollert, Roß-Nickoll Hollert, Strauß, Claßen, Zielke Schäffer, Preuß, Ottermanns, Siehoff, Strauß Schäffer, Preuß, Ottermanns, Siehoff, Strauß Schäffer, Schmidt, Klumpp Schäffer, Schmidt Schäffer, Schmidt, Klumpp

Lehramt Biologie Vorlesung Einführung in die Ökologie Übung Zoologische und Botanische Bestimmungsü-

bung Praktikum der Biologie für Lehramtsstudierende, Ge-

biet: Ökologie Vorlesung Einführung in die Ökotoxikologie und Öko-

chemie Praktikum Methoden der Bodenökologie, Ökotoxikolo-

gie und Ökochemie

Hollert, Roß-Nickoll (Magin, Jahnke, Zielke) Hollert, Schäffer, Seiler, Keiter, Schmidt Schäffer, Hollert, Roß-Nickoll, Preuß, Seiler, Schmidt

Sonstiges Skill course „Students going scientific“ Seminar und Vorlesung Schadstoffe in Sedimenten Skill course FILM - Experimente in bewegten Bildern

und Medienschulung Seminar zur Ökologie (Natur– und Umweltschutz) Vorlesung Aquatische Chemie Vorlesung Nanopartikel

Hollert, Seiler, Bartsch Hollert, Brack Hollert, Zielke Hollert, Roß-Nickoll Klumpp Klumpp

Lehrstuhl für Umweltforschung

Lehrstuhl für Umweltbiologie und –chemodynamik (Biologie V) Worringerweg 1 52074 Aachen

Umweltforschung

Überblick Knapp 8 % aller weltweit hergestellten Chemikalien (Umsatz: ~160 Mrd. €, 2011) werden auf biotechnologischem Wege mittels Enzymen hergestellt. Die Produkti-onsbedingungen in Fermentern unter-scheiden sich sehr stark von den natürli-chen Umgebungsbedingungen von Enzy-men in lebenden Organismen. Daher müssen Enzyme häufig für Ihre Anwen-dung im Großmaßstab in Ihrer Leistung in Fermentern angepasst werden.

Mittels Methoden des rationalen und evo-lutiven Proteindesign lassen sich Enzyme für Anwendungen in der Medizin, Chemie, Textil-, Kosmetik- und Lebensmittelindust-rie maßschneidern. Am Institut für Bio-technologie werden Studierende und Mit-arbeiter in die Grundlagen der Biotechno-log ie (S tof fprodukt ion , Omics-Technologien) eingeführt und im Design von Proteinen und biologischen Systemen ausgebildet.

Die Forschungsvision des Lehrstuhl für Biotechnologie ist die Anwendung und Weiterentwicklung der Methoden des evolutiven Proteindesigns, um meist un-verstandene, fundamentale Proteindesign-Prinzipien aufzufinden. Ein Verständnis der Struktur-Funktionbeziehungen von Protei-nen ermöglicht die Erforschung des Pro-teinsequenzraums und die Definition neu-

er interdisziplinärer Wissensgebiete. So wird das neue Wissenschaftsgebiet „schaltbare Biointeraktive Materialen“ im DWI („Deutsches Wollforschungsinstitut“) in Zusammenarbeit mit Polymer- und Membranchemikern erforscht. Am Lehr-stuhl werden zudem neu entwickelte Me-thoden und Produkte durch Ausgründun-gen einer industriellen Verwertung zuge-

Lehrstuhl - Biotechnologie

Biotechnologie (Biologie VI)

Prof. Dr. U. Schwaneberg

Lehrstuhl für Biotechnologie

Sekretariat


Tel.: +49 (0)241 80 24176 Fax: +49 (0)241 80 22387

[email protected]

aachen.de www.biotec.rwth-aachen.de


Institutsleiter

Seite 49

Prof. Dr. U. Schwaneberg Raum 42C 150 +49 (0)241 80 24170 [email protected]

führt (z. B. SeSaM-Biotech und geplante Neugründung in 2012). Aufgrund der ent-wickelten Methoden ist die AG Schwane-berg im Bereich des Protein Engineerings ein bevorzugter Kooperationspartner für Firmen wie BASF, Biolog, BRAIN, DSM, evocatal, Evonik, Henkel und Roche. In 2011 und 2012 wurden insgesamt 36 Publikationen und fünf Patente erarbeitet bei einer Drittmittelakquise von 2.6 Mio€ in 2012. Im Folgenden werden die methodischen und technologischen Entwicklungen in den Untergruppen des Lehrstuhls für Bio-technologie vorgestellt. Die Schlüsselmethoden der von Dr. A. Ruff geleiteten „Molecular Biology“ AG liegen im Bereich der Zufallsmutagenese, fokus-sierten Mutagenese, Genrekombination und Klonierungstechnologien. Highlights der beiden letzten Jahre sind Fortschritte in der Vielfaltsgenerierung der kommerzi-alisierten SeSaM-Zufallsmutagenese-methoden und strukturellen statistischen Untersuchungsalgorithmen (MAP). Mit der OmniChange-Technologie wurde eine Methode entwickelt und patentiert, die es erlaubt 3,2 Millionen Varianten an fünf rational ausgewählten Aminosäurepositio-nen zu generieren. Ein weiteres Highlight ist die PTRec-Rekombinationstechnologie, mit der erstmals mehr als zwei Proteine mit geringer Sequenzidentität (<50 %) effizient rekombiniert werden können. Schlüsseltechnologie der „High-throughput Screening“ AG (Dr. R. Marti-nez) ist die Entwicklung durchflusszytome-trischer Methoden in Reaktionskomparti-menten, um in einer Minute Millionen von Enzymvarianten durchzumustern. Diese hohen Durchmusterungsraten erlauben neue und schnellere gelenkte Evolutions-kampagnen, um Enzyme für Stoffproduk-tionen maßzuschneidern. In den letzten beiden Jahren wurden neben Durchmus-

terungssystemen im Mikrotiterplattenfor-mat, drei Durchflusszytometrie-basierende Durchmusterungssyteme für Proteasen, Monooxygenasen und Glucoseoxidasen publiziert. Ziel der von Dr. M. Bocola geleiteten „Computational Biology“ AG ist die Entde-ckung neuer theoretischer Prinzipien, um Proteine zu verstehen und für industrielle Anforderungen und Anwendungen der BioInteraktiven Materialforschung „fit zu machen“. Highlights der beiden letzten Jahre umfassen die Aufklärung neuer Struktur-Funktionsbeziehungen von Pro-teasen, Phytasen, Dehydrogenasen, Mo-nooxygenasen, und Lipasen sowie die Erstellung von Vorhersagemodellen für Spezifitäten und Selektivitäten. Im Fokus der von Dr. L. Zhu geleiteten „Molecular Medicine“ AG stehen maßge-schneiderte therapeutische Proteine und das ß-Fass-Eisentransportprotein FhuA für die BioInteraktive Materialforschung. Highlights der Forschung umfassen die Gelenkte Evolution einer Arginin-Deaminase (ADI), die knapp 100-fach in ihrer Aktivität verbessert wurde und insge-samt zehn Publikationen zu FhuA, das nach dem Einbau in Polymervesikel die gezielte Freisetzung von Wirkstoffen er-möglicht (z. B. Lichtschaltung). Gemein-sam mit der medizinischen Fakultät wird an medizinischen Anwendungen dieser Technologie in der Tumortherapie gear-beitet Die AG „BioInteractive Materials“ befindet sich im DWI im Aufbau (Leitung: F. Jakob). Erste Projekte umfassen die Entwicklung neuer Technologieplattformen, um so in Wasser bei Raumtemperatur Polymerfa-sern durch Immobilisierung von Biohybri-den (Ankerpeptid und funktionale Gruppe) auszurüsten und somit neue funktionale Materialien zu entwickeln.

Biotechnologie

Seite 50 Seite 50 Biologie VI

Prof. Dr. L. Elling

Helmholtz-Institut für Biomedizinische Technik

Pauwelstr. 20

52074 Aachen

+49 (0)241 80 28350

[email protected]

Von Genen zu Glykokonjugaten Die Biomaterialforschung spielt eine ent-scheidende Rolle bei der Entwicklung von modernen Strategien für die regenerative Medizin und für die Bereitstellung (bio)funktionalisierter Oberflächen für die Ge-webekultur. Dabei wird versucht, das Ver-halten von Zellen über das biophysikali-sche und biochemische Milieu zu kontrol-lieren und zu manipulieren. Zellen sind umgeben von einer Vielzahl von Struktu-ren: strukturbildenden Makromolekülen, Proteoglykanen und Glykoproteinen der extrazellulären Matrix oder angrenzenden Zellen. Eine entscheidende Rolle in Zell-Zell und Zell-Matrix Interaktionen kommt hierbei einer großen Bandbreite an hoch-spezifischen Kohlenhydratstrukturen, den Glykanen der Glykoproteine, Glykolipide und Proteoglykane zu. Umfassende Kenntnisse der Interaktionen dieser multi-funktionalen Informationsträger mit Glykan-bindenden Proteinen (Lektinen) ermögli-chen das gerichtete Ansiedeln von Zellen auf biofunktionalisierten Materialoberflä-chen. Die der natürlichen Umgebung an-gepasste Funktionalisierung verleiht den Materialien herausragende Eigenschaften für Zelladhäsion und –proliferation. Diese Oberflächen stellen eine neuartige Platt-form für die Entwicklung von biomimeti-schen Materialien dar, das „Glyko-BioInterface“.

Die AG Elling beschäftigt sich mit der Ent-wicklung von Glykan-funktionalisierten Biomaterialoberflächen und Glykan-basierten diagnostischen Werkzeugen für die Detektion von krankheitsbezogenen Glykosylierungsdefekten und Protein-Zucker Wechselwirkungen. Enzymatische Synthesestrategien mit geeigneten Bioka-talysatoren bieten durch ihre absolute Stereo- und Regioselektivität hervorragen-de Vorrausetzungen für die Synthese von komplexen Glykokonjugaten. Glyko-syltransferasen, Glykosidasen und zucker-modifizierende Enzyme werden in der AG Elling in geeigneten Wirtsorganismen pro-duziert, eingehend charakterisiert und in enzymatischen Synthesen von Glykokonju-gaten eingesetzt. Die weitere biochemi-sche Charakterisierung der Glykokonjuga-te umfasst Bindungsstudien mit Lektinen und extrazellulären Matrixproteinen sowie die Markierung von Glykoproteinen.

Lehr- und Forschungsgebiet - Biomaterialien

Artifizielle extrazelluläre Matrix (ECM) A. Aufbau einer artifiziellen ECM auf Basis von Glykanen. Glykane (hier Poly-N-acetyllactosamin) werden auf einem inerten Trägermaterial, wie dem Hydrogel Star-PEG, immobili-siert. Glykoproteine der ECM können anhand ihrer Glykane mittels Galektinen quervernetzt und so für die Adhäsion von Zellen bereitgestellt werden. B. Zellen auf einer artifiziellen ECM entsprechend Schema A: Humane Fibroblasten auf NCO-sP(EO-co-PO)-polyLacNAc-CGL2-fibronectin. Zellkerne sind in blau dargestellt, Aktin in rot (M. Beer, C. Rech,L. Elling, J. Groll L&F Biomaterialien und DWI, RWTH Aachen).

Seite 51

Prof. Dr. A. Schallmey Raum 42E 007 +49 (0)241 80 28131 [email protected]

Das Forschungsgebiet Biokatalyse, ein Teilgebiet der Biotechnologie, beschäftigt sich mit der Anwendung von Enzymen zur Katalyse chemischer Reaktionen und liegt somit im Schnittbereich zwischen Chemie und Biologie. Enzyme sind die Katalysato-ren lebender Organismen und ermögli-chen es den Zellen chemische Reaktionen unter milden Bedingungen (wässriges Mili-eu, niedrige Temperaturen etc.) in kürzes-ter Zeit ablaufen zu lassen. Dies bedeutet, dass im Gegensatz zu chemischen Reakti-onen keine umweltschädlichen Lösungs-mittel, hohen Temperaturen oder Drücke eingesetzt werden müssen, um eine En-zymreaktion ablaufen zu lassen. Zudem weisen Enzyme meist hohe Selektivitäten für die Bildung eines spezifischen Produk-tes auf, weshalb sie für die organische Synthese von großer Bedeutung sind. Enzyme als Biokatalysatoren sind für eine Vielzahl chemischer Reaktionen bekannt und werden bereits zur Herstellung ver-schiedenster chemischer Produkte, wie z. B. Ester, Alkohole und Aminosäuren, im industriellen Maßstab eingesetzt. Der Forschungsschwerpunkt der Arbeits-gruppe Biokatalyse liegt auf dem Einsatz von Oxygenasen zur Synthese chemisch und pharmazeutisch relevanter Verbin-dungen. Oxygenasen sind Enzyme, die während ihrer Reaktion ein oder zwei Sau-

erstoffatome von Luftsauerstoff auf ein Substrat übertragen. Entsprechend unter-scheidet man Monooxygenasen (Übertragung eines Sauerstoffatoms) und Dioxygenasen (Übertragung von zwei Sauerstoffatomen). Diese Enzymreaktio-nen sind besonders interessant, da sie chemisch nur sehr schwierig durchzufüh-ren sind. Die Oxygenasen werden dabei entweder in isolierter Form oder als Ganz-zellbiokatalysatoren eingesetzt. Letzteres hat den Vorteil, dass die Enzyme innerhalb von Zellen meist stabiler sind. Neben der eigentlichen Anwendung der Enzyme für chemische Reaktionen spielen in der Biokatalyse vor allem die Identifika-tion und Charakterisierung neuer Biokata-lysatoren mit gewünschten Eigenschaften, sowie die Optimierung von Enzymeigen-schaften und Reaktionsbedingungen eine zentrale Rolle. Neue Enzyme können da-bei z. B. durch gezielte Suche in Sequenz-datenbanken oder mit Hilfe der Metage-nomik identifiziert werden. Unter Metage-nomik versteht man dabei die Klonierung und funktionelle Charakterisierung der gesamten, in einer Umweltprobe enthalte-nen Erbinformation. Dies bietet den Vor-teil, dass man hierdurch bis zu 99,9 % aller Mikroorganismen untersuchen kann, die sonst nicht mit herkömmlichen mikrobiel-len Methoden kultivierbar sind.

Biotechnologie

Lehr- und Forschungsgebiet - Biokatalyse

Beispiele für Oxygenase-katalysierte Reaktionen.

Seite 52 Seite 52 Biologie VI

Prof. Dr. M. Oldiges

Forschungszentrum Jülich GmbH

Institut für Bio- u. Geowissen-schaften

IBG-1: Biotechnologie 52425 Jülich

+49 (0)2461 61 3951

[email protected]

Die Nutzung von Mikroorganismen für die Gewinnung von industriell interessanten Wertstoffen und Produkten ist eine wichti-ge Technologie. Jedoch ist das enorme Potential von Mikroorganismen und Enzy-men zur Umsetzung von erneuerbaren Kohlenstoffquellen in neue Bioprodukte wie Basis- und Feinchemikalien, Pharma-zeutika und Proteine bisher nur ansatzwei-se erschlossen. Die Forschungsaktivitäten konzentrieren sich auf die Charakterisie-rung und Optimierung mikrobieller Bio-prozesse durch Kombination von „Metabolic Engineering“ und Bioreaktions-technik. Die Arbeiten zielen auf ein detail-liertes molekulares Verständnis der ver-wendeten Mikroorganismen ab zur Ent-wicklung neuer ressourcen-effizienter und nachhaltiger Bioprozesse. Die Arbeiten befassen sich sowohl mit der Gewinnung von niedermolekularen Produkten des Primär- und Sekundärstoffwechsels (z. B. Aminosäuren, organischen Säuren, Penicil-lin) aber auch mit hochmolekularen Pro-dukten wie Proteinen und Enzymen. Dazu werden pro- und eukaryotische mikrobiel-le Systeme (z.B. Corynebacterium glutami-cum, Bacillus subtilis, Eschericha coli, Glu-

conobacter oxydans, Penicillium sp., Sac-charomyces cerevisiae) in sogenannten Bioreaktoren unter bioprozesstechnisch sehr gut kontrollierten Bedingungen kulti-viert (s. Abb.). Hierbei wird untersucht mit welchen Veränderungen der Bioprozess-führung oder am Genotyp eine verbesser-te Leistungsfähigkeit des biologischen Sys-tems im Prozess erzielt werden kann. Um ein detailliertes intrazelluläres Bild des Stoffwechsels der Zelle zu erhalten, kön-nen Techniken zur Quantifizierung der Proteine („Proteomics“), der Metaboliten („Metabolomics“) und deren Umsatzraten („Fluxomics“) eingesetzt werden. Dazu gehören auch Verfahren zur Modellierung und Simulation von metabolischen Netz-werken auf der Basis der Stöchiometrie von biochemischen Reaktionen. Zusam-men mit der Verfolgung von stabilen Iso-topenmarkierungen (z.B. 13C) wird ein viel-schichtiges Bild des mikrobiellen Stoff-wechsels erhalten, das als Grundlage für die Entwicklung von Strategien zur Ver-besserung der Produktbildung in mikro-biellen Produktionsprozessen genutzt wer-den kann.

Lehr- und Forschungsgebiet - Bioprozess-Analytik

Blick in einen Bioreaktor für die Kultivierung von Mikroorganismen unter kontrollierten Bedingun-gen. Durch Analyse intrazellulärer Daten von Me-taboliten, Proteinen und Stoffflüssen können limi-tierende Schritte in der Produktbildung identifiziert werden, dies dient als Grundlage für die Optimie-rung des biologischen Systems auf genetischer Ebene sowie der Bioprozessführung.

Seite 53

I. Elling, L. et al. (2011) From Genes to Glycoconjugates. Helmholtz-Institute for Biomedical Engineering Annual Report 2010: 17-22 (http://www.hia.rwth-aachen.de.)

II. Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) (2008) Weiße Biotechnologie - Chancen für neue Produkte und umweltschonende Prozesse. (http://www.bmbf.de/pub/weisse_biotechnologie.pdf)

III. Daniel, R., Streit, W. R. (2004) Metagenomik, mehr als nur die Suche nach neuen Biokata-lysatoren und Wirkstoffen. BIOspektrum, 10: 39-41. (http://www.biospektrum.de/blatt/d_bs_pdf&_id=934092)

IV. Ulber, R., Soyez, K. (2004) 5000 Jahre Biotechnologie: Vom Wein zum Penicillin. Chemie in unserer Zeit, 38(3):172–180

V. Oldiges, M. (2007) Werkzeug für die Bioprozessentwicklung, Laborpraxis (http://www.laborpraxis.vogel.de/analytik/spektroskopie-und-photometrie/massenspektrometrie/articles/105333/)

VI. Shivange, A. V., Marienhagen, J., Mundhada, H., Schenk, A. and Schwaneberg, U. (2009). Advances in generating functional diversity for directed protein evolution, Curr. Opin. Chem. Biol., 13, 19-25.

Literatur

Biotechnologie


Modul Mikrobiologie und Biotechnologie Vorlesung Grundlagen der Biotech./Biotechnologie I Vertiefungsmodul Biotechnologie Praktikum Interdisziplinäres Praktikum Biotech./

Bioverfahrenstechnik

Schwaneberg Schwaneberg, Reiss, (Büchs)


Modul Grundlagen der Biologie und Biotechnologie Vorlesung Grundlagen der Biotech./Biotechnologie I Tutorium Grundlagen der Biotech./Biotechnologie I Übung Grundlagen der Biotech./Biotechnologie I Modul Biotechnologie und Mikrobiologie Vorlesung Stoffproduktionen und Omics-Technologien Tutorium Stoffproduktionen und Omics-Technologien Vorlesung Enzymtechnologie Modul Interdisziplinäres Blockpraktikum Praktikum Interdisziplinäres Praktikum Biotech./

Bioverfahrenstechnik Modul Grundlagen der Molekularen Biotech. und Bioanalytik Praktikum Biotechnologisches Grundpraktikum

Schwaneberg, Reiss Schwaneberg, Reiss Schallmey Schwaneberg, Reiss, (Büchs) Elling

Bachelor Studiengang Biotechnologie-Molekulare Biotechnologie

Modul Grundlagen der Biologie und Biotechnologie Vorlesung Grundlagen der Biotech./Biotechnologie I Übung Grundlagen der Biotech./Biotechnologie I Tutorium Grundlagen der Biotech./Biotechnologie I Modul Interdisziplinäres Blockpraktikum Praktikum Interdisziplinäres Praktikum Biotech./

Bioverfahrenstechnik Modul Grundlagen der Molekularen Biotech. und Bioanalytik Praktikum Biotechnologisches Grundpraktikum

Schwaneberg, Reiss Schwaneberg, Reiss, (Büchs) Elling


Modul Angewandte Biologie Vorlesung Grundlagen der Biotechnologie/

Biotechnologie I

Schwaneberg

Seite 54 Seite 54


Modul Grundlagen der Biomaterialien Vorlesung Biomaterialien I Modul Anwendung von Biomaterialien Vorlesung Biomaterialien I I Blockpraktikum Glykobiotechnologie Seminar zum Blockpraktikum Glykobiotechnologie Seminar zur Vorlesung Biomaterialien II Forschungspraktikum Biotechnologie

Elling Elling

Master Studiengang Biotechnologie-Molekulare Biotechnolo-gie

Modul Industrielle Biotechnologie Forschungspraktikum Biotechnologie Vorlesung Design of Biological Molecules and Systems Seminar Ausgewählte Kapitel der Biotechnologie Vorlesung Moderne Aspekte der angewandten En-

zymtechnologie Vorlesung Biomaterialien I Seminar zur Vorlesung Biomaterialien I Vorlesung Biomaterialien I I Blockpraktikum Glykobiotechnologie Seminar zum Blockpraktikum Glykobiotechnologie Modul Pharmazeutische Biotechnologie Vorlesung Biomaterialien I Seminar zur Vorlesung Biomaterialien I Pflichtmodul Molekularbiologie und Bioanalytik Vorlesung Quantitative instrumentelle Bioanalytik Modul Bioanalytik und Strukturbiologie Vorlesung Design of Biological Molecules and Systems Vorlesung Biomaterialien I Seminar zur Vorlesung Biomaterialien I Vorlesung Biomaterialien I I Blockpraktikum Glykobiotechnologie Seminar zum Blockpraktikum Glykobiotechnologie Freiwillige Veranstaltungen Vorlesung Omics-Methoden (Metabolomics,

Fluxomics) für Bioprozesse und Systembiologie Praktikum Produktaufarbeitung und Enzymkatalyse Seminar zur Vorlesung Biomaterialien II Forschungspraktikum Biotechnologie

Schwaneberg, Reiss Elling Elling Oldiges Schwaneberg, Elling Oldiges Schallmey, (Spieß), Elling


Pflichtmodul molekulare und theoretische Grundlagen des Protein– und Bioprozessdesigns Vorlesung Design of biological molecules and systems Säule Verfahrenstechnik Modul Enzymatische und fermentative Verfahren zur Nutzung nachwachsender Rohstoffe Vorlesung Moderne Aspekte der angewandten En-

zymtechnologie Säule Weiße Biotechnologie Modul Blockpraktikum Allgemeine Biotechnologie Praktikum Allgemeine Biotechnologie Theoriemodul Enzymkatalyse Vorlesung Enzymkatalyse Seminar Enzymkatalyse Modul Praxis zur Glycobiotechnologie Blockpraktikum Glykobiotechnologie Seminar zum Blockpraktikum Glykobiotechnologie

Schwaneberg, Reiss Schwaneberg, Schallmey, Boccola, Mar-tinez (Spieß, Dominguez de Maria) Reiss Schallmey Elling

Biologie VI

Seite 55

Master Studiengang Molekulare und Angewandte Biotechnologie

Modul Analytische Biotechnologie Vorlesung Biosensoren Modul Theorie der Biomaterialien—Glycobiotechnologie I Vorlesung Biomaterialien I Seminar zur Vorlesung Biomaterialien I Blockpraktikum Glykobiotechnologie Seminar zum Blockpraktikum Glykobiotechnologie Modul Theorie der Biomaterialien—Glycobiotechnologie II Seminar zur Vorlesung Biomaterialien I Vorlesung Biomaterialien I I Säule Rote Biotechnologie Theorie der Biomaterialien—Glycobiotechnologie I Vorlesung Biomaterialien I Seminar zur Vorlesung Biomaterialien I Blockpraktikum Glykobiotechnologie Seminar zum Blockpraktikum Glykobiotechnologie Theorie der Biomaterialien—Glycobiotechnologie II Seminar zur Vorlesung Biomaterialien I Vorlesung Biomaterialien I I Forschungspraktikum Biotechnologie Freiwillige Veranstaltungen Seminar zur Vorlesung Biomaterialien II

Reiss Elling Elling Elling Elling Elling

Master Studiengang Biomedical Engineering Sci-ence

Modul Material Science and Processing Vorlesung Werkstoffkunde für Biomedical Engineering

Elling, Gries, Klee, Zwadlo-Klarwasser, Pfaff, Broeckmann, Hopmann, Jockenhoevel, Veit

Lehrstuhl für Biotechnologie

Lehrstuhl für Biotechnologie (Biologie VI) Worringerweg 1 52074 Aachen

Biotechnologie

Überblick

Das Institut beschäftigt sich in Kooperation mit dem Fraunhofer Institut für Molekular-biologie und angewandte Oekologie (IME) mit der Entwicklung von Pflanzen, die sich gentechnisch optimiert zur Produktion von pharmazeutisch wirksamen Proteinen und industriell verwertbaren Rohstoffen eig-nen. Das Institut entwickelt darüber hinaus Verfahren zur Sicherung der Biomasse durch die Herstellung von Pflanzen mit nachhaltigen Pathogenresistenzen, wodurch der Ertrag gesteigert und der Einsatz von Pestiziden verringert werden kann. Auch die Biosynthesewege der

Pflanzen können auf gentechnischem We-ge moduliert werden, um definierte Se-kundärmetabolite anzureichern oder auch deren Konzentration zu reduzieren. Dies kann zur Produktion wichtiger pflanzlicher Inhaltstoffe und auch zur Steigerung des Nährwerts von Pflanzen beitragen.

Rekombinante therapeutische Proteine und proteinbasierte Impfstoffe spielen zunehmend eine wichtige Rolle in der mo-dernen Medizin und Gesundheitsvorsorge. Pflanzen und Pflanzenzellkulturen begin-nen sich in dem hart umkämpften Bereich der biotechnologischen Produktionssyste-me für rekombinante Proteine immer stär-

ker zu etablieren. Dies ist darauf zurückzu-führen, dass Pflanzen zahlreiche Vorteile gegenüber den herkömmlichen auf Fer-mentation basierenden Technologien bie-ten: die geringen Kosten für die großtech-nische Produktion, nahezu unbegrenzte Maßstabsvergrößerung und die Fähigkeit pflanzlicher Zellen, die für viele eukaryoti-

Molekulare Biotechnologie (Biologie VII)

Prof. Dr. R. Fischer

Sekretariat


Tel.: +49 (0)241 80 26627

Fax: +49 (0)241 871062

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www.molbiotech.rwth-aachen.de

Öffnungszeiten:

Di, Mi, Do 10:00-12:00 Uhr

Lehrstuhl für MolekulareBiotechnologie

Lehr- und Forschungsgebiet - Pflanzenbiotechnologie

Institutsleiter

Seite 57

Prof. Dr. R. Fischer Raum 42B 136 +49 (0)241 80 26631 rainer.fischer@ molbiotech.rwth-aachen.de

schen Proteine wichtigen posttranslationa-len Modifikationen durchzuführen. Eine alternative Route neben der Nutzung pflanzeneigener Resistenzstrategien zur Bekämpfung von Krankheitserregern ist der Einsatz der molekularen Pflanzenbio-technologie, um resistente Sorten zu er-zeugen. Pathogenresistenz kann auch durch die Expression von Antikörpern, die wesentliche Bestandteile des Erregers bin-den und neutralisieren, erhöht werden. Die Wirksamkeit der Antikörper-vermittelten Resistenz wurde zum ersten Mal für Pflanzenviren gezeigt und seit kurzem aber auch für pilzliche und bakte-rielle Phytopathogene. Der Erfolg des An-satzes hängt -je nach Art der Pathogen-vermehrung, Ausbreitung und Übertra-gung- sehr vom subzellulären Komparti-ment des exprimierten Antikörpers ab und muss entsprechend angepasst werden. Im Rahmen des Exzellenzclusters „Tailor-made Fuels from Biomass“ wird am Institut für Molekulare Biotechnologie an neuen biokatalytischen Systemen zur Nutzung von Biomasse als Energie- und Rohstoff-quelle geforscht. In diesem Rahmen wer-den mikrobielle Enzyme zur Degradation von Lignocellulose mutagenisiert, produ-ziert und charakterisiert, um neue Prozes-se zur Gewinnung von Energieträgern aus pflanzlicher Biomasse zu etablieren. Die Konversion von Lignocellulose zu fermen-tierbaren Zuckern setzt sich aus zwei Tei-len zusammen: Einem Vorbehandlungs-

schritt sowie der enzymatischen Hydrolyse zu Einfachzuckern. Die während der Vor-behandlung herrschenden harschen phy-sikalischen und chemischen Bedingungen dienen dem Aufschluss der Zellwandstruk-turen und somit dem verbesserten Zu-gang zum Substrat der Cellulose und He-micellulose für die anschließende Hydroly-se. Sie erschweren jedoch einen simulta-nen Ablauf der beiden Schritte, der die Wirtschaftlichkeit solcher Prozesse enorm steigern würde. Daher ist es von Interesse, Enzyme mit erhöhter Stabilität und Tole-ranz gegenüber solchen Bedingungen zu produzieren. Eine Quelle für solche Enzy-me können extremophile Mikroorganis-men aus besonderen Habitaten sein. Eine weitere Möglichkeit zur Bereitstellung solcher Enzyme besteht in der gerichteten Evolution bekannter Enzyme, um gezielt höhere Stabilität hinsichtlich der Vorbe-handlungsbedingungen zu erzeugen. Ne-ben der Etablierung neuer enzymatischer Systeme werden in der Arbeitsgruppe auch alternative Produktionsmöglichkeiten Biomasse-abbauender Enzyme verfolgt. So wird neben den konventionellen mikro-biellen Produktionssystemen wie E. coli und K. lactis auch die Pflanze selbst als Produktionsplattform evaluiert. Hierbei dienen vor allem Tabakpflanzen als Mo-dellsystem um die Auswirkungen der Pro-duktion solcher Enzyme auf die Struktur und den Aufbau der pflanzlichen Biomas-se zu untersuchen.

Tabak- und Maispflanzen in einem Hightech-Gewächshaus für die Pro-duktion von pharmazeuti-schen Wirkstoffen unter kontrollierten Bedingun-gen.

Molekulare Biotechnologie

Seite 58 Seite 58 Biologie VII

Dr. U. Commandeur

Raum 42B 154

+49 (0)241 80 28131

ulrich.commandeur @molbiotech.rwth-aachen.de

Rekombinant hergestellte Proteine gewin-nen zunehmend Bedeutung als diagnosti-sche Reagenzien, Impfstoffe, Medikamen-te und für industrielle Anwendungen. Pflanzen bieten als Produktionssystem für rekombinante Proteine eine Alternative zu klassischen Methoden der Produktion mit Hilfe von Mikroorganismen und Säugetier-zelllinien. Sie ermöglichen eine hohe Bio-masseproduktion und benötigen als „Nährmedium“ nur Wasser, Mineralsalze und Licht. Modifizierte Pflanzenviren, (virale Vekto-ren), sind dabei eine Möglichkeit die ge-wünschten Proteine schnell und in großen Mengen herzustellen. Das Virus bewegt sich hierbei selbstständig durch die Pflan-ze, repliziert sich und produziert seine eigenen Proteine. Das Kartoffelvirus X (Potato Virus X, PVX) befällt Nachtschat-tengewächse (z. B. Kartoffeln, Tabak). Mit Hilfe reverser Transkription wurde die cDNA des PVX in einen manipulierbaren DNA-Vektor umgebaut. Hierdurch kann das PVX Genom so verändert werden, dass zusätzliche genetische Information eingebracht werden kann. Durch die Ex-pression fluoreszierender Proteine kann die Infektion der Pflanze leicht visualisiert werden. Neben der Möglichkeit ein neues Protein als zusätzliche genetische Informa-tion in das Genom einzubauen, können Zielproteine auch an das Hüllprotein des Virus fusioniert werden. Der N-Terminus des PVX-Hüllproteins liegt auf der Ober-fläche der Partikel, daher werden Fusionen an dieser Stelle ebenfalls auf der Oberflä-che präsentiert. Auf diese Weise können Fusionen mit Epitopen antigener Bereiche z. B. von Humanpathogenen hergestellt

werden. Durch diese Epitoppräsentation können die PVX Partikel als Impfstoff ein-gesetzt werden. In der Arbeitsgruppe Molekulare Pflanzen-virologie wird der Einsatz von PVX Vekto-ren als virales Produktionssystem unter-sucht. Zum einen wird PVX als Präsentati-onssystem für pathogene Epitope verwen-det und die Fähigkeit der entstehenden Partikel zur Anregung einer Immunant-wort untersucht. Auf diese Weise werden beispielsweise Epitope des humanen Im-mundefizienz Virus (HIV) und des Hepatitis C Virus verwendet. Zum anderen wird das Verhalten des PVX als Expressionssystem erforscht, wobei vor allem die gleichzeitige Produktion mehrerer Proteine in den Pflanzen im Mittelpunkt steht und die Sta-bilität der Vektoren verbessert werden soll. Des Weiteren wird der Einsatz der PVX Vektoren in Koinfektionen mit anderen viralen Vektoren, wie dem Tobacco Mosa-ic Virus (TMV) und anderen Expressions-systemen, in Pflanzen untersucht.

Lehr- und Forschungsgebiet - Molekulare Pflanzenvirologie

N. benthamiana Pflanzen, mit zwei verschiedenen PVX Vektoren infiziert. Links: PVX exprimiert das grün-fluoreszierende Protein (GFP); rechts: PVX exprimiert ein rot-fluoreszierendes Protein (DsRed).

Seite 59

Dr. K. Hoffmann Fraunhofer IME Forckenbeckstr. 6 52074 Aachen Raum 203 +49 (0)241 6085 12030 [email protected]

Proteine sind die Arbeitstiere eines jeden Organismus, katalysieren biochemische Reaktionen, bilden und erkennen Boten-stoffe, synthetisieren und transportieren Metabolite und pumpen Ionen sowie Mo-leküle. Umso verwunderlicher ist es, dass kleine und riesige Proteine (bis zu mehre-re tausend Aminosäuren) lediglich durch eine lineare Verkettung von 20 verschie-denen Aminosäuren gebildet werden. Die Reihenfolge, mit denen die Aminosäuren aneinander gereiht werden, ist in den Ge-nen kodiert und die Sequenz ganzer Ge-nome erlaubt uns heute einen Einblick in die Inventarliste der in einem Organismus vorhandenen Gene. Das Genom sagt uns jedoch nicht, ob und wie die Proteine zu einem bestimmten Zeitpunkt in einer Zelle exprimiert werden, welchen Modifikatio-nen sie ausgesetzt waren, in welchen Mengen sie wo und wann in der Zelle vor-handen sind und mit welchen Proteinen sie interagieren. Somit kann allein die Gensequenz der Proteine uns nicht als Grundlage dienen, ihre Funktion zu ver-stehen. Dies wird nur durch die genaue Kenntnis der dreidimensionalen Anord-nung der Atome zugänglich, die das Pro-tein und/oder seine Komplexe bilden. Wenn man bedenkt, dass das humane Genom aus knapp 21.000 Genen besteht,

und diese die Grundlage für meh-rere hunderttau-send Proteinvarian-ten bilden, so wird

ersichtlich, dass Untersuchungen zur Funktionsweise von Proteinen bis hin zu ganzen Organismen in den kommenden Jahrzehnten eine riesige Herausforderung an die Wissenschaft darstellen. Fehler in den Proteinstrukturen, wie sie durch Mu-tationen oder durch fehlerhafte Faltvor-gänge eines Proteins zustande kommen, sind Grundlage vieler Krankheiten. Die Arbeitsgruppe für Bioanalytik beschäf-tigt sich mit der detaillierten Analyse und Charakterisierung von Proteinen. Neben der atomaren Strukturbestimmung mittels Röntgendiffraktometrie und diversen bio-physikalischen Untersuchungsmethoden kommen ebenfalls -omics Methoden wie die Proteomanalyse mittels Massenspektr-ometr ie zum E insatz (ht tp : //www.bioara.de). Anwendung finden diese in diversen Gebieten, wie mechanistischen Untersuchungen antibiotikaresistenz-vermittelnder beta-Lactamasen und diver-sen Enzymen, Stabilitätsuntersuchung von Proteinen, Protein-Wechselwirkungs-analysen, Formulierungsstudien von Bio-pharmaka, Bindungsstudien von Wirkstof-fen, Co-Faktoren und Metallionen, der MS-basierten Entwicklung von Diagnosever-fahren sowie der Entwicklung neuer bio-analytischer Methoden und Verfahren in diversen Bereichen wie Proteinkristall-zucht, labelfreie Wechselwirkungsanaly-sen, Mikroskopieverfahren bis hin zu IT-basierten Labororganisations- und Daten-managementsystemen.


Lehr- und Forschungsgebiet - Bioanalytik

Mittels Röntgendiffraktometrie bestimmte 3D-Struktur eines Monooxygenase/Substrat-Komplexes. Die atomare Funktionsweise kann analysiert werden und bildet die rationale Grundlage für eine gezielte Modifikation der Substratspezifität hinsichtlich einer An-wendung im Bereich der „Weißen Biotechnologie“.

Seite 60 Seite 60 Biologie VII

Priv. Doz. Dr. G. Pradel

Raum 42B-159 +49 (0)241 80 28123

gabriele.pradel

@molbiotech.rwth-aachen.de

Schätzungsweise 40 % der Weltbevölke-rung lebt unter der ständigen Bedrohung der Tropenkrankheit Malaria. Beinahe 220 Millionen Menschen erkranken pro Jahr an Malaria, bei etwa einer Million von ihnen verläuft die Erkrankung tödlich. Am schwersten betroffen ist der afrikanische Kontinent südlich der Sahara. Hier gehö-ren Kinder unter fünf Jahren zur größten Risikogruppe. Hervorgerufen wird die durch Mücken übertragene Krankheit durch einen einzelligen Parasiten der Gat-tung Plasmodium falciparum, dessen Ver-mehrungszyklen in den roten Blutkörper-chen des Menschen zu Symptomen wie Fieber und Anämie führen, und in schwe-ren Fällen Organschäden verursachen können. Vielfach ist eine wirksame Bekämpfung der Malaria infolge zunehmender Resistenzen des Erregers gegen vorhandene Medika-mente und nicht zuletzt auch durch den Zusammenbruch der medizinischen Ver-sorgung in den endemischen Gebieten auf Grund von Armut und rapider Verbreitung von HIV behindert. Der Entwicklung von Chemotherapeutika und Vakzinen geht eine Charakterisierung von Parasitenpro-teinen voraus, die als Angriffspunkte die-nen können. Von besonderem Interesse für die Malariabekämpfung gelten die Se-xualstadien des Erregers. Diese Stadien sind für die Übertragung der Malaria vom Menschen auf die Mücken verantwortlich. Dabei bilden sich im Menschen die Game-tozyten aus, die mit der Blutmahlzeit der weiblichen Stechmücke aufgenommen werden. Im Mückendarm erfolgt im An-schluss die Umwandlung der Gametozyten

in Gameten und die Befruchtung, bevor der Parasit den Mückendarm verlässt. Die Sexualstadien sind die einzigen Lebens-zyklusstadien des Malariaerregers, die in der Lage sind, die Mücke zu infizieren und spielen daher eine große Rolle für die Ver-breitung der Malaria. Die Eliminierung dieser Stadien des Erregers würde dessen Weiterentwicklung in der Mücke verhin-dern und somit der Verbreitung der Krankheit entgegenwirken. Die Weltge-sundheitsorganisation empfiehlt aus die-sem Grund die Förderung der Entwicklung von transmissionsblockierenden Medika-menten und Impfstoffen. Es ist das übergreifende Ziel unserer Pro-jektgruppe, viel versprechende Proteine der Sexualstadien des humanpathogenen Malariaerregers Plasmodium falciparum zu charakterisieren, um neue Angriffspunkte für transmissionsblockierende Strategien zu identifizieren. Dabei untersuchen wir die Expression und Funktion von Oberflä-chenadhäsionsproteinen der Gameten, die als mögliche Angriffspunkte für transmissi-onsblockierende Vakzine in Frage kom-men könnten. Zum anderen beschäftigen wir uns mit der Rolle ausgewählter Game-tozytenproteine, die eine mögliche Rolle als Zielstrukturen für transmissionsblockie-rende Medikamente spielen.

Lehr- und Forschungsgebiet - Molekulare Malaria

Gametozyten des humanpathogenen Malariaerregers Plas-modium falciparum, dargestellt über die Fluoreszensmarkie-rung des Oberflächenproteins Pfs230 (grün). Die Erythrozy-ten wurden mit Evans Blue gegengefärbt (rot).

Seite 61

I. Hellwig, S., Drossard, J., Twyman, R., Fischer, R. (2004). Plant cell cultures for the production of recombinant proteins. Nature Biotechnol. 22(11): 1415-1422.

II. Peschen, D., Li, H-P., Fischer, R., Kreuzaler, F., Liao, Y-C. (2004). Fusion proteins comprising a Fusarium-specific antibody linked to antifungal peptides protect plants against a fungal pa-thogen. Nature Biotechnol.22: 732-738.

III. Mit grünen gegen rote Viren (2009), Uhde, K. und Commandeur, U. BIOforum 6, 15-17. http://www.git-labor.de/forschung/life-sciences-biotechnologie/mit-gruenen-gegen-rote-viren.

IV. Transgene Pflanzen als orale Impfstoffe: Grüne Revolution in der Medizin? (2001)Commandeur , U. und Fischer, R. Monatsschrift Kinderheilkunde 149, 356–365. http://www.springerlink.com/content/xwktrgwhfxjxdna2/

V. Optical Measurements for the Rational Screening of Protein Crystallization Conditions. (2012)C. Janzen and K. Hoffmann, Handbook of Biophotonics, Vol III: Photonics in Pharmaceutics, Bioanalysis and Environmental Research, Ch. 10: 257-285.

VI. Pradel, G. (2007). Proteins of the malaria parasite sexual stages: expression, function and po-tential for transmission blocking strategies. Parasitology 134: 1911-1929.

VII. Kuehn, A, Pradel, G. (2010). The coming-out of malaria gametocytes. J Biomed Biotechnol 2010: 976827.

Literatur

Lehre (Angaben sind evtl. nicht auf dem neuesten Stand, aktuelle Angaben entnehmen Sie bitte Campus.) Bachelor Studien-gang Biotechnologie –Molekulare Bio-technologie

Modul Molekulare Biotechnologie Seminar Molekulare Biotechnologie Modul Grundlagen der Molekularen Biotech. und Bioanalytik Praktikum Biotechnologisches Grundpraktikum Vorlesung Molekulare Biotechnologie Vorlesung Einführung in die Bioanalytik Modul Praxis der Proteinstruktur– und Proteomanalyse Seminar Strukturbiologie Seminar Proteinanalytik/Proteomics Modul Immunologie und Praxis der Molekularen Biotechnologie Vorlesung Immunologie I Praktikum Molekulare Biotechnologie

Fischer , Commandeur Fischer, Commandeur Fischer, Hoffmann Fischer, Pradel

Bachelor Studien-gang Molekulare u. An-gewandte Biotech-nologie

Modul Grundlagen der Molekularen Biotech. und Bioanalytik Vorlesung Einführung in die Bioanalytik Vorlesung Molekulare Biotechnologie Modul Immunologie und Praxis der Molekularen Biotechnologie Vorlesung Immunologie I Praktikum Molekulare Biotechnologie

Fischer, Hoffmann Fischer, Pradel

Master Studien-gang Biotechnologie –Molekulare Bio-technologie

Modul Pflanzenbiotechnologie Seminar Pflanzenbiotechnologie Praktikum Pflanzenbiotechnologie Modul Pharmazeutische Biotechnologie Seminar Molekulare Biotechnologie Vorlesung Technik der Herstell. von Biopharmazeutika Vorlesung Pflanzenbiotechnologie

Fischer, Commandeur Fischer, Commandeur


Seite 62 Seite 62

Master Studiengang Biotechnologie –Molekulare Biotechnolo-gie

Modul Genetik und Molekulare Biotechnologie Vorlesung GMP in der biotechnol. Wirkstoffproduktion Seminar Molekulare Biotechnologie Vorlesung Pflanzenbiotechnologie Modul Mikrobiologie und Genetik Seminar Molekulare Biotechnologie Modul Pharmazeutische Biotechnologie Seminar Molekulare Biotechnologie Vorlesung Immunologie II Vorlesung Pflanzenbiotechnologie Modul Immunologie und Medizin Vorlesung GMP in der biotechnol. Wirkstoffproduktion Vorlesung Technik der Herstell. von Biopharmazeutika Vorlesung Immunologie II Modul Bioanalytik und Strukturbiologie Vorlesung Strukturbiologie und Proteinengineering Seminar Strukturbiologie Praktikum Strukturbiologie/Proteomics Seminar Proteinanalytik/Proteomics Modul Industrielle Biotechnologie Vorlesung Technik der Herstell. von Biopharmazeutika Vorlesung GMP in der biotechnol. Wirkstoffproduktion Vorlesung Pflanzenbiotechnologie

Fischer, Commandeur Fischer, Commandeur Fischer, Commandeur Fischer, Commandeur Fischer, Hoffmann

Fischer, Commandeur

Master Studiengang Molekulare u. Ange-wandte Biotechnologie

Säule Weiße Biotechnologie Seminar Proteinanalytik/Proteomics Vorlesung Strukturbiologie u. Proteinengineering Säule Rote Biotechnologie Seminar Immunologie Softskill Kurse Vorlesung von der Bewerbung bis zur Laborleitung Vorlesung Verantwortungsvoller Umgang mit Lebens-

wissenschaften und Biotechnologie

Fischer, Hoffmann Fischer, Hoffmann Fischer, Klockenbring Fischer, Pradel Fischer, Eberz (Bayer CropScience)


Vertiefungsrichtung Molekulare Zellbiologie Modul Theorie Immunologie Seminar Immunologie

Fischer, Klockenbring

Lehrstuhl für MolekulareBiotechnologie

Lehrstuhl für Molekulare Biotechnologie

(Biologie VII)


Biologie VII

Überblick

Ziel der Bioverfahrenstechnik ist die ver-fahrenstechnische Beschreibung, Ausle-gung und Optimierung biologischer Me-thoden, Prozesse und Apparate. Die Bioverfahrenstechnik beschäftigt sich da-bei vornehmlich mit Prozessen, in denen eine Stoffumwandlung auf biologischem und biotechnologischem Wege geschieht. Diese Stoffumwandlung kann Produkte wie Bier, Essig, Biokraftstoffe oder Phar-mawirkstoffe erzeugen, aber auch der Behandlung von Abfällen oder Abwasser dienen. Zu den biotechnologischen Stoff-umwandlungen zählen sowohl die kom-

plexen Biosynthesen bei Fermentations-prozessen als auch Biotransformationen mit Mikroorganismen oder Enzymen, bei denen nur eine relativ einfache Stoffum-wandlung erfolgt. Ein wichtiges Aufgaben-feld besteht in der Übertragung der in Schüttelreaktoren (Schüttelkolben, Rea-genzgläser, Mikrotiterplatten) ermittelten Ergebnisse in Laborfermenter und schließ-lich in technische Maßstäbe.

Der Lehrstuhl für Bioverfahrenstechnik beschäftigt sich hauptsächlich mit der bio-technologischen Wertproduktherstellung. Nur mit untergeordneter Priorität werden umwelt- oder aufarbeitungstechnische Fragestellungen behandelt. Im Mittelpunkt der Forschungstätigkeit steht die Entwick-lung neuer Methoden und Apparate für

eine effiziente Bioprozessentwicklung. Die am Lehrstuhl entwickelten bioverfahrens-technischen Methoden, Apparate und Prozesse werden in zahlreichen Kooperati-onen mit Biologen anderer Lehrstühle oder der Industrie in mikrobiellen Kultur-systemen etabliert.

Institutsleiter

Bioverfahrenstechnik (BioVT)

Prof. Dr. J. Büchs

Sekretariat Worringerweg 1 52074 Aachen Tel.: +49 (0)241 80 25546 Fax: +49 (0)241 80 22570 [email protected] www.avt.rwth-aachen.de Öffnungszeiten: 8:30-12:30 und 13:00-16:00 Uhr

Lehrstuhl für Bioverfahrenstechnik

Lehr- und Forschungsgebiet - Bioverfahrenstechnik

Seite 64 Seite 64

Prof. Dr. J. Büchs

Raum 42C 040

+49 (0)241 80 25546

[email protected]

Folgende Forschungsgebiete werden au-genblicklich schwerpunktmäßig bearbeitet: 1. Schüttelreaktorsysteme In den ersten Screeningstufen biotechno-logischer Entwicklungsarbeit werden in sehr großer Zahl Schüttelreaktoren (Erlenmeyerkolben, Reagenzgläser und Mikrotiterplatten) eingesetzt, um eine große Anzahl an Versuchen parallel und in kurzer Zeit durchführen zu können. Zur-zeit wird die Laborautomation mit Hilfe von Robotern aktiv vorangetrieben. Trotz ihrer Einsatzhäufigkeit und der Bedeutung sind Schüttelreaktoren bisher verfahrens-technisch kaum erforscht und die Mess- und Analysemöglichkeiten sind im Gegen-satz zum späteren Prozess unterentwi-ckelt. Da im kleinen Maßstab jedoch ganz entscheidende Selektionen und Weichen-stellungen vorgenommen werden, muss sichergestellt werden, dass mögliche Limi-tierungen vermieden und konsistente ex-perimentelle Bedingungen garantiert wer-den können. Auf diesem Forschungsge-biet nehmen wir zurzeit eine weltweit füh-rende Stellung ein. 2. Fermentations- und Reaktortechnik In diesem Forschungsbereich werden re-aktor- und regelungstechnische Fragestel-lungen zur biotechnologischen Wertpro-duktherstellung bearbeitet. Im Mittelpunkt stehen hier Stofftransportphänomene so-

wie die Bilanzierung, Regelung und mo-dellmäßige Beschreibung von Fermentati-ons- und Biotransformationsprozessen. Auch in diesem Arbeitsgebiet werden neuartige Messmethoden erforscht, um bessere Einblicke in den Reaktor zu erhal-ten. Zu nennen sind hier unter anderem die Bilanzierung der biologischen Wärme-entwicklung durch Kalorimetrie und die Erfassung von lebenden Zellen durch Im-pedanzmessung. 3. Tailor-Made Fuels from Biomass Als Teilprojekte des Exzellenz-Clusters „Tailor-Made Fuels from Biomass“ wird an der AVT.BioVT die Umwandlung von Bio-masse in Plattformchemikalien erforscht, aus denen in weiteren Umwandlungs-schritten der zukünftige maßgeschneider-te Kraftstoff werden soll. Von großem In-teresse ist zum einen der Abbau des Hauptbestandteils der Biomasse, des Poly-mers Cellulose, der am Institut durch Onli-ne-Messverfahren beobachtet und cha-rakterisiert wird. Des Weiteren wird die Fermentation von den aus der Cellulose gebildeten Zuckern zur Plattformchemika-lie Itakonsäure optimiert. Entscheidend im Exzellenz-Cluster ist die Zusammenarbeit mit Lehrstühlen aus der Biotechnologie, der Chemie und den anderen Verfahrens-techniklehrstühlen, um später in enger Kooperation einen gemeinsamen Prozess abbilden zu können.

Online-Überwachung im Kleinkulturmaßstab

BioVT

Seite 65

I. RAMOS, Online-Messung der Atmungsaktivitäten biologischer Kulturen in geschüttelten Bioreaktoren (2001), Büchs, J., Anderlei, T. BIOforum 3, 149-151. http://www.hitec-zang.de/de/downloads/publikationen.html

II. Online-Monitoring von Mikrofermentationen (2006), Kensy, F., Büchs, J., Laborwelt 7(1), 6-9. http://www.laborwelt.de/zeitschrift/2006/1.html

Literatur


Bachelor Studien-gang Biotechnologie –Molekulare Bio-technologie

Übung Bioreaktortechnik Vorlesung Bioreaktortechnik Seminar Interdisziplinäres Seminar zu aktuellen Fragen der Bio-

technologie/Bioverfahrenstechnik Praktikum Interdisziplinäres Praktikum Biotechnologie / Bioverfah-

renstechnik Vorlesung Reaktionstechnik / Bioreaktionstechnik Übung Rechnerübung Reaktionstechnik / Bioreaktionstechnik Vorlesung u. Übung Kosten u.Wirtschaftlichkeit von Bioprozessen

Büchs u. Mitarbeiter Büchs Büchs u. Mitarbeiter Büchs (Schwaneberg, Reiss) Büchs Büchs u. Mitarbeiter Büchs

Bachelor Studien-gang Molekulare u. An-gewandte Biotech-nologie

Übung Rechnerübung Reaktionstechnik / Bioreaktionstechnik Vorlesung Reaktionstechnik / Bioreaktionstechnik Praktikum Interdisziplinäres Praktikum Biotechnologie / Bioverfah-

renstechnik Übung Bioreaktortechnik Vorlesung Bioreaktortechnik Seminar Interdisziplinäres Seminar zu aktuellen Fragen der Bio-

technologie/Bioverfahrenstechnik

Büchs u. Mitarbeiter Büchs Büchs (Schwaneberg, Reiss) Büchs u. Mitarbeiter Büchs Büchs u. Mitarbeiter

Master Studien-gang Biotechnologie –Molekulare Bio-technologie

Pflichtmodul Industrielle Biotechnologie Vorlesung Online-Analytik von Fermentationsprozessen Pflichtmodul molekulare und theoretische Grundlagen des Protein- und Bioprozessdesigns Vorlesung Bioprozesskinetik

Büchs

Bachelor Studien-gang Biologie

Vertiefungsmodul Biotechnologie Vorlesung Bioreaktortechnik Praktikum Interdisziplinäres Praktikum Biotechnologie / Bioverfah-

renstechnik

Büchs Büchs (Schwaneberg, Reiss)

Master Studien-gang Molekulare u. An-gewandte Biotech-nologie

Pflichtmodul Industrielle Biotechnologie Vorlesung Produktaufarbeitung Vorlesung Online-Analytik von Fermentationsprozessen Säule Verfahrenstechnik Modul Enzymatische und fermentative Verfahren zur Nutzung nachwach-sender Rohstoffe Vorlesung Biotechnologische Verfahren zur Nutzung nachwach-

sender Rohstoffe Vorlesung Moderne Aspekte der angewandten Enzamtechnolo-

gie

Spieß, Bonhage, Grosch Büchs Büchs

Bioverfahrenstechnik

Seite 66 Seite 66

Master Studien-gang Molekulare u. An-gewandte Biotech-nologie

Modul Forschungspraktikum Verfahrenstechnik von Fermentationsprozessen Forschungspraktikum Verfahrenstechnik von Fermentationsprozessen

Büchs

Lehrstuhl für Bioverfahrenstechnik

Lehrstuhl für Bioverfahrenstechnik (BioVT) Worringerweg 1 52074 Aachen

BioVT

Seite 67

Fachstudienberatung

Eine Kernaufgabe der Fachstudienbe-ratung ist die fachspezifische Bera-tung von Studieninteressierten. Von uns erfahren Sie beispielsweise was man genau in unseren Studiengän-gen lernen und was man später be-ruflich machen kann, oder ob Sie persönlich besser Biologie oder Bio-technologie studieren sollten. Wir erklären auch, wie man sich um einen Studienplatz bewirbt oder welche Voraussetzungen Sie für das Studium mitbringen sollten. Natürlich beant-worten wir auch alle Ihre Fragen, wenn Sie zum Masterstudium an die RWTH wechseln möchten. Wenn Sie Fragen zu einem unserer Studiengän-ge haben, schreiben Sie uns einfach, kommen Sie in eine unserer Sprech-stunden oder sprechen uns auf ei-nem Beratungstag der RWTH einfach an.

Darüber hinaus beraten wir natürlich unsere Studierenden in allen fachli-chen Fragen, beispielsweise zum Stu-dienverlauf, zu Prüfungen oder zur Fächerwahl. Selbstverständlich sind wir bei allen im Studium auftretenden Problemen Ansprechpartner und versuchen, ge-gebenenfalls gemeinsam mit dem Studienmentor, individuelle Lösungen zu finden. Die Fachstudienberater sind zur Verschwiegenheit verpflichtet und Ihre Anliegen werden natürlich vertraulich behandelt.

Dr. Monika Reiss, AOR Dipl.-Biol. Ulf Soppa Dr. Martin Zimmermann, AOR Raum siehe Website +49 (0)241 26607 (Tel.) +49 (0)241 22180 (Fax) [email protected] www.biologie.rwth-aachen.de/cms/Biologie/Studium/Kontakt/~kgv/Fachstudienberatung/ Sprechstunde Mo und Mi: 17.00 – 18.00 Uhr (Hr. Zimmermann) Do: 11.00 – 12.00 Uhr (Fr. Reiss) Do: 17.00 – 18.00 Uhr (Hr. Soppa) Mo-Fr nach Vereinbarung

Fachstudienberatung

Seite 68 Seite 68 Studierendenmentor

Im Rahmen der RWTH-weiten Initiative Zukunftskonzept exzellente Lehre wur-de ein Mentoring Programm geschaf-fen, mit dem Ziel die Studierenden individuell zu unterstützen und zu för-dern. Das Angebot ergänzt die Ange-bote der Fachstudienberatung und der Fachschaft um eine individuelle Beglei-tung durch Ihr Studium. Als Studierendenmentor der Fachgrup-pe Biologie stehe ich allen Studieren-den des Fachbereichs als Ansprech-partner zur Seite (also Studierenden der Biologie, Biotechnologie, Ökotoxi-kologie, Lehramts- und im Nebenfach Studierenden sowie Doktorand/innen). Ob Sie Studienanfänger sind oder kurz

vor Ihrem Abschluss stehen, Mentoring bedeutet, dass Sie individuell infor-miert, beraten und gefördert werden. Dies geschieht persönlich und vertrau-lich (Mentoren unterliegen der Schwei-gepflicht). Darüber hinaus übe ich we-der Lehr- noch Prüfungstätigkeiten aus, so dass Interessenkonflikte ausge-schlossen sind. Ziel ist, Sie dabei zu unterstützen Ihr individuelles Potential zu erkennen, zu entfalten und Ihre persönlichen Stu-dienziele zu erreichen. Wenn Sie sich allgemein oder konkret informieren oder beraten lassen möchten, kontak-tieren Sie mich gerne oder kommen einfach vorbei.

Studierendenmentor

Timur Khan Toygar, M.A.

Raum siehe Webpage

+49 (0)241 80 23628 (Tel.) +49 (0)241 80 623628 (Fax)

[email protected]

mentoring.biologie @rwth-aachen.de

www.fsbio.rwth-aachen.de/studium/

studierendenmentor

Sprechstunde Mo: 14 - 16 Uhr

Di: 10 - 12 Uhr und 16 - 18 Uhr Mi: 10 - 12 Uhr und 17 - 19 Uhr

Do: 14 - 16 Uhr Fr: 10 - 12 Uhr

Mo - Fr: nach Vereinbarung

Prüfungsausschuss

Für die Organisation der Prüfungen und die durch diese Prüfungsordnung zugewiesenen Aufgaben bildet die Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften einen Prüfungs-ausschuss. Der Prüfungsausschuss achtet darauf, dass die Bestimmungen der Prüfungs-ordnung eingehalten werden, und sorgt für die ordnungsgemäße Durch-führung der Prüfungen. Zur Zeit hat Prof. Dr. Henner Hollert den Vorsitz, Prof. Dr. Alan Slusarenko ist der Stellvertreter.

Über die aktuellen Öffnungszeiten und Richtlinien in Verbindung mit dem Prü-fungsausschuss informieren Sie sich bitte auf dessen Website. Dort finden Sie auch weiterführende Links zu verschiedenen prüfungsrele-vanten Anträgen. Weitere Informationen zum Prüfungs-ausschuss finden sich in den entspre-chenden Prüfungsordnungen, die sie auf der rechts angegebenen Website finden.

Prüfungsausschuss

www.biologie.rwth-aachen.de/cms/Fachgruppen/Biologie/Studium/

Kontakt/~tcm/Pruefungsaus-

schuss_Biologie_Biotechnolo/lidx/1/

Prüfungsordnungen

http://www.biologie.rwth-aachen.de/cms/Biologie/Studium/

Aktuell/~yey/Pruefungsordnungen/lidx/1/

Seite 69

HSPII-Team

HSPII-Team

Die RWTH Aachen sieht in den wach-senden Studierendenzahlen der nächsten Jahre sowohl eine Chance, als auch eine Herausforderung. Das Ziel ist, auch zukünftig eine mindes-tens ebenso gute Ausbildung der Stu-dierenden anzubieten wie bisher. Um auch bei steigenden Studieren-denzahlen eine ausgezeichnete Aus-bildung zu gewährleisten, hat die RWTH Aachen bereits im Jahr 2010 einen G8-Projektstab für die Koordi-nation verschiedenster Vorbereitungs-maßnahmen eingerichtet. Unter ande-rem wird mindestens die Hälfte der durch den Hochschulpakt II zur Verfü-gung gestellten Mittel für den Perso-nalaufbau verwendet. So wurden in der Fachgruppe für Biologie bereits 7

HSP II Stellen eingerichtet und mit in unterschiedlichen Fachrichtungen aus-gebildeten wissenschaftlichen Mitar-beitern besetzt. Als HSP II-Team ist es unsere Aufga-be, die qualifizierte und gut betreute Ausbildung der Studierenden in den Bachelor-Studiengängen Biologie, Biotechnologie/Molekulare Biotechno-logie und Lehramt Biologie bei stei-genden Studierendenzahlen zu er-möglichen. Dabei deckt das Team alle angebotenen biologischen Fachberei-che ab. Gleichzeitig wollen wir die Lehre und die Organisation des Studi-ums in enger Zusammenarbeit mit den Studierenden und den Dozenten weiter entwickeln und verbessern.

Dr. Katrin Bui-Göbbels Dr. Tamara Dworeck Dr. Nicole Maassen Dr. Martin Neumann Dr. Richard Ottermanns Dr. Silvana Siehoff Dr. Martin Singheiser Dr. Hanno Zielke Raum 42B 231 +49 (0)241 80 26676 oder 26692 [email protected] Sprechstunde nach Vereinbarung

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Die Fachschaft Biowissenschaften ist die Vereinigung aller Studierenden der Fachgruppe Biologie an der RWTH Aachen. Sie besteht aus aktiven Studie-renden dieser Studienfächer und vertritt die Interessen der Studierenden inner-halb der Hochschule und der Fachgrup-pe. Für diese Aufgaben wählen die Stu-dierenden aus den Mitgliedern der Fachschaft den Fachschaftsrat. Die Mit-glieder des Fachschaftsrates vertreten dann die Studierenden in verschiede-nen Gremien und Kommissionen der Hochschule, welche zum Beispiel über Prüfungs- oder die Lehre betreffende Angelegenheiten entscheiden. Die Fachschaft dient außerdem als Ver-mittler zwischen Studierenden und Do-zenten bei Fragen und Problemen und hilft dabei, eine Lösung im Sinne aller

Beteiligten zu finden. Darüber hinaus organisiert die Fachschaft die Einfüh-rungswoche für Studierende im ersten Semester und die mehrmals im Jahr stattfindenden Bio-Parties. Als weiteren Service für die Studierenden bietet sie außerdem ein Internetforum mit Down-loadbereich für Studienmaterial an so-wie regelmäßige Öffnungszeiten, in denen man persönlich in Kontakt mit den Fachschaftlern treten kann.

Fachschaft

Fachschaft Biowissenschaften

Fachschaft Biologie

Raum 42A 010

+49 (0)241 80 26693 (Tel.) +49 (0)241 80 26693 (Fax)

[email protected] www.fsbio.rwth-aachen.de

Sprechstunde

Variabel, siehe Webpage

Seite 71

JARA Generalsekretariat Jülich Aachen Research Alli-ance Forschungszentrum Jülich GmbH 52425 Jülich +49 (0)2461 61-1814 (Tel.)+49 (0)2461 61-1816 (Fax) http://www.jara.org/

Kompetenzen bündeln – Zukunft gestal-ten: In der Jülich Aachen Research Alli-ance, kurz JARA, überwinden die RWTH Aachen und das Forschungszentrum Jülich in einem deutschlandweit einzigartigen Modell das Nebeneinander von universitä-rer und außeruniversitärer Forschung und Lehre. Die Allianz begründet dabei ein wissen-schaftliches Umfeld, das international Spit-ze und für die besten Forscher und For-scherinnen attraktiv ist. Zugleich werden Forschungsmöglichkeiten erschlossen und Projekte verwirklicht, die den Partnern alleine verwehrt bleiben würden. Über die reine Forschung (Research) hinaus er-streckt sich die Zusammenarbeit in der JARA auch auf die Bereiche Education, Infrastructure, Knowledge Transfer und Services. In ihnen werden Bedingungen für die Forschung und Anwendungen aus der Forschung geschaffen. Derzeit umfasst die JARA fünf Forschungs-bereiche: - nachhaltige Energie (JARA-ENERGY) - Hirnforschung (JARA-BRAIN) - Informationstechnologien der Zukunft (JARA-FIT) - Simulationswissenschaften mit Höchst-leistungsrechnern (JARA-HPC) - Teilchenphysik und Antimaterie (JARA-FAME)

Unsere Wissenschaftler erforschen u. a. die effizientere Energiegewinnung und –nutzung, erschließen Möglichkeiten der Früherkennung und Behandlung von psy-chischen oder neurologischen Erkrankun-gen, entwickeln physikalische Grundlagen für neue Speicher oder Prozessoren für Computer und optimieren Forschungs- und Entwicklungsprojekte durch Compu-tersimulation. Die beiden Partner RWTH Aachen und das Forschungszentrum Jülich verknüpfen da-bei gezielt Forschungsfelder, in denen sich ihre jeweiligen spezifischen Kompetenzen wirkungsvoll ergänzen. In diesem integrativen Partnerschaftsmo-dell werden wissenschaftspolitische Strate-gien festgelegt und koordiniert. Gemein-sam werden Forschungsziele definiert, Investition getätigt sowie akademische Personal berufen und ausgebildet. JARA umfasst ca. 4.000 Mitarbeiter mit einem Finanzbudget von rund 500 Millionen Eu-ro. Das Investitionsvolumen betrug im Jahr 2011 ca. 60 Millionen Euro.

JARA - Jülich Aachen Research Alliance

JARA

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ERASMUS-Koordinator der Fachgruppe Biologie

Prof. Dr. Henner Hollert

Raum 42C 230

+49 (0)241 80 26669 (Tel.) +49 (0)241 80 22182 (Fax)

[email protected]

aachen.de www.bioportal.rwth-

aachen.de/erasmus.htm

Sprechstunde nach Vereinbarung per Email

ERASMUS ist die Abkürzung für "European Community Action Scheme for the Mobili-ty of University Students". Das Programm wurde von der Europäischen Union ins Leben gerufen, um die Mobilität der euro-päischen Studierenden und Dozenten zu fördern. Möglichst vielen Studierenden und Dozenten soll ermöglicht werden, einen Abschnitt ihres Studiums bzw. ihrer Lehrzeit in einem anderen europäischen Land und in einer anderen europäischen Sprache absolvieren. Ziel ist eine bessere Qualifikation von Hochschulabsolventen für den grenzüberschreitenden Arbeits-markt in einem wachsenden Europa. Bisher haben bereits über 1,5 Millionen Studierende und mehr als 100.000 Dozen-ten am ERASMUS-Programm teilgenom-men. Auch die Fachgruppe Biologie der RWTH Aachen unterhält zahlreiche Kon-takte zu Partneruniversitäten im europäi-schen Ausland. Derzeit findet ein Aus-tausch mit 21 Universitäten in 11 Ländern statt. Eine Übersicht über die einzelnen Universitäten finden Sie unter Partneruni-versitäten. Des Weiteren bietet Ihnen die Rubrik 'ERASMUS' Informationen u.a. zur Förderung, Bewerbung und Vorbereitung eines Auslandsstudiums bzw. eines Aus-landspraktikums im Rahmen des ERAS-MUS-Programms.

Neben einem Auslandsstudium und einem Auslandspraktikum können im Rahmen des ERASMUS-Programms auch ERASMUS Intensive Language Courses (EILC - Sprachkurse) und Gastdozenturen geför-dert werden. Informationen zu diesen und weiteren Mobilitätsprogrammen finden Sie unter "Mobilitätsprogramme" auf den Webseiten des International Office der RWTH Aachen. Ebenso werden dort wei-tere Stipendienprogramme und Förder-möglichkeiten vorgestellt.

ERASMUS

ERASMUS

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Adressenliste

Adressenliste

Zentrale Postanschrift RWTH Aachen 52056 Aachen Tel.: +49 241 80 1 Fax: +49 241 80 92312 www.rwth-aachen.de Fachstudienberatung Siehe Website: www.biologie.rwth-aachen.de/cms/Biologie/Studium/Kontakt/~kgv/Fachstudienberatung/ Prüfungsausschussvorsitzender Siehe Website: http://www.fsbio.rwth-aachen.de/studium/pruefungsausschuss Zentrales Prüfungsamt (ZPA) SuperC Templergraben 57 52056 Aachen Fax: +49 241 80 92376 [email protected] http://www.rwth-aachen.de/go/id/rcv/ Zentrale Studienberatung Templergraben 83 52062 Aachen Tel.: +49 241 80 94050 Fax: +49 241 80 92406 [email protected] www.rwth-aachen.de/go/id/sus/ Fachschaft Biologie Tel.: +49 (0)241 80 26693 Fax: +49 (0)241 80 26693 [email protected] www.fsbio.rwth-aachen.de Fachgruppe Biologie http://www.biologie.rwth-aachen.de/cms/~myc/Biologie/

Allgemeiner Studierendenausschuss der RWTH (AStA) Peterstraße 44-46 52062 Aachen Tel.: +49 (0)241 80 93792 Fax: +49 (0)241 80 92394 [email protected] www.asta.rwth-aachen.de Studierendensekretariat SuperC Templergraben 57 52056 Aachen Tel.: +49 241 80 94214 Fax: +49 241 80 92380 [email protected] www.rwth-aachen.de/go/id/ciss Studentenwerk Aachen Turmstraße 3 52072 Aachen Tel.: +49 241 80 93200 Fax: +49 241 80 93109 [email protected] http://www.studentenwerk-aachen.de Akademisches Auslandsamt International Office SuperC Templergraben 57 52062 Aachen Tel.: +49 241 80 90660 Fax: +49 241 80 92662 [email protected] Gleichstellungsbeauftragte der RWTH siehe Website http://www.rwth-aachen.de/go/id/wnu

Documents

Biowissenschaften an der RWTH Aachen