Hot Spot für Mikrobiologie und Umweltsystemforschung

14.03.2019

Seit Anfang März gibt es an der Universität ein neues Zentrum für Mikrobiologie und Umweltsystemwissenschaft. Es widmet sich damit zwei Schlüsselforschungsdisziplinen unserer Zeit und führt 15 Arbeitsgruppen zusammen. Die Themen des Zentrums sind vielfältig, das Mikrobiom in Umwelt und Medizin spielt eine besondere Rolle.

Die Mikrobiologie und die Umweltsystemforschung gelten als zukunftsträchtige Entwicklungsfelder. Ein Grund dafür ist, dass sich immer deutlicher zeigt, welche Rolle die Mikroorganismen als Grundlage der Biosphäre und als wichtige Gestalter vieler Stoffkreisläufe auf der Erde spielen.

Die Forschung erkennt auch zunehmend, wie vielschichtig das Mikrobiom – als die Gesamtheit aller Bakterien, Archaeen, einzelliger Eukaryoten, Pilze und Viren - die Umwelt und menschliche Gesundheit beeinflusst. Nicht zuletzt ist das Wissen über das Verhalten von Mikroorganismen wie auch Umweltschadstoffen ein wesentlicher Schlüssel für die Entwicklung technologischer Lösungen für Umweltprobleme und gesellschaftliche Herausforderungen.

Das enge Beziehungsgeflecht

Das neue Zentrum für Mikrobiologie und Umweltsystemwissenschaft vereine WissenschafterInnen, sagt Mikrobiologe und Zentrumsleiter Michael Wagner, "die die gemeinsame Vision teilen, weltweit führende Forschung in gesellschaftlich relevanten Bereichen zu machen." Man arbeite so z.B. an den Schnittstellen von Mikrobiomforschung mit Biomedizin, Bioinformatik und Ökologie sowie der Erforschung von Umweltschadstoffen, erzählt Wagner.

Wie vielschichtig Mikrobiologie und Umwelt verwoben sind, zeigte bereits in Ansätzen eine Podiumsdiskussion des Forschungsverbundes Umwelt im November 2018 (Mikrobiom und Umwelt - Rückblick in Bildern - mit VIDEO).

Das enge Beziehungsgeflecht wie auch die gesellschaftliche Dimension der Themen beleuchten auch die nachfolgenden Schlaglichter der Forschung am Zentrum:

Stickstoff-Problematik

Die Stickstoffüberdüngung ist "eine der größten Bedrohungen des Planeten", sagt Mikrobiologe Michael Wagner. Nur 17 Prozent des aufgebrachten Düngers landet in den Pflanzen, der Rest wird in die Umwelt, z.B. die Meere, ausgewaschen. Hauptverantwortlich dafür sind Mikroorganismen. Doch ohne Stickstoffdünger geht es nicht: Die Hälfte der Menschheit ernährt sich derzeit auf Grundlage seines Einsatzes.

Im Gegenzug zu der problematischen Rolle der Mikroben bei der Düngerverwertung können sie auch helfen, dem System Stickstoff zu entziehen: Die zweite große Quelle für Stickstoff in der Umwelt sind menschliche Ausscheidungen. Kläranlagen helfen unter Einsatz von Mikroorganismen wiederum, die Überdüngung der Umwelt zu reduzieren. "Je besser wir die Mikroorganismen verstehen, desto besser können wir sie in unserem Sinne nutzen", so Wagner.

Kohlenstoff und Methan als Lebenselixier der Mikroben

Böden sind der größte Speicher für organischen Kohlenstoff auf der Erde. Das größte Reservoir des potenziellen Klimagases liegt dabei im Untergrund der Arktis. Die dort dauerhaft gefrorenen und im Sommer nur oberflächlich auftauenden Permafrostböden gelten als "tickende Kohlenstoffbomben". "Über die globale Erwärmung tauen die Böden verstärkt auf. An der Freisetzung des Kohlenstoffs und Methans sind Mikroorganismen beteiligt", erzählt Ökologe Andreas Richter. Auf der anderen Seite gebe es Bakterien, die Methan aus der Luft ziehen und für ihren Stoffwechsel nutzen.

Mikroben spielen, so unterstreicht Andreas Richter, bei Produktion und Abbau verschiedenster klimarelevanter Gase eine entscheidende Rolle und seien damit zentrale Treiber globaler Stoffkreisläufe: "Wir beschäftigen uns im neuen Zentrum etwa mit Fragen, welche Rolle Mikroorganismen in der Milderung der Folgen des globalen Klimawandels spielen oder welche Bedeutung sie für das Funktionieren von Böden haben und damit für die Ernährungssicherheit."

Spurenschadstoffe in der Umwelt

Ein weiterer Schwerpunkt des Zentrums ist es, das Verhalten von Spurenschadstoffen und Nanopartikeln in der Umwelt zu erfassen. Kosmetika-,  Medikamentenrückstände und eine Vielzahl von anderen Stoffen wie Quecksilber oder Asbest können Gewässer und Böden verschmutzen. Gadolinium - als Röntgenkontrastmittel in der medizinischen Versorgung im Einsatz - gelangt etwa über die menschliche Ausscheidung ins Abwasser. "Manche Spurenschadstoffe können in Umweltsystemen dann weiter um- und abgebaut werden, auch unter Beteiligung von Mikroorganismen. Die Umwandlungsprodukte können dabei harmloser oder auch gefährlicher als die ursprünglichen Stoffe sein", sagt Umweltgeowissenschafter Thilo Hofmann.

Mit der Zusammenführung der verschiedenen Forschungsgruppen im Zentrum bieten sich neue Möglichkeiten, Themen wie die Wechselwirkungen von Mikroorganismen und Spurenschadstoffen, biogeochemische Stoffkreisläufe oder Nanopartikeln in der Umwelt besser zu verstehen und neue Lösungsansätze für Umweltprobleme zu entwickeln.

Mikroplastik

Die vom Menschen in die Umwelt eingebrachten Kunststoffe - in Form von Plastikmüll, Reifenabrieb oder auch über andere Quellen - sind ein weiteres Beispiel für ein gesellschaftlich relevantes Thema. Und auch hier spielt die Mikrobiologie hinein: "Der Kunststoff verwittert nicht nur durch physikalische Kräfte wie etwa Lichteinstrahlung, sondern es sind auch Mikroorganismen am Abbau des Kunststoffes beteiligt", so Thilo Hofmann, Leiter des Forschungsverbundes Umwelt der Universität Wien.

Zudem besiedeln Mikroben Mikro- und Nanokunststoffteilchen, was wiederum chemische Prozesse initiiere - ein Thema, welches in der Forschungsplattform PLENTY untersucht wird.

Mikrobiomforschung und Medizin

Auch an der Schnittstelle von Mikrobiomforschung und Medizin bewegt sich das neue Zentrum. Gestärkt wird dies auch durch die im Herbst 2018 gestartet Joint Microbiome Facility der Universität Wien und der Medizinischen Universität Wien, die die Grundlagenforschung des Zentrums direkt mit klinischen Fragestellungen verknüpft und aus dem Zentrum heraus geleitet wird.

"Es gibt nahezu keinen Gesundheits- oder Krankenzustand, der nicht von der Zusammensetzung unseres Mikrobioms beeinflusst ist. Welche Medikamente vertragen wir? Bei wem wirkt welcher Wirkstoff? Das sind Fragen, die sich über die Mikrobiomforschung in Zusammenarbeit mit der klinischen Forschung angehen lassen", sagt Michael Wagner. (ly)


  • Zentrum für Mikrobiologie und Umweltsystemwissenschaft (cmess.univie.ac.at):

    Das Zentrum addressiert neben medizinischen Herausforderungen, wie der Verbesserung der Vorhersagemöglichkeit für Krankheitsverläufe und der Entwicklung neuartiger Behandlungswege, auch ökologische und biotechnologische Themen sowie das Verhalten von Schadstoffen, Nanopartikeln und umweltgeochemische Fragestellungen.

    Die ForscherInnen des Zentrums sind in verschiedenen Studiengängen auf Bachelor- und Masterlevel in den Bereichen Biologie, Ökologie, Mikrobielle Ökologie, Umweltwissenschaften und Erdwissenschaften sowie Bioinformatik und Computational Science integriert.

    Zur Presseaussendung (28.2.2019)
Das neue Zentrum führt 15 Arbeitsgruppen der Universität Wien zusammen (© Universität Wien/ derknopfdruecker.com).
Billionen von Mikroorganismen leben in uns: Die Fluoreszenzaufnahme zeigt einen Ausschnitt des Darmmikrobioms. Das Mikrobiom in Umwelt und Medizin spielt eine besondere Rolle im neuen Zentrum (© JMF/ University of Vienna).
Das Zentrum widmet sich auch einer Bandbreite von ökologischen und biotechnologischen Themen sowie dem Verhalten von Schadstoffen, Nanopartikeln und umweltgeochemischen Fragestellungen. (© CMESS).