Fakultät für
Lebenswissenschaften
faculty research news
Fakultät für Lebenswissenschaften
Dezember 2015
Eine neue Forschergeneration ausbilden

Christa Schleper

Mikroorganismen im Stickstoff-Zyklus heißt das neue Doktoratskolleg der Fakultät für Lebenswissenschaften. Und die Leiterin Christa Schleper erklärt, was die Kollegen im Rahmen des PhD-Trainings vor haben.

Es geht um nicht weniger als einen der wichtigsten globalen Zyklen: „Welche Mikroorganismen sind am Stickstoffkreislauf beteiligt? Wie interagieren sie mit Pflanzen oder Tieren? Inwieweit sind sie an der Bildung von Treibhausgasen beteiligt?“ Das und vieles mehr beschäftigt Christa Schleper und neun weitere Kollegen im Rahmen eines neuen Doktoratskollegs mit dem Namen Microbial Nitrogen Cycling - From Single Cells to Ecosystems.

„Das DK wurde international ausgeschrieben, Deadline war im November“, erzählt die Sprecherin des DK und Leiterin des Departments für Ökogenetik. „Zum 1. Jänner 2016 wollen wir die ersten zehn Studenten einstellen.“ Zehn Arbeitsgruppen werden dann auf allen Ebenen am Stickstoffkreislauf arbeiten. Es gibt bereits sehr viele Bewerbungen“, sagt Schleper und freut sich, dass die Ausschreibung international sehr gut wahrgenommen wurde, wie man an der Breite der Bewerbungen sieht.

Interdisziplinär „Obwohl wir alle Biologen sind, ist es ein sehr interdisziplinäres PhD-Trainingsprogram“, erklärt Schleper. Man nähere sich dem Stickstoffzyklus von drei komplementären Forschungsbereichen, der Mikrobiellen Ökologie, der funktionellen Genomik und der Ökosystemforschung, wie auf der DK-Homepage www.phd-n-cycle.at nachzulesen ist. Und weiter: Unsere Mission ist es, eine exzellente interdisziplinäre Ausbildung, ein ausgedehntes Labortraining und internationales Networking zur Verfügung zu stellen.

Zehn PhD-Studenten sollen also ab Jänner für vier Jahre in den Genuss des vom FWF geförderten Programmes kommen. Voraussetzung: ein Master of Science oder eine ähnliche Qualifikation in Ökologie, Biogeochemie, Mikrobiologie, Molekularbiologie, Bioinformatik oder in verwandten Feldern.


Praktikum mit Studenten zur Salina von Piran.
Schleper: "Wir haben dort nach neuen Archaea gesucht."

Die Erforschung des Beitrages, den Mikroorganismen zum Ökosystem leisten, erfordert ein hohes Maß an interdisziplinärer Forschung. Daher werden sich zehn Mitglieder des Lehrkörpers aus drei Departments daran beteiligen:

  1. Silvia Bulgheresi
    Impact of N-processes in animal-bacteria associations
  2. Andreas Richter
    Unraveling microbial nitrogen utilization and turnover in soil by Chip-SIP
  3. Wolfram Weckwerth
    Plant-microbe interaction in the nitrification process
  4. Stefanie Wienkoop
    Effects of nutrients on N-fixation of Lotus spp. and Rhizobium strains
  5. Dagmar Woebken
    Investigating factors that govern biological N2 fixation in soil by CHIP-SIP
  6. Holger Daims
    Post-genomic characterization of Nitrospina, a major marine nitrite oxidizer
  7. Gerhard Herndl
    Relation between the age and morphology of marine snow and N cycling
  8. Thomas Rattei
    Model-based optimization of cultivation conditions for nitrifiers
  9. Michael Wagner
    Importance of cyanate as substrate for nitrifiers
  10. und nicht zuletzt Christa Schleper
    Differential gene expression in ammonia oxidizing archaea

„Ich studiere ein neue Gruppe von Ammoniak oxdierenden Archaea, die noch nicht lange bekannt sind“, erzählt Schleper. Vor allem die Reaktion dieser Organismen auf sich ändernde Umweltbedingungen interessieren die Mikrobiologin. Stichwort: Global Change.
„Die Archaea gibt es überall, auch im Meer. Mich aber interessieren besonders die im Boden lebenden.“ Sie hat einfach in der Augasse im Boden nach ihren Forschungsobjekten gegraben. Von dort stammt nun der erste weltweit in Reinkultur offiziell beschriebene Stamm der Ammoniak-oxidierenden Archaea: Nitrososphaera viennensis (frei übersetzt: die Ammoniak-oxidierende Kugel aus Wien).

Ohne die Stoffwechselleistungen der kleinsten aller Lebewesen, der Bakterien und Archaea, wäre ein Leben auf der Erde nicht möglich. Diese Mikroorganismen spielen eine zentrale Rolle in den großen Stoffkreisläufen, indem sie organische Materie zersetzen und die erhaltenen Grundbausteine in die Atmosphäre zurückführen oder für neues Leben verfügbar machen.

Pläne Was Schleper in ihrem PhD Projekt plant? „Wir werden Nitrososphaera viennensis im Labor kultivieren. Dann werden die Zellen unterschiedlichen Wachstumsbedingungen ausgesetzt und wir schauen, wie sie darauf reagieren.“ Moderne Technologien wie Transkriptom- und Proteomanalysen sollen unter anderem dabei zum Einsatz kommen.“


Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme von
Nitrososphaera viennensis Zellen.

Das Hauptziel des DK? „Eine neue Generation von Forschern ausbilden, die besser als wir die Brücke zwischen der organismischen Biologie und der Ökosystemforschung schlagen können. Daher wollen wir interdisziplinär – mit Ökosystemforschern, die auch am DK beteiligt sind – arbeiten.

Die interdisziplinäre Vernetzung, die wir uns mühsam aufbauen mussten, wird die nächste Forschergeneration wie selbstverständlich leben”, so die DK Sprecherin.

Ach übrigens: „Auch eine neue Vorlesungsreihe mit allen sieben beteiligten Professoren und drei jungen Gruppenleitern ist in Vorbereitung. Die jüngeren Gruppenleiter im Dk sind allesamt Frauen“, freut sich Schleper.

Verstehen, wie Evolution vor sich geht

Ovidiu Paun

© Medienportal univie

Neuerdings ist auch die Fakultät für Lebenswissenschaften am Doktoratskolleg Vienna Graduate School of Population Genetics beteiligt. Der Botaniker und Evolutionsforscher Ovidiu Paun erzählt warum. 

Ovidiu Paun ist der Neue. Nein, der gebürtige Rumäne ist weder neu in Österreich noch an der Fakultät. Aber er ist – gemeinsam mit Angela Hancock (Universität Wien, Max Perutz) – der Neuzugang beim Doktoratskolleg Populationsgenetik. Bisher sei das DK Populationsgenetik eher auf Tiere fokussiert gewesen, „und ich denke, man versucht jetzt, mehr Pflanzenforscher einzubinden“, erklärt er sein Engagement.

Paun weiter: „Das DK startete vor fünf Jahren. Jetzt, da es von FWF verlängert wurde, kam ich dazu.“ Unter der Leitung von Christian Schlötterer, Professor am Institut für Populationsgenetik der Veterinärmedizinischen Universität Wien, hat sich ein Team von renommierten und jungen aufstrebenden Gruppenleitern der Veterinärmedizinischen Universität Wien, der Universität Wien und des Gregor Mendel Instituts (Akademie der Wissenschaften) zusammengetan, um Studierende in theoretischer und experimenteller Populationsgenetik auszubilden.

Das DK Popgen Auf der FWF-Homepage steht über das Popgen-Projekt nachzulesen: Mittlerweile ist es klar, dass natürlich vorkommende DNA-Sequenzen und Proteinvarianten von funktioneller Bedeutung sind. Daher wurden bereits mehrere Genomprojekte initiiert, die die Variabilitätsmuster in natürlichen Populationen untersuchen. In Österreich ist allerdings die wachsende Bedeutung der Populationsgenetik noch nicht in die universitäre Ausbildung eingeflossen. Das Doktoratskolleg „Vienna Graduate School of Population Genetics“ zielt darauf ab, diese Situation zu ändern. Im DK sind mehrere Wissenschaftsdisziplinen vertreten: theoretische Populationsgenetik, experimentelle Populationsgenetik, Entwicklungsgenetik und Statistik.

Und jetzt eben auch die Botanik und das Department für Botanik und Biodiversitätsforschung der Fakultät für Lebenswissenschaften (Division für Botanische Systematik und Evolutionsforschung) in Person von Ovidiu Paun.


Bleiblättriges Knabenkraut (Dactylorhiza majalis) in der nähe des Fuschlsees (Salzburg).
Foto © Ovidiu Paun

Der hat – nach anfänglichem Zögern – erkannt, dass dieses Ausbildungsprogramm für Doktoranden eine exzellente Möglichkeit ist, Jungforscher für sein Forschungsgebiet zu begeistern: Unter anderem untersucht Paun in einem START-Projekt, welche molekularen Mechanismen es den Knabenkräutern (Dactylorhiza), einer bedrohten Gattung aus der Familie der Orchideen, erlaubt, sich an verschiedene Lebensräume anzupassen. Plötzliche Veränderungen in der Umwelt, beispielsweise im Zuge des Klimawandels, aber auch interne Faktoren – wie Hybridisierung oder eine Verdoppelung des gesamten Chromosomensatzes – verursachen häufig rasche Anpassungen von Lebewesen an veränderte Bedingungen und Habitate.

Getestet wird die Hypothese, dass Variation in epigenetischer Information es den Organismen erlaubt, relativ flott auf sich wandelnde Umweltbedingungen zu reagieren. „Unsere Forschung hat tiefgreifende Auswirkungen auf das Verständnis der Dynamik von Anpassungs- und Differenzierungsmechanismen, die in natürlichen Populationen wirken und Schlüsselprozesse in der Entstehung und Erhaltung von Biodiversität sind“, erklärt Paun.

„Ich denke, ich bin auch der Einzige in dem DK, der nicht mit Modell-Organismen arbeitet.“ Auch das sei interessant und außergewöhnlich für Jungforscher: Evolution abseits von Arabidopsis zu erleben. Das ist auch sein Part im Projekt: „Auf Evolution außerhalb des Labs zu schauen.“ So dreht sich sein Lieblingsprojekt beispielsweise um das Kleine Leimkraut, auch Kleine Strahlsame genannt, und wie es auf die Klimaerwärmung in den Alpen reagiert.


Das Kleine Leimkraut (Heliosperma pusillum) hat in den Südost-Alpen zwei unterschiedliche
Ökotypen entwickelt. Der montane Ökotyp (links unten) unterscheidet sich morphologisch durch die dichte Behaarung vom alpinen Ökotyp (rechts unten). Fotos © Ovidiu Paun

Am Puls der Evolution „In der Populationsgenetik wird die Evolution nicht nur sichtbar, sondern auch messbar”, sagt etwa auch der Vizesprecher des DK, der Mathematiker Joachim Hermisson. Heute ist es dank modernster Sequenziertechniken möglich, ganze Genome innerhalb weniger Tage zu entschlüsseln und Genvarianten zwischen einzelnen Arten oder Individuen zu vergleichen. Die Analyse solch umfassender Datenmengen bedarf sowohl statistischer, bioinformatischer als auch genetischer Grundlagen.

Die man sich zuvor aber aneignen muss. Im DK Popgen eben.

Von den Bewerbern wird ein hohes Maß an Engagement und Begeisterungsfähigkeit sowie die Integration in das internationale, englischsprachige Team verlangt. Nach Abschluss des interdisziplinären Trainings sind die Absolventen nicht nur versiert im wissenschaftlichen Arbeiten und fähig, in einem Team von Forschenden mit unterschiedlichem Hintergrund zu arbeiten, sie haben auch exzellente Aussichten am internationalen Jobmarkt. Absolventen des DK forschen heute an renommierten Institutionen weltweit.

Denn es gibt zu wenige Populationsgenetiker, die die nötigen themenübergreifenden Fähigkeiten mitbringen. Und es gäbe mehr als genug zu tun in der Evolutionsforschung. Dass dieser Forschungszweig Interesse weckt, lässt sich an den mehr als 800 Bewerbungen aus aller Welt erkennen, die während der jährlichen Ausschreibungen eingehen. Nur die Talentiertesten schaffen es.


Exkursion in die Alpen

„Seit dem Start 2010 kamen jedes Jahr neue Studenten dazu, die vom Wissen und Vorsprung der Seniorstudenten im DK profitieren sollen“, erklärt Paun. Mittlerweile ist das Ausbildungsprogramm auf 17 Studenten angewachsen, nur drei sind neu. „Der Einführungskurs läuft gerade. Er soll alle Studenten auf dasselbe Niveau bringen“, erzählt er. Die Studierenden aus zwölf Nationen arbeiten an PhD-Projekten des DK und werden von Teams mit je drei Wissenschaftern betreut, erfahrene DK-Kollegen erleichtern als Mentoren den Start im neuen Umfeld.

Info: Die zweite Laufzeit endet mit einer weiteren Zwischenevaluierung Ende 2018, wobei die Fördersumme etwa 2,4 Millionen Euro beträgt.

http://www.popgen-vienna.at/

Über Anregungen freuen sich:
Univ. Prof. Dr. Verena Dirsch (verena.dirsch@univie.ac.at)
Mag. Susanne Mauthner-Weber (s-m-w@gmx.at)