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GENOMXPRESSSONDERAUSGABESeptember 2005

Highlights aus der Genomforschung an MikroorganismenGenoMik 20012005

Inhalt 2

GenomXPress Sonderausgabe September 2005

InhaltVorwort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3

GenoMik-Kompetenznetzwerk Bielefeld

Vier Jahre Genomforschung an Bakterienzum Schutz der Umwelt, fr eine nach-haltige Landwirtschaft und fr die biotechnologische Produktion von Feinchemikalien und Therapeutika . . . . . .4

Die Bielefelder Softwaresuite fr bakterielle Genomforschung . . . . . . . . . . . .5

Leben in Grsern: Kooperation zwischen Pflanzen und Bakterien fr einen nach-haltigeren landwirtschaftlichen Anbau . . . . . .7

Genexpressionsanalysen erlauben die Aufklrung komplexer bakterieller Differenzierungsprozesse in der Rhizo-bien-Leguminosen Symbiose . . . . . . . . . . . . . . .9

Der Beginn einer ertragreichen Partnerschaft: Bradyrhizobium japonicumund Sojabohne tauschen Signale aus . . . . .10

Auf dem Weg zum mageschneiderten Pflanzenschutz? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11

Identifizierung einer Genomregion von Clavibacter, die die Ausprgung der bakteriellen Welke der Tomate beeinflut .12

Wie unterscheiden Pflanzen zwischen Krankheitserregern und ntzlichen Mikroorganismen? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13

Genomsequenz von Alcanivorax borkumensis einem universellen l-abbauenden, marinen Bakterium . . . . . .14

Kontrolle ber den C-Fluss Zwei neu entdeckte Proteine knnten die Amino-sureproduktion von Corynebacterium glutamicum steigern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16

Identifizierung und Charakterisierung des globalen Regulators der Stickstoffkontrolle in Corynebakterien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17

Streptomyceten eine unerschpfliche Quelle fr neue Wirkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . .18

Neue Wirkstoffe Concanamycin A ein interessant "garniertes" Polyketid . . . .19

Mikroben mit Mega-Genom: multizellulreLebensweise, biologisch aktive Naturstoffeund 10.000 Gene bei Myxobakterien . . . . .21

GenoMik-Kompetenznetzwerk Gttingen

BiotechGenoMik auf dem Weg ins fnfte Jahr seiner Arbeit . . . . . . . . . .22

Gene, die als Marker fr Stress dienen, helfen,die Effizienz des Waschmittelenzym-Produzen-ten Bacillus licheniformis zu steigern . . . . . .23

Dnger aus Mikroben Gene in Bacillus amyloliquefaciens entdeckt, die Pflanzen besser wachsen lassen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

Made by Ralstonia Entwicklung neuer Produktionsstmme fr eine auf Wasserstoff basierende Biotechnologie . . .26

Abfallstoffe als Nahrung Entwicklung eines biotechnologischen Prozesses zur Herstellung von Butanol aus billigem Synthesegas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28

Genomsequenz enthllt das Potenzial von Gluconobacter oxydans fr Biotransformationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29

Gluconobacter oxydans: Produzent industriell relevanter Biomolekle . . . . . . . . .30

Umweltgenomik (Metagenomik) als nahezu unerschpfliche Quelle fr neue Biokatalysatoren, Stoffwechselwege und Wirkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32

Die Sequenzierung und funktionelle Analyse des Genoms des sure- und hitze-bestndigen Archaeons Picrophilus torridusliefert die Information fr neuartige Biokatalysatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34

GenoMik-Kompetenznetzwerk Wrzburg

Genomforschung an pathogenen Mikroorganismen PathoGenoMik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36

Die erste Genomsequenz einer apathogenen Staphylokokkenspezies als Grundlage fr die Identifizierung neuer Virulenzfaktoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37

Mit Gen-Chip-Analysen und Proteom-Untersuchungen den Ursachen von chronischen, Therapie-refraktren Infektionen auf der Spur . . . . . . . . . . . . . . . . . .38

Wie werden Bakterien antibiotikaresistent?Pneumokokken als Gendiebe . . . . . . . . . . . . .39

Vergleichende Genomanalyse des Genus Listeria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40

Entdeckung neuer Impf- und Diagnostika-Antigene bei der Tuberkulose 41

Entschlsselung des Genoms des krebserregenden Bakteriums Helicobacter hepaticus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42

Spuren der Menschheitsgeschichte in den Genen eines Krankeitserregers . . . . .43

Neisseria meningitidis: harmloser Kommensale und gefhrliches Pathogen . .44

Umweltkeime ein genetisches Reservoir fr Virulenzfaktoren von Krankheitserregern? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45

Neue Diagnostikverfahren zur Erkennunggefhrlicher Colibakterien . . . . . . . . . . . . . . . .46

Funktionelle Genomik und Dynamik pathogener Escherichia coli: Variabilitt undMigration von krankheitsverursachenden Faktoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47

Genotypisierung von ESBL verursachenden b-Laktamasen mittels DNA-Chips zur Schnelldiagnose mikrobieller Antibiotika-resistenzen in der Medizin . . . . . . . . . . . . . . . .48

Oligonukleotidarray fr die Diagnostik von Staphylokokken und von Enterokokken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49

Die Evolution der Chlamydien Einblickein die Entwicklungsgeschichte bedeutenderbakterieller Krankheitserreger . . . . . . . . . . . .50

3 Vorwort

Vorwort

Liebe Leserinnen und Leser,Die signifikante Verknappung von Res-

sourcen und Energie, ein steigender Bedarf anNahrungsmitteln und eine weitere Belastungder Umwelt durch den anthropogenen Eintragvon Schadstoffen sind globale Trends, die dieweltweite Lage auf den Gebieten Gesundheit,Ernhrung und Umwelt immer strker beein-flussen. Darber hinaus bedrohen Infektions-krankheiten die menschliche Gesundheit, dienicht zuletzt aufgrund der zunehmenden Ver-breitung von Antibiotikaresistenzen nur nocheingeschrnkt und unter hohen Kosten thera-pierbar sind. Um den sich abzeichnenden Pro-blemen zu begegnen, bedarf es einer frhzeiti-gen Entwicklung von Lsungsstrategien.

Mikroorganismen sind Teil dieser Pro-blemlage, insbesondere im Hinblick auf die vonihnen ausgelsten Infektionskrankheiten, de-nen jhrlich ca. 17 Millionen Menschen zumOpfer fallen. Darber hinaus verursachen sie inder Landwirtschaft durch Pflanzen- und Tier-krankheiten einen immensen volkswirtschaftli-chen Schaden.

Gleichzeitig bietet die Erforschung undNutzung der Mikroorganismen jedoch einenoch weitgehend ungenutzte Chance, um die-sen globalen Trends entgegenzuwirken und L-sungsanstze z.B. in den Bereichen der Verbes-serung der menschlichen Gesundheit, derSicherstellung einer nachhaltigen Ernhrungs-grundlage fr Mensch und Nutztiere, der Vor-beugung und Beseitigung von Umweltschdenund der Etablierung einer energie- und res-sourcenschonenden biobasierten Wirtschaftder Zukunft zu finden und umzusetzen.

Mit der vom Bundesministerium fr Bil-dung und Forschung (BMBF) im Jahr 2001gestarteten Forschungs- und FrderinitiativeGenomforschung an Mikroorganismen GenoMik wurden die strukturellen und inhalt-lichen Voraussetzungen fr die Nutzung desPotentials von Mikroorganismen durch globalegenombasierte Forschungsanstze geschaffen.In Deutschland entstanden vernetzte, interna-tional wettbewerbsfhige Kompetenzkerne derGenomforschung an Mikroorganismen. DieForschung in diesen Kompetenznetzen grup-piert sich um drei Themen: Genomforschung an

Bakterien fr den Umweltschutz, die Landwirt-schaft und die Biotechnologie, fr die Analyseder Biodiversitt und ihre Nutzung zur Ent-wicklung neuer Produktionsverfahren und frdie Bekmpfung menschlicher Infektionskrank-heiten. Jedes der drei Kompetenznetze wirdvon einer Universitt koordiniert (UniversittenBielefeld, Gttingen und Wrzburg). An denKompetenznetzen sind insgesamt mehr als 80Arbeitsgruppen und 10 Unternehmen beteiligt.

In der vorliegenden Sonderausgabe desGenomXPress sind beispielhaft einige der For-schungsergebnisse dokumentiert, die in denletzten Jahren von den drei Kompetenznetzenerzielt wurden. Gemeinsames Anliegen war es,die genomische Sequenz wissenschaftlich, kli-nisch und wirtschaftlich bedeutsamer Bakteri-en zu entschlsseln und darauf aufbauend diefunktionelle Genomanalyse mit dem Ziel vor-anzubringen, nutzbringende Forschungsergeb-nisse auf den verschiedensten Anwendungsfel-dern zu erzielen. Die Sequenzierung von 28bakteriellen Genomen hat dafr eine wertvolleWissensbasis geschaffen. Aus der Vielzahl dersich daraus ergebenden spannenden For-schungsergebnisse werden hier 35 exempla-risch vorgestellt. Es geht z.B. um die Entwick-lung neuer Strategien fr den Pflanzenschutzund den Umweltschutz, um die Gewinnungneuer Proteine und die Entwicklung neuer bio-technologischer Produktionsprozesse oderneuer Strategien zur Diagnostik und Therapiebakterieller Infektionskrankheiten.

Diese Forschungsergebnisse belegeneindrucksvoll die internationale Wettbewerbs-fhigkeit der Genomforschung an Mikroorga-nismen in Deutschland. Dies spiegelt sich nichtzuletzt in der groen Resonanz auf die von dendrei Kompetenznetzen gemeinsam organisier-ten europischen Konferenzreihe EuropeanConference on Prokaryotic Genomes - PROKA-GEN wider, die in diesem Jahr zum zweitenMal in Gttingen stattfindet.

Die in der Forschungs- und Frderi-nitiative GenoMik erzielten Erfolge mssenverstetigt und auf eine nachhaltige Grundlagegestellt werden. Deshalb wird das BMBF imkommenden Jahr die Frdermanahme Geno-Mik-Plus starten. In GenoMik-Plus sollendie etablierten Kompetenzkerne der Genomfor-

schung an Mikroorganismen erhalten, in ihrenForschungszielen fokussiert und fr weiterePartner geffnet werden. Dabei sollen insbe-sondere solche Forschungsziele bercksichtigtwerden, die bereit