11.12.2024 (wm/red( Zwei Forscher des Max-Planck-Instituts für terrestrische Mikrobiologie (MPI-TM) und der Philipps-Universität Marburg sind von der europäischen Wissenschaftsorganisation European Molecular Biology Organization (EMBO) zum „Young Investigator“ gewählt worden. Dr. Johannes Rebelein und Prof. Dr. Katharina Höfer erhalten mit 27 europaweit in diesem Jahr ausgezeichneten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern für vier Jahre finanzielle Unterstützung und Zugang zu Mentoring- und Ausbildungsprogrammen.

Forschungen zu neuartigen RNA-Bausteinen in Bakterien

Prof. Dr. Katharina Höfer und ihr Forschungsteam erforschen die Rolle neuartiger RNA-Bausteine in Bakterien, die mit Viren, sogenannten Bakteriophagen, infiziert sind. Kürzlich entdeckten sie eine bislang unbekannte enzymatische Reaktion, die RNA mit Proteinen verknüpft. „Während der Infektion von Bakterien mit Bakteriophagen entstehen völlig neue Biomoleküle, die bisher noch nicht in der Natur beschrieben wurden. Wir untersuchen derzeit, welche Funktion diese RNAylierung hat – am Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie und im Rahmen meiner LOEWE-Spitzenprofessur am Institut für Pharmazeutische Biologie und Biotechnologie.

Dank des großartigen EMBO-Netzwerks können wir zukünftig die Bedeutung der RNAylierung auch in anderen Organismen erforschen – einschließlich des Menschen,“ erklärt Katharina Höfer.

Ziel Entwicklung RNA-basierter Therapeutika

Denn ein langfristiges Ziel der Forscherin ist es, die RNAylierung als innovative Methode zur Kontrolle mikrobieller Prozesse bis hin zur Entwicklung neuartiger RNA-basierter Therapeutika zu etablieren. „Die internationale Vernetzung durch die EMBO eröffnet uns die Möglichkeit, völlig neue Ansätze zu erschließen und auch die erfolgreiche interdisziplinäre Forschung an der Universität Marburg weiter voranzutreiben“, zum Beispiel im Rahmen des Zentrums für Synthetische Mikrobiologie (SYNMIKRO) und des geplanten Exzellenzclusters Microbes-4-Clima (M4C), betont sie. 

Katharina Höfer Foto Christ Kettner

Katharina Höfer studierte Life Sciences und Biotechnologie in Hannover und Heidelberg. Nach ihrer Promotion und Postdoc-Zeit an der Universität Heidelberg leitet sie seit 2020 eine Max-Planck-Forschungsgruppe am Max-Planck-Institut in Marburg. Seit Dezember 2024 ist sie LOEWE-Spitzenprofessorin an der Philipps-Universität Marburg.

Stickstoffumwandlung mit Enzym Nitrogenase

Im Zentrum der Forschung von Dr. Johannes Rebelein steht eines der wichtigsten Enzyme unserer Erde: die Nitrogenase. Dieses Enzym ist als einziges uns bekanntes Enzym in der Lage, den Stickstoff aus der Luft für das Leben verfügbar zu machen. Die Nitrogenase wandelt Stickstoff in eine Form um, die von Pflanzen verarbeitet und eingebaut werden können. Stickstoff ist ein lebensnotwendiger Baustein für den Aufbau von DNA und Proteinen.

Johannes Rebelein arbeitet mit seinem Team daran, den genauen Mechanismus der Nitrogenase aufzudecken, um eine nachhaltigere Landwirtschaft zu ermöglichen. Gleichzeitig konnte er zeigen, dass Nitrogenasen und insbesondere die enthaltenen Metallzentren nicht nur die Dreifachbindung von molekularem Stickstoff aufbrechen, sondern auch das Treibhausgas CO₂ in Kohlenwasserstoffe wie Methan, Ethylen und Propan umwandeln können.

Biotechnologische Prozesse für die Fixierung von CO₂

Das Team wies nach, dass diese Nitrogenase-katalysierte CO₂-Reaktion tatsächlich auch in der Natur in Mikroben stattfindet.  Diese Ergebnisse eröffnen neue Wege, um biotechnologische Prozesse für die Fixierung von CO₂ und die Produktion von Grundchemikalien zu entwickeln und damit zu einer grünen Kreislaufwirtschaft beizutragen.

„Wir versuchen, eines der ältesten und reaktivsten Enzyme zu verstehen und mithilfe der Synthetischen Biologie zu verändern, damit neuartige Reaktionen in der CO₂-Fixierung möglich sind“, sagt Johannes Rebelein.

„Die Aufnahme in das EMBO Young Investigator Programm ist eine großartige Auszeichnung. Wir haben hier in Marburg ein exzellentes interdisziplinäres Netzwerk, das sich mit der Rolle von Mikroorganismen im Klimawandel beschäftigt, was sich in unserer Initiative Microbes-for-Climate (M4C) zeigt. Das EMBO-Programm ermöglicht es mir und meinem gesamten Team, neue wissenschaftliche Kontakte aufzubauen und damit unsere Forschung zu den Mechanismen und dem Engineering der Nitrogenase weiter voranzutreiben.“ 

Johannes Rebelein. Foto R.K. Wegst

Johannes Rebelein ist studierter Biotechnologe an der TU Braunschweig und promovierte 2016 in Biological Sciences an der University of California in Irvine, USA. Nach seiner PostDoc-Zeit als EMBO-Stipendiat an der Universität Basel, Schweiz ist er seit 2020 Emmy-Noether-Forschungsgruppenleiter am Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie und SYNMIKRO.