Forscher Nachwuchs | Anna Nauruschat forscht zu Purpurbakterien für die Wasserstoffgewinnung
Erfolgreich mit dem Purpurbakterium: Anna Nauruschat
Während andere Ende Juni vom Urlaub träumen oder ihn bereits genießen, gestaltete Anna Naruschat ihr eigenes Sommermärchen: Innerhalb von vier Wochen konnte die 23-Jährige drei Erfolge in ihrer persönlichen Entwicklung und ihrer Forschertätigkeit verbuchen.
Anna Nauruschat studierte ab 2020 an der Hochschule Mittweida, zunächst im Bachelorstudiengang Biotechnologie und anschließend im Masterstudiengang Genomische Biotechnologie.
In der Forschungsgruppe von Prof. Röbbe Wünschiers beschäftigt sie sich mit der Entwicklung eines effizienten, wasserstoffproduzierenden Stammes von Cereibacter sphaeroides.
Das Thema: Purpurbakterien für die Wasserstoffgewinnung
Aufgrund des fortschreitenden Klimawandels und der immer größer werdenden Nachfrage nach nachhaltigen Energieträgern gewinnt Wasserstoff zunehmend an Bedeutung. Derzeit wird allerdings noch immer der Großteil des Wasserstoffs in Europa aus fossilen Rohstoffen erzeugt. Das führt zu klimaschädlichen Emissionen und entzieht diese wertvollen Rohstoffe anderen Anwendungen, wie der chemischen Industrie. Mögliche Techniken, die ohne fossile Rohstoffe auskommen, sind die Elektrolyse von Wasser (grüner Wasserstoff) oder die Herstellung von Wasserstoff durch Mikroorganismen (sogenannter „brillanter Wasserstoff”).
Das Purpurbakterium Cereibacter sphaeroides hat die Eigenschaft, Wasserstoff unter stickstoffarmen Bedingungen als Nebenprodukt der Luftstickstofffixierung herzustellen. Der Stamm SubH₂ zeigt in dieser Hinsicht ein besonderes Verhalten, da er auch unter stickstoffreichen Bedingungen, wie er in organischen Nährsubstraten vorkommt, Wasserstoff herstellt. Das macht ihn zu einem potenziellen Kandidaten für die Wasserstoffproduktion aus stickstoffreichen Substraten wie Saftpulpe, einem Abfallstoff aus der Fruchtsaftherstellung.
Um die zugrunde liegenden Mechanismen zu verstehen, sollte das Genom des Stammes, mit dem eines Stammes ohne diese ungewöhnliche Regulation der Stickstofffixierung verglichen werden. Dabei sollten Mutationen in Genen gesucht werden, die möglicherweise mit dem Wasserstoffmetabolismus zusammenhängen. In Fortführung der Arbeit ihrer Vorgängerin, Nadine Wappler, hat Anna Nauruschat dafür eine sogenannte SNP-Calling-Pipeline entwickelt. Mit deren Hilfe werden Mutationen im Genom von C. sphaeroides SubH2 erkannt, deren Lage in gencodierenden Bereichen überprüft und die Effekte der Mutationen auf die Funktion der Produkte dieser Gene vorhersagt.
Bei der Analyse wurden aktuell die beiden Bakterienchromosomen betrachtet. Dabei wurden insgesamt 195 Mutationen in Genen im Stamm SubH2 im Vergleich zu einem Referenzgenom festgestellt. Unter diesen Mutationen befand sich auch eine Mutation im Gen rpoN, dessen Genprodukt, ein bakterieller Transkriptionsfaktor, mit der Regulation der Wasserstoffsynthese in Verbindung steht. Diese Ergebnisse sind allerdings noch vorläufig und müssen noch als Ursache für die veränderte Regulation der Wasserstoffproduktion validiert werden. In Zukunft ist geplant diese Ergebnisse nochmals experimentell zu überprüfen. Zudem soll der Stamm SubH2 weiter analysiert werden, um beispielsweise Mutationen in regulatorischen Regionen wie Promotoren zu finden. Das Wissen soll langfristig genutzt werden, um einen optimierten Stamm von C. sphaeroides als effizienten Wasserstoffproduzenten in stickstoffreichen Substraten wie Saftpulpe einsetzen zu können.
Ausgezeichnet zur Nachwuchswissenschaftler:innenkonferenz (NWK)
Preisträgerin, Sponsor und Gastgeberin (v.l.): Anna Nauruschat, Herr Hallinger (Brain SCC GmbH) und Professorin Doreen Pick (Prorektorin für Forschung, Wissenstransfer und Existenzgründung der Hochschule Merseburg)
Mit dem Thema: „Von DNA Sequenzen zu Aussagen über die Proteinfunktion – Reanalyse eines Purpurbakterienstammes“ beteiligte sich Anna Nauruschat am Call for Papers für die 25. NWK in Merseburg und wurde für einen Vortrag nominiert.
Das eingereichte Paper wurde durch Gutachterinnen und Gutachter als Bestes der gesamten Konferenz bewertet, so dass Anna am Ende den begehrten „Best paper“-Preis in Empfang nehmen konnte.
Sie selbst sagt zur Tagung: „Auf der NWK25 hatte ich gemeinsam mit weiteren Nachwuchsforschenden der Hochschule Mittweida die Chance, unsere Forschungsergebnisse zu präsentieren. Im Laufe der zwei Konferenztage ergab sich die Möglichkeit eine Reihe spannender Vorträge zu erleben, inspirierende Diskussionen führen zu können und in den Pausen neue Kontakte zu knüpfen. Alles in allem hat sich die NWK25 wieder vollumfänglich gelohnt.“
Ein Teil des Mittweidaer Teams zur NWK25 in Merseburg
Mit Volldampf zum Masterabschluss und weiter zur Promotion
Kaum wieder zurück in Mittweida gab sie weiter Gas und brachte ihre Masterarbeit zum Thema: „Development of a Method for Base Modification and Bioinformatic Search for Possible Target Sites in Cereibacter sphaeroides“ (übersetzt: „Entwicklung einer Methode zur Basenmodifikation und bioinformatische Suche nach möglichen Zielstellen in Cereibacter sphaeroides“) noch vor Ablauf der regulären Bearbeitungszeit zu einem erfolgreichen Abschluss.
Professor Röbbe Wünschiers, Forschungsgruppenleiter und Betreuer ihrer Masterarbeit, lobt die Absolventin: „Anna hat in ihrer Arbeit sowohl anspruchsvolle molekularbiologische Laborarbeiten als auch datenintensive bioinformatische Analysen bearbeitet. Dabei geht sie sehr selbstständig vor, erschließt sich eigenständig relevante Quellen und bringt stets fundierte Ideen in unsere Besprechungen ein. Für mich als Betreuer ist das Glück, Freude und Herausforderung zugleich. Dass sie dann auch noch nebenbei einen defekten Thermocycler repariert – den die Herstellerfirma bereits auf dem Schrottplatz wähnte – ist ein Beispiel für ihr Engagement über die eigentliche Forschung hinaus. Ich freue mich sehr, die wissenschaftliche Vaterschaft übernehmen zu dürfen."
In einem kooperativen Promotionsverfahren mit der Technischen Universität Dresden promoviert Anna Nauruschat nun zum Thema: „Biowasserstoff-Produktion mit Purpurbakterien: Editierung und Analyse des regulativen Netzwerkes mithilfe von maschinellem Lernen bei Cereibacter sphaeroides“.
Herzlichen Glückwunsch zu diesen Erfolgen!
Text: Anna Nauruschat, Annett Kober Fotos und Grafiken: Hochschule Mittweida (1), Anna Nauruschat (2), Hochschule Merseburg - Vincent Grätzsch (3), Justus Reuter (4)
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