Unsichtbare Vielfalt: Die Biodiversität der Mikroben

„Beim Begriff Biodiversität denken die meisten wahrscheinlich an exotische Pflanzen und tropische Schmetterlinge, schon weniger an unscheinbarere Insekten und am allerwenigsten an Mikroorganismen“, sagt Professor Jörg Overmann. „Dabei machen Mikroorganismen einen immensen Teil der Biodiversität aus.“

Seit August 2025 leitet Overmann den Lehrstuhl für Biodiversitätsforschung an der Fakultät für Biologie der LMU. Zugleich ist er neuer, und erster hauptamtlicher, Generaldirektor der Staatlichen Naturwissenschaftlichen Sammlungen Bayerns (SNSB). In dieser Doppelrolle verbindet er künftig zwei Perspektiven: die molekulare Erforschung der unsichtbaren Vielfalt des Lebens – und die Weiterentwicklung großer naturwissenschaftlicher Sammlungen.

Ein Fingerhut Erde

Wie groß die Vielfalt des Lebens tatsächlich ist, lässt sich bislang nur schätzen. Bei Tieren geht man derzeit von etwa acht Millionen Arten aus, bei Pflanzen von rund 200.000. Bei Bakterien und Archaeen – also Mikroorganismen ohne Zellkern – reichen die Schätzungen dagegen von zehn Millionen bis weit über eine Milliarde Arten. Allein jedes Insekt, jeder Baum und jedes Säugetier bringt ein eigenes Mikrobiom mit – einen individuellen Cocktail mikrobieller Arten, die sie besiedeln. Mit jeder neu beschriebenen Tier- oder Pflanzenart kommen im Schnitt also auch mehrere bislang unbekannte Arten von Mikroorganismen hinzu. In den aktuellen Datenbanken sind im Moment 22.500 Bakterienarten erfasst und beschrieben. Die allermeisten Bakterien sind der Wissenschaft also bislang noch unbekannt.

„Je kleiner und unscheinbarer Organismen werden, desto mehr entziehen sie sich unserer Wahrnehmung“, sagt Overmann. Das gelte besonders für Böden, in denen die mikrobielle Vielfalt weitgehend unsichtbar – und gleichzeitig enorm groß ist. „In einem Fingerhut Erde kann man Spuren von bis zu 50.000 verschiedenen Bakterienarten finden.“ Nimmt man einen weiteren Fingerhut Erde von einer Stelle daneben, können darin wieder Tausende andere Arten vorkommen. „Das zeigt, wie wenig wir eigentlich wissen.“

Einzellige Antihelden

Overmann möchte auch das Image der Mikroben zurechtrücken: „Das Bild von Bakterien, das bei den meisten vorherrscht, ist eigentlich vollkommen verschoben. In der öffentlichen Wahrnehmung werden sie oft mit Krankheitserregern gleichgesetzt.“ Tatsächlich sei aber nur ein sehr kleiner Teil der bekannten Bakterien für den Menschen gefährlich. Die allermeisten dieser „bösen“ Erreger – ungefähr 1000 Arten – sind bereits seit Robert Kochs Zeit bekannt und gut erforscht, weil sie sich im Labor kultivieren lassen und für die Medizin von Bedeutung sind.

Die überwältigende Mehrheit der Bakterien lebt jedoch im Boden, im Wasser, an Pflanzen, in Tieren oder ganz anderen gewöhnlichen und außergewöhnlichen Lebensräumen – und erfüllt dort zentrale Funktionen. Der Großteil von ihnen seien keine gefährlichen Krankheitserreger, sondern „tun Dinge, die in den meisten Fällen absolut wichtig sind, zum Beispiel um die Bodenfruchtbarkeit zu erhalten“.

Mikroorganismen seien außerdem nicht nur genetisch vielfältig, sondern auch biochemisch erstaunlich verschieden, sagt Overmann. Manche leben ohne Sauerstoff, andere überstehen Temperaturen von mehr als 100 Grad Celsius, wieder andere können Substanzen verstoffwechseln, die für höhere Organismen unzugänglich sind. „Sie sehen sich zwar alle recht ähnlich, aber biochemisch gesehen besitzen sie eine viel größere Diversität als Pflanzen und Tiere.“

Immense Datenmengen

Dass Forschende diese verborgene Vielfalt heute überhaupt erfassen können, liegt an den Fortschritten in der molekularen Biodiversitätsforschung. Moderne Hochdurchsatz-Sequenzierung macht es möglich, DNA-Spuren aus Umweltproben auszulesen und zu vergleichen. In den Daten tauchen dann molekulare Signaturen auf, die noch keiner beschriebenen Art zugeordnet werden können – und trotzdem Hinweise darauf geben, wie groß die unbekannte Vielfalt ist.

Overmann promovierte in einer Phase, in der umfassende Sequenzierung in der mikrobiellen Ökologie noch nicht verfügbar war. Während seiner Postdoc-Zeit Anfang der 1990er-Jahre tauchten dann die ersten PCR-Geräte in den Laboren auf. Parallel wuchs das Bewusstsein, dass viele zentrale Prozesse in Ökosystemen von Organismen angetrieben werden, die man bis dahin kaum wahrgenommen hatte.

Im Zuge seiner Habilitation an der Carl von Ossietzky Universität in Oldenburg baute Overmann in seiner damaligen Arbeitsgruppe ein molekularbiologisches Labor für solche Untersuchungen auf. Aus heutiger Sicht war das der Beginn eines Forschungsfeldes, das sich seitdem rasant weiterentwickelt hat.

Mit den neuen Methoden wuchsen allerdings auch die Datenmengen. Overmann erinnert sich an seine Anfangszeit am Leibniz-Institut DSMZ, der Deutschen Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen in Braunschweig: „Das hat an meiner bisherigen Wirkungsstätte dazu geführt, dass wir dort erst mal die Server lahmgelegt haben.“ Wenn an Hunderten Probenahmestellen jeweils Millionen Sequenzen erzeugt und miteinander verglichen werden, entstehen enorme Anforderungen an Rechenleistung, Datenbanken und Bioinformatik.

Von der LMU nach Braunschweig – und zurück

Für Overmann ist die LMU eine alte Bekannte. Bereits von 2000 bis 2010 forschte er hier im Bereich der mikrobiellen und molekularen Ökologie. Während dieser Zeit machte seine Arbeitsgruppe große Fortschritte, auf denen er später in Braunschweig weiter aufbauen konnte. Für knapp drei Amtsperioden war Overmann Direktor des Departments I der Fakultät für Biologie. Rückblickend sei das auch ein gutes Training für spätere Aufgaben im Wissenschaftsmanagement gewesen: „Entwickeln, Überzeugungsarbeit leisten, Menschen führen.“

2010 wechselte er zur DSMZ nach Braunschweig. Die Einrichtung ist eine der wichtigsten mikrobiologischen Sammlungen weltweit. Dort werden rund 80 Prozent aller beschriebenen Bakterienarten vorgehalten.

Overmann entwickelte die Sammlung in den vergangenen Jahren stark weiter. Er baute eine Sequenzierabteilung auf, führte schon früh Long-Read-Technologien ein und etablierte eine IT-, Bioinformatik- und Datenbankabteilung. Der Personalstand der DSMZ verdoppelte sich während seiner Wirkungszeit von weniger als 120 auf fast 240 Mitarbeitende.

Einen besonderen Schwerpunkt legte er auf die Digitalisierung der Sammlungen. Neue, kuratierte Datenbanken machten es möglich, Informationen über Bakterienstämme nicht nur analog über Materialproben, sondern auch digital zugänglich und auswertbar zu machen. „Unsere Datenbanken sind KI-ready gemacht worden“, sagt Overmann.

Naturkundliche Sammlungen der Zukunft

All diese Erfahrungen bringt Overmann nun in seine neue Rolle in München ein. Als Generaldirektor der SNSB ist sein Blick deutlich breiter geworden. Die Sammlungen umfassen nicht nur Mikroorganismen, sondern die gesamte belebte und unbelebte Natur.

Der Mikrobiologe sieht aber klare Verbindungslinien: Die Mikrobiom-Forschung spiele in nahezu allen Bereichen der Natur eine Rolle: im Wurzelraum von Pflanzen, in Verdauungssymbiosen von Tieren, bei Insekten, über deren Mikrobiome häufig noch kaum etwas bekannt ist. Hier will er seine fachliche Expertise weiterhin einbringen. Vor allem aber möchte er die SNSB in Sachen Bioinformatik, Datenbanken, IT und Sequenzierung weiter stärken – die langfristige Vision ist eine Aufnahme in die Leibniz-Gemeinschaft.

Hotspot der Biodiversitätsforschung

Als Generaldirektor sei man nicht nur Fachwissenschaftler, sagt Overmann, sondern „zu einem großen Teil Manager“. Es gehe darum, eine naturwissenschaftlich ausgerichtete Institution „zu einem großen Ganzen“ zu integrieren und zu einer schlagkräftigen, international sichtbaren Einheit mit gemeinsamer Mission weiterzuentwickeln.

Die Verbindung zur LMU ist für ihn dabei zentral. Seine Forschung an der LMU und die Leitung der SNSB sollen gemeinsame Ziele und Themen der beiden Institutionen bündeln. An der Fakultät für Biologie spielen Evolutionsökologie, Anpassung und Biodiversität eine wichtige Rolle – klare Überschneidungen mit der Forschung an den SNSB. Diese bringen zusätzliche Perspektiven ein – von der Paläontologie über die Anthropologie bis zur Paläoanatomie.

Overmann sieht darin eine besondere Chance für München. „Ich bin überzeugt, dass die Arbeit von LMU und SNSB hochgradig komplementär ist und von der Ausrichtung sehr gut zueinanderpasst.“ Eine engere Zusammenarbeit könne gemeinsame Schwerpunkte hervorbringen und die Sichtbarkeit und Bedeutung beider Institutionen deutschlandweit stärken.