Molekulare Pflanzenwissenschaften

Prof. Dr. Jörg Nickelsen

+49 89 2180 74773

Jörg Nickelsen

E03.023

SFB TRR 175

Forschung

Vergrößern

Das Ziel unserer wissenschaftlichen Arbeit ist die molekulare Analyse der Biogenese des photosynthetischen Apparates, der einen der komplexesten Energie-wandelnden Systeme darstellt, die momentan bekannt sind. Wir stellen in diesem Zusammenhang insbesondere Fragen nach der räumlichen Organisation der Synthese und Assemblierung photosynthetischer Komponenten, der molekularen Wirkungsweise assistierender Faktoren und der Anpassung der zugrundeliegenden Prozesse an wechselnde Umweltbedingungen.

En zweiter Aspekt unserer Arbeiten betrifft die Anwendung photosynthetischer Aktivität im Rahmen biomedizinischen Strategien, die als „Synthetische Photosymbiose“ bezeichnet werden. Die grundlegende Idee ist die Co-Kultivierung von Mikroalgen mit humanen Zellen um durch photosynthetisch produzierten Sauerstoff hypoxische Gewebe vor Schäden zu schützen. In ersten Machbarkeitsstudien konnten wir in der Tat zeigen, dass Mikroalgen Hautwunden der Maus und Kaulquappen-Gehirne effizient mit Sauerstoff versorgen. In der Zukunft sollen solche neuartigen Ansätze weiter durch molekulare und adaptive Maßnahmen optimiert werden.

Methoden und Ansätze

Vergrößern

Für die Analyse biogener Aspekte der Photosynthese sowie deren Anwendung in der Biomedizin benutzen wir genetische, molekulare, biochemische und zellbiologische Techniken. Das umfasst z.B. die CRISPR-basierte Herstellung von Mutanten Linien und deren Charakterisierung durch eine Vielzahl gerichteter sowie „omics“ Verfahren. Darüber hinaus werden neue Eigenschaften in sowohl grüne Mikroalgen als auch Cyanobakterien über transgene Ansätze eingebracht.

Schlüsselpublikationen

Chavez, M.N., Schenck, T.L., Hopfner, U., Centeno-Cerdas, C., Machens, H.-G., Somlai-Schweiger, I., Heikenwalder, M., Bono, M.R., Schwarz, C., Allende, M.L., Nickelsen, J., Egana, J.T. (2016) Towards Autotrophic Tissue Engineering: Photosynthetic Gene Therapy for Tissue Regeneration. Biomaterials 75: 25-36.

Ostermeier M., Heinz S., Hamm J., Zabret J., Rast A., Klingl A., Nowaczyk M.M., Nickelsen J. (2022) Thylakoid attachment to the plasma membrane in Synechocystis sp. PCC 6803 requires the AncM protein. Plant Cell 34: 655-678.

Özugur S., Chávez M.N., Sanchez-Gonzalez R., Kunz L., Nickelsen J., Straka H. (2021) Green oxygen power plants in the brain rescue neuronal activity. iScience 24:103158.

Rast A., Schaffer M., Albert S., Wan W., Pfeffer S., Beck F., Plitzko J.M., Nickelsen J., Engel B.D. (2019). Biogenic regions of cyanobacterial thylakoids form contact sites with the plasma membrane. Nat Plants 5: 436-446.

Teh J.T., Leitz V., Holzer V.J.C., Neusius D., Marino G., Meitzel T., García-Cerdán J.G., Dent R.M., Niyogi K.K., Geigenberger P., NickelsenJ. (2023) NTRC regulates CP12 to activate Calvin–Benson cycle during cold acclimation. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 120: e2306338120.