Erfolgreiche Forschung mit Promotion über Bioaerosole
Erfolgreiche Forschung mit Promotion über Bioaerosole
Als Robert Leidenfrost im Juli 2017 in der Arbeitsgruppe von Professor Röbbe Wünschiers mit seinem Promotionsvorhaben zur "Genombasierten Analyse von Mikroorganismen in Bioaerosolen" begann, war das Forschungsinteresse an Bioaerosolen noch gering.
Deutschlandweite Symposien zu diesem Thema füllten Seminarräume. Das Hauptinteresse galt in diesen Jahren, neben der Erkennung und Abwehr von luftübertragenen biologischen Kampfstoffen, vor allem der Untersuchung der Belastung von Abluft. Beispielsweise stand die Frage im Raum, ob die Abluft von Geflügelzuchtbetrieben neben der Geruchsbelästigung auch eine gesundheitliche Gefährdung darstellt – gerade in Sachsen mit seiner Geflügelzuchttradition eine relevante Frage. Dieser nachzugehen ist unter anderem die Aufgabe der Staatlichen Betriebsgesellschaft für Umwelt und Landwirtschaft (BfUL) in Nossen und der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAUA) in Berlin. Für die Bestimmung der mikrobiologischen Belastung wird die Abluft gefiltert und die Filter dann im Labor auf verschiedene selektive Nährmedien aufgeteilt. Bakterien die wachsen müssen als Keime in der Abluft enthalten gewesen sein. Eine Quantifizierung ist kaum möglich und was nicht unter Laborbedingungen wächst, kann nicht nachgewiesen werden.
Da Robert Leidenfrost parallel zu seiner Masterarbeit im Labor von Professor Wünschiers die moderne DNA-Sequenzierung mit Nanoporen etabliert hat lag es nahe, folgende wagemutige These aufzustellen: Wenn die DNA der in der Abluft enthaltenden Keime sequenziert (also gelesen) werden könnte, ließe sich diese Mikroorganismen zuordnen. Wow. Als wir dem BfUL und der BAUA dies vorschlugen, wehte uns Skepsis entgegen: Reicht die DNA? Ist die Sequenzierung mit Nanoporen gut genug? Ist die Suche in genetischen Datenbanken nach DNA-Sequenzen mit Ähnlichkeit zu der DNA aus den Filtern schnell genug? Zu allem Überfluss wollten wir uns nicht auf kleine genetische Marker beschränken, sondern die gesamte DNA analysieren – und quantifizieren. Aber PD Dr. Jäckel und Dr. Pöther von der BAUA und Dr. Mietke von der BfUL wurden neugierig und wir planten eine Machbarkeitsstudie – das Promotionsvorhaben von Robert Leidenfrost. Glücklicherweise konnten wir mit der Sächsischen Aufbaubank einen Partner finden, der Robert ein Promotionsstipendium gewährte. Professor Göttfert von der TU Dresden betreute das Promotionsverfahren, da die Hochschule Mittweida kein eigenes Promotionsrecht besitzt.
Im Januar 2018 erhielt Robert von der BAUA vier Proben mit DNA aus zwölf uns unbekannten Bakterien, jeweils unterschiedlich gemischt. Jetzt wurde es ernst: Würde Roberts Pipeline der DNA-Sequenzierung und anschließende Zuordnung und Quantifizierung funktionieren? Im August 2018 stellen wir bei der BAUA in Berlin unsere Ergebnisse vor – und die staunten nicht schlecht: hundert Prozent richtig. Das war vielversprechend und ebnete den Weg zu der zentralen wissenschaftlichen Publikation aus Roberts Arbeit [1]. Die Skepsis konnten also erfolgreich erwidert werden: Ja, die DNA reicht aus; die Qualität der Sequenzen reicht aus; die Suche lässt sich optimieren; die DNA-Zusammensetzung ist quantifizierter. Und, im Gegensatz zu dem mikrobiologischen Ansatz, wird nicht zuordenbare DNA zumindest erfasst. Darüberhinaus können mit unserer Methode auch Viren in Bioaerosolen nachgewiesen werden.
Obwohl die Bioaerosole das zentrale Thema der Promotion von Robert Leidenfrost, hat er sich parallel noch weiteren Themen gewidmet, die teilweise auch Eingang in seine Dissertationsschrift gefunden haben [2-4].
Am 6. März 2023 hat Robert seine Promotion erfolgreich verteidigt und arbeitet seit Mai 2022 als wissenschaftlicher Mitarbeiter bei – der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin.
[1] Leidenfrost, R. M., Pöther, D.-C., Jäckel, U., & Wünschiers, R. (2020). Benchmarking the MinION: Evaluating long reads for microbial profiling. Sci. Rep., 10(1), 1-10. https://doi.org/10.1038/s41598-020-61989-x
[2] Neubert, K., Zuchantke, E., Leidenfrost, R. M., Wuenschiers, R., Grützke, J., Malorny, B., Brendebach, H., Al Dahouk, S., Homeier, T., Hotzel, H., Reinert, K., Tomaso, H., & Busch, A. (2021). Testing assembly strategies of Francisella tularensis genomes to infer an evolutionary conservation analysis of genomic structures. BMC Genomics, 22(1). https://doi.org/10.1186/s12864-021-08115-x
[3] Leidenfrost, R. M., Wappler, N., & Wünschiers, R. (2020). Draft Genome Assembly of Rhodobacter sphaeroides 2.4.1 Substrain H2 from Nanopore Data. Microbiol Resour Announc, 9(29), 1. https://doi.org/10.1128/MRA.00414-20
[4] Leidenfrost, R. M., Bänsch, S., Prudnikow, L., Brenig, B., Westphal, C., & Wünschiers, R. (2020). Analyzing the Dietary Diary of Bumble Bee. Front. Plant Sci., 11, 1572. doi.org/10.3389/fpls.2020.00287