Die Mikrobiologie des Wassers

Dr. Sara Kleindienst ist Juniorprofessorin für Mikrobielle Ökologie und leitet eine Emmy Noether-Forschungsgruppe an der Universität Tübingen. Sie beschäftigt sich mit der Frage, wie Mikroorganismen in verschiedenen Umweltsystemen wie Sedimenten, Böden und Gewässern dazu beitragen können, Schadstoffe abzubauen.

Landesinitiative Frauen in MINT-Berufen: Frau Jun.-Prof. Dr. Kleindienst, Sie forschen zu Mikroben in verschiedenen Umweltsystemen – wie sind Sie zum ersten Mal auf dieses Thema gestoßen, und was hat Sie daran fasziniert?

Jun.-Prof. Dr. Sara Kleindienst: Zu Beginn meines Biologie-Hauptstudiums bekam ich zum ersten Mal die Möglichkeit, an Mikroben in der Umwelt zu forschen. Das kurze, aber sehr intensive Praktikum knüpfte an eine damalige Doktorarbeit an, und wir Studierenden durften zusammen mit der Doktorandin arbeiten. Wir erforschten Mikroben, die tief aus den Sedimenten der „tiefen Biosphäre“ stammen. Dabei untersuchten wir, wie sich diese verhalten, wenn sie hungern. Wir schauten uns beispielsweise ihre Form unter dem Mikroskop an, die sich unter hungernden Bedingungen stark verändert.

Ich war sofort begeistert, noch nie hatte mir ein Praktikum oder eine Lehrveranstaltung so viel Spaß gemacht. Die Faszination bestand zum einen darin, dass wir etwas erforschten, was damals noch völlig unbekannt war. Zum anderen hatten es mir diese Mikroben wirklich angetan. Ich hatte sehr großen Spaß daran, am Mikroskop zu sitzen, verschiedene Proben auszuwerten und mit meinen Kommilitoninnen und der Doktorandin zu diskutieren, wie sich die Zellformen verändern.

L. F. i. M.-B.: Wie läuft die Suche nach diesen Mikroben ab? Was sind die üblichen Arbeitsabläufe in der Forschungsgruppe, und wie sieht Ihr Arbeitsalltag aus? Was gefällt Ihnen besonders daran, als Wissenschaftlerin zu arbeiten?

Jun.-Prof. Dr. Sara Kleindienst: Die Suche nach bestimmten Mikroben startet eigentlich immer mit einer wissenschaftlichen Fragestellung. Eine Frage kann beispielsweise sein, wie Schadstoffe mikrobiell in einem bestimmten Umweltsystem abgebaut werden. Typischerweise werden dann Forschungsanträge geschrieben, die veranschaulichen, warum diese wissenschaftliche Fragestellung von Bedeutung ist, und wie sie genau untersucht werden soll. Wird der Forschungsantrag dann bewilligt, stehen Gelder zur Verfügung, und das eigentliche Projekt kann beginnen.

Ein wichtiger Teil des Projektes ist oft erstmal die Probennahme. Diese läuft immer anders ab und gleicht manchmal eher einem Abenteuer, da wir nie wissen, worauf wir in der Umwelt stoßen. Selbst bei den penibelsten Vorbereitungen müssen wir oft spontan unsere Pläne ändern. Das passiert, wenn zum Beispiel die Geräte in der Praxis nicht so funktionieren, wie wir es uns erhofft hatten – denn wir wissen eben oft nicht, was uns unter der Oberfläche erwartet. Ich war bereits auf mehreren Schiffsexpeditionen, bei denen wir das Meerwasser und die Sedimente an der Südwestküste Afrikas und im Golf von Mexiko erforschten. Hier erlebten wir eigentlich täglich Überraschungen, wenn wir die Proben zum ersten Mal sahen. In einem anderen Projekt haben wir kürzlich eine Bohrung in einem Grundwasserleiter nahe Tübingen durchführen lassen. Auch hier konnten wir nicht genau vorhersagen, durch wie viele Gesteinsschichten wir täglich bohren können.

Zurück im Labor, wenn die Proben aus der Umwelt sicher untergebracht sind, kehrt ein bisschen mehr Routine ein – wobei es diese bei uns eher selten gibt. Jede Probe aus der Umwelt ist einzigartig und enthält eine einzigartige Gemeinschaft an Mikroorganismen. Unsere standardisierten Methoden müssen daher oft angepasst werden, um die Proben bestmöglich untersuchen zu können. Noch spannender wird es dann, sobald wir die ersten Daten erhalten, die wir dann innerhalb der Arbeitsgruppe und mit unseren Kooperationspartnern diskutieren. Unser Ziel ist es immer, unsere Daten zu veröffentlichen und sie dadurch anderen Wissenschaftlern sowie der breiten Öffentlichkeit zugänglich zu machen.

Bei dieser Arbeit gefällt es mir besonders, dass wir an – wie ich finde – sehr wichtigen Themen forschen. Es gibt immer wieder Überraschungen in der Forschung, ich habe viel Gestaltungsfreiraum, und umgebe mich mit Menschen, die meine Faszination für Mikroorganismen oder verwandte Themenbereiche teilen. Wir haben großen Spaß daran, uns darüber auszutauschen.

L. F. i. M.-B.: Sie forschen zu Kleinstlebewesen, die Schadstoffe abbauen. Glauben Sie, dass man diese in Zukunft gezielt einsetzen könnte, um mithilfe der Mikrobiologie Schadstoffe abzubauen? Welche Bedeutung hat Ihre Forschung für die Umwelt und für die Menschen?

Jun.-Prof. Dr. Sara Kleindienst: Mikroorganismen kann man gezielt einsetzen, zum Beispiel im Bereich der Biotechnologie. Bei verunreinigten Umweltsystemen sind Mikroben, die diese Schadstoffe abbauen, jedoch häufig bereits vorhanden. Da ist die (Mikro-)Biologie wirklich faszinierend! Wichtiger ist es oft, herauszufinden, unter welchen Umweltbedingungen die Mikroben am effektivsten arbeiten können. Auch das ist Teil unserer Forschung. Diese Information könnte man dann gezielt nutzen, um optimale Bedingungen für den mikrobiellen Schadstoffabbau sicherzustellen. Die Welt der Mikroben ist allerdings unglaublich komplex, daher ist das in der Realität leider nicht ganz so einfach, wie es zunächst klingt. Unsere Forschung hilft aber dabei, herauszufinden, was die gezielte Optimierung der Mikrobiologie beim Schadstoffabbau ermöglichen könnte. Sie hat damit natürlich unmittelbare Bedeutung für die Umwelt, aber auch für die Menschen, die direkt von einer gesunden Umwelt abhängig sind.

 L. F. i. M.-B.: Die Umweltverschmutzung, und insbesondere auch die Verschmutzung von Gewässern sind eines der größten Probleme, denen sich die Menschen ausgesetzt sehen. Welche Herausforderungen sehen Sie in Bezug auf die Zukunft?

Jun.-Prof. Dr. Sara Kleindienst: Durch die knapper werdenden natürlichen Ressourcen wird es immer wichtiger, dass jeder einzelne von uns verantwortungsvoll mit diesen umgeht. Zum Beispiel sind der bewusstere Umgang mit sauberem Wasser, die Minimierung von neuen Verschmutzungen und die Aufreinigung von verschmutztem Wasser sicherlich große Herausforderungen für die Zukunft: Gesellschaft, Politik, Industrie und Wissenschaft müssen hier jeweils einen wichtigen Beitrag leisten.

L. F. i. M.-B.: Als Postdoktorandin gingen Sie in die USA. Woran haben Sie dort geforscht, und wie hat der Auslandsaufenthalt Sie geprägt? Würden Sie jungen Wissenschaftlerinnen empfehlen, Auslandserfahrungen zu sammeln?

Jun.-Prof. Dr. Sara Kleindienst: Ich war bereits während meiner Doktorarbeit in den USA tätig, als Lehrassistentin in einem Sommerkurs in Woods Hole, nahe Boston. Dort betreute ich Kursteilnehmerinnen und Kursteilnehmer (vor allem internationale Doktoranden und Postdoktoranden) und brachte ihnen eine spezielle Methodik bei, mit der wir Mikroben ihrer Identität nach mit Fluoreszenzfarbstoffen anfärben können. Dieser Kurs war total spannend für mich, weil ich viele Gleichgesinnte unter den Kursteilnehmern kennenlernte, und somit früh ein großes, internationales Netzwerk bilden konnte. Zudem konnte ich mich mit Koryphäen auf unserem Gebiet austauschen, die zu dem Kurs eingeladen waren. Ich betreute den Kurs deshalb gleich in drei aufeinanderfolgenden Sommern, und so kam auch erstmals die Idee auf, dass ich nach der Doktorarbeit in den USA tätig sein könnte.

Für mein erstes Postdoktorandenprojekt ging ich dann nach Athens, nahe Atlanta, und forschte an der Deepwater-Horizon-Ölkatastrophe. Dies war ein Herzenswunsch von mir, da ich in meiner Doktorarbeit an ölabbauenden Mikroben an natürlichen Ölquellen im Meer forschte. Die Ölkatastrophe passierte dann während meiner Doktorarbeit. Während meines Postdoktorandenprojekts in den USA beschäftigte ich mich speziell damit, wie sich Dispersionsmittel, die routinemäßig bei Ölkatastrophen im Meer eingesetzt werden, auf natürlich vorkommende Mikroben auswirken, die Öl abbauen. Diese Mikroorganismen spielen für die Bereinigung nach Ölkatastrophen eine essenzielle Rolle. Zusammen mit meiner damaligen Betreuerin und unseren Kooperationspartnern fand ich heraus, dass Dispersionsmittel unter bestimmten Umweltbedingungen sogar negative Auswirkungen auf diese ölabbauenden Mikroben haben können.

Für mein zweites Postdoktorandenprojekt untersuchte ich erstmals Mikroben, die spezielle Schadstoffe im Süßwasser abbauen. Auch das ist für mich eine Herzensangelegenheit. Um zu forschen, zog ich nach Knoxville in Tennessee und untersuchte eine Anreicherungskultur, die aus einem Fluss in Puerto Rico stammte. Zusammen mit meinem damaligen Betreuer und unseren Kooperationspartnern entschlüsselte ich einen Teil des Stoffwechselwegs der Mikroben. Das bedeutet, dass wir herausfanden, wie die Schadstoffe mikrobiell abgebaut werden.

Ich glaube, der Auslandsaufenthalt hat mich in vielerlei Hinsicht geprägt. Neben der Aneignung von weiterer Expertise, die jeder Ortswechsel mit sich bringt, lernt man natürlich andere Kulturen kennen – vor allem die Arbeitskultur. Es lohnt sich, einmal eine andere Arbeitswelt zu erleben und für sich bestimmte Dinge mitzunehmen. In Deutschland läuft zum Beispiel vieles in sehr strukturierten Bahnen ab. Das ist in den USA nicht immer der Fall, dort muss man daher vielleicht häufiger seine Komfortzone verlassen. Andererseits ist man dadurch aber auch freier in der Gestaltung. Ich fühle mich dennoch eher in Deutschland zuhause, und so kam ich dann auch nach drei Jahren wieder zurück, um meine Wissenschaftsassistenzstelle anzutreten.

L. F. i. M.-B.: In welcher Rolle sehen Sie MINT-Berufe im Hinblick auf den Klimawandel und die Energiewende?

Jun.-Prof. Dr. Sara Kleindienst: MINT-Berufe sind im Hinblick auf den Klimawandel und die Energiewende zweifelsfrei von enormer Bedeutung. Sie sind essenziell, um neue zukunftsorientierte Lösungen erarbeiten und umsetzen zu können. Am erfolgversprechendsten sind hier wahrscheinlich neue Ideen, die aus der Zusammenarbeit von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus unterschiedlichen MINT-Bereichen entstehen, also einen interdisziplinären Charakter haben – das finde ich besonders spannend.

L. F. i. M.-B.: Wie sind bislang Ihre persönlichen Erfahrungen als Frau im MINT-Bereich gewesen, der in vielen Disziplinen nach wie vor von Männern dominiert ist? Hatten Sie bestimmte Vorbilder, Mentorinnen oder Motivatorinnen, die Sie angetrieben haben? Was haben Sie als förderlich wahrgenommen?

Jun.-Prof. Dr. Sara Kleindienst: Meine persönlichen Erfahrungen als Frau im MINT-Bereich waren bislang überwiegend positiv. Ich muss dazusagen, dass ich in einer Fachdisziplin arbeite, in der Frauen eher relativ stark vertreten sind. Auch in meinem Bereich dominieren die Männer dennoch in Leitungspositionen, wie es sicherlich in allen MINT-Bereichen der Fall ist.

Es gibt in der Mikrobiologie viele erfolgreiche Frauen, die fantastische Arbeit leisten und die wirklich bewundernswert und inspirierend sind. Ich hatte sowohl Mentorinnen als auch Mentoren und habe von allen etwas Wichtiges für meine Arbeit mitgenommen.

Ich selbst habe die Erfahrung gemacht, dass es ganz tolle spezielle Förderprogramme für Frauen gibt, wie beispielsweise das ehemalige „Fast Track Programm“ der Robert Bosch Stiftung, an dem ich auch teilnehmen durfte. Dieses und ähnliche Programme unterstützen Frauen gezielt bei ihrer Qualifikation für Leitungspositionen und helfen darüber hinaus bei ihrer beruflichen Vernetzung.

 L. F. i. M.-B.: Sie haben selbst zwei kleine Kinder – was hilft Ihnen als Forschungsgruppenleiterin dabei, Familie und Beruf gut zu vereinbaren?

Jun.-Prof. Dr. Sara Kleindienst: Ich habe eine einjährige Tochter und einen dreijährigen Sohn. Es macht mich sehr froh, zu sehen, dass auch immer mehr meiner Kolleginnen sich dazu entschließen, eine Familie zu gründen. Neben der regulären Kinderbetreuung hilft mir vor allem meine große Flexibilität im Arbeitsalltag dabei, Familie und Beruf gut miteinander zu vereinbaren. Es gibt auch viele Programme, die die Mitnahme von Kindern oder der ganzen Familie zu bestimmten Kursen oder Konferenzen unterstützen. Das sind natürlich auch ganz tolle Möglichkeiten, von denen Frauen mit Kindern in unserem Bereich profitieren können.

L. F. i. M.-B.: Was würden Sie jungen Frauen und Mädchen raten, die sich gerade beruflich orientieren und in den MINT-Bereich einsteigen möchten?

Jun.-Prof. Dr. Sara Kleindienst: Ich rate allen jungen Frauen und Mädchen dazu, ihren Interessen nachzugehen. Ich bin davon überzeugt, dass es sehr viele tolle Möglichkeiten und Chancen für euch im MINT-Bereich gibt! Wenn euch wirklich etwas begeistert, dann verfolgt es weiter – vielleicht ist es dann für euch eines dieser Schlüsselerlebnisse, die auch meinen Weg geleitet haben.

 Wir bedanken uns bei Jun.-Prof. Dr. Kleindienst für das Gespräch und wünschen alles Gute für die nächsten Projekte!

Über Jun.-Prof. Dr. Kleindienst:

Jun.-Prof. Dr. Sara Kleindienst hat an der Carl von Ossietzky Universität in Oldenburg Biologie studiert. Währenddessen arbeitete sie als studentische Hilfskraft am Institut für Chemie und Biologie des Meeres (ICBM).

Während ihrer Promotionszeit am Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie in Bremen war sie ebenfalls als Lehrassistentin in den Vereinigten Staaten tätig. 2012 promovierte sie mit ihrer Arbeit zum Thema „Anaerobic Hydrocarbon-Degrading Sulfate-Reducing Bacteria at Marine Gas and Oil Seeps“. Anschließend war sie als wissenschaftliche Mitarbeiterin an der University of Georgia, an der University of Tennessee und dem Oak Ridge National Laboratory in den Vereinigten Staaten tätig. Seit 2015 war sie in Tübingen Nachwuchsgruppenleiterin der Mikrobiellen Ökologie. 2017 erhielt sie die Emmy Noether-Auszeichnung und wurde zur Juniorprofessorin ernannt.

Veröffentlicht: 02.03.2022

Lesen Sie passend dazu auch die Interviews mit weiteren MINT-Heldinnen, die sich mit aktuellen Themen beschäftigen:

• Die Gleichstellungsbeauftragte der dualen Hochschule Baden-Württemberg, Prof. Anke Gärtner-Niemann, über den gendergerechten Umgang und mehr Diversität im MINT-Bereich.
• Die Expertin auf dem Gebiet der Wechselwirkung zwischen Biosphäre und Klimawandel, Prof. Almut Arneth, über das Retten unseres Klimas durch das Schützen der Biodiversität.
• Dr. Johanita Kruger-Malan über ihre Forschungsarbeit in den Ernährungswissenschaften und die Frage, wie unser Körper Nährstoffe aufnimmt und verarbeitet
• Die Daimler Digitalisierungs-Chefin Sabine Scheunert über Veränderung in der Automobilindustrie, neue Geschäftsmodelle und Wege zum Erfolg
• Ingenieurswissenschaftlerin Anne Koch über die Anwendungsfelder der Regelungstechnik – zum Beispiel beim autonomen Fahren
• Annika Vielsack, erste Absolventin des Lehramtsstudiums Informatik am KIT und Koordinatin des Lehr-Lern-Labors Karlsruhe
• Universitätsprofessorin Marion Weissenberger-Eibl, Deutschlands Innovationsexpertin Nr. 1, über Digitalisierung, Innovation und Wirtschaft aus Sicht der Zukunftsforschung
• Dr. Isabel Valera, die sich unter anderem am Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme in Tübingen mit Fairness von Algorithmen und Machine Learning auseinandersetzt
• Susanne Bublitz, Pandemie- und Impfbeauftragte für den Hohenlohekreis über den Aufbau eines Impfzentrums
• Dorothea Helmer, Chemikerin und CEO des Start-ups Glassomer
• Liza Heilmeyer, Dipl.-Ing. Architektin und Vorsitzende des BDA Baden-Württemberg
• Dr.-Ing. Neijla Parspour vom iew zur induktiven Energieübertragung
• Dr. Anette Weisbecker vom Fraunhofer IAO über das Zusammenspiel von Mensch, Technik, Digitalisierung und Organisation
• Lucia Parbel, Studentin der Agrarwissenschaft und Aktivistin bei Fridays for Future Stuttgart
• Dr. Gisela Schütz, Direktorin am Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme in Stuttgart und Leiterin der Abteilung „Moderne Magnetische Systeme“
• Maria Stepanov und Franziska Schneider, Mitwirkende am Corona Protection Point der Ameria AG
• Beate Schöneck, Hygienefachkraft am Klinikum Stuttgart
• Barbara Müller, Arbeitsgruppenleiterin im Department für Infektiologie und Virologie am Universitätsklinikum Heidelberg
• Mariola Fotin-Mleczek, Chief Technology Officer der CureVac AG, Biologin und Expertin für Immunologie