Flow-Cytometrie

Flow-Cytometrie

Forschungsthemen

Unsere Arbeitsgruppe untersucht Struktur-Funktionsbeziehungen von Einzelzellen in natürlichen mikrobiellen Gemeinschaften und in klonalen Populationen. Als Messmethode setzen wir die Hochgeschwindigkeitsmethode Flow Cytometrie ein. Für die quantitative Evaluierung cytometrischer Daten haben wir in den letzten Jahren bioinformatische Tools entwickelt (Dalmatiner, CHIC, CyBar, Korrelationsanalysen). Wir quantifizieren mikrobielle strukturgebende und funktionstragende Eigenschaften von Zellen über spezifische Fluoreszenzmarkierungen wie z.B. Chromosomen und Plasmidanzahl oder  Polyphosphat- und PHA-Gehalte. Vitalzustände können ebenfalls bestimmt werden.  Das Konzept von Cytomics als analytischer Ansatz haben wir von der Medizin übernommen und nutzen es, um schnelle Dynamiken mikrobieller Gemeinschaften und Populationen darstellen und interpretieren zu können. Weiterhin sortieren wir Zellen bestimmter Eigenschaften und charakterisieren diese über nachfolgende Omics-Ansätze. Häufige Anwendungen betreffen Untersuchungen funktioneller Eigenschaften von  Subpopulationen aus clonalen Kulturen auf dem Proteinlevel oder taxonomische Zuordnungen für sortierte mikrobielle Subcommunities.
Wir testen und entwicklen On- und Offline-Steuerungsstrategien für biotechnische Prozesse durch Leistungsbeschreibung der Ganzzellkatalysatoren. Anwendungen erfolgen sowohl in Prozessen klonaler Kulturen als auch in Prozessen, die durch mikrobielle Gemeinschaften getrieben werden wie Biogas- und Abwasseranlagen. Ebenso werden mikrobielle Ökosystemleistungen untersucht, insbesondere im Grundwasser und im Boden.

Aktuelle Projekte fragen nach den Ursachen der Heterogenität von Zellen in klonalen Populationen in biotechnischen Produktsynthesen. Des Weiteren steht die Anwendung und Weiterentwicklung bioinformatischer Tools zur Auswertung cytomischer Datensätze im Fokus unserer Arbeiten. Wir verwenden diese Tools zur Dokumentation und Interpretation der schnellen Dynamiken mikrobieller Gemeinschaften in Bioreaktoren, aber auch in der Umwelt.


AG Flow Cytometry

Bioinformatische Tools

Natural microbial systems are highly dynamic due to the short generation times of the comprised organisms and their rapid and distinct reactions to changing environments. Microbial flow cytometry approaches are capable techniques for following such community dynamics in a fast and inexpensive way. Newly developed bioinformatics tools not only enable quantification of single cell dynamics, they also make nearly on-line evaluation of community attributes possible, enable interpretation of community trends, and reveal possible constraints that influence community structure and function. Microbial flow cytometry is poised to make the microbial cytome accessible for ambitious ecosystem studies. Functions of cells within the cytome can be determined either by cell sorting in combination with other -omics.

Zytometrische Datensätze ("cytometric fingerprints") von komplexen mikrobiellen Gemeinschaften können mithilfe der folgenden vier Tools ausgewertet werden:

Dalmatian Plot
Cytometric Histogram Image Comparison (CHIC)
Cytometric Barcoding (CyBar)
FlowFP    


Aktuelle Forschung


Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) des BMWi – Kooperationsnetzwerke, Aktenzeichen: 16KN043222, ABOS – Entwicklung einer Abfall-Biogas-Online-Steuerung zur effektiven Überwachung des Vergärungsprozesses, Teilprojekt UFZ: ABOS – Prozesssimulation: 170 K€
(responsible: Susann Müller)
1.8.2015-3.7.2018

BMBF: Bundeshaushalt, Einzelplan 30, Kapitel 3005, Titel 68330
Aktenzeichen: 031A616K, Wissensbasierte Prozessintelligenz – Neue Wege zu stabilen Bioprozessen, Teilprojekt K, Total: 20 Mio
Partec/Sysmex in Parterschaft mit UFZ: 193 k€
(responsible: Sysmex/Partec)
1.2.2015-31.1.2018

BMEL-FNR: Förderschwerpunkt: Mikrobiologische Prozesse in Biogasanlagen, Aktenzeichen: 22008313, BiogasFingerprint-Flexible Steuerung der Biogasproduktion mittels bioinformatischer Populationsanalyse (Biogas-Fingerprint)
(responsible. Susann Müller), Total: UFZ: 364 k€
1.2.2015-31.01.2018

Deutsche Bundestiftung Umwelt (DBU), Aktenzeichen: 32062/01, Akkumulation und schadstoffarme Verfügbarmachung von Bio-P aus Klärschlamm (Bio-P)
(responsible: Susann Müller), Total: 192 k€
1.2.2015-31.1.2017

Fond zur Verbesserung der Forschungsinfrastruktur und Forschungsvorhaben mit jeweils anwendungsnaher Ausrichtung (über SMWK und SAB), Aktenzeichen: 100192205, Funktionsbeschreibungen mikrobieller Gemeinschaften mittels Zellanalyse, Zellsortierung und Massenspektrometrie (CellMassSpec)
(responsible: Susann Müller), Total: 810 k€
05.05.2014-31.03.2015

Chinese Scholarship Council (CSC), China, Ministery of Education
‘Development of stable performance of microbial communities in wastewater treatment systems’
(responsible: Susann Müller)
21.10.2013-31.08.2016

Ausgewählte Publikationen

Günher S, Faust K, Schumann, J, Harms H, Raes, J, Müller S.
Species-sorting and mass-transfer paradigms control managed natural metacommunities.
Environmental Microbiology (2016) accepted

Zimmermann J, Hübschmann T, Schattenberg F, Schumann J, Durek P, Riedel R, Friedrich M, Glauben R, Siegmund B, Radbruch A, Müller S, Dong HD
High-resolution Microbiota flow cytometry reveals dynamic colitis-associated changes in fecal bacterial composition.
European Journal of Immunology (2016) May

Lieder S, Jahn M, Koepff J, Müller S, Takors R
Stress speeds up DNA replication in Pseudomonas putida in chemostat cultivations
Biotechnology Journal (2016), 11, 155-163

Jahn M, Günther S, Müller S
Non-random distribution of macromolecules as driving forces for phenotypic variation
Current Opinion Microbiology (2015) 25, 49-55.

Koch C, Harnisch F, Schröder U and Müller S
Cytometric fingerprints: evaluation of new tools for analyzing microbial community dynamics
Frontiers in Microbiology Section Systems Microbiology 2014, Vol. 5 Article 273, 1-11.

Jahn M, Vorpahl C, Türkowsky D, Lindmeyer M, Bühler B, Harms H, Müller S
Accurate Determination of Plasmid Copy Number of Flow-Sorted Cells using Droplet Digital PCR
Analytical Chemistry (2014) 86 5969-5976.

Koch C, Harms H, Müller S
Dynamics in the microbial cytome – single cell analytics in natural systems
Current Opinion Biotechnology (2014) 27 134-141.

Koch C, Müller S, Harms H, Harnisch F
Microbiomes in bioenergy production: From analysis to management
Current Opinion Biotechnology
(2014) 27, 65-72.

Koch C, Fetzer I, Schmidt T, Harms H, Müller S
Monitoring functions in managed microbial systems by cytometric bar coding
Environmental Science and Technology (2013) 47, 1753-1760

Jahn M, Seifert J, von Bergen M, Schmid A, Bühler B, Müller S
Subpopulation-proteomics in prokaryotic populations
Current Opinion Biotechnology (2013) 24, 79-87.

Koch C, Günther S, Desta AF, Hübschmann T, Müller S
Cytometric fingerprinting for analysing microbial intra-community structure variation and identifying sub-community function
Nature Protocols (2013) 8/1, 190-202.

Günther S, Koch C, Hübschmann T, Röske I, Müller RA, Bley T, Harms H, Müller S
Correlation of community dynamics and process parameters as a tool for the prediction of the stability of wastewater treatment.
Environmental Science and Technology (2012) 46(1), 84-92.

Harnisch F, Koch C, Patil SA, Hübschmann T, Müller S, Schröder U
Revealing the electrochemically driven selection in natural community derived microbial biofilms using flow–cytometry
Energy & Environmental Science (2011) 4 (4) 1265 – 1267.

Müller S and Nebe-von-Caron G
Functional single-cell analyses – flow cytometry and cell sorting of microbial populations and communities.
FEMS Microbiol Rev (2010) 34, 554–587.

Müller, S.
Modes of cytometric bacterial DNA pattern – A tool for pursuing growth
Cell Proliferation (2007) 40, 621-635.

Achilles J., Stahl F., Harms H., Müller S.
Isolation of intact RNA from cytometrically sorted S. cerevisiae for the analysis of intra-population diversity of gene expression
Nature Protocols (2007) 2/9, 2203-2211.

Inhalt:

2016 (3)
2015 (9)
2014 (9)
2013 (13)
2012 (2)
2011 (7)
2010 (7)

Weiterführende Recherchen können Sie in unserem Publikationsverzeichnis durchführen.

2016 (3)

  • Günther, S., Faust, K., Schumann, J., Harms, H., Raes, J., Müller, S., (2016):
    Species-sorting and mass-transfer paradigms control managed natural metacommunities
    Environ. Microbiol.
    Volltext (URL)
  • Lieder, S., Jahn, M., Koepff, J., Müller, S., Takors, R., (2016):
    Environmental stress speeds up DNA replication in Pseudomonas putida in chemostat cultivations
    Biotechnology Journal 11 (1), 155 - 163
    Volltext (URL)
  • Zimmermann, J., Hübschmann, T., Schattenberg, F., Schumann, J., Durek, P., Riedel, R., Friedrich, M., Glauben, R., Siegmund, B., Radbruch, A., Müller, S., Chang, H.-D., (2016):
    High-resolution microbiota flow cytometry reveals dynamic colitis-associated changes in fecal bacterial composition
    Eur. J. Immunol. 46 (5), 1300 - 1303
    Volltext (URL)
zum Inhalt

2015 (9)

  • Günther, S., Müller, S., (2015):
    Facilitated gate setting by sequential dot plot scanning
    Cytom. Part A 87 (7), 661 - 664
    Volltext (URL)
  • Jahn, M., Günther, S., Müller, S., (2015):
    Non-random distribution of macromolecules as driving forces for phenotypic variation
    Curr. Opin. Microbiol. 25 , 49 - 55
    Volltext (URL)
  • King, N., Müller, S., (2015):
    Environmental microbiology: revisiting the physiology of microorganisms on the single cell scale. Editorial overview
    Curr. Opin. Microbiol. 25 , v - vi
    Volltext (URL)
  • Koch, C., Kuchenbuch, A., Kretzschmar, J., Wedwitschka, H., Liebetrau, J., Müller, S., Harnisch, F., (2015):
    Coupling electric energy and biogas production in anaerobic digesters – impacts on the microbiome
    RSC Advances 5 (40), 31329 - 31340
    Volltext (URL)
  • Lindmeyer, M., Jahn, M., Vorpahl, C., Müller, S., Schmid, A., Bühler, B., (2015):
    Variability in subpopulation formation propagates into biocatalytic variability of engineered Pseudomonas putida strains
    Frontiers in Microbiology 6 , art. 1042
    Volltext (URL)
  • Melzer, S., Winter, G., Jäger, K., Hübschmann, T., Hause, G., Syrowatka, F., Harms, H., Tárnok, A., Müller, S., (2015):
    Cytometric patterns reveal growth states of Shewanella putrefaciens
    Microb. Biotechnol. 8 (3), 379 - 391
    Volltext (URL)
  • Müller, S., Schleinitz, K., (2015):
    Flow cytometry and microbial community fingerprinting
    In: Wilkinson, M.G., (ed.)
    Flow cytometry in microbiology : technology and applications
    Caister Academic Press, Norfolk, p. 79 - 91
  • Pous, N., Koch, C., Vilà-Rovira, A., Balaguer, M.D., Colprim, J., Mühlenberg, J., Müller, S., Harnisch, F., Puig, S., (2015):
    Monitoring and engineering reactor microbiomes of denitrifying bioelectrochemical systems
    RSC Advances 5 (84), 68326 - 68333
    Volltext (URL)
  • Zimmermann, M., Escrig, S., Hübschmann, T., Kirf, M.K., Brand, A., Inglis, R.F., Musat, N., Müller, S., Meibom, A., Ackermann, M., Schreiber, F., (2015):
    Phenotypic heterogeneity in metabolic traits among single cells of a rare bacterial species in its natural environment quantified with a combination of flow cell sorting and NanoSIMS
    Frontiers in Microbiology 6 , art. 243
    Volltext (URL)
zum Inhalt

2014 (9)

  • Bühligen, F., Lindner, P., Fetzer, I., Stahl, F., Scheper, T., Harms, H., Müller, S., (2014):
    Analysis of aging in lager brewing yeast during serial repitching
    J. Biotechnol. 187 , 60 - 70
    Volltext (URL)
  • Jahn, M., Vorpahl, C., Türkowsky, D., Lindmeyer, M., Bühler, B., Harms, H., Müller, S., (2014):
    Population heterogeneity in Pseudomonas putida analyzed on the single cell level using proteomics and digital PCR
    New Biotech. 31 (Suppl.), S58 - S59
    Volltext (URL)
  • Jahn, M., Vorpahl, C., Türkowsky, D., Lindmeyer, M., Bühler, B., Harms, H., Müller, S., (2014):
    Accurate determination of plasmid copy number of flow-sorted cells using droplet digital PCR
    Anal. Chem. 86 (12), 5969 - 5976
    Volltext (URL)
  • Koch, C., Harms, H., Müller, S., (2014):
    Dynamics in the microbial cytome — single cell analytics in natural systems
    Curr. Opin. Biotechnol. 27 , 134 - 141
    Volltext (URL)
  • Koch, C., Harnisch, F., Schröder, U., Müller, S., (2014):
    Cytometric fingerprints: evaluation of new tools for analyzing microbial community dynamics
    Frontiers in Microbiology 5 , art. 273
    Volltext (URL)
  • Koch, C., Müller, S., Harms, H., Harnisch, F., (2014):
    Microbiomes in bioenergy production: From analysis to management
    Curr. Opin. Biotechnol. 27 , 65 - 72
    Volltext (URL)
  • Lieder, S., Jahn, M., Seifert, J., von Bergen, M., Müller, S., Takors, R., (2014):
    Subpopulation-proteomics reveal growth rate, but not cell cycling, as a major impact on protein composition in Pseudomonas putida KT2440
    AMB Express 4 , art. 71
    Volltext (URL)
  • Schumann, J., Koch, C., Günther, S., Fetzer, I., Müller, S., (2014):
    flowCyBar: Analyze flow cytometric data using gate information
    R package version 1.2.0
    http://www.bioconductor.org/packages/release/bioc/html/flowCyBar.html
    October 2014: 1491 downloads (distinct IPs: December 2014: ~2000)
    Volltext (URL)
  • Schumann, J., Koch, C., Günther, S., Fetzer, I., Müller, S., (2014):
    flowCHIC: Analyze flow cytometric data using histogram information
    R package version 1.0.0
    http://www.bioconductor.org/packages/release/bioc/html/flowCHIC.html
    October 2014: 5 downloads (distinct IPs: ~500)
    Volltext (URL)
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2013 (13)

  • Bühligen, F., Rüdinger, P., Fetzer, I., Stahl, F., Scheper, T., Harms, H., Müller, S., (2013):
    Sustainability of industrial yeast serial repitching practice studied by gene expression and correlation analysis
    J. Biotechnol. 168 (4), 718 - 728
    Volltext (URL)
  • Jahn, M., Seifert, J., Hübschmann, T., von Bergen, M., Harms, H., Müller, S., (2013):
    Comparison of preservation methods for bacterial cells in cytomics and proteomics
    Journal of Integrated OMICS 3 (1), 25 - 33
    Volltext (URL)
  • Jahn, M., Seifert, J., von Bergen, M., Schmid, A., Bühler, B., Müller, S., (2013):
    Subpopulation-proteomics in prokaryotic populations
    Curr. Opin. Biotechnol. 24 (1), 79 - 87
    Volltext (URL)
  • Koch, C., Brumme, B., Müller, S., (2013):
    Mikrobielle Gemeinschaften im Visier der Durchflusszytometrie : Aktivitätsanalyse per Barcode
    Biospektrum 19 (4), 396 - 400
    Volltext (URL)
  • Koch, C., Fetzer, I., Harms, H., Müller, S., (2013):
    CHIC—an automated approach for the detection of dynamic variations in complex microbial communities
    Cytom. Part A 83 (6), 561 - 567
    Volltext (URL)
  • Koch, C., Fetzer, I., Schmidt, T., Harms, H., Müller, S., (2013):
    Monitoring functions in managed microbial systems by cytometric bar coding
    Environ. Sci. Technol. 47 (3), 1753 - 1760
    Volltext (URL)
  • Koch, C., Günther, S., Desta, A.F., Hübschmann, T., Müller, S., (2013):
    Cytometric fingerprinting for analyzing microbial intracommunity structure variation and identifying subcommunity function
    Nat. Protoc. 8 (1), 190 - 202
    Volltext (URL)
  • Lentendu, G., Hübschmann, T., Müller, S., Dunker, S., Buscot, F., Wilhelm, C., (2013):
    Recovery of soil unicellular eukaryotes: an efficiency and activity analysis on the single cell level
    J. Microbiol. Methods 95 (3), 463 - 469
    Volltext (URL)
  • Mehlig, L., Petzold, M., Heder, C., Günther, S., Müller, S., Eschenhagen, M., Röske, I., Röske, K., (2013):
    Biodiversity of polyphosphate accumulating bacteria in eight WWTPs with different modes of operation
    J. Environ. Eng. Landsc. Manag. 139 (8), 1089 - 1098
    Volltext (URL)
  • Müller, S., Hiller, K., (2013):
    From multi-omics to basic structures of biological systems
    Curr. Opin. Biotechnol. 24 (1), 1 - 3
    Volltext (URL)
  • Neumeyer, A., Hübschmann, T., Müller, S., Frunzke, J., (2013):
    Monitoring of population dynamics of Corynebacterium glutamicum by multiparameter flow cytometry
    Microb. Biotechnol. 6 (2), 157 - 167
    Volltext (URL)
  • Rohwerder, T., Müller, R.H., Weichler, M.T., Schuster, J., Hübschmann, T., Müller, S., Harms, H., (2013):
    Cultivation of Aquincola tertiaricarbonis L108 on the fuel oxygenate intermediate tert-butyl alcohol induces aerobic anoxygenic photosynthesis at extremely low feeding rates
    Microbiology-(UK) 159 (10), 2180 - 2190
    Volltext (URL)
  • Vogt, J., Stahl, F., Scheper, T., Müller, S., (2013):
    Isolation of intact RNA from sorted S. cerevisiae cells for differential gene expression analysis
    In: Gupta, V.K., Tuohy, M., Ayyachamy, M., Turner, K.M., O’Donovan, A., (eds.)
    Laboratory protocols in fungal biology : current methods in fungal biology
    Fungal Biology
    Springer, New York, p. 265 - 277
    Volltext (URL)
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2012 (2)

  • Günther, S., Koch, C., Hübschmann, T., Röske, I., Müller, R., Bley, T., Harms, H., Müller, S., (2012):
    Correlation of community dynamics and process parameters as a tool for the prediction of the stability of wastewater treatment
    Environ. Sci. Technol. 46 (1), 84 - 92
    Volltext (URL)
  • Müller, S., Hübschmann, T., Kleinsteuber, S., Vogt, C., (2012):
    High resolution single cell analytics to follow microbial community dynamics in anaerobic ecosystems
    Methods 57 (3), 338 - 349
    Volltext (URL)
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2011 (7)

  • Bombach, P., Hübschmann, T., Fetzer, I., Kleinsteuber, S., Geyer, R., Harms, H., Müller, S., (2011):
    Resolution of natural microbial community dynamics by community fingerprinting, flow cytometry, and trend interpretation analysis
    In: Müller, S., Bley, T., (eds.)
    High resolution microbial single cell analytics
    Adv. Biochem. Eng. Biotechnol. 124
    Springer, Berlin, Heidelberg, New York, p. 151 - 181
    Volltext (URL)
  • Harnisch, F., Koch, C., Patil, S.A., Hübschmann, T., Müller, S., Schröder, U., (2011):
    Revealing the electrochemically driven selection in natural community derived microbial biofilms using flow-cytometry
    Energy Environ. Sci. (4), 1265 - 1267
    Volltext (URL)
  • Müller, S., Bley, T., (eds., 2011):
    High resolution microbial single cell analytics
    Adv. Biochem. Eng. Biotechnol. 124
    Springer, Berlin, Heidelberg, New York, 233 pp.
  • Müller, S., Johnson, D.R., (2011):
    Application of cytomics to separate natural microbial communities by their physiological properties
    In: de Bruijn, F.J., (ed.)
    Handbook of molecular microbial ecology I : metagenomics and complementary approaches
    Wiley-Blackwell, Hoboken, NJ, p. 727 - 734
  • Patil, S.A., Harnisch, F., Koch, C., Hübschmann, T., Fetzer, I., Carmona-Martínez, A.A., Müller, S., Schröder, U., (2011):
    Electroactive mixed culture derived biofilms in microbial bioelectrochemical systems: the role of pH on biofilm formation, performance and composition
    Bioresour. Technol. 102 (20), 9683 - 9690
    Volltext (URL)
  • Trutnau, M., Petzold, M., Mehlig, L., Eschenhagen, M., Geipel, K., Müller, S., Bley, T., Röske, I., (2011):
    Using a carbon-based ASM3 EAWAG Bio-P for modelling the enhanced biological phosphorus removal in anaerobic/aerobic activated sludge systems
    Bioprocess. Biosyst. Eng. 34 (3), 287 - 295
    Volltext (URL)
  • Valet, G., Endl, E., Müller, S., (2011):
    20 years of the German Society for Cytometry: past and future concepts
    Cytom. Part A 79A (11), 891 - 893
    Volltext (URL)
zum Inhalt

2010 (7)

  • Jehmlich, N., Hübschmann, T., Gesell Salazar, M., Völker, U., Benndorf, D., Müller, S., von Bergen, M., Schmidt, F., (2010):
    Advanced tool for characterization of microbial cultures by combining cytomics and proteomics
    Appl. Microbiol. Biotechnol. 88 (2), 575 - 584
    Volltext (URL)
  • Müller, S., Bley, T., (2010):
    Flow cytometry
    In: Flickinger, M.C., (ed.)
    Encyclopedia of industrial biotechnology: bioprocess, bioseparation, and cell technology, Vol. 4
    Wiley, Oxford, p. 2451 - 2467
    Volltext (URL)
  • Müller, S., Harms, H., Bley, T., (2010):
    Origin and analysis of microbial population heterogeneity in bioprocesses
    Curr. Opin. Biotechnol. 21 (1), 100 - 113
    Volltext (URL)
  • Müller, S., Nebe von Caron, G., (2010):
    Functional single-cell analyses: flow cytometry and cell sorting of microbial populations and communities
    FEMS Microbiol. Rev. 34 (4), 544 - 587
    Volltext (URL)
  • Müller, S., (2010):
    Functional flow cytometry in environmental microbiology
    In: Timmis, K.N., McGenity, T., van der Meer, J.R., de Lorenzo, V., (eds.)
    Experimental protocols and appendices
    Handbook of Hydrocarbon and Lipid Microbiology Vol. 5, Part 3
    Springer, Berlin, Heidelberg, New York, p. 4103 - 4112
    Volltext (URL)
  • Sträuber, H., Hübschmann, T., Jehmlich, N., Schmidt, F., von Bergen, M., Harms, H., Müller, S., (2010):
    NBDT (3-(N-(7-nitrobenz-2-oxa-1,3-diazol-4-yl)amino)-3-toluene) - A novel fluorescent dye for studying mechanisms of toluene uptake into vital bacteria
    Cytom. Part A 77A (2), 113 - 120
    Volltext (URL)
  • Sträuber, H., Müller, S., (2010):
    Viability states of bacteria - specific mechanisms of selected probes
    Cytom. Part A 77A (7), 623 - 634
    Volltext (URL)
zum Inhalt