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Prof. Dr. Matthias Noll

Lehr- und Forschungsgebiete
  • Umweltmikrobiologie – Molekulare mikrobielle Ökologie
  • Materialbeständigkeit gegenüber Mikroorganismen 
  • Lebensmittelmikrobiologie 
  • Bioanalytik
Lehrveranstaltungen
  • Allgemeine Biologie
  • Mikrobiologie 
  • Molekularbiologische Analytik
Kontakt

Tel.: +49 (0)9561 317-645
Fax: +49 (0)9561 317-346
Raum 2-215
e-Mail: matthias.noll[at]hs-coburg.de

Der wissenschaftliche Schwerpunkt von Prof. Noll liegt in den Bereichen mikrobielle Ökologie, Umweltmikrobiologie und Lebensmitteltechnologie.

Projekte

Einfluss der Waldbewirtschaftungsintensität, Baumartenidentität und bakteriell-pilzlichen Diversität auf Ressourcennutzung, Holzabbau und Gasemissionen von Totholz (Drittmittelprojekt, gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft, http://www.biodiversity-exploratories.de/startseite/

Der Abbau von Holz in terrestrischen Ökosystemen ist ein bedeutender Prozess mit weitreichenden ökologischen Konsequenzen. Totholz ist eine wichtige strukturelle Komponente in Waldökosystemen, die eine Vielzahl von Ökosystemfunktionen, insbesondere die Kohlenstoff-Sequestrierung und die Nährstoffkreisläufe beeinflusst und ein Habitat für holzbewohnende Organismen bietet. Das auch als „FunWood IV“ bezeichnete Projekt,  setzt an diesen Ökosystemfunktionen an und testet experimentell, ob die Artenvielfalt einen Einfluss auf die funktionelle Diversität der totholzabbauenden Gemeinschaften hat und wie diese Diversität und die Ökosystemprozesse durch die Intensität der Waldbewirtschaftung beeinflusst werden.

FunWood IV kombiniert einen Einsatz von aktuellen Techniken (Amplicon Gen Sequenzierung, Metaproteomics, Protein-SIP, CO2 Emissionsraten, C, N, S Elementaranalyse), um ein vertieftes Verständnis zu erhalten, wie pilzliche und bakterielle Lebensgemeinschaften den Holzabbauprozess unter wechselnden Temperaturbedingungen durchführen. Neben der Möglichkeit eine Korrelation zwischen Ökosystemprozessen, wie Holzabbau und mikrobieller Diversität, zu erreichen, bietet der zu erarbeitende Datensatz die Möglichkeit den Einfluss der Waldbewirtschaftungsintensität und der Baumartenidentität über mehrere geographische Dimensionen charakterisieren zu können.


Langzeitexposition von Bakterien mit Mikrobioziden (Drittmittelprojekt, gefördert durch Mittel des Bundesinstituts für Risikobewertung)

Mikrobiozide in subletalen Konzentrationen haben Auswirkungen auf die Adaption von pathogenen Bakterien, insbesondere relevant ist die Induktion von Mikrobiozid- als auch Antibiotikatoleranzen.

In diesem Projekt wird im Labormaßstab zwischen Toleranzen und Resistenzen differenziert, um die Auswirkungen der Verwendung von Desinfektionsmittelbestandteilen bei verbrauchernahen Gegenständen und Bedarfsgegenständen besser bewerten zu können. Der Einsatz von Mikrobioziden verursacht bei einer Vielzahl von Bakterien, darunter auch wichtige Krankheitserreger, einen physiologischen Status, in dem die Zellen zwar lebensfähig, aber unter Standard-Laborbedingungen nicht kultivierbar sind (viable but non culturable, VBNC). Dabei können die Zellen ihre Infektiosität im VBNC Zustand erhalten oder nach Veränderungen der Umweltbedingungen zurückgewinnen. Der VBNC Zustand könnte eine Überlebensstrategie für Bakterien darstellen, mit Hilfe derer sie sich der Wirkung von Mikrobioziden zeitweilig entziehen können. Diese Subpopulationen könnten daher zu den Phänomenen wiederkehrender Infektionen im klinischen Bereich und persistierender Kontaminationen im Produkt- und Lebensmittelbereich trotz breitem Einsatz antimikrobieller Substanzen beitragen. Da Bakterienzellen im VBNC Zustand durch kulturbasierte Verfahren nicht erfasst werden, entziehen sich diese Subpopulationen zudem den traditionellen Nachweissystemen. In diesem Projekt werden molekularbiologische, mikroskopische und proteomische Verfahren verwendet, um den VBNC Zustand von Mikroorganismen besser verstehen zu können.

Neuartige Kombination von Lebensmittelzusatzstoffen mit Wirksamkeit gegen Pilze und Hefen (Drittmittelprojekt, gefördert durch die Adalbert-Raps-Stiftung)

Schimmelpilze (Ascomycetes), Hefen und Bakterien sind Verderbniserreger in Lebensmitteln und führen neben dem Einfluss auf Aussehen, Textur, Geschmack und Geruch auch zur Bildung von pilzlicher Biomasse. Diese kann wiederum zur Entstehung von gesundheitsgefährdenden Mykotoxinen führen. Um das Verderben von Lebensmitteln zu verhindern und das Vorhandensein von pathogenen Mikroorganismen zu vermeiden, werden vielen Lebensmitteln antimikrobielle Substanzen zugegeben, wie beispielsweise essentielle pflanzliche Öle.

Bisher gibt es wenige Erkenntnisse zu Pflanzeninhaltsstoffen, die gleichermaßen oder ausschließlich gegen Bakterien, Schimmelpilze oder Hefen wirken.

In diesem Projekt sollen die bisher beschriebenen natürlichen Pflanzeninhaltsstoffe in einer Datenbank im Hinblick auf Substanz, Wirkspektrum, Wirkkonzentration differenziert werden. Anschließend werden die käuflich erwerbbaren Substanzen auf ihre antimikrobiellen Aktivitäten gegen relevante Mikroorganismen in-vitro charakterisiert. Im Optimalfall werden Substanzmischungen identifiziert, die in geringerer Wirkkonzentration gegen ein breiteres Lebensmittelkeimspektrum antimikrobiell aktiv sind und für den Clean-Label-Einsatz in Lebensmitteln genutzt werden können.

Nisin als Lebensmittelzusatzstoff (Drittmittelprojekt, gefördert durch das Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie)

Der Verzehr von listerienbelasteten Lebensmitteln kann zu schwerwiegenden Erkrankungen oder sogar Todesfällen führen. Häufig erfolgt die Infektion mit diesem Lebensmittelkeim durch den Verzehr von Weichkäse. In diesem Forschungsprojekt wird ein Verfahren zum Einsatz von mikroverkapseltem Nisin (einem in der EU zugelassenen Lebensmittelzusatzstoff) in der Weichkäseproduktion entwickelt. Dabei soll es gelingen, über die Größe und die Beschichtung der Partikel, in die das Nisin eingebettet wird, seinen biologischen und physikalischen Abbau zu verlangsamen und das Nisin während des gesamten Herstellungsprozesses bioverfügbar zu halten. Letztlich resultiert das in einer erhöhten Sicherheit des Lebensmittels und dient somit dem Verbraucherschutz.

Energetische Verwertung organischer Abfälle und anderen nicht nachwachsenden Rohstoffen (Drittmittelprojekt, gefördert durch die Bayerische Forschungsstiftung)

Dieses Projekt der AG Noll ist eingebettet in das Forschungsverbundvorhaben „FOR 10´000“, dessen Zielsetzung ein Konzept zur Nutzung erneuerbarer Energien aus organischen Abfällen im kommunalen Maßstab betrifft. Im Rahmen des bestehenden Forschungsverbundes wird die Entwicklung von ökonomisch kompatiblen, modularen Komponenten für kleine bis mittlere Biogasanlagen vorangetrieben. Der multidisziplinäre Ansatz umfasst die Weiterentwicklung von Modulen für die Substratvorbereitung, die Biogasaufbereitung zu Biomethan, die optimierte Wärmenutzung, mikrobielle Brennstoffzellen, sowie Nutzungskonzepte von Gärresten- und Überschusswasser. Im Verantwortungsbereich der AG Noll sind phylogenetische Populationsanalysen etablierter Biogasanlagen des Projekts sowie die phylogenetische, funktionelle und stoffwechselphysiologische Charakterisierung der mikrobiellen Gemeinschaft im Vorvergärer.

Charakterisierung und Nutzung der mikrobiellen Gemeinschaft in großtechnischen Algenkulturen
(Kooperationsprojekt mit der Hochschule Köthen)

Biofuels, die aus photosynthetisch aktiven Organismen gewonnen werden, haben den entscheidenden Vorteil, dass sie erneuerbar und nicht umweltschädlich sind und werden deshalb seit einiger Zeit als potentielle Alternative zu fossilen Brennstoffen betrachtet. Die Gewinnung von Biofuels aus Mikroalgen bietet dabei die Vorteile einer höheren Rate an Biomasse- und Öl-Produktion, sowie sehr kurze Erntezyklen im Vergleich mit vaskulären Pflanzen.

Ein bisher oft vernachlässigter Faktor im Prozess der Biokraftstoff- und Lipidproduktion aus Mikroalgen ist die bakterielle Gemeinschaft, die in Assoziation mit Mikroalgen coexistieren. Denn neben Sonnenlicht und einem ausreichenden Mineralmedium sind Mikroalgenkulturen auf eine diverse mikrobielle Gemeinschaft (Bakterien, Archaea, Pilze) angewiesen, um eine produktive Bildung von Biomasse zu gewährleisten. Sterile (bakterienfreie) Algenkulturen wachsen im Vergleich zu bakterienhaltigen Algenkulturen wesentlich labiler, langsamer und weisen eine geringere Photosyntheserate auf.

In diesem Projekt soll zum einen eine on-line fähige fluorimetrische Lipidüberwachung in Mikroalgenphotobioreaktoren entwickelt werden. Zum anderen soll die phylogenetische und funktionelle Zusammensetzung von mikrobiellen Gemeinschaften in Mikroalgenphotobioreaktoren im Detail charakterisiert werden.


Auftragsforschung (Industrieprojekte)

In der AG Noll können Materialoberflächen auf ihre mikrobielle Besiedelbarkeit als auch auf das Migrationsverhalten von Bioziden aus den Materialien quantitativ bestimmt werden. Es gibt keine Beschränkung der Materialarten.

Die Prüfung der Besiedelbarkeit der Materialoberflächen wird gemäß ISO 22196:2007 und anderen Normen durchgeführt (siehe unten). Mit dieser Methode wird die Besiedelbarkeit von Oberflächen durch Escherichia coli (DSM 1576) und Staphylococcus aureus (DSM 346) überprüft. Die Beur­teilung der antimikrobiellen Wirksamkeit der Oberflächen erfolgt über die Bestimmung der Lebendkeimzahl der eingesetzten Bakterien vor und nach Inkubation.

Zur Prüfung des Migrationsverhaltens von Bioziden aus Materialien wird ein Agardiffusionstest gemäß einer Publikation von Ramos, et al. 2011 durchgeführt (siehe unten). Hierzu werden kleine Flächen des Materials auf eine frisch angelegte Oberflächenkultur eines Bakteriums (Escherichia coli bzw. Staphylococcus aureus) in einer Petrischale aufgelegt. Während der Inkubation diffundieren Biozidbestandteile aus dem Material in das Nährmedium und es entsteht ein Konzentrationsgradient um das Material. Je nach Sensibilität des Erregers verhindern die Biozidbestandteile das Wachstum der Bakterien und es entsteht ein mehr oder minder großer Hemmhof. Anhand der Größe des Hemmhofs lässt sich die Wirkung der Biozidbestandteile gegenüber eines Bakteriums in die drei Kategorien sensibel, intermediär und resistent einordnen.

 

Ramos M, Jiménez A, Peltzer M, and Garrigós MC. 2012. Characterization and antimicrobial activity studies of polypropylene films with carvacrol and thymol for active packaging. Journal of Food Engineering 109(3):513–519.

ISO 22196:2007. Plastics — Measurement of antibacterial activity on plastics surfaces.

JIS Z 2801:2010. Antimicrobial products — Test for antimicrobial activity and efficacy.

ISO 22196:2011. Measurement of antibacterial activity on plastics and other non-porous surfaces.


Publikationen

Noll, M., Kleta S., Al Dahouk, S. (2017)
Antimicrobial susceptibility of 325 Listeria monocytogenes strains isolated from food, food-processing plants and human samples in Germany. In preparation.

Lasota, S., Stephan, I., Horn, M. A., Noll, M. (2017)
Effect of copper-based wood preservatives on fungal and bacterial community composition at the soil-wood interface of stakes in vineyards and fruit-growing soils. In submission.

Schmalenberger, A. and Noll, M. (2014)
Bacterial communities in grassland turfs respond to sulphonate addition while fungal communities remain largely unchanged. European Journal of Soil Biology 61:12-19.

Conrad, R., Ji, Y., Noll, M., Klose, M., Claus, P. and Enrich-Prast, A. (2014)
Response of the methanogenic microbial communities in Amazonian oxbow lake sediments to desiccation stress. Environmental Microbiology 16:1682-1694.

Weiler, C., Ifland, A., Naumann, A., Kleta, S. and Noll M. (2013)
Incorporation of Listeria monocytogenes strains in raw milk biofilms. International Journal of Food Microbiology 163:61-68.

Naumann, A., Stephan, I. and Noll M. (2012)
Material resistance of weathered wood-plastic composites against fungal decay Biodeterioration and Biodegradation 75:28-35.

Jakobs-Schönwandt, D., Mathies, Abraham, W.-R., H., Pritzkow, W., Stephan, I. and Noll, M. (2010)
Biodegradation of a biocide (Cu-Cyclohexyldiazenium Dioxide) component of a wood preservative by a defined soil bacterial community. Applied and Environmental Microbiology 76: 8076-8083.

Noll, M., Frenzel, P. and Conrad, R. (2008)
Selective stimulation of type I methanotrophs in a rice paddy by urea fertilisation revealed by stable isotope probing. FEMS Microbiology Ecology 65: 125-132.

Conrad, R., Klose, M., Noll, M., Kemnitz, D. and Bodelier, P. (2008)
Effect of cultivar and soil type on composition and activity of the methanogenic archaeal community inhabiting rice roots. Global Change Biology 14: 657-669.

Noll, M., Matthies, D., Frenzel, P., Derakshani, M. and Liesack, W. (2005)
Succession of bacterial community structure and diversity in a paddy soil oxygen gradient. Environmental Microbiology 7: 382-395.

Aktuelle Publikationsliste: https://www.researchgate.net/profile/Matthias_Noll

Mitarbeiter/innen

Alice Rödel

externe Doktorandin, Bundesinstitut für Risikobewertung