Close

Prof. Dr. Matthias Noll

Lehr- und Forschungsgebiete
  • Umweltmikrobiologie – Molekulare mikrobielle Ökologie
  • Materialbeständigkeit gegenüber Mikroorganismen
  • Antimikrobielle Substanzen Antibiotika / Biozide / ätherische Öle und Maßnahmen gegen Biofilme

  • 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.

Aktuelle 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.

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 (bzw. ätherische) 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 gegenrelevante 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.

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

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. Zudem sind diese Anlagen anfälliger gegenüber pilzlichen und anderen Algenparasiten. Eine Kombination abiotischer und biotischer Maßnahmen soll die Stabilität und Erträge von Algenkulturen fördern und vor Algenparasiten basierten Ernteausfällen schützen.

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

Charakterisierung des Mikrobiomes von humanrelevanten Zecken und Optimierung der Diagnostik von zeckenassoziierten Krankheitserregern (Drittmittelprojekt, gefördert durch Bayerisches Staatsministerium für Wissenschaft und Kunst)

Zecken sind bekannte Überträger von schweren Krankheiten wie Lyme Borreliose oder FSME (Frühsommer-Meningoenzephalitis). Jedoch ist die Anzahl an Krankheitserregern in Zecken noch weitaus größer. Wer also mit einem Zeckenstich zum Arzt geht, ist auf eine schnelle und genaue Diagnoseangewiesen. 

Im Projekt soll das Mikrobiom von humanrelevanten Zecken charakterisiert werden, um das Potential der Übertragung von Krankheitserregern explorativ und statistisch valide zu identifizieren. Dafür muss die Gesamt-DNA und RNA aus den Zecken isoliert und sowohl die Zeckenart als auch die bakterielle, virale und eukaryotische (parasitäre) Diversität des Zeckenmikrobioms mittels molekularbiologischer Methoden bestimmt werden. Hierfür soll ein Analyseverfahren entwickelt werden, das zuverlässig eine Vielzahl von bekannten Infektionserregern in der Zecke identifiziert, aber auch noch in Deutschland unbekannte Erreger detektiert. Somit kann auch das Risiko der Erkrankung besser eingeschätzt werden.

Kopplung von Totholzabbau und Stickstoffkreislauf: Diversität und Funktion von Diazotrophen (finanziert durch die Deutsche Fördergemeinschaft, DFG)

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) hat „Woodstock“, ein weiteres in der Forschungsgruppe behandelte Projekt im Rahmen der Biodiversity Exploratories, für die Förderzeit 2020 bis 2023 gefördert. „Woodstock“ befasst sich intensiv mit dem Einfluss von stickstofffixierenden Mikroorganismen (sog. Diazotrophen) auf den Abbauprozess von Totholz im Ökosystem Wald. Es wird davon ausgegangen, dass der Eintrag von Stickstoff in Totholz Auswirkungen auf dessen Abbaurate hat. Aus diesem Grund untersucht das Projekt in Kollaboration mit der Universität Bayreuth (Lehrstuhl Bodenökologie, Prof. W. Broken) die Zusammenhänge zwischen Quantität, Aktivität und Diversität von Diazotrophen und dem Abbau von Totholz 13 verschiedener Baumarten unter dem Einfluss verschiedener Waldbewirtschaftungsintensitäten.

Das Projekt verwendet dabei aktuelle Methoden zur Bestimmung der funktionalen Diversität von Diazotrophen in Totholz wie Amplikon-Sequenzierung und quantitative PCR sowie analytische Verfahren zur C/N Elementaranalyse und CO2-Emissions-und N2-Fixierungsratenbestimmung.

Ökotoxikologische Bewertung Biozid-haltiger Baustoffe mittels konventioneller und systembiologischer Methoden (Drittmittelprojekt, finanziert durch das Bayrische Staatsministerium für Umwelt und Verbraucherschutz)

Bodenökosysteme sind einer Vielzahl toxikologisch-relevanter Stoffe, darunter diverse Biozide, ausgesetzt. Eine wesentliche Quelle dieser Bodenkontamination sind Baustoffe. Etwa 25% der jährlich hergestellten Biozidmenge wird in Baumaterialien eingesetzt und stellt ein potenzielles Risiko für Böden und Grundwasser dar. Biozid-haltige Baukomponenten werden eingesetzt, um Materialien gegen tierische Schädlinge, Algen, Pilze und andere Mikroorganismen zu schützen. Insbesondere durch den zeitlich und räumlich konzentrierten Eintrag verschiedener Biozid-haltiger Baustoffe können besonders Böden stark belastet werden.

Im Zuge des Projektes werden repräsentative Prüfmuster von Baumaterialien, sowie Komponentenmischungen in einer Bewitterungskammer unter unterschiedlichen Witterungsbedingungen inkubiert und mit bereits etablierten und zertifizierten aquatischen als auch terrestrischen ökotoxikologischen Tests untersucht.  In Zusammenarbeit mit der AG Kalkhof werden die bisher lediglich im akademischen Bereich eingesetzten Hochdurchsatzmethoden Proteomik und Mikrobiomanalyse zur Bodenanalyse verwendet und eine hochsensitive Biozidanalytik durchgeführt. Um zukünftig die Bewertung und damit die Sicherheit von Baukomponenten nachhaltig zu stärken, sollen nachfolgend die „Omics“-Methoden in enger Zusammenarbeit mit dem Umweltbundesamt in praxistaugliche Standardarbeitsanweisungen überführt werden.

Abgeschlossene Projekte

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 wichtigen Krankheitserregern, einen physiologischen Status, in dem die Zellen zwar lebensfähig, aber unter Standard-Laborbedingungen nicht kultivierbar sind (viable but non culturable, VBNC). Dabei können die Zellenihre 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.

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.

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.

Extraktion und Isolierung von Mikroorganismen aus komplexen Matrices (z. B. Boden, Stuhl) mittels Dichtegradientenzentrifugation.

Quantifizierung der Bakterienzellzahl und Differenzierung der Membranintegrität durch SYBR/PI-Färbung.

Publikationen

Roedel, A., Dieckmann, R., Makarewicz, O., Hartung, A., Noll, M., Al Dahouk, S. and Vincze, S. (2020) Evaluation of a vacuum-dried microtiter plate for rapid biocide susceptibility testing of clinical Enterococcus faecium isolates. MDPI Microorganisms 8 (4):551.

Kipping, L., Holzscheck, N., Maurer, F., Muszynski, S., Noll, M. and Jehmlich, N. (2020) Microbial metaproteome data from decayed beech dead wood. Data in Brief 29:105285.

Noll, M., Trunzer, K., Vondran, A., Vincze, S., Dieckmann, R., Al Dahouk, S. and Gold, C. (2020) Benzalkonium chloride induces a VBNC state in Listeria monocytogenes. MDPI Microorganisms 8 (2):184.

Haange, S.-B., Jehmlich, N., Hintschich, C., Hankir, M., Wehrmann, D., Seyfried, F., Froment, J., Hübschmann, T., Müller, S., Wissenbach, D., Kang, S., Büttner, C., Panagiotou, G., Noll, M., Rolle-Kampczyk, U., Fenke, W. and von Bergen, M. (2020) Gastric bypass surgery in a rat model alters the community structure and functional composition of the intestinal microbiota independently of weight loss. Microbiome 8:13.

Purahong, W., Sadubsarn, D., Tanunchai, B, Wahdan, S. F. M., Sansupa, C., Noll, M., Paatsch, T., Wu, Y.-T., Buscot, F. (2019) First insights into the mangrove tree microbiome reveal significant differences in taxonomic and functional composition among plant and soil compartments. MDPI Microorganisms 7 (12):585.

Noll, M. (2019) Optimierung in der Zecken-Diagnostik. Laborpraxis November:14-15.

Buettner, C., Jehmlich, N., von Bergen, M. and Noll, M. (2019) Pseudomonas spp. are key players in agricultural biogas substrate degradation. Scientific Reports 9:12871.

Rödel, A., Dieckmann, R., Brendebach, H., Hammerl, J. A., Kleta, S., Noll, M., Al Dahouk S. and Vincze, S. (2019) Biocide tolerant Listeria monocytogenes isolates from German food production plants do not show cross-resistance to clinically relevant antibiotics. Applied Environmental Microbiology: 85:e01253-19.

Szendy, M., Kalkhof, S., Bittrich, S. Kaiser, F., Leberecht, C., Labudde, D., and Noll, M. (2019) Structural change in GadD2 of Listeria monocytogenes field isolates supports nisin resistance. International Journal of Food Microbiology 305: 108240-108246.

Noll, M., Büttner, C. and Lasota, S. (2019) Copper containing wood preservatives shifted bacterial and fungal community compositions in pine sapwood in two field sites. International Biodeterioration and Biodegradation 142:26-35.  

Jansen, W., Lind, C., Noll, M., Nöckler, C. and Al Dahouk S. (2019) Brucella-positive raw milk cheese sold on the inner European market: a public health threat due to illegal import? Food Control 100:130-137.

Szendy, M., Westhäuser, F., Baude, B., Reim, J., Dähne, L. and Noll, M. (2019) Controlled release of nisin from Neusilin particles to enhance food safety of sour curd cheese. Journal of Food Science and Technology 56:1613-1621.

Lasota, S., Stephan, I., Horn, M. A., Otto, W. and Noll, M. (2019) Copper in wood preservatives delayed wood decomposition and shifted soil fungal but not bacterial community composition. Applied and Environmental Microbiology 85: e02391-18.

Buettner, C. and Noll, M. (2018) Comparing microbial community compositions of biogas and sewage treatment plants by analyzing 16S rRNA gene data. Data in Brief 21:395-402.

Westhäuser, F. and Noll, M. (2018) Ätherische Öle wirken natürlich antimikrobiell. DEI Lebensmittel Produktion Verpackung Food Design 7-8:30-31.

Buettner, C. and Noll, M. (2018) Differences in microbial key players in anaerobic degradation between biogas and sewage treatment plants. International Biodeterioration and Biodegradation 133:124-132.

Noll, M., Kleta, S. and Al Dahouk S. (2018) Antibiotic susceptibility of 259 Listeria monocytogenes strains isolated from food, food-processing plants and human samples in Germany. Journal of Infection and Public Health 11: 572-577.

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