Unsere Arbeitsgruppe befasst sich mit grundlegenden Fragestellungen zur Biochemie, Genetik und Biotechnologie photosynthetischer Mikroorganismen. Mikroorganismen, die eine oxygene Photosynthese betreiben, sind in der Lage, unter bestimmten Bedingungen Wasserstoff zu metabolisieren. Bereits Ende der 30er Jahre entdeckte der deutsche Pflanzenphysiologe Hans Gaffron einen Wasserstoffmetabolismus in Grünalgen. In Cyanobakterien ist die H2-Entwicklung meistens eng an die N2-Fixierung gekoppelt, während Grünalgen, die keine Nitrogenasen besitzen, Wasserstoff in nennbaren Mengen nur unter photosynthetischen Bedingungen produzieren. Interessanterweise wurden zwei verschiedene Klassen von H2-produzierenden Enzymen in Cyanobakterien (NiFe-Hydrogenasen) und Grünalgen (Fe-Hydrogenasen) gefunden, was auf einen verschiedenartigen phylogenetischen Ursprung hindeutet. Da die am Wasserstoffmetabolismus und an der Stickstofffixierung beteiligten Enzyme extrem sauerstoffempfindlich sind, findet man eine Expression dieser Proteine nur unter anaeroben Bedingungen. Cyanobakterien bilden besondere Zellen (sog. Heterozysten) aus, in denen der Sauerstoffpartialdruck sehr gering gehalten wird. Diese Heterozysten differenzieren sich aus „normalen“ vegetativen Zellen durch morphologische, physiologische und auch genetische Veränderungen. Grünalgen schalten unter Schwefelmangelbedingungen das Sauerstoff-entwickelnde Photosystem II ab und induzieren die Hydrogenase unter den auftretenden anaeroben Bedingungen.
Der Schwerpunkt unserer Forschungsarbeiten besteht darin, das Zusammenwirken dieser verschiedenen Stoffwechselwege (Photosynthese, Schwefelkreislauf, Stickstofffixierung und H2-Metabolismus) in den photosynthetisch aktiven Cyanobakterien und Grünalgen zu verstehen. Auf der Basis dieser Grundlagenforschung wird zur Zeit versucht, die Ergebnisse für eine biotechnologische Anwendung im Hinblick auf eine „Biologische Wasserstoffproduktion“ nutzbar zu machen.