In seiner bisherigen Laufbahn konzentrierte sich Markus Schwarzländer vornehmlich auf Energie-Prozesse in Pflanzen. Ändert sich die Umwelt einer Pflanze, so ist davon auch die Funktion der Zellkraftwerke, also der Chloroplasten und Mitochondrien, direkt betroffen. Der bioenergetische Status kann sich dann schnell ändern, nicht nur weil die Energieleistung beeinflusst wird, sondern auch weil reaktive, toxische Intermediate gebildet werden können und eine Vielzahl an regulatorischen Signalwegen angeschaltet wird. Ziel der Forschung von Markus Schwarzländer und seiner Arbeitsgruppe ist es zu verstehen, wie diese bioenergetischen Veränderungen in der Pflanzenzelle reguliert werden und welchen Einfluss sie auf die gesamte Pflanze haben.
Für ihre Forschungsprojekte bedient sich die Gruppe um Markus Schwarzländer der Technik der Biosensorik unter Verwendung von fluoreszierenden Proteinen, wie dem GFP (Green Fluorescent Protein). Mit Hilfe dieser Sensoren können fundamental wichtige Energie- und Redoxmetabolite, wie beispielsweise ATP oder NADH, spezifisch in einzelnen Zellkompartimenten, wie den Mitochondrien, gemessen werden. Dabei nutzt die Arbeitsgruppe molekularbiologische und biochemische Techniken in Kombination mit bildgebenden Verfahren des Lebend-Zell- und Echtzeit-Imagings.
Strukturmodel eines fluoreszierenden redox-sensitiven Proteinsensors (roGFP) vor einer mikroskopischen Aufnahme von Arabidopsis Blattepidermiszellen, die das Sensorprotein in den Mitochondrien (punktartige Strukturen in gelb-grün) exprimieren.
Im BioSC SEED-Fund Projekt „
CoSens“ beschäftigte sich Markus Schwarzländer mit der Entwicklung von fluoreszierenden Protein-Biosensoren, die energiephysiologische Parameter und Cofaktoren detektieren und damit Aussagen über den Status der Zelle unter verschiedenen Umweltbedingungen zulassen. Für verlässliche Messungen im lebenden System müssen die Sensoren spezifisch für den jeweiligen Organismus, Zelltyp oder das Zellkompartiment angepasst und geeignete Kalibrierungsroutinen entwickelt werden.
Motiviert durch die interdisziplinäre Zusammenarbeit im BioSC, arbeitet Markus Schwarzländer nun im BioSC SEED-Fund-Projekt „
ROXENSE“ daran, die in pflanzlichen Zellen entwickelten Techniken auf andere Organismen zu übertragen, die sich als Zell-Fabriken verwenden lassen. Hierzu fokussiert er sich momentan auf Zellen des Pilzes
Ustilago. Während bereits zahlreiche, neue Stoffwechselwege zur Erzeugung gewünschter Produkte in verschiedenen Organismen zur Verfügung stehen, sind diese oft enorm ineffizient. Während natürliche Stoffwechselwege durch Evolution oder menschliche Auswahl auf Effizienz optimiert sind, stellt das Fehlen einer solchen Optimierung in vielen Fällen die Wirtschaftlichkeit biokatalytischer Verfahren in Frage. Die Lebendzellsensorik soll es nun ermöglichen die Regulation zellulärer Prozesse während der Biokatalyse zu verstehen, um so eine intelligente Entwicklung effizienter mikrobieller Systeme im Einklang mit der Physiologie der Zelle zu ermöglichen. Dabei handelt es sich um einen entscheidenden Schritt hin zu einer bio-basierten Ökonomie. Als Beispiel hierfür wird die Umwandlung von Biomasse in Plattformchemikalien, wie der Itaconsäure, bearbeitet.
Schon früh gab es bei Markus Schwarzländer ein großes Interesse an biotechnologischen Themen und der praktischen Arbeit im Labor, was zu einer mehrfachen Teilnahme an dem Wettbewerb Jugend forscht führte. Dabei hat er beispielsweise an Themen gearbeitet wie „Waschmittel aus Kastanien“ oder „Die Steigerung des β-Karotin Gehaltes in Tomaten“. Einmal reichte die Teilnahme sogar für den dritten Platz im Bundesfinale. Heute unterstützt Markus Schwarzländer den Wettbewerbt „Jugend forscht“ als Juror für den Regionalwettbewerb Augsburg.
Sein Enthusiasmus für die experimentelle Forschung und das wissenschaftliche Denken führte auch dazu, dass Markus Schwarzländer direkt nach seinem Bachelorabschluss in Chemie und Biochemie an der Ludwig Maximilian Universität in München, seine Promotion anschloss. Im Jahr 2009 promovierte Markus Schwarzländer am Magdalen College der University of Oxford. Direkt an die Promotion konnte er ein Forschungsstipendium am New College der Oxford University anschießen, was ihm drei weitere Jahre freier Forschung erlaubten, die er nutze um seine eigenen Fragestellungen zur Energiebiologie zu etablieren. In dieser Zeit begeisterte ihn besonders die Möglichkeit zu regem wissenschaftlichem Austausch, der an den Oxforder Colleges über alle Disziplingrenzen hinweg stattfindet. Unter anderem lernte er zu dieser Zeit auch Prof. Andreas Meyer kennen, der ihn 2011 davon überzeugte nach Deutschland zurückzukehren um gemeinsam in seiner Abteilung ‚Chemical Signalling‘ an der landwirtschaftlichen Fakultät der Universität Bonn zu forschen.
Seit 2013 ist Markus Schwarzländer unabhängiger Gruppenleiter gefördert durch das renommierte Emmy Noether-Programm der DFG, das herausragenden Nachwuchswissenschaftlern in Deutschland frühe wissenschaftliche Selbständigkeit und den Aufbau einer eigenen Arbeitsgruppe eröffnet. Die Arbeitsgruppe um Markus Schwarzländer umfasst inzwischen zwei Postdocs und zwei Doktoranden und erforscht die dynamische Regulation von Respiration in pflanzlichen Mitochondrien, was die Untersuchung der Regulation von Atmungsprozessen in der Zelle, beispielweise durch Thiol-Redox-Schalter oder Calcium Signale, einschließt.
Weiterhin hat Markus Schwarzländer aktiv an der Einwerbung eines DFG Graduierten Kollegs mitgewirkt, welches im Herbst 2015 an der Universität Bonn und dem Max-Planck-Institut für Züchtungsforschung in Köln mit insgesamt zehn finanzierten Doktorandenstellen an den Start gegangen ist.
Nachwuchsgruppe um Markus Schwarzländer (3. von links).
