Bakterien stehen ganz am Anfang der Evolution und prägen bis heute den Kreislauf der Natur. Über bedeutende Forscher und historische Eckdaten der Mikrobiologie führt eine wissenschaftliche Entdeckungsreise bis zur modernen molekularen und synthetischen Biologie.
Von den Anfängen naturwissenschaftlichen Denkens in der Antike über das Mikroskop bis zur synthetischen Biologie.
Mikroorganismen leisten einen wesentlichen Beitrag zum Kreislauf der Stoffe in der Natur. Sie haben die Voraussetzung für das Leben der höheren Organismen geschaffen und synthetisieren wichtige Wirkstoffe wie Vitamine und Antibiotika.
Gerhart Drews schildert die Ideengeschichte der Mikrobiologie. Er bringt dem Leser die Welt einiger Denker, Forscher und auch wissbegieriger Laien aus vergangenen Jahrhunderten näher. Er beschreibt die wesentlichen Entdeckungen, die zur Erkennung der Mikroorganismen, ihrer Rolle in der Natur und bei der Entstehung von Krankheiten geführt haben.
In der modernen Zeit schildert er die Entwicklung exemplarisch anhand einzelner Organismen oder Themenfelder unter Einbeziehung der wesentlichen Entdeckungen in Molekularbiologie und Genetik.
In der 2., überarb. und aktual. Auflage sind einige Kapitel erweitert.
Lassen Sie sich mitnehmen auf diese faszinierende Zeitreise.
Gerhard Drews ist emeritierter Professor am Lehrstuhl für Mikrobiologie an der Universität Freiburg.
Georg Fuchs ist Professor am Lehrstuhl für Mikrobiologie an der Universität Freiburg.
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1 Einleitung 1
2 Was sind Mikroorganismen und wie sind sie entstanden 5
3 Anfänge naturwissenschaftlichen Denkens 9
3.1 Galenos von Pergamon (129-199), ein bedeutender Mediziner in der Antike 9
3.2 Avicenna (980-1037), Förderer der Medizin 12
3.3 Hieronymus Fracastoro und das infektiöse Agens 12
3.3.1 Fracastoro als Arzt und Dichter 13
3.3.2 Die Lehre von den Kontagien der Infektion 20
4 Die Fortschritte der Naturwissenschaften im 17. und 18. Jahrhundert 23
4.1 Antoni van Leeuwenhoek (1632-1723) 25
4.1.1 Holland im 17. Jahrhundert 25
4.1.2 Van Leeuwenhoek baut Mikroskope und entdeckt eine neue Welt 27
4.1.3 Die Entdeckung der "sehr kleinen Tierchen" 34
4.2 Versuche, den Bakterien in der Welt der Lebewesen einen Platz zuzuweisen 36
4.3 Mit der Hypothese der Urzeugung entwickelte sich modernes Denken und Experimentieren 39
4.3.1 Generatio spontanea und die Entdeckung von Entwicklungszyklen 39
4.3.2 Versuche zur Sterilisation 40
5 Die Entwicklung moderner mikrobiologischer Forschung im 19. Jahrhundert 45
5.1 Neue Methoden und Denkansätze 45
5.2 Der Breslauer Botaniker Ferdinand Cohn setzt Maßstäbe für die bakteriologische Forschung 50
5.2.1 Jugend und Studienjahre 50
5.2.2 Aktivitäten Cohns in der Forschung und an der Universität Breslau 55
5.2.3 Gründung des pflanzenphysiologischen Institutes ... 56
5.2.4 Popularisierung von Wissenschaft 57
5.2.5 Neubau des Institutes für Botanik und Pflanzenphysiologie 58
5.3 Cohn, Koch und Pasteur repräsentieren Richtungen bakteriologischer Forschung 59
5.3.1 Begründung einer modernen Bakteriologie durch Cohn 59
5.3.2 Koch revolutioniert die Infektionsbiologie 67
5.3.3 Der Nachweis von Infektionserregern durch Koch und Mitarbeiter 72
5.3.4 Gärungsphysiologie und Immunisierungsversuche im Labor von Pasteur 74
5.3.5 Unterschiedliche Forschungsstrategien in den Schulen von Koch und Pasteur 76
5.3.6 Entdeckung des Erregers der Tuberkulose durch Robert Koch 78
5.3.7 Infektionskrankheiten und ihre Bekämpfung 79
5.3.8 Die Entwicklung von Antikörpern gegen Krankheitserreger 81
5.3.9 Paul Ehrlich und die Chemotherapie 81
5.3.10 Kochs zweite Ehe 82
5.3.11 Kochs Untersuchungen tropischer Infektionskrankheiten 83
5.3.12 Reise nach Japan 84
5.3.13 Kochs letzte Lebensjahre 85
6 Die vielfältigen Aktivitäten von Bakterien in der Natur 87
6.1 Entwicklung von Methoden und Denkansätzen 87
6.2 Der Stickstoffkreislauf 89
6.2.1 Fixierung elementaren Stickstoffs 89
6.2.2 Sergej Nikolaevitch Winogradsky (1856-1953) .... 91
6.2.3 Nitrogenase und Stickstoffreduktion 92
6.2.4 Nitrifikation 93
6.2.5 Dissimilatorigche Nitratreduktion, Denitrifikation ... 94
6.2.6 Anaerobe Ammoniumoxidation 94
6.2.7 Ökologische Aspekte des Stickstoffkreislaufes 95
6.3 Der Kreislauf des Schwefels 97
6.3.1 Dissimilatorische Sulfatreduktion 98
6.3.2 Oxidation von Schwefelwasserstoff (H2S), Sulfurikanten 99
6.4 Die Kreisläufe von Sauerstoff und Kohlenstoff 100
6.4.1 Die Entstehung der Erdatmosphäre und ihr Einfluss auf die Biosphäre 100
6.4.2 Die Atmungskette 101
6.4.3 Der Kreislauf des Kohlenstoffs 103
6.5 Metalle im Energiestoffwechsel von Bakterien 112
6.5.1 Eisenoxidation und Eisenreduktion in verschiedenen Erdperioden 112
6.5.2 Metall-oxidierende Bakterien bei biotechnologischen Verfahren 115
6.6 Die Aufklärung von Gärungsstoffwechsel und Atmung 115
6.7 Die photosynthetisch aktiven Bakterien 118
6.7.1 Die Entdeckung pigmentbildender Bakterien 118
6.7.2 Engelmanns Untersuchungen zur Photosynthese der Algen und Bakterien 118
6.7.3 Die grünen Bakterien und Reaktionszentren der anoxygenen Photosynthese 123
6.8 Die Welt der "blaugrünen Algen", die Cyanobakterien mit oxygener Photosynthese 128
7 Die Entdeckung der Viren und anderer suborganismischer infektiöser Agenzien 131
7.1 Das Tabakmosaikvirus und andere Viren 131
7.2 Viroide: Nackte, infektiöse Ribonukleinsäure 136
7.3 Prione, die unheimlichen Krankheitserreger aus Protein .... 137
8 Die Wege zur Entdeckung von Proteinen, Enzymen und Zellstrukturen 139
8.1 Die Zelle als Grundbaustein aller Organismen 139
8.2 Entdeckung des Generationswechsels 140
9 Die Einheit des Stoffwechsels und die Aufklärung von Proteinstrukturen 141
10 Die Molekularbiologie erweitert unser Blickfenster auf das Geschehen in der Natur 145
10.1 Das Entstehen der Vererbungslehre 145
10.2 Die Chemie der Makromoleküle 147
10.3 Das Entstehen der Bakteriengenetik 147
10.4 Lederberg und sein Beitrag zur Entwicklung der Bakteriengenetik 148
10.5 Fortschritte der molekularen Genetik 153
10.6 Die Doppelhelix der Desoxyribonukleinsäure (DNA) 154
10.6.1 Strukturaufklärung 154
10.6.2 Replikation der DNA 158
10.7 Der genetische Code und seine Übersetzung in die Sprache der Proteine 161
10.7.1 Genkartierung und zellfreie Proteinsynthese 162
10.8 Die molekulare Biologie der Zelle 165
10.8.1 Genomsequenzen 166
10.8.2 Struktur und Teilung des bakteriellen Chromosoms . . 167
10.8.3 Cytoplasmatische Membran und Cytoskelett 167
10.8.4 Ribosomen - Ort der Proteinsynthese 170
10.9 Der Begriff der Spezies und die Sexualität bei Bakterien .... 171
10.9.1 Methoden der Klassifizierung von Bakterien 172
10.9.2 Genomorganisation und Expression 173
10.9.3 Regulation des Stoffwechsels 174
11 Die Verwandtschaft zwischen Bacteria, Archaea und Eukarya . . 1 7 7
11.1 Die Symbiontentheorie und ihr Einfluss auf die Deutung der Stammesentwicklung 179
11.2 Die Drei-Domänen-und die Eocytenhypothese 180
11.3 Bacteria und Archaea 181
12 Regulation von Stoffwechsel und Zelldifferenzierung 185
12.1 Die ATP-Synthase 186
12.2 Energieproduktion durch Substratstufenphoshorylierung .... 188
12.2.1 Temperatur 188
12.2.2 Konzentration von H+-und OH_-Ionen 189
12.2.3 Andere, das Wachstum beeinflussende Faktoren .... 189
13 Mikroorganismen und ihre Umwelt 191
13.1 Strategien der Bakterien, einen optimalen Lebensraum zu besetzen 193
13.2 Aktive Bewegung von Bakterien 194
13.3 Süßwasser-Binnenseen 196
13.4 Das Streifenwatt 199
13.5 Lebensgemeinschaften in der Tiefsee der Ozeane 201
13.6 Leben unter dem Eis in der Antarktis 206
13.7 Andere extreme Standorte 206
13.8 Lebensgemeinschaften im Boden 207
13.8.1 Die Rhizosphäre 208
13.8.2 Nitrogenase 209
13.9 Lebensgemeinschaften im Darm des Menschen 209
13.10 Der Pansen und seine Bewohner 212
13.11 Trinkwasser und Abwasser 212
13.11.1 Moderne Abwasseranlagen 214
14 Mikroorganismen im Dienste des Menschen: Biotechnologie .... 217
15 Systembiologie 223
15.1 Die Systembiologie untersucht Regulationsnetzwerke und phylogenetische Beziehungen 223
15.2 Die synthetische Biologie konstruiert Organismen mit bestimmten Eigenschaften 224
16 Anmerkungen zur Evolution der Lebewesen 227
Ausblick 233
Glossar 235
Literatur 237
Sachverzeichnis 251