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Mikroorganismen und ihre Wirkungen sowie biotechnologische Produkte werden in einfachen und anschaulichen Versuchen sichtbar gemacht.

Ein Leitfaden zeigt, welche Experimente für welche Zielgruppe geeignet sind, die jeweiligen theoretischen Grundlagen werden ausführlich dargestellt. Außerdem liefert der Band Anregungen für Exkursionen. Kontrollfragen am Schluss jedes Kapitels dienen der Prüfungsvorbereitung und Nachbereitung.

In der Neuauflage sind alle Abbildungen farbig, die Inhalte wurden komplett überarbeitet und erweitert.

 

 

Aus dem Inhalt:

1 Überblick über die Mikroorganismen 1 / Prof. Alexander Steinbüchel, Dr. Fred Bernd Oppermann-Sanio, / Dr. Christian Ewering, Dr. Markus Pötter / 1.1 Prokaryoten und Eukaryoten 2 / 1.1.1 Das taxonomische und phylogenetische System der Mikroorganismen 2 / 1.1.2 Diversität bezüglich Form und Größe 5 / 1.1.3 Diversität bezüglich des Stoffwechsels 5 / 1.2 Wachstums- und Nährstoffansprüche 5 / 1.3 Die natürlichen Standorte der Mikroorganismen 7 / 1.4 Stoffkreisläufe und Nahrungsketten 8 / 1.4.1 Kohlenstoffkreislauf 8 / 1.4.2 Aerobe und anaerobe Nahrungsketten 9 / 1.4.3 Stickstoffkreislauf 10 / 1.4.4 Schwefelkreislauf 11 / 1.5 Biotechnologie 12 / 1.6 Kultivierbare und nichtkultivierbare Mikroorganismen 13 / 1.7 Eingesetzte Mikroorganismen 14 / Weiterführende Literatur 15 / / 2 Vorschriften und Gesetze im Zusammenhang mit mikrobiologischen / Arbeiten 17 / Prof. Alexander Steinbüchel, Dr. Fred Bernd Oppermann-Sanio, / Dr. Christian Ewering, Dr. Markus Pötter / 2.1 Pathogene Mikroorganismen 18 / 2.2 Gentechnisch veränderte Mikroorganismen 18 / 2.3 Mikrobiologische Arbeiten im Produktionsmaßstab 19 / 2.4 Biostoffverordnung 19 / 2.5 Biologische Arbeitsstoffe und Risikogruppen 19 / 2.6 Risikobewertung und Einstufung der Arbeiten 21 / 2.7 Sicherheitsmaßnahmen und räumliche Voraussetzungen 22 / / 3 Versuche 23 / Prof. Alexander Steinbüchel, Dr. Fred Bernd Oppermann-Sanio, / Dr. Christian Ewering, Dr. Markus Pötter / 3.1 Quantitatives Bestimmen 26 / 3.1.1 Versuch 1: Wie viele Hefezellen befinden sich in einem Würfel Backhefe? 27 / 3.1.2 Versuch 2: Keimzahl in Milch und Milchprodukten 30 / 3.1.3 Versuch 3: Aufnahme einer Wachstumskurve mit Cupriavidus necator 32 / 3.2 Anreichern, Isolieren und Charakterisieren von Mikroorganismen 38 / 3.2.1 Versuch 4: Luftkeime 39 / 3.2.2 Versuch 5: Leuchtbakterien 41 / 3.2.3 Versuch 6: Myxobakterien 45 / 3.2.4 Versuch 7: Violacein-produzierende Stämme der Gattungen Chromobacterium / und Janthinobacterium 48 / 3.2.5 Versuch 8: Aerobe Endosporenbildner (Bacillus megaterium) 51 / 3.2.6 Versuch 9: Saccharolytische Clostridien 54 / 3.2.7 Versuch 10: Fluoreszierende Pseudomonaden 57 / 3.2.8 Versuch 11: Coliforme Keime in Wasserproben und Isolierung von Escherichia coli 60 / 3.2.9 Versuch 12: Streptococcus salivarius 66 / 3.2.10 Versuch 13: Leuconostoc mesenteroides 69 / 3.2.11 Versuch 14: Propionsäurebakterien 72 / 3.2.12 Versuch 15: Aerobe Stickstofffixierer (Azotobacter sp.) 75 / 3.2.13 Versuch 16: Anaerobe Stickstofffixierer (Clostridium pasteurianum) 79 / 3.2.14 Versuch 17: Nitrifizierer 81 / 3.2.15 Versuch 18: Denitrifizierer 84 / 3.2.16 Versuch 19: Knallgasbakterien 87 / 3.2.17 Versuch 20: Winogradsky-Säulen zum Anreichern anaerober phototropher Bakterien 90 / 3.2.18 Versuch 21: Schwefel-Oxidierer 94 / 3.2.19 Versuch 22: Sulfatreduzierende Bakterien 98 / 3.3 Herstellung biotechnisch relevanter Produkte und Lebensmittel / mit Mikroorganismen 101 / 3.3.1 Versuch 23: Ethanol mit Hefe 102 / 3.3.2 Versuch 24: Glycerol mit Hefe 106 / 3.3.3 Versuch 25: Citronensäure mit Aspergillus niger 110 / 3.3.4 Versuch 26: Dihydroxyaceton mit Essigsäurebakterien 113 / 3.3.5 Versuch 27: Indigo mit einem rekombinanten Stamm von Escherichia coli 115 / 3.3.6 Versuch 28: Antibiotika 118 / 3.3.7 Versuch 29: Insektizid mit Bacillus thuringiensis 122 / 3.3.8 Versuch 30: Xanthan mit Xanthomonas campestris 125 / 3.3.9 Versuch 31: Dextran mit Leuconostoc mesenteroides 129 / 3.3.10 Versuch 32: Mikrobielle Cellulose mit Essigsäurebakterien 132 / 3.3.11 Versuch 33: Alginat mit Azotobacter vinelandii 135 / 3.3.12 Versuch 34: Bioplastik, Poly(3HB), mit Cupriavidus necator 138 / 3.3.13 Versuch 35: Elastomer mit Pseudomonas oleovorans 143 / 3.3.14 Versuch 36: Poly(¿-D-glutamat) mit Bacillus licheniformis 147 / 3.3.15 Versuch 37: Cyanophycin mit einem rekombinanten Stamm von Escherichia coli 150 / 3.3.16 Versuch 38: Sauerkraut 154 / 3.3.17 Versuch 39: Weinessig 158 / 3.3.18 Versuch 40: Natto 162 / 3.3.19 Versuch 41: Tempeh 165 / 3.4 Abbauleistungen von Mikroorganismen 168 / 3.4.1 Versuch 42: Poly(3-hydroxybutyrat) 168 / 3.4.2 Versuch 43: Kautschuk 173 / 3.4.3 Versuch 44: Stärke 177 / 3.4.4 Versuch 45: Papier 180 / 3.4.5 Versuch 46: Kohlenwasserstoffe 183 / 3.4.6 Versuch 47: Polyethylenglykol 189 / 3.4.7 Versuch 48: Glyphosat 192 / 3.5 Bakteriophagen und Viren 197 / 3.5.1 Versuch 49: Nachweis von Coli-Phagen im Abwasser 199 / 3.5.2 Versuch 50: Nachweis des Tabak-Mosaik-Virus (TMV) 202 / 3.6 Auslösen von Mutationen, Anreichern von Mutanten und Übertragen von DNA 205 / 3.6.1 Versuch 51: Genotoxizitätstests mit Salmonella enterica und Escherichia coli 206 / 3.6.2 Versuch 52: Erweitern des Spektrums verwertbarer Substrate bei Cupriavidus necator / durch Mutagenese 214 / 3.6.3 Versuch 53: Poly(3HB)-negative Mutanten von Cupriavidus necator 218 / 3.6.4 Versuch 54: Transformation von Bacillus subtilis 223 / 3.6.5 Versuch 55: Transformation von Escherichia coli 227 / 3.6.6 Versuch 56: Konjugationen bei Cupriavidus necator und Escherichia coli 230 / 3.6.7 Versuch 57: Transposon-induzierte Mutanten von Cupriavidus necator 235 / 3.6.8 Versuch 58: Elektroporation von Mycobacterium smegmatis 240 / Weiterführende Literatur 244 / / 4 Exkursionen und Demonstrationen von Mikroorganismen an natürlichen / Standorten, in Umweltproben und in der Industrie 249 / Prof. Alexander Steinbüchel, Dr. Fred Bernd Oppermann-Sanio, / Dr. Christian Ewering, Dr. Markus Pötter / 4.1 Exkursionen 252 / 4.1.1 Exkursion 1: Kommunale Abwasserkläranlage 252 / 4.1.2 Exkursion 2: Kompostwerk 257 / 4.1.3 Exkursion 3: Biogasanlage 262 / 4.1.4 Exkursion 4: Brauerei 265 / 4.1.5 Exkursion 5: Winzerei 269 / 4.1.6 Exkursion 6: Silage in der Landwirtschaft 274 / 4.1.7 Exkursion 7: Mikrobiologie und Biotechnologie im Supermarkt 276 / 4.1.8 Exkursion 8: Industrielle Herstellung von Nährmedien für die Mikrobiologie 280 / 4.2 Demonstrationen 283 / 4.2.1 Demo 1: Symbiontische N2-fixierende Bakterien und Wurzelknöllchen 283 / 4.2.2 Demo 2: Agrobacterium radiobacter und induzierte Pflanzentumore 287 / 4.2.3 Demo 3: Claviceps purpurea und Mutterkorn-Alkaloide aus infiziertem Getreide 291 / 4.2.4 Demo 4: Flechten ¿ Ektosymbiosen von Pilzen mit Grünalgen oder Cyanobakterien 294 / 4.2.5 Demo 5: Anaerobe Süßwassersedimente und das Volta-Experiment 297 / 4.2.6 Demo 6: Farbstreifen-Sandwatt und Nordseeküste 300 / Literatur 303 / / 5 Methoden 305 / Prof. Alexander Steinbüchel, Dr. Fred Bernd Oppermann-Sanio, / Dr. Christian Ewering, Dr. Markus Pötter / 5.1 Mikroorganismen kultivieren 307 / 5.1.1 Methode 1: Herstellen von Nährmedien 307 / 5.1.2 Methode 2: Sterilisieren 308 / 5.1.3 Methode 3: Verdünnungsreihen von Zellsuspensionen herstellen 312 / 5.1.4 Methode 4: Vereinzeln 313 / 5.1.5 Methode 5: Anaerobe Mikroorganismen kultivieren 315 / 5.1.6 Methode 6: Gasstation 317 / 5.1.7 Methode 7: Dichtegradientenzentrifugation 318 / 5.2 Mikroskopische Methoden 319 / 5.2.1 Methode 8: Lichtmikroskopie 319 / 5.2.2 Methode 9: Messokular 321 / 5.2.3 Methode 10: Zählkammer 322 / 5.2.4 Methode 11: Tusche-Präparat 322 / 5.3 Einfache taxonomische Verfahren zum Charakterisieren von Mikroorganismen 323 / 5.3.1 Methode 12: Gram-Verhalten bestimmen 323 / 5.3.2 Methode 13: Endosporen färben 325 / 5.3.3 Methode 14: Anreicherungs- und Reinkulturen biochemisch charakterisieren 326 / 5.3.4 Methode 15: Poly(3HB) mit Sudanschwarz B und Nilrot nachweisen 329 / 5.3.5 Methode 16: Poly(glucose) färben mit Lugol¿scher Lösung 330 / 5.4 Molekulargenetische Methoden 331 / 5.4.1 Methode 17: Plasmid-DNA aus Escherichia coli isolieren ("Koch-Methode") 331 / 5.4.2 Methode 18: Escherichia coli transformieren 331 / 5.4.3 Methode 19: Gesamt-DNA aus Bacillus subtilis isolieren 332 / 5.4.4 Methode 20: Mutationen auslösen 333 / 5.5 Photometrische Methoden 335 / 5.5.1 Methode 21: Lambert-Beer'sches Gesetz 335 / 5.5.2 Methode 22: Trübung von Zellsuspensionen messen 335 / 5.5.3 Methode 23: Protein in ganzen Zellen bestimmen 336 / 5.5.4 Methode 24: Einfache und gekoppelte optisch-enzymatische Tests zum Nachweis / von Metaboliten 337 / 5.6 Zellen und Medienbestandteile quantifizieren 343 / 5.6.1 Methode 25: Trockenmasse 343 / 5.6.2 Methode 26: Ammonium 343 / 5.7 Chromatographische und elektrophoretische Methoden 344 / 5.7.1 Methode 27: Polyhydroxyalkanoat-Gehalt bestimmen 344 / 5.7.2 Methode 28: Proteine und Cyanophycin trennen und nachweisen 345 / 5.7.3 Methode 29: Gelpermeationschromatographie (GPC) 346 / Weiterführende Literatur 347 / / 6 Chemikalien, Nachweisreagenzien und Medien 349 / Prof. Alexander Steinbüchel, Dr. Fred Bernd Oppermann-Sanio, / Dr. Christian Ewering, Dr. Markus Pötter / 6.1 Medien, Puffer und Lösungen herstellen 350 / 6.2 Liste der Medien, Puffer und Lösungen 350 / 7 Modulare Zusammenstellung von Versuchen für unterschiedliche / Zielgruppen 363 / Prof. Alexander Steinbüchel, Dr. Fred Bernd Oppermann-Sanio, / Dr. Christian Ewering, Dr. Markus Pötter / / Serviceteil / Sachwortverzeichnis 370