Verfügbarkeit: Brock Mikrobiologie

Brock Mikrobiologie:

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Bibliographische Detailangaben
Vorheriger Titel:	Madigan, Michael T. Mikrobiologie
Hauptverfasser:	Madigan, Michael T. 1949- (VerfasserIn), Martinko, John M. (VerfasserIn)
Format:	Buch
Sprache:	German English
Veröffentlicht:	München [u.a.] Pearson Studium 2006
Ausgabe:	11., überarb. Aufl.
Schriftenreihe:	bc Biologie, Chemie
Schlagworte:	Microbiology Mikroorganismus Mikrobiologie Biologie Mikrobiologe Lehrbuch
Online-Zugang:	Buchbegleitseiten Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis
Beschreibung:	11. Aufl. gilt für Orig.-Ausg. - Hier auch später erschienene, unveränderte Nachdrucke
Beschreibung:	XXXII, 1203 S. zahlr. Ill., graph. Darst.
ISBN:	3827371872 9783827371874

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adam_text	Inhaltsverzeichnis Vorwort............................................xxvii TEIL Kapitel 1: Mikroorganismen und Mikrobiologie 1.1 Einführung in die Mikrobiologie........................... 4 Mikrobiologie........................................... 4 Mikroorganismen als Zellen.................................. 5 Mikroorganismen und ihre natürliche Umgebung.................... 8 Der Einfluss von Mikroorganismen auf den Menschen................. 9 1.2 Die Entdeckung der Mikrobiologie.......................... 12 Die historischen Wurzeln der Mikrobiologie: Hooke, van Leeuwenhoek und Cohn................................. 12 Pasteur, Mikrobielle Diversität und die Entstehung der Allgemeinen Mikrobiologie................................ 19 Die Ära der modernen Mikrobiologie............................ 22 Verständnisfragen........................................ 24 Transferaufgaben......................................... 24 Kapitel 2: Überblick über das mikrobielle Leben 2.1 Zellstruktur und Evolutionsgeschichte....................... 26 Zellelemente und Die Anordnung der DNA in mikrobiellen Zellen..................... 29 Der Stammbaum des Lebens.................................. 30 2.2 Mikrobielle Diversität................................... 32 Die physiologische Diversität von Mikroorganismen.................. 32 Die Diversität der Prokaryoten................................ 34 Eukaryotische Mikroorganismen............................... 39 Verständnisfragen........................................ 41 Transferaufgaben......................................... 42 Kapitel 3: Makromoleküle 3.1 Chemische Bindungen und Wasser in lebenden Systemen................................... 44 Starke und schwache chemische Bindungen....................... 44 Ein Überblick über Makromoleküle und Wasser als Lösungsmittel des Lebens................................ 47 3.2 Nicht informationstragende Makromoleküle................. 49 Polysaccharide......................................... 49 Lipide 3.3 Informationstragende Makromoleküle..................... 5i Nucleinsäuren......................................... 51 Aminosäuren und die Peptidbindung............................ 53 Proteine: Primär- und Sekundärstruktur......................... 56 Proteine: Höhere Strukturordnung und Denaturierung................ 57 Verständnisfragen....................................... 59 Transferaufgaben........................................ 59 Kapitel 4: Zellstruktur und Zellfunktion 4.1 Mikroskopie und Zellmorphologie......................... 62 Die Lichtmikroskopie..................................... 63 Dreidimensionale Bilderzeugung: Interferenzkontrast-, Rasterkraft-und konfokale Rasterlasermikroskopie.................. 67 Elektronenmikroskopie.................................... 69 Zellmorphologie und was es bedeutet, klein zu sein.................. 70 4.2 Zellmembranen und Zellwände........................... 73 Die Cytoplasmamembran: Struktur............................ 73 Die Cytoplasmamembran: Funktion............................ 76 Membrantransportsysteme.................................. 78 Die Zellwand von Prokaryoten: Peptidoglykan und verwandte Moleküle...................................... 81 Die äußere Membran gramnegativer 4.3 Oberflächenstrukturen und Zelleinschlüsse von Prokaryoten...................................... 89 Bakterielle Zelloberflächenstrukturen........................... 89 Zelleinschlüsse......................................... 91 Gasvesikel............................................ 93 Endosporen........................................... 94 4.4 Mikrobielle Bewegung................................. 100 Geißeln und Beweglichkeit................................. 100 Die Gleitbewegung....................................... 103 Zellbewegung als Verhaltensreaktion: Chemotaxis und Phototaxis......... 105 Verständnisfragen....................................... 109 Transferaufgaben........................................ 109 Kapitel 5: Ernährung, Laborkultivierung und Metabolismus von Organismen 5.1 Ernährung und Kultivierung von Mikroorganismen............ 112 Mikrobielle Ernährung.................................... 113 Kulturmedien.......................................... 116 Die Laborkultur von Mikroorganismen.......................... 118 5.2 Energetik und Enzyme.................................. 120 Bioenergetik........................................... 120 Katalyse und Enzyme..................................... 121 5.3 Oxidation-Reduktion und energiereiche Verbindungen............................. 124 Oxidation-Reduktion..................................... 124 NAD Energiereiche Verbindungen und Energiespeicherung................ 128 5.4 Die wichtigsten Wege des Katabolismus, Elektronen¬ transport und die protonenmotorische Kraft................. 129 Energiespeicherung: Verschiedene Möglichkeiten................... 130 Glykolyse als Beispiel für eine Fermentation...................... 130 Atmung und membrangebundene Elektronenüberträger............... 132 Energiespeicherung aus der protonenmotorischen Kraft............... 136 5.5 Kohlenstofffluss bei der Atmung und Alternativen des Katabolismus..................................... 139 Kohlenstofffluss bei der Atmung: Der Zitronensäurezyklus............. 139 Alternativen des Katabolismus............................... 140 5.6 Biosynthese.......................................... 143 Die Biosynthese von Zuckern und Polysacchariden.................. 143 Die Biosynthese von Aminosäuren und Nucleotiden................. 145 Biosynthese der Fettsäuren und Verständnisfragen....................................... 147 Transferaufgaben........................................ 148 Kapitel 6: Mikrobielles Wachstum 6.1 Die bakterielle Zellteilung............................... 150 Zellwachstum und Zweiteilung.............................. 150 Fts-Proteine, Zellteilungsebene und Zellmorphologie................. 151 Peptidoglykansynthese und Zellteilung......................... 153 6.2 Wachstum von Bakterienpopulationen..................... 155 Terminologie des Wachstums und das Prinzip des exponentiellen Wachstums............................... 155 Die Mathematik des exponentiellen Wachstums.................... 156 Der Wachstumskreislauf................................... 157 6.3 Messung mikrobiellen Wachstums......................... i59 Direkte Messung mikrobiellen Wachstums: Gesamtkeimzahlzählung und Lebendkeimzahlzählung................ 159 Indirekte Messung mikrobiellen Wachstums: Trübung................ 162 Die kontinuierliche Kultur: Der Chemostat........................ 164 6.4 Umwelteinflüsse auf mikrobielles Wachstum: Temperatur.......................................... 166 Der Einfluss der Temperatur auf das Wachstum..................... 166 Mikrobielles Wachstum und kalte Temperaturen.................... 168 Mikrobielles Wachstum bei hohen Temperaturen................... 171 6.5 Umwelteinflüsse auf das mikrobielle Wachstum: pH-Wert, Osmolarität und Sauerstoff...................... 173 Mikrobielles Wachstum bei hohen und niedrigen pH-Werten............ 173 Osmotische Einflüsse auf das mikrobielle Wachstum................. 175 Sauerstoff und mikrobielles Wachstum.......................... 178 Toxische Formen des Sauerstoffs.............................. 180 Verständnisfragen....................................... 182 Transferaufgaben........................................ 183 Kapitel 7: Grundlagen der Molekularbiologie 7.1 Gene und Genexpression................................ 186 Makromoleküle und genetische Information....................... 186 7.2 Die DNA-Struktur...................................... 188 DNA-Struktur: Die Doppelhelix.............................. 188 DNA-Struktur: Überspiralisierung............................. 191 Chromosomen und andere genetische Elemente.................... 194 7.3 DNA-Replikation...................................... 196 DNA-Replikation: Matrizen und Enzyme......................... 196 DNA-Replikation: Die Replikationsgabel......................... 197 7.4 Werkzeuge der DNA-Technologie......................... 202 Restriktionsenzyme und Hybridisierung......................... 202 Sequenzierung und DNA-Synthese............................ 205 DNA-Amplifizierung: Die Polymerasekettenreaktion................. 207 7.5 Die RNA-Synthese: Transkription.......................... 209 Überblick über die Transkription.............................. 209 Die Vielfalt der Sigma-Faktoren, Konsensus-Sequenzen und weitere RNA-Polymerasen............................... 211 Transkriptionsterminatoren................................. 213 Die Transkriptionseinheit.................................. 214 7.6 Die Proteinsynthese.................................... Der genetische Code...................................... 215 Die Transfer-RNA....................................... 219 Translation: Der Vorgang der Proteinsynthese...................... 221 Die Faltung und Ausscheidung von Proteinen..................... 224 Verständnisfragen....................................... 227 Transferaufgaben........................................ 227 Kapitel 8: Die Regulation des Metabolismus 8.1 Überblick über die Regulation............................ 230 Die wichtigsten Arten der Regulation........................... 230 8.2 Die Regulation der Enzymaktivität......................... 231 Die nichtkovalente Enzymhemmung........................... 231 Kovalente Modifikation von Enzymen.......................... 233 8.3 DNA-Bindeproteine und die Regulation der Transkription durch positive und negative Kontrolle........... 235 DNA-Bindeproteine...................................... 235 Die negative Kontrolle der Transkription: Repression und Induktion......................................... 238 Die positive Kontrolle der Transkription......................... 240 8.4 Globale Regulationsmechanismen......................... 241 Globale Kontrolle und das iac-Operon.......................... 242 Die Weitere Netzwerke globaler Kontrolle........................... 245 Quorum 8.5 Weitere Regulationsmechanismen......................... 248 Attenuation Signaltransduktion und Zweikomponentenregulationssysteme.......... 250 Regulation der Chemotaxis................................. 252 RNA-Regulation und Riboswitches............................ 254 Verständnisfragen....................................... 256 Transferaufgaben........................................ 256 Kapitel 9: Grundlagen der Virologie 9.1 Virus und Virion....................................... 259 Allgemeine Eigenschaften von Viren........................... 259 Die Natur der Virionen.................................... 260 9.2 Wachstum und Quantifizierung........................... 263 Der Viruswirt.......................................... 263 Die Quantifizierung von Viren............................... 264 9.3 Allgemeine Merkmale der Virusreplikation....................... 265 Virusreplikation: Anheften und Eindringen....................... 267 Virusmultiplikation: Bildung viraler Nucleinsäure und viraler Proteine...................................... 268 9.4 Überblick über bakterielle Viren.............................. 271 Virulente Bakteriophagen und T4............................. 271 Temperente Bakteriophagen................................. 273 Der Bakteriophage Überblick über die tierischen Viren............................ 278 Retroviren............................................ 280 9.5 Viroide und Prionen...................................... 282 Verständnisfragen....................................... 284 Transferaufgaben........................................ 284 Kapitel 10: Bakteriengenetik 10.1 Mutation und Rekombination............................ 286 Mutationen und Mutanten.................................. 287 Die molekularen Grundlagen der Mutation....................... 289 Mutationsraten......................................... 292 Mutagenese........................................... 293 Mutagenese und Carcinogenese: Der Arnes-Test.................... 296 Genetische Rekombination................................. 297 10.2 Genetischer Austausch bei Prokaryoten..................... 299 Transformation......................................... 299 Transduktion.......................................... 303 Plasmide: Allgemeine Grundlagen............................. 305 Typen von Plasmiden und ihre biologische Bedeutung................ 307 Konjugation: Die wichtigsten Merkmale......................... 310 Die Bildung von Hfr-Stämmen und die Mobilisierung von Chromosomen....................................... 312 Komplementation....................................... 315 Transposons 10.3 Bakteriengenetik und Genklonierung...................... 320 Grundlagen des molekularen Klonierens......................... 320 Plasmide als Klonierungsvektoren............................. 321 Der Lambda-Bakteriophage als Klonierungsvektor................... 323 In vitro und locusspezifische Mutagenese........................ 325 10.4 Das bakterielle Chromosom.............................. 327 Die genetische Karte des Chromosoms von Escherichia Verständnisfragen....................................... 331 Transferaufgaben........................................ 332 TEIL Kapitel 11: Mikrobielle Evolution und Systematik 11.1 Die frühe Erde, der Ursprung des Lebens und die mikrobielle Vielfalt................................. 337 Evolution der Erde und früheste Lebensformen..................... 337 Frühes Leben: Die RNA-Welt und molekulare Codierung............... 339 Frühes Leben: Energie- und Kohlenstoffmetabolismus................ 341 Eukaryoten und Organellen: Endosymbiose....................... 343 11.2 Methoden zur Bestimmung evolutionärer Verwandtschaften..................................... 346 Evolutionäre Zeitmesser................................... 346 Ribosomale RNA-Sequenzierung als Instrument der molekularen Evolution.................................. 347 Signatursequenzen, phylogenetische Sonden und Analysen mikrobieller Gemeinschaften................................ 349 11.3 Die mikrobielle Evolution............................... 351 Die mikrobielle Phylogenie abgeleitet von ribosomalen RNA-Sequenzen................................ 351 Eigenschaften der Domänen des Lebens......................... 354 11.4 Mikrobielle Taxonomie und ihre Beziehung zur Phylogenie....................................... 356 Die klassische Taxonomie.................................. 356 Chemotaxonomie....................................... 359 Der Spezies-Begriff in der Mikrobiologie......................... 362 Nomenklatur und Bergey s Manual............................ 365 Verständnisfragen....................................... 367 Transferaufgaben........................................ 367 Kapitel 12: Die prokaryotische Vielfalt: Die Bakterien (Bacteria) 12.1 Die Stammesgeschichte der Übersicht über die Stammesgeschichte der 12.2 Phototrophe Purpurbakterien................................ 373 Nitrifizierende Bakterien................................... 377 Schwefel-und Eisenoxidierende Bakterien....................... 379 Wasserstoffoxidierende Bakterien............................ 382 Methanotrophe und Methylotrophe........................... 384 Pseudomonas und die Pseudomonaden........................ 387 Essigsäurebakterien..................................... 391 Frei lebende, aerobe, stickstofffixierende Bakterien................. 392 Neisseria, Chromobacterium und Verwandte.................... 394 Enterobakterien........................................ 395 Vibrio und Photobacterium................................ 399 Rickettsien........................................... 401 Spirillen............................................ 404 Proteobakterien mit Scheiden: Sphaerotilus und Leptothrix........... 407 Knospende und prosthekate/gestielte Bakterien.................... 410 Gleitende Myxobakterien.................................. 414 Sulfat-und schwefelreduzierende Proteobakterien.................. 417 12.3 Phylae 2 und 3: Grampositive Bakterien (Firmicutes) und Actinobacteria................................... 420 Nichtsporenbildende grampositive Bakterien mit niedrigem GC-Wert: Milchsäurebakterien und Verwandte.................... 420 Sporenbildende grampositive Bakterien mit niedrigem GC-Wert: Bacillus, Clostridium Zellwandlose grampositive Bakterien mit niedrigem GC-Wert (Mollicutes): Die Mycoplasmen.............................. 432 Grampositive Bakterien mit hohem GC-Gehalt (Actinobacteria): Coryneforme und Propionsäurebakterien........................ 434 Actinobacteria: Mycobacterium............................. 436 Filamentose 12.4 Cyanobakterien........................................ 444 Prochlorophyta und Chloroplasten............................ 447 12.5 Die Chlamydien........................................ 449 12.6 Planctomyces: Ein stammesgeschichtlich einzigartiges, gestieltes Bakterium........................................... 452 12.7 Verrucomicrobium und Prosthecobacter....................... 453 12.8 Bacteroides und Flavobacterium............................ 454 12.9 Cytophaga und Verwandte................................. 455 12.10 Chlorobium und andere grüne Schwefelbakterien.................. 456 12.11 Spirochäten.......................................... 459 12.12 Deinococcus/Thermus 12.13 Chloroflexus 12.14 Thermotoga und Thermodesulfobacterium..................... 466 Aquifex, Thermocrinis und Verwandte......................... 467 12.15 Phylae 17 und 18: Nitrospira und Deferribacter.............. 468 Nitrospira, Deferribacter und Verwandte....................... 468 Verständnisfragen...................................... 470 Transferaufgaben....................................... 470 Kapitel 13: Die prokaryotische Vielfalt: D ieArchaea 13.1 Phylogenie und allgemeiner Metabolismus................. 472 Energiekonservierung und Autrophie bei Archaea.................. 473 13.2 Die Extrem halophile .Arciiaea................................. 474 Methanbildende Archaea: Die Methanogenen.................... 479 Thermoplasmatales: Hyperthermophile Euryarchaeota: Thermococcales und Methanopyrus .... 485 Hyperthermophile Euryarchaeota: Die Archaeoglobales............... 486 13.3 Das Habitate und Energiemetabolismus der Crenarchaeota................ 487 Hyperthermophile aus vulkanischen Habitaten auf dem Festland: Sulfolobales und Thermoproteales............................ 490 Hyperthermophile aus vulkanischen Habitaten im Meer: Desulfurococcales. . 493 13.4 Das Nanoarchaeum........................................ 495 13.5 Evolution und Leben bei hohen Temperaturen............... 496 Hitzestabilität und Biomoleküle.............................. 496 Hyperthermophile Archaea, H2 und die mikrobielle Evolution.......... 499 Verständnisfragen...................................... 501 Transferaufgaben....................................... 501 Kapitel 14: Zellbiologie der Eukaryoten und eukaryotische Mikroorganismen 14.1 Struktur und Funktion der eukaryotischen Zelle.............. 504 Die Struktur der Eukaryotenzelle und der Zellkern.................. 505 Organellen der Atmung und der Gärung: Mitochondrien und Hydrogenosomen....................................... 506 Organellen der Endosymbiose: Die Beziehung von Mitochondrien und Piastiden zu den Bakterien.................................. 508 Weitere Organellen und Strukturen der eukaryotischen Zelle............ 510 14.2 Grundlagen der Genetik und Molekularbiologie von Eukaryoten....................................... 512 Die Replikation linearer DNA................................ 512 Übersicht über die Genetik der Eukaryoten....................... 514 Ribozyme und RNA-Prozessierung............................. 516 14.3 Vielfalt der eukaryotischen Mikroorganismen................ 518 Phylogenie der Eukarya................................... 518 Protozoa Schleimpilze (Mycetozoa).................................. 526 Pilze................................................ 528 Algen............................................... 532 Verständnisfragen....................................... 537 Transferaufgaben........................................ 538 Kapitel 15: Mikrobielle Genomik 15.1 Genomische Klonierungstechniken........................ 541 Vektoren für die genomische Klonierung und Sequenzierung............ 541 Genomsequenzierung..................................... 544 Zuordnung der Genominformation............................ 545 15.2 Mikrobielle Genome................................... 547 Prokaryotische Genome: Größe und ORF-Gehalt.................... 547 Prokaryotische Genome: Bioinformatische Analyse und Genverteilung....................................... 549 Genome eukaryotischer Mikroorganismen........................ 553 15.3 Weitere Genome und Genomevolution..................... 554 Organellengenome....................................... 554 Evolution und Genfamilien................................. 558 „Schatzsuche im Genom .................................. 559 15.4 Genfunktion und Genregulation.......................... 561 Proteomik............................................ 561 Microarrays und das Transkriptom............................ 562 Verständnisfragen....................................... 565 Transferaufgaben........................................ 566 Kapitel 16: Vielfalt der Viren 16.1 Viren der Prokaryoten.................................. 568 RNA-Bakteriophagen..................................... 568 Ikosaedrische Bakteriophagen mit einzelsträngiger DNA............... 570 Filamentose Bakteriophagen Bakteriophagen mit doppelsträngiger DNA: Der Phage T7.............. 573 Phage Mu: Ein transponierbarer Bakteriophage mit doppelsträngiger DNA.................................... 576 Viren der Archaea....................................... 578 16.2 Viren der Eukaryoten................................... 579 Pflanzenviren.......................................... 579 Positivstrang-RNA-Viren der Tiere: Poliovirus und Coronaviren.......... 581 Negativstrang-RNA-Viren der Tiere: Tollwut, Influenza und verwandte Viren........................................ 584 Doppelstrang-RNA-Viren: Reoviren............................ 587 Die Replikation doppelsträngiger DNA-Viren in Tieren................ 588 Doppelsträngige DNA-Viren: Herpesviren........................ 590 Doppelsträngige DNA-Viren: Pockenviren........................ 591 Doppelsträngige DNA-Viren: Adenoviren........................ 593 Viren mit Reverser Transkriptase: Retroviren und Hepadnaviren.......... 593 Verständnisfragen....................................... 597 Transferaufgaben........................................ 598 TEIL Kapitel 17: Stoffwechselvielfalt 17.1 Die phototrophe Lebensweise............................ 604 Die Photosynthese....................................... 604 Photosynthesepigmente und ihre Loksalisation innerhalb der Zelle.......... 605 Carotinoide Anoxygene Photosynthese.................................. 611 Oxygène Die autotrophe Kohlendioxidfixierung: Der Calvinzyklus.............. 618 Die autotrophe Kohlendioxidfixierung: Der umgekehrte Zitronensäurezyklus und der Hydroxypropionatzyklus................ 620 17.2 Chemolithotrophie: Energiegewinnung durch die Anorganische Elektronendonatoren und Energetik.................. 621 Wasserstoffoxidation..................................... 622 Die Eisenoxidation Nitrifizierung 17.3 Anaerobe Nitratreduktion und der Denitrifikationsprozesss................... 633 Sulfatreduktion......................................... 635 Acetogenese........................................... 638 Methanogenese......................................... 640 Fe3+, Mangan, Chlorat und organische Elektronenakzeptoren............ 644 17.4 Die anaerobe Lebensweise: Gärungen und Syntrophie......... 647 Gärungen: Energetik und Betrachtungen zu Redoxprozessen............ 647 Vielfalt der Gärungen..................................... 649 Syntrophie............................................ 652 17.5 Kohlenwasserstoffoxidation und die Rolle des Sauer¬ stoffs im Katabolismus organischer Verbindungen............ 654 Molekularer Sauerstoff als Reaktionspartner bei biochemischen Reaktionen............................................ 654 Kohlenwasserstoffoxidation................................. 655 Methanotrophie und Methylotrophie........................... 656 Stoffwechsel der Hexosen, Pentosen und Polysaccharide.............. 658 Stoffwechsel organischer Säuren.............................. 661 Lipide 17.6 Stickstofffixierung..................................... 664 Nitrogenase und der Ablauf der Stickstofffixierung.................. 664 Genetik und Regulation der Stickstofffixierung..................... 668 Verständnisfragen....................................... 670 Transferaufgaben........................................ 671 Kapitel 18: Methoden der mikrobiellen Ökologie 18.1 Kulturabhängige Analysen mikrobieller Gemeinschaften...................................... 674 Anreicherung und Isolierung................................ 675 Isolierung von Reinkulturen................................. 679 18.2 Molekulare (kulturunabhängige) Analysen mikrobieller Gemeinschaften............................. 681 Bestimmung der Lebensfähigkeit und Quantifizierung mittels Färbemethoden.................................... 681 Genetische Färbemethoden................................. 684 Verknüpfung bestimmter Gene mit bestimmten Organismen durch PCR............................................ 685 Umweltgenomik (Metagenomik).............................. 688 18.3 Die Messung mikrobieller Aktivitäten in der Natur............. 689 Radioisotope und Mikroelektroden............................ 689 Stabile Isotope......................................... 692 Verständnisfragen....................................... 694 Transferaufgaben........................................ 694 Kapitel 19: Ökologie der Mikroorganismen 19.1 Mikrobielle Ökosysteme................................ 697 Populationen, Gilden und Gemeinschaften....................... 697 Umwelten und Mikroumwelten.............................. 697 Mikroorganismenwachstum auf Oberflächen und in Biofilmen........... 700 19.2 Mikrobielle Terrestrische Umwelten................................... 702 Süßwasserumwelten..................................... 706 19.3 Marine Mikrobiologie.................................. 708 Marine Habitate und mikrobielle Verteilung....................... 708 Mikrobiologie der Tiefsee.................................. 711 Hydrothermale Quellen.................................... 712 19.4 Die Kreisläufe des Kohlenstoffs und des Sauerstoffs........... 716 Der Kohlenstoffkreislauf................................... 716 Syntrophie und Methanogenese.............................. 719 Der Kohlenstoffkreislauf in Wiederkäuern........................ 723 19.5 Andere wichtige Nährstoffkreisläufe....................... 727 Der Stickstoffkreislauf.................................... 727 Der Schwefelkreislauf..................................... 729 Der Eisenkreislauf....................................... 730 19.6 Mikrobielle Umweltsanierung............................ 734 Mikrobielle Erzlaugung.................................... 734 Quecksilber und Schwermetalltransformationen.................... 736 Biologischer Erdölabbau................................... 738 Biologischer Abbau von Xenobiotika........................... 740 19.7 Mikrobielle Wechselwirkungen mit Pflanzen................. 743 Der Lebensraum Pflanze................................... 743 Flechten und Mycorrhiza.................................. 744 Agrobacterium und Wurzelhalsgallen........................... 746 Wurzelknöllchenbakterien und die Leguminosensymbiose............. 749 Verständnisfragen....................................... 755 Transferaufgaben........................................ 756 TEIL Kapitel 20: Die Kontrolle des mikrobiellen Wachstums 20.1 Methoden zur antimikrobiellen Kontrolle auf physikalischer Basis.................................... 761 Hitzesterilisation........................................ 761 Sterilisation durch Strahlung................................ 764 Filter-Sterilisation....................................... 766 20.2 Methoden zur antimikrobiellen Kontrolle auf chemischer Basis...................................... 768 Chemische Wachstumskontrolle.............................. 769 Chemische Agenzien mit antimikrobieller Wirkung zur äußerlichen Anwendung................................... 770 20.3 Antimikrobielle Agenzien für die Anwendung im lebenden Organismus................................ 773 Synthetische Wirkstoffe mit antimikrobieller Wirkung................ 773 Natürlich vorkommende Wirkstoffe mit antimikrobieller Wirkung: Antibiotika........................................... 777 ß-Lactam-Antibiotika: Penicilline und Cephalosporine................ 778 Antibiotika aus Prokaryoten................................. 780 20.4 Kontrolle von Viren und eukaryotischen Pathogenen.......... 781 Antivirale Wirkstoffe..................................... 781 Antimycotische Wirkstoffe.................................. 784 20.5 Resistenz gegen antimikrobielle Wirkstoffe und die Entwicklung neuer Wirkstoff Resistenz gegen antimikrobielle Wirkstoffe....................... 786 Die Suche nach neuen antimikrobiellen Wirkstoffen................. 792 Verständnisfragen....................................... 795 Transferaufgaben........................................ 795 Kapitel 21: Wechselwirkungen zwischen Mikroben und Menschen 21.1 Nutzbringende Wechselwirkungen zwischen Mikroben und Menschen................................ 798 Übersicht über Mensch/Mikroben-Wechselwirkungen................ 799 Die normale Mikroflora der Haut.............................. 800 Die normale Mikroflora der Mundhöhle......................... 801 Die normale Mikroflora des Magen-Darmtraktes.................... 804 Die normale Mikroflora anderer Körperregionen.................... 806 21.2 Schädliche Wechselwirkungen zwischen Mikroben und Menschen........................................ 808 Das Eindringen von Pathogenen in den Wirtsorganismus............... 809 Kolonisierung und Wachstum................................ 811 Virulenz............................................. 812 21.3 Virulenzfaktoren und Virulenzfaktoren........................................ 815 Exotoxine............................................ 816 Enterotoxine........................................... 819 Endotoxine........................................... 820 21.4 Wirtsfaktoren bei Infektionen............................ 822 Risikofaktoren für Infektionen auf Seiten des Wirtes.................. 822 Angeborene Resistenz gegen Infektion.......................... 823 Verständnisfragen....................................... 825 Transferaufgaben........................................ 826 Kapitel 22: Grundlagen der Immunologie 22.1 Übersicht über die Immunantwort......................... 830 Zellen und Organe des Immunsystems.......................... 830 Die angeborene Immunantwort............................... 833 Entzündung, Fieber und septischer Schock....................... 837 Die 22.2 Immunogene und Antigenpräsentation und T-Zellen............................. 841 Cytotoxische T-Zellen und natürliche Killerzellen................... 844 T-Helferzellen: Die Aktivierung des Immunsystems.................. 845 22.3 Antikörper und Immunität............................... 847 Antikörper (Immunglobuline)................................ 847 Antikörperproduktion.................................... 850 Komplement, Antikörper und Pathogenzerstörung.................. 852 22.4 Immunität und die Prävention von Infektionskrankheiten.................................. 855 Natürliche Immunität..................................... 855 Künstliche Immunität..................................... 856 Neue Impfstrategien...................................... 859 22.5 Krankheiten infolge fehlgeleiteter Immunreaktionen.......... 860 Allergien, Überempfindlichkeiten und Autoimmunität................ 860 Superantigene......................................... 864 Verständnisfragen....................................... 865 Transferaufgaben........................................ 866 Kapitel 23: Molekulare Immunologie 23.1 Rezeptoren und Immunität.............................. 869 Angeborene Immunität und Mustererkennung..................... 869 Adaptive 23.2 Der Haupthistokompatibilitätskomplex (MHC)............... 872 MHC-Proteinstmkturen.................................... 872 MHC-Gene und Polymorphismen............................. 874 23.3 Antikörper........................................... 875 Antikörperproteine und Antigenbindung........................ 875 Antikörpergene und Antikörpervielfalt.......................... 876 23.4 T-Zellrezeptoren...................................... 878 TCR-Proteine und Antigenbindung............................ 878 TCR-Gene und TCR-Vielfalt................................. 879 23.5 Molekulare Immunitätssignale........................... 879 Klonale Selektion und Toleranz............................... 880 Sekundärsignale........................................ 882 Cytokine und Chemokine.................................. 883 Verständnisfragen....................................... 885 Transferaufgaben........................................ 886 Kapitel 24: Diagnostische Mikrobiologie und Immunologie 24.1 Diagnostische Methoden, die auf Zellwachstum beruhen............................................ 888 Isolation von Pathogenen aus klinischen Proben.................... 888 Wachstunisabhängige Methoden der Identifizierung................. 895 Test der Empfindlichkeit gegen antimikrobielle Wirkstoffe............. 898 Sicherheit im mikrobiologischen Laboratorium..................... 901 24.2 Immunologische und klinische Methoden der Diagnostik........................................ 903 Immun-Tests auf Infektionskrankheiten......................... 903 Polyklonale und monoklonale Antikörper........................ 907 Antigen/Antikörper-Reaktionen in vitro: Serologie.................. 909 Agglutination.......................................... 911 Fluoreszierende Antikörper................................. 913 ELISA (enzym-gekoppelter Immunoblot-Verfahren.................................... 921 24.3 Molekulare und visuelle Methoden der Diagnostik............ 924 Nucleinsäure-Methoden................................... 924 Diagnostische Virologie.................................... 927 Verständnisfragen....................................... 929 Transferaufgaben........................................ 930 TEILV Mikrobielle Krankheiten Kapitel 25: Epidemiologie 25.1 Prinzipien der Epidemiologie............................. 934 Die Wissenschaft von der Epidemiologie......................... 935 Das Vokabular der Epidemiologie............................. 935 Krankheitsreservoire und Epidemien........................... 938 Die Übertragung infektiöser Krankheiten......................... 941 Die Gemeinschaft der Wirte................................. 943 25.2 Gegenwärtige Epidemien............................... 945 Die AIDS-Pandemie...................................... 946 In Krankenhäusern erworbene Infektionen (Nosokomiale Infektionen).................................. 947 Das schwere akute Atemwegssyndrom SARS...................... 949 25.3 Epidemiologie und öffentliche Gesundheit.................. 950 Öffentliche Gesundheitsmaßnahmen zur Kontrolle von Krankheiten........................................ 950 Überlegungen zur globalen Gesundheitsvorsorge.................... 954 Neue und wiederkehrende Infektionskrankheiten................... 955 Biologische Kriegsführung und biologische Waffen.................. 962 Milzbrand als biologische Waffe.............................. 964 Verständnisfragen....................................... 966 Transferaufgaben........................................ 967 Kapitel 26: Von Mensch zu Mensch übertragbare Krankheiten 26.1 Krankheitsübertragung durch die Luft...................... 970 Luftgetragene Streptokokken-Krankheiten................................. 972 Corynebacterium und Diphtherie............................. 975 Bordetella und Keuchhusten................................ 976 Mycobacterium, Tuberkulose und Lepra......................... 977 Neisseria meningitidis, Hirnhautentzündung und Meningokokkämie.................................... 981 Viren und Atemwegsinfektionen.............................. 982 Erkältung und Grippe (Influenza)............................. 985 26.2 Krankheitsübertragung durch direkten Kontakt.............. 988 Staphylococcus........................................ 989 Helicobacter Hepatitis-Viren......................................... 992 26.3 Krankheitsübertragung durch Sexualkontakt................ 994 Gonorrhöe und Syphilis................................... 995 Chlamydien, Herpes Das erworbene Immunschwächesyndrom AIDS und HIV...............1001 Verständnissfragen.......................................1011 Transferaufgaben........................................1011 Kapitel 27: Durch Wirbeltiere und Gliederfüßler übertra¬ gene sowie bodenassoziierte mikrobielle Erkrankungen 27.1 Krankheiten, die durch Wirbeltiere übertragen werden....................................ioi4 Tollwut..............................................1015 Hantavirus-Pulmonarsyndrom...............................1017 27.2 Krankheiten, die durch Gliederfüßler übertragen werden....................................1018 Durch Rickettsien verursachte Krankheiten....................... 1018 Lyme-Krankheit (Lyme-Borreliose)............................. 1021 Malaria.............................................. 1024 Westnilvirus........................................... 1028 Pest................................................ 1029 27.3 Bodenassoziierte Infektionskrankheiten....................1032 Pathogène Der Wundstarrkrampf (Tetanus)..............................1034 Verständnissfragen.......................................1036 Transferaufgaben........................................1036 Kapitel 28: Abwasserbehandlung, Wasserauf reinigung und wasserassoziierte mikrobielle Krankheiten 28.1 Abwasserbehandlung und Wasserauf reinigung..............1038 Öffentliche Gesundheit und Wasserqualität.......................1039 Abwasser und Abwasseraufbereitung...........................1041 Trinkwasserreinigung.....................................1044 28.2 Wasserassoziierte mikrobielle Krankheiten..................1047 Infektionsquellen wasserassoziierter Erreger......................1047 Cholera..............................................1048 Giardiose und Cryptosporidiose..............................1050 Die Legionärskrankheit (Legionellose).......................... 1052 Typhus Verständnisfragen....................................... 1055 Transferaufgaben........................................ 1055 Kapitel 29: Nahrungsmittelkonservierung und nahrungsmittelassoziierte mikrobielle Krankheiten 29.1 Nahrungsmittelkonservierung und mikrobielles Wachstum................................. 1058 Mikrobielles Wachstum und Nahrungsmittelzersetzung............... 1059 Nahrungsmittelkonservierung............................... 1060 Fermentierte Nahrungsmittel................................ 1063 29.2 Mikrobielle Probennahme und Lebensmittelvergiftung................................. 1O65 Nahrungsmittelassoziierte Krankheiten und mikrobielle Probennahme.......................................... 1065 Lebensmittelvergiftung durch Staphylokokken..................... 1067 Lebensmittelvergiftung durch Clostridien........................ 1068 29.3 Nahrungsmittelinfektionen.............................. iO7i Salmonellose Pathogène lis Campylobacter Listeriose Andere nahrungsmittelassoziierte Infektionskrankheiten.............. 1075 Verständnisfragen....................................... 1077 Transferaufgaben........................................ 1078 TEILVI Mikroorganismen in Industrie und Forschung Kapitel 30: Industrielle Mikrobiologie 30.1 Industrielle Mikroorganismen und Produktbildung............ 1082 Industrielle Mikroorganismen und ihre Produkte................... 1083 Primär- und Sekundärmetabolite.............................. 1084 Merkmale der Fermentationen im großen Maßstab................... 1085 Anpassung der Fermentation an große Maßstäbe.................... 1087 30.2 Die wichtigsten Produkte für die Gesundheitsindustrie............................. iO89 Antibiotika: Isolierung und Beschreibung........................ 1089 Industrielle Produktion von Penicillinen und Tetrazyklinen............ 1092 Vitamine und Aminosäuren................................. 1094 Steroide und Biotransformation.............................. 1095 Enzyme als industrielle Produkte............................. 1097 30.3 Die wichtigsten Produkte für die Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie................................. noo Alkohol und alkoholische Getränke............................ 1100 Essigherstellung........................................ 1106 Zitronensäure und andere organische Bestandteile.................. 1107 Hefe als Nahrungsmittel und Nahrungsmittelzusatz.................. 1108 Pilze als Nahrungsmittel................................... 1109 Verständnisfragen....................................... 1110 Transferaufgahen........................................ 1111 Kapitel 31: Gentechnologie und Biotechnologie 31.1 Die Techniken der Gentechnologie......................... 1114 Überblick über die Prinzipien der Gentechnologie................... 1115 Wirte für Klonierungsvektoren............................... 1116 Das Finden des richtigen Klons............................... 1118 Spezialisierte Vektoren.................................... 1120 Expression von Säugetiergenen in Bakterien....................... 1123 31.2 Praktischen Anwendungen der Gentechnologie.............. 1126 Die Herstellung von Insulin: Der Beginn der kommerziellen Biotechnologie......................................... 1126 Weitere Säugetierproteine und Säugetierprodukte................... 1128 Gentechnisch hergestellte Vakzinen............................ 1130 Gentechnologie bei Tieren und Humangenetik..................... 1132 Gentechnologie der landwirtschaftlichen Nutzpflanzen: Transgene Pflanzen...................................... 1135 Verständnisfragen....................................... 1138 Transferaufgaben........................................ 1139 Anhang Anhang 1 Energieberechnungen und mikrobielle Bioenergetik..........1142 Anhang 2 Genera und Anhang 3 Glossar......................................1161 Anhang 4 Index........................................1181
adam_txt	Inhaltsverzeichnis Vorwort.xxvii TEIL Kapitel 1: Mikroorganismen und Mikrobiologie 1.1 Einführung in die Mikrobiologie. 4 Mikrobiologie. 4 Mikroorganismen als Zellen. 5 Mikroorganismen und ihre natürliche Umgebung. 8 Der Einfluss von Mikroorganismen auf den Menschen. 9 1.2 Die Entdeckung der Mikrobiologie. 12 Die historischen Wurzeln der Mikrobiologie: Hooke, van Leeuwenhoek und Cohn. 12 Pasteur, Mikrobielle Diversität und die Entstehung der Allgemeinen Mikrobiologie. 19 Die Ära der modernen Mikrobiologie. 22 Verständnisfragen. 24 Transferaufgaben. 24 Kapitel 2: Überblick über das mikrobielle Leben 2.1 Zellstruktur und Evolutionsgeschichte. 26 Zellelemente und Die Anordnung der DNA in mikrobiellen Zellen. 29 Der Stammbaum des Lebens. 30 2.2 Mikrobielle Diversität. 32 Die physiologische Diversität von Mikroorganismen. 32 Die Diversität der Prokaryoten. 34 Eukaryotische Mikroorganismen. 39 Verständnisfragen. 41 Transferaufgaben. 42 Kapitel 3: Makromoleküle 3.1 Chemische Bindungen und Wasser in lebenden Systemen. 44 Starke und schwache chemische Bindungen. 44 Ein Überblick über Makromoleküle und Wasser als Lösungsmittel des Lebens. 47 3.2 Nicht informationstragende Makromoleküle. 49 Polysaccharide. 49 Lipide 3.3 Informationstragende Makromoleküle. 5i Nucleinsäuren. 51 Aminosäuren und die Peptidbindung. 53 Proteine: Primär- und Sekundärstruktur. 56 Proteine: Höhere Strukturordnung und Denaturierung. 57 Verständnisfragen. 59 Transferaufgaben. 59 Kapitel 4: Zellstruktur und Zellfunktion 4.1 Mikroskopie und Zellmorphologie. 62 Die Lichtmikroskopie. 63 Dreidimensionale Bilderzeugung: Interferenzkontrast-, Rasterkraft-und konfokale Rasterlasermikroskopie. 67 Elektronenmikroskopie. 69 Zellmorphologie und was es bedeutet, klein zu sein. 70 4.2 Zellmembranen und Zellwände. 73 Die Cytoplasmamembran: Struktur. 73 Die Cytoplasmamembran: Funktion. 76 Membrantransportsysteme. 78 Die Zellwand von Prokaryoten: Peptidoglykan und verwandte Moleküle. 81 Die äußere Membran gramnegativer 4.3 Oberflächenstrukturen und Zelleinschlüsse von Prokaryoten. 89 Bakterielle Zelloberflächenstrukturen. 89 Zelleinschlüsse. 91 Gasvesikel. 93 Endosporen. 94 4.4 Mikrobielle Bewegung. 100 Geißeln und Beweglichkeit. 100 Die Gleitbewegung. 103 Zellbewegung als Verhaltensreaktion: Chemotaxis und Phototaxis. 105 Verständnisfragen. 109 Transferaufgaben. 109 Kapitel 5: Ernährung, Laborkultivierung und Metabolismus von Organismen 5.1 Ernährung und Kultivierung von Mikroorganismen. 112 Mikrobielle Ernährung. 113 Kulturmedien. 116 Die Laborkultur von Mikroorganismen. 118 5.2 Energetik und Enzyme. 120 Bioenergetik. 120 Katalyse und Enzyme. 121 5.3 Oxidation-Reduktion und energiereiche Verbindungen. 124 Oxidation-Reduktion. 124 NAD Energiereiche Verbindungen und Energiespeicherung. 128 5.4 Die wichtigsten Wege des Katabolismus, Elektronen¬ transport und die protonenmotorische Kraft. 129 Energiespeicherung: Verschiedene Möglichkeiten. 130 Glykolyse als Beispiel für eine Fermentation. 130 Atmung und membrangebundene Elektronenüberträger. 132 Energiespeicherung aus der protonenmotorischen Kraft. 136 5.5 Kohlenstofffluss bei der Atmung und Alternativen des Katabolismus. 139 Kohlenstofffluss bei der Atmung: Der Zitronensäurezyklus. 139 Alternativen des Katabolismus. 140 5.6 Biosynthese. 143 Die Biosynthese von Zuckern und Polysacchariden. 143 Die Biosynthese von Aminosäuren und Nucleotiden. 145 Biosynthese der Fettsäuren und Verständnisfragen. 147 Transferaufgaben. 148 Kapitel 6: Mikrobielles Wachstum 6.1 Die bakterielle Zellteilung. 150 Zellwachstum und Zweiteilung. 150 Fts-Proteine, Zellteilungsebene und Zellmorphologie. 151 Peptidoglykansynthese und Zellteilung. 153 6.2 Wachstum von Bakterienpopulationen. 155 Terminologie des Wachstums und das Prinzip des exponentiellen Wachstums. 155 Die Mathematik des exponentiellen Wachstums. 156 Der Wachstumskreislauf. 157 6.3 Messung mikrobiellen Wachstums. i59 Direkte Messung mikrobiellen Wachstums: Gesamtkeimzahlzählung und Lebendkeimzahlzählung. 159 Indirekte Messung mikrobiellen Wachstums: Trübung. 162 Die kontinuierliche Kultur: Der Chemostat. 164 6.4 Umwelteinflüsse auf mikrobielles Wachstum: Temperatur. 166 Der Einfluss der Temperatur auf das Wachstum. 166 Mikrobielles Wachstum und kalte Temperaturen. 168 Mikrobielles Wachstum bei hohen Temperaturen. 171 6.5 Umwelteinflüsse auf das mikrobielle Wachstum: pH-Wert, Osmolarität und Sauerstoff. 173 Mikrobielles Wachstum bei hohen und niedrigen pH-Werten. 173 Osmotische Einflüsse auf das mikrobielle Wachstum. 175 Sauerstoff und mikrobielles Wachstum. 178 Toxische Formen des Sauerstoffs. 180 Verständnisfragen. 182 Transferaufgaben. 183 Kapitel 7: Grundlagen der Molekularbiologie 7.1 Gene und Genexpression. 186 Makromoleküle und genetische Information. 186 7.2 Die DNA-Struktur. 188 DNA-Struktur: Die Doppelhelix. 188 DNA-Struktur: Überspiralisierung. 191 Chromosomen und andere genetische Elemente. 194 7.3 DNA-Replikation. 196 DNA-Replikation: Matrizen und Enzyme. 196 DNA-Replikation: Die Replikationsgabel. 197 7.4 Werkzeuge der DNA-Technologie. 202 Restriktionsenzyme und Hybridisierung. 202 Sequenzierung und DNA-Synthese. 205 DNA-Amplifizierung: Die Polymerasekettenreaktion. 207 7.5 Die RNA-Synthese: Transkription. 209 Überblick über die Transkription. 209 Die Vielfalt der Sigma-Faktoren, Konsensus-Sequenzen und weitere RNA-Polymerasen. 211 Transkriptionsterminatoren. 213 Die Transkriptionseinheit. 214 7.6 Die Proteinsynthese. Der genetische Code. 215 Die Transfer-RNA. 219 Translation: Der Vorgang der Proteinsynthese. 221 Die Faltung und Ausscheidung von Proteinen. 224 Verständnisfragen. 227 Transferaufgaben. 227 Kapitel 8: Die Regulation des Metabolismus 8.1 Überblick über die Regulation. 230 Die wichtigsten Arten der Regulation. 230 8.2 Die Regulation der Enzymaktivität. 231 Die nichtkovalente Enzymhemmung. 231 Kovalente Modifikation von Enzymen. 233 8.3 DNA-Bindeproteine und die Regulation der Transkription durch positive und negative Kontrolle. 235 DNA-Bindeproteine. 235 Die negative Kontrolle der Transkription: Repression und Induktion. 238 Die positive Kontrolle der Transkription. 240 8.4 Globale Regulationsmechanismen. 241 Globale Kontrolle und das iac-Operon. 242 Die Weitere Netzwerke globaler Kontrolle. 245 Quorum 8.5 Weitere Regulationsmechanismen. 248 Attenuation Signaltransduktion und Zweikomponentenregulationssysteme. 250 Regulation der Chemotaxis. 252 RNA-Regulation und Riboswitches. 254 Verständnisfragen. 256 Transferaufgaben. 256 Kapitel 9: Grundlagen der Virologie 9.1 Virus und Virion. 259 Allgemeine Eigenschaften von Viren. 259 Die Natur der Virionen. 260 9.2 Wachstum und Quantifizierung. 263 Der Viruswirt. 263 Die Quantifizierung von Viren. 264 9.3 Allgemeine Merkmale der Virusreplikation. 265 Virusreplikation: Anheften und Eindringen. 267 Virusmultiplikation: Bildung viraler Nucleinsäure und viraler Proteine. 268 9.4 Überblick über bakterielle Viren. 271 Virulente Bakteriophagen und T4. 271 Temperente Bakteriophagen. 273 Der Bakteriophage Überblick über die tierischen Viren. 278 Retroviren. 280 9.5 Viroide und Prionen. 282 Verständnisfragen. 284 Transferaufgaben. 284 Kapitel 10: Bakteriengenetik 10.1 Mutation und Rekombination. 286 Mutationen und Mutanten. 287 Die molekularen Grundlagen der Mutation. 289 Mutationsraten. 292 Mutagenese. 293 Mutagenese und Carcinogenese: Der Arnes-Test. 296 Genetische Rekombination. 297 10.2 Genetischer Austausch bei Prokaryoten. 299 Transformation. 299 Transduktion. 303 Plasmide: Allgemeine Grundlagen. 305 Typen von Plasmiden und ihre biologische Bedeutung. 307 Konjugation: Die wichtigsten Merkmale. 310 Die Bildung von Hfr-Stämmen und die Mobilisierung von Chromosomen. 312 Komplementation. 315 Transposons 10.3 Bakteriengenetik und Genklonierung. 320 Grundlagen des molekularen Klonierens. 320 Plasmide als Klonierungsvektoren. 321 Der Lambda-Bakteriophage als Klonierungsvektor. 323 In vitro und locusspezifische Mutagenese. 325 10.4 Das bakterielle Chromosom. 327 Die genetische Karte des Chromosoms von Escherichia Verständnisfragen. 331 Transferaufgaben. 332 TEIL Kapitel 11: Mikrobielle Evolution und Systematik 11.1 Die frühe Erde, der Ursprung des Lebens und die mikrobielle Vielfalt. 337 Evolution der Erde und früheste Lebensformen. 337 Frühes Leben: Die RNA-Welt und molekulare Codierung. 339 Frühes Leben: Energie- und Kohlenstoffmetabolismus. 341 Eukaryoten und Organellen: Endosymbiose. 343 11.2 Methoden zur Bestimmung evolutionärer Verwandtschaften. 346 Evolutionäre Zeitmesser. 346 Ribosomale RNA-Sequenzierung als Instrument der molekularen Evolution. 347 Signatursequenzen, phylogenetische Sonden und Analysen mikrobieller Gemeinschaften. 349 11.3 Die mikrobielle Evolution. 351 Die mikrobielle Phylogenie abgeleitet von ribosomalen RNA-Sequenzen. 351 Eigenschaften der Domänen des Lebens. 354 11.4 Mikrobielle Taxonomie und ihre Beziehung zur Phylogenie. 356 Die klassische Taxonomie. 356 Chemotaxonomie. 359 Der Spezies-Begriff in der Mikrobiologie. 362 Nomenklatur und Bergey 's Manual. 365 Verständnisfragen. 367 Transferaufgaben. 367 Kapitel 12: Die prokaryotische Vielfalt: Die Bakterien (Bacteria) 12.1 Die Stammesgeschichte der Übersicht über die Stammesgeschichte der 12.2 Phototrophe Purpurbakterien. 373 Nitrifizierende Bakterien. 377 Schwefel-und Eisenoxidierende Bakterien. 379 Wasserstoffoxidierende Bakterien. 382 Methanotrophe und Methylotrophe. 384 Pseudomonas und die Pseudomonaden. 387 Essigsäurebakterien. 391 Frei lebende, aerobe, stickstofffixierende Bakterien. 392 Neisseria, Chromobacterium und Verwandte. 394 Enterobakterien. 395 Vibrio und Photobacterium. 399 Rickettsien. 401 Spirillen. 404 Proteobakterien mit Scheiden: Sphaerotilus und Leptothrix. 407 Knospende und prosthekate/gestielte Bakterien. 410 Gleitende Myxobakterien. 414 Sulfat-und schwefelreduzierende Proteobakterien. 417 12.3 Phylae 2 und 3: Grampositive Bakterien (Firmicutes) und Actinobacteria. 420 Nichtsporenbildende grampositive Bakterien mit niedrigem GC-Wert: Milchsäurebakterien und Verwandte. 420 Sporenbildende grampositive Bakterien mit niedrigem GC-Wert: Bacillus, Clostridium Zellwandlose grampositive Bakterien mit niedrigem GC-Wert (Mollicutes): Die Mycoplasmen. 432 Grampositive Bakterien mit hohem GC-Gehalt (Actinobacteria): Coryneforme und Propionsäurebakterien. 434 Actinobacteria: Mycobacterium. 436 Filamentose 12.4 Cyanobakterien. 444 Prochlorophyta und Chloroplasten. 447 12.5 Die Chlamydien. 449 12.6 Planctomyces: Ein stammesgeschichtlich einzigartiges, gestieltes Bakterium. 452 12.7 Verrucomicrobium und Prosthecobacter. 453 12.8 Bacteroides und Flavobacterium. 454 12.9 Cytophaga und Verwandte. 455 12.10 Chlorobium und andere grüne Schwefelbakterien. 456 12.11 Spirochäten. 459 12.12 Deinococcus/Thermus 12.13 Chloroflexus 12.14 Thermotoga und Thermodesulfobacterium. 466 Aquifex, Thermocrinis und Verwandte. 467 12.15 Phylae 17 und 18: Nitrospira und Deferribacter. 468 Nitrospira, Deferribacter und Verwandte. 468 Verständnisfragen. 470 Transferaufgaben. 470 Kapitel 13: Die prokaryotische Vielfalt: D'ieArchaea 13.1 Phylogenie und allgemeiner Metabolismus. 472 Energiekonservierung und Autrophie bei Archaea. 473 13.2 Die Extrem halophile .Arciiaea. 474 Methanbildende Archaea: Die Methanogenen. 479 Thermoplasmatales: Hyperthermophile Euryarchaeota: Thermococcales und Methanopyrus . 485 Hyperthermophile Euryarchaeota: Die Archaeoglobales. 486 13.3 Das Habitate und Energiemetabolismus der Crenarchaeota. 487 Hyperthermophile aus vulkanischen Habitaten auf dem Festland: Sulfolobales und Thermoproteales. 490 Hyperthermophile aus vulkanischen Habitaten im Meer: Desulfurococcales. . 493 13.4 Das Nanoarchaeum. 495 13.5 Evolution und Leben bei hohen Temperaturen. 496 Hitzestabilität und Biomoleküle. 496 Hyperthermophile Archaea, H2 und die mikrobielle Evolution. 499 Verständnisfragen. 501 Transferaufgaben. 501 Kapitel 14: Zellbiologie der Eukaryoten und eukaryotische Mikroorganismen 14.1 Struktur und Funktion der eukaryotischen Zelle. 504 Die Struktur der Eukaryotenzelle und der Zellkern. 505 Organellen der Atmung und der Gärung: Mitochondrien und Hydrogenosomen. 506 Organellen der Endosymbiose: Die Beziehung von Mitochondrien und Piastiden zu den Bakterien. 508 Weitere Organellen und Strukturen der eukaryotischen Zelle. 510 14.2 Grundlagen der Genetik und Molekularbiologie von Eukaryoten. 512 Die Replikation linearer DNA. 512 Übersicht über die Genetik der Eukaryoten. 514 Ribozyme und RNA-Prozessierung. 516 14.3 Vielfalt der eukaryotischen Mikroorganismen. 518 Phylogenie der Eukarya. 518 Protozoa Schleimpilze (Mycetozoa). 526 Pilze. 528 Algen. 532 Verständnisfragen. 537 Transferaufgaben. 538 Kapitel 15: Mikrobielle Genomik 15.1 Genomische Klonierungstechniken. 541 Vektoren für die genomische Klonierung und Sequenzierung. 541 Genomsequenzierung. 544 Zuordnung der Genominformation. 545 15.2 Mikrobielle Genome. 547 Prokaryotische Genome: Größe und ORF-Gehalt. 547 Prokaryotische Genome: Bioinformatische Analyse und Genverteilung. 549 Genome eukaryotischer Mikroorganismen. 553 15.3 Weitere Genome und Genomevolution. 554 Organellengenome. 554 Evolution und Genfamilien. 558 „Schatzsuche im Genom". 559 15.4 Genfunktion und Genregulation. 561 Proteomik. 561 Microarrays und das Transkriptom. 562 Verständnisfragen. 565 Transferaufgaben. 566 Kapitel 16: Vielfalt der Viren 16.1 Viren der Prokaryoten. 568 RNA-Bakteriophagen. 568 Ikosaedrische Bakteriophagen mit einzelsträngiger DNA. 570 Filamentose Bakteriophagen Bakteriophagen mit doppelsträngiger DNA: Der Phage T7. 573 Phage Mu: Ein transponierbarer Bakteriophage mit doppelsträngiger DNA. 576 Viren der Archaea. 578 16.2 Viren der Eukaryoten. 579 Pflanzenviren. 579 Positivstrang-RNA-Viren der Tiere: Poliovirus und Coronaviren. 581 Negativstrang-RNA-Viren der Tiere: Tollwut, Influenza und verwandte Viren. 584 Doppelstrang-RNA-Viren: Reoviren. 587 Die Replikation doppelsträngiger DNA-Viren in Tieren. 588 Doppelsträngige DNA-Viren: Herpesviren. 590 Doppelsträngige DNA-Viren: Pockenviren. 591 Doppelsträngige DNA-Viren: Adenoviren. 593 Viren mit Reverser Transkriptase: Retroviren und Hepadnaviren. 593 Verständnisfragen. 597 Transferaufgaben. 598 TEIL Kapitel 17: Stoffwechselvielfalt 17.1 Die phototrophe Lebensweise. 604 Die Photosynthese. 604 Photosynthesepigmente und ihre Loksalisation innerhalb der Zelle. 605 Carotinoide Anoxygene Photosynthese. 611 Oxygène Die autotrophe Kohlendioxidfixierung: Der Calvinzyklus. 618 Die autotrophe Kohlendioxidfixierung: Der umgekehrte Zitronensäurezyklus und der Hydroxypropionatzyklus. 620 17.2 Chemolithotrophie: Energiegewinnung durch die Anorganische Elektronendonatoren und Energetik. 621 Wasserstoffoxidation. 622 Die Eisenoxidation Nitrifizierung 17.3 Anaerobe Nitratreduktion und der Denitrifikationsprozesss. 633 Sulfatreduktion. 635 Acetogenese. 638 Methanogenese. 640 Fe3+, Mangan, Chlorat und organische Elektronenakzeptoren. 644 17.4 Die anaerobe Lebensweise: Gärungen und Syntrophie. 647 Gärungen: Energetik und Betrachtungen zu Redoxprozessen. 647 Vielfalt der Gärungen. 649 Syntrophie. 652 17.5 Kohlenwasserstoffoxidation und die Rolle des Sauer¬ stoffs im Katabolismus organischer Verbindungen. 654 Molekularer Sauerstoff als Reaktionspartner bei biochemischen Reaktionen. 654 Kohlenwasserstoffoxidation. 655 Methanotrophie und Methylotrophie. 656 Stoffwechsel der Hexosen, Pentosen und Polysaccharide. 658 Stoffwechsel organischer Säuren. 661 Lipide 17.6 Stickstofffixierung. 664 Nitrogenase und der Ablauf der Stickstofffixierung. 664 Genetik und Regulation der Stickstofffixierung. 668 Verständnisfragen. 670 Transferaufgaben. 671 Kapitel 18: Methoden der mikrobiellen Ökologie 18.1 Kulturabhängige Analysen mikrobieller Gemeinschaften. 674 Anreicherung und Isolierung. 675 Isolierung von Reinkulturen. 679 18.2 Molekulare (kulturunabhängige) Analysen mikrobieller Gemeinschaften. 681 Bestimmung der Lebensfähigkeit und Quantifizierung mittels Färbemethoden. 681 Genetische Färbemethoden. 684 Verknüpfung bestimmter Gene mit bestimmten Organismen durch PCR. 685 Umweltgenomik (Metagenomik). 688 18.3 Die Messung mikrobieller Aktivitäten in der Natur. 689 Radioisotope und Mikroelektroden. 689 Stabile Isotope. 692 Verständnisfragen. 694 Transferaufgaben. 694 Kapitel 19: Ökologie der Mikroorganismen 19.1 Mikrobielle Ökosysteme. 697 Populationen, Gilden und Gemeinschaften. 697 Umwelten und Mikroumwelten. 697 Mikroorganismenwachstum auf Oberflächen und in Biofilmen. 700 19.2 Mikrobielle Terrestrische Umwelten. 702 Süßwasserumwelten. 706 19.3 Marine Mikrobiologie. 708 Marine Habitate und mikrobielle Verteilung. 708 Mikrobiologie der Tiefsee. 711 Hydrothermale Quellen. 712 19.4 Die Kreisläufe des Kohlenstoffs und des Sauerstoffs. 716 Der Kohlenstoffkreislauf. 716 Syntrophie und Methanogenese. 719 Der Kohlenstoffkreislauf in Wiederkäuern. 723 19.5 Andere wichtige Nährstoffkreisläufe. 727 Der Stickstoffkreislauf. 727 Der Schwefelkreislauf. 729 Der Eisenkreislauf. 730 19.6 Mikrobielle Umweltsanierung. 734 Mikrobielle Erzlaugung. 734 Quecksilber und Schwermetalltransformationen. 736 Biologischer Erdölabbau. 738 Biologischer Abbau von Xenobiotika. 740 19.7 Mikrobielle Wechselwirkungen mit Pflanzen. 743 Der Lebensraum Pflanze. 743 Flechten und Mycorrhiza. 744 Agrobacterium und Wurzelhalsgallen. 746 Wurzelknöllchenbakterien und die Leguminosensymbiose. 749 Verständnisfragen. 755 Transferaufgaben. 756 TEIL Kapitel 20: Die Kontrolle des mikrobiellen Wachstums 20.1 Methoden zur antimikrobiellen Kontrolle auf physikalischer Basis. 761 Hitzesterilisation. 761 Sterilisation durch Strahlung. 764 Filter-Sterilisation. 766 20.2 Methoden zur antimikrobiellen Kontrolle auf chemischer Basis. 768 Chemische Wachstumskontrolle. 769 Chemische Agenzien mit antimikrobieller Wirkung zur äußerlichen Anwendung. 770 20.3 Antimikrobielle Agenzien für die Anwendung im lebenden Organismus. 773 Synthetische Wirkstoffe mit antimikrobieller Wirkung. 773 Natürlich vorkommende Wirkstoffe mit antimikrobieller Wirkung: Antibiotika. 777 ß-Lactam-Antibiotika: Penicilline und Cephalosporine. 778 Antibiotika aus Prokaryoten. 780 20.4 Kontrolle von Viren und eukaryotischen Pathogenen. 781 Antivirale Wirkstoffe. 781 Antimycotische Wirkstoffe. 784 20.5 Resistenz gegen antimikrobielle Wirkstoffe und die Entwicklung neuer Wirkstoff Resistenz gegen antimikrobielle Wirkstoffe. 786 Die Suche nach neuen antimikrobiellen Wirkstoffen. 792 Verständnisfragen. 795 Transferaufgaben. 795 Kapitel 21: Wechselwirkungen zwischen Mikroben und Menschen 21.1 Nutzbringende Wechselwirkungen zwischen Mikroben und Menschen. 798 Übersicht über Mensch/Mikroben-Wechselwirkungen. 799 Die normale Mikroflora der Haut. 800 Die normale Mikroflora der Mundhöhle. 801 Die normale Mikroflora des Magen-Darmtraktes. 804 Die normale Mikroflora anderer Körperregionen. 806 21.2 Schädliche Wechselwirkungen zwischen Mikroben und Menschen. 808 Das Eindringen von Pathogenen in den Wirtsorganismus. 809 Kolonisierung und Wachstum. 811 Virulenz. 812 21.3 Virulenzfaktoren und Virulenzfaktoren. 815 Exotoxine. 816 Enterotoxine. 819 Endotoxine. 820 21.4 Wirtsfaktoren bei Infektionen. 822 Risikofaktoren für Infektionen auf Seiten des Wirtes. 822 Angeborene Resistenz gegen Infektion. 823 Verständnisfragen. 825 Transferaufgaben. 826 Kapitel 22: Grundlagen der Immunologie 22.1 Übersicht über die Immunantwort. 830 Zellen und Organe des Immunsystems. 830 Die angeborene Immunantwort. 833 Entzündung, Fieber und septischer Schock. 837 Die 22.2 Immunogene und Antigenpräsentation und T-Zellen. 841 Cytotoxische T-Zellen und natürliche Killerzellen. 844 T-Helferzellen: Die Aktivierung des Immunsystems. 845 22.3 Antikörper und Immunität. 847 Antikörper (Immunglobuline). 847 Antikörperproduktion. 850 Komplement, Antikörper und Pathogenzerstörung. 852 22.4 Immunität und die Prävention von Infektionskrankheiten. 855 Natürliche Immunität. 855 Künstliche Immunität. 856 Neue Impfstrategien. 859 22.5 Krankheiten infolge fehlgeleiteter Immunreaktionen. 860 Allergien, Überempfindlichkeiten und Autoimmunität. 860 Superantigene. 864 Verständnisfragen. 865 Transferaufgaben. 866 Kapitel 23: Molekulare Immunologie 23.1 Rezeptoren und Immunität. 869 Angeborene Immunität und Mustererkennung. 869 Adaptive 23.2 Der Haupthistokompatibilitätskomplex (MHC). 872 MHC-Proteinstmkturen. 872 MHC-Gene und Polymorphismen. 874 23.3 Antikörper. 875 Antikörperproteine und Antigenbindung. 875 Antikörpergene und Antikörpervielfalt. 876 23.4 T-Zellrezeptoren. 878 TCR-Proteine und Antigenbindung. 878 TCR-Gene und TCR-Vielfalt. 879 23.5 Molekulare Immunitätssignale. 879 Klonale Selektion und Toleranz. 880 Sekundärsignale. 882 Cytokine und Chemokine. 883 Verständnisfragen. 885 Transferaufgaben. 886 Kapitel 24: Diagnostische Mikrobiologie und Immunologie 24.1 Diagnostische Methoden, die auf Zellwachstum beruhen. 888 Isolation von Pathogenen aus klinischen Proben. 888 Wachstunisabhängige Methoden der Identifizierung. 895 Test der Empfindlichkeit gegen antimikrobielle Wirkstoffe. 898 Sicherheit im mikrobiologischen Laboratorium. 901 24.2 Immunologische und klinische Methoden der Diagnostik. 903 Immun-Tests auf Infektionskrankheiten. 903 Polyklonale und monoklonale Antikörper. 907 Antigen/Antikörper-Reaktionen in vitro: Serologie. 909 Agglutination. 911 Fluoreszierende Antikörper. 913 ELISA (enzym-gekoppelter Immunoblot-Verfahren. 921 24.3 Molekulare und visuelle Methoden der Diagnostik. 924 Nucleinsäure-Methoden. 924 Diagnostische Virologie. 927 Verständnisfragen. 929 Transferaufgaben. 930 TEILV Mikrobielle Krankheiten Kapitel 25: Epidemiologie 25.1 Prinzipien der Epidemiologie. 934 Die Wissenschaft von der Epidemiologie. 935 Das Vokabular der Epidemiologie. 935 Krankheitsreservoire und Epidemien. 938 Die Übertragung infektiöser Krankheiten. 941 Die Gemeinschaft der Wirte. 943 25.2 Gegenwärtige Epidemien. 945 Die AIDS-Pandemie. 946 In Krankenhäusern erworbene Infektionen (Nosokomiale Infektionen). 947 Das schwere akute Atemwegssyndrom SARS. 949 25.3 Epidemiologie und öffentliche Gesundheit. 950 Öffentliche Gesundheitsmaßnahmen zur Kontrolle von Krankheiten. 950 Überlegungen zur globalen Gesundheitsvorsorge. 954 Neue und wiederkehrende Infektionskrankheiten. 955 Biologische Kriegsführung und biologische Waffen. 962 Milzbrand als biologische Waffe. 964 Verständnisfragen. 966 Transferaufgaben. 967 Kapitel 26: Von Mensch zu Mensch übertragbare Krankheiten 26.1 Krankheitsübertragung durch die Luft. 970 Luftgetragene Streptokokken-Krankheiten. 972 Corynebacterium und Diphtherie. 975 Bordetella und Keuchhusten. 976 Mycobacterium, Tuberkulose und Lepra. 977 Neisseria meningitidis, Hirnhautentzündung und Meningokokkämie. 981 Viren und Atemwegsinfektionen. 982 Erkältung und Grippe (Influenza). 985 26.2 Krankheitsübertragung durch direkten Kontakt. 988 Staphylococcus. 989 Helicobacter Hepatitis-Viren. 992 26.3 Krankheitsübertragung durch Sexualkontakt. 994 Gonorrhöe und Syphilis. 995 Chlamydien, Herpes Das erworbene Immunschwächesyndrom AIDS und HIV.1001 Verständnissfragen.1011 Transferaufgaben.1011 Kapitel 27: Durch Wirbeltiere und Gliederfüßler übertra¬ gene sowie bodenassoziierte mikrobielle Erkrankungen 27.1 Krankheiten, die durch Wirbeltiere übertragen werden.ioi4 Tollwut.1015 Hantavirus-Pulmonarsyndrom.1017 27.2 Krankheiten, die durch Gliederfüßler übertragen werden.1018 Durch Rickettsien verursachte Krankheiten. 1018 Lyme-Krankheit (Lyme-Borreliose). 1021 Malaria. 1024 Westnilvirus. 1028 Pest. 1029 27.3 Bodenassoziierte Infektionskrankheiten.1032 Pathogène Der Wundstarrkrampf (Tetanus).1034 Verständnissfragen.1036 Transferaufgaben.1036 Kapitel 28: Abwasserbehandlung, Wasserauf reinigung und wasserassoziierte mikrobielle Krankheiten 28.1 Abwasserbehandlung und Wasserauf reinigung.1038 Öffentliche Gesundheit und Wasserqualität.1039 Abwasser und Abwasseraufbereitung.1041 Trinkwasserreinigung.1044 28.2 Wasserassoziierte mikrobielle Krankheiten.1047 Infektionsquellen wasserassoziierter Erreger.1047 Cholera.1048 Giardiose und Cryptosporidiose.1050 Die Legionärskrankheit (Legionellose). 1052 Typhus Verständnisfragen. 1055 Transferaufgaben. 1055 Kapitel 29: Nahrungsmittelkonservierung und nahrungsmittelassoziierte mikrobielle Krankheiten 29.1 Nahrungsmittelkonservierung und mikrobielles Wachstum. 1058 Mikrobielles Wachstum und Nahrungsmittelzersetzung. 1059 Nahrungsmittelkonservierung. 1060 Fermentierte Nahrungsmittel. 1063 29.2 Mikrobielle Probennahme und Lebensmittelvergiftung. 1O65 Nahrungsmittelassoziierte Krankheiten und mikrobielle Probennahme. 1065 Lebensmittelvergiftung durch Staphylokokken. 1067 Lebensmittelvergiftung durch Clostridien. 1068 29.3 Nahrungsmittelinfektionen. iO7i Salmonellose Pathogène lis Campylobacter Listeriose Andere nahrungsmittelassoziierte Infektionskrankheiten. 1075 Verständnisfragen. 1077 Transferaufgaben. 1078 TEILVI Mikroorganismen in Industrie und Forschung Kapitel 30: Industrielle Mikrobiologie 30.1 Industrielle Mikroorganismen und Produktbildung. 1082 Industrielle Mikroorganismen und ihre Produkte. 1083 Primär- und Sekundärmetabolite. 1084 Merkmale der Fermentationen im großen Maßstab. 1085 Anpassung der Fermentation an große Maßstäbe. 1087 30.2 Die wichtigsten Produkte für die Gesundheitsindustrie. iO89 Antibiotika: Isolierung und Beschreibung. 1089 Industrielle Produktion von Penicillinen und Tetrazyklinen. 1092 Vitamine und Aminosäuren. 1094 Steroide und Biotransformation. 1095 Enzyme als industrielle Produkte. 1097 30.3 Die wichtigsten Produkte für die Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie. noo Alkohol und alkoholische Getränke. 1100 Essigherstellung. 1106 Zitronensäure und andere organische Bestandteile. 1107 Hefe als Nahrungsmittel und Nahrungsmittelzusatz. 1108 Pilze als Nahrungsmittel. 1109 Verständnisfragen. 1110 Transferaufgahen. 1111 Kapitel 31: Gentechnologie und Biotechnologie 31.1 Die Techniken der Gentechnologie. 1114 Überblick über die Prinzipien der Gentechnologie. 1115 Wirte für Klonierungsvektoren. 1116 Das Finden des richtigen Klons. 1118 Spezialisierte Vektoren. 1120 Expression von Säugetiergenen in Bakterien. 1123 31.2 Praktischen Anwendungen der Gentechnologie. 1126 Die Herstellung von Insulin: Der Beginn der kommerziellen Biotechnologie. 1126 Weitere Säugetierproteine und Säugetierprodukte. 1128 Gentechnisch hergestellte Vakzinen. 1130 Gentechnologie bei Tieren und Humangenetik. 1132 Gentechnologie der landwirtschaftlichen Nutzpflanzen: Transgene Pflanzen. 1135 Verständnisfragen. 1138 Transferaufgaben. 1139 Anhang Anhang 1 Energieberechnungen und mikrobielle Bioenergetik.1142 Anhang 2 Genera und Anhang 3 Glossar.1161 Anhang 4 Index.1181
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