Mikrobiologie: eine Wissenschaft mit Zukunft
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Berlin [u.a.]
Springer Spektrum
2012
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IMAGE 1
UEBER DIE AUTOREN
VORWORT ETOPICS
XV XVII XXV
LE 2
EIN INTERVIEW MIT ALEXANDER STEINBUECHEL: PERSPEKTIVEN UND CHANCEN DER
MIKROBIOLOGIE
KAPITEL 1
MIKROBIELLES LEBEN: URSPRUNG UND
ENTDECKUNG 5
1.1 VOM BAZILLUS ZUM GENOM: WAS IST EINE MIKROBE? 8
1.2 MIKROORGANISMEN GESTALTEN DIE MENSCHLICHE GESCHICHTE 12
1.3 MEDIZINISCHE MIKROBIOLOGIE 21
1.4 MIKROWELLE OEKOLOGIE 3 0
1.5 DER MIKROBIELLE STAMMBAUM 33
1.6 ZELLBIOLOGIE UND DIE DNA-REVOLUTION 37
KAPITEL 2
BEOBACHTEN VON MIKROBIELLEN ZELLEN 45
2.1 DIE BEOBACHTUNG VON MIKROORGANISMEN 46
2.2 OPTIK UND DIE EIGENSCHAFTEN DES LICHTS 51
2.3 HELLFELDMIKROSKOPIE 56
2 . 4 DUNKELFELD-, PHASENKONTRAST- UND INTERFERENZMIKROSKOPIE 6 4 2.5
FLUORESZENZMIKROSKOPIE 68
2.6 ELEKTRONENMIKROSKOPIE . 72
2.7 VISUALISIERUNG VON MOLEKUELEN 79
KAPITEL 3
S T R U K T U R UND FUNKTION DER ZELLE 83
3.1 DIE BAKTERIELLE ZELLE: EIN UEBERBLICK 86
3.2 DIE UNTERSUCHUNG VON ZELLBESTANDTEILEN 90
3.3 DIE ZELLMEMBRAN UND DER TRANSPORT 94
3 . 4 DIE ZELLWAND UND AEUSSERE SCHICHTEN 101
3.5 DAS NUCLEOID UND DIE GENEXPRESSION 112
3.6 DIE ZELLTEILUNG 115
3 . 7 SPEZIALISIERTE STRUKTUREN 119
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IMAGE 2
KAPITEL 4
KULTIVIERUNG, WACHSTUM UND
ENTWICKLUNG VON BAKTERIEN 129
4.1 MIKROWELLE ERNAEHRUNG 130
4 . 2 AUFNAHME VON NAEHRSTOFFEN 138
4 . 3 KULTIVIERUNG VON BAKTERIEN 145
4 . 4 DAS ZAEHLEN VON BAKTERIEN 149
4 . 5 DER WACHSTUMSZYKLUS 153
4 . 6 BIOFILME 162
4 . 7 ZELLDIFFERENZIERUNG 165
KAPITEL 5
UMWELTEINFLUESSE UND DIE KONTROLLE
DES MIKROBIELLEN WACHSTUMS 171
5.1 WACHSTUMSLIMITIERENDE UMWELTFAKTOREN 172
5.2 ANPASSUNG AN DIE TEMPERATUR 175
5.3 ANPASSUNG AN DRUCK 180
5 . 4 WASSERAKTIVITAET UND SALZ 181
5.5 ANPASSUNG AN PH-VERAENDERUNGEN 183
5.6 SAUERSTOFF UND ANDERE ELEKTRONENAKZEPTOREN 190
5 . 7 NAEHRSTOFFMANGEL UND HUNGERBEDINGUNGEN 194
5.8 DAS PHYSIKALISCHE, CHEMISCHE UND BIOLOGISCHE KONTROLLIEREN 197 VON
MIKROORGANISMEN
KAPITEL 6
S T R U K T U R UND FUNKTION VON VIREN 209
6.1 WAS IST EIN VIRUS? 210
6.2 VIRENSTRUKTUR 216
6.3 VIRALE GENOME UND KLASSIFIKATION 221
6 . 4 LEBENSZYKLUS DER BAKTERIOPHAGEN 228
6.5 LEBENSZYKLEN VON TIER- UND PFLANZENVIREN 2 3 3
6.6 KULTIVIERUNG VON VIREN 241
6 . 7 VIRALE OEKOLOGIE 248
252
EIN INTERVIEW MIT REGINE HENGGE: MOLEKULARE ENTDECKUNGSREISEN IN DER
BAKTERIELLEN ZELLE
KAPITEL 7
GENOME UND CHROMOSOMEN 255
7.1 DNA: DAS GENETISCHE MATERIAL 257
7.2 GENOMORGANISATION 258
7.3 DNA-REPLIKATION 269
7.4 PLASMIDE 280
7.5 EUKARYOTISCHE CHROMOSOMEN 2 8 4
7.6 DNA-SEQUENZANALYSE 286
IMAGE 3
INHALTSVERZEICHNIS IX
KAPITEL 8
TRANSKRIPTION, TRANSLATION UND
BIOINFORMATIK 299
8.1 RNA-POLYMERASE UND SIGMA-FAKTOREN 3 0 1
8.2 TRANSKRIPTION DER DNA IN RNA 306
8.3 TRANSLATION DER RNA IN PROTEIN 312
8 . 4 MODIFIKATION UND FALTUNG VON PROTEINEN 3 3 0
8.5 SEKRETION: KONTROLLE DES PROTEINTRANSPORTS 332
8.6 PROTEINABBAU 3 3 8
8 . 7 BIOINFORMATIK: COMPUTERGESTUETZTE VERARBEITUNG 340
DER IM GENOM ENTHALTENEN INFORMATION
KAPITEL 9
GENTRANSFER, MUTATIONEN UND
EVOLUTION DES GENOMS 349
9.1 DIE MOSAIKARTIGE STRUKTUR DES GENOMS 3 5 0
9.2 GENTRANSFER 3 5 1
9.3 REKOMBINATION 366
9 . 4 MUTATIONEN 370
9.5 DNA-REPARATUR 378
9.6 MOBILE GENETISCHE ELEMENTE 385
9 . 7 EVOLUTION DES GENOMS 389
KAPITEL 10
MOLEKULARE REGULATION 395
10.1 REGULATION DER GENEXPRESSION 396
10.2 LACTOSE-OPERON: EIN MODELL DER GENREGULATION 4 0 0
10.3 ANDERE MECHANISMEN DER OPERONKONTROLLE 4 0 8
10.4 REGULATION DURCH SIGMA-FAKTOREN 415
10.5 KLEINE REGULATORISCHE RNAS 4 2 0
10.6 DNA-UMLAGERUNGEN: PHASENVARIATION 4 2 2
10.7 INTEGRIERTE REGELKREISE 4 2 6
10.8 QUORUM SENSING: CHEMISCHE KONVERSATION 4 3 4
10.9 GENOMIK UND PROTEOMIK: WERKZEUGE DER ZUKUNFT 4 3 8
KAPITEL 11
MOLEKULARBIOLOGIE DER VIREN 445
11.1 T4-PHAGE: EIN KLASSISCHES MOLEKULARES MODELLSYSTEM 4 4 7
11.2 POLIOVIRUS: (+)-STRANG-RNAE 4 5 4
11.3 INFLUENZAVIRUS: (-)-STRANG-RNA 4 6 1
11.4 HUMANES IMMUNSCHWAECHEVIRUS (HIV): RETROVIRUS 4 6 9
11.5 HERPES-SIMPLEX-VIRUS: DNA 4 8 1
11.6 GENTHERAPIE MIT VIREN 4 8 8
IMAGE 4
KAPITEL 12
MOLEKULARBIOLOGISCHE METHODEN
UND BIOTECHNOLOGIE 493
12.1 GRUNDLEGENDE METHODEN DER BIOTECHNOLOGIE: 4 9 4
EIN FALLBEISPIEL AUS DER FORSCHUNG 12.2 GENETISCHE ANALYSEN 4 9 5
12.3 MOLEKULARE ANALYSEN 4 9 9
12.4 "ALLGEMEINE" FRAGEN DER ZELLPHYSIOLOGIE 511
12.5 ANGEWANDTE BIOTECHNOLOGIE 516
I BIOCHEMIE 526
EIN INTERVIEW MIT FRANZ NARBERHAUS: MESSUNG VON UND ANPASSUNG AN
UMWELTBEDINGUNGEN - STRATEGIEN VON BAKTERIEN
KAPITEL 13
ENERGETIK UND KATABOLISMUS 529
13.1 THERMODYNAMIK DES LEBENS 532
13.2 ENERGIE UND ENTROPIE VON BIOCHEMISCHEN REAKTIONEN 535
13.3 ENERGIE-UEBERTRAEGERMOLEKUELE (CARRIER) UND ELEKTRONENTRANSFER 539
13.4 KATABOLISMUS: DAS BUEFFET FUER MIKROORGANISMEN 547
13.5 GLUCOSEABBAU UND GAERUNG 553
13.6 CITRATZYKLUS 566
13.7 AROMATISCHE UMWELTSCHADSTOFFE 574
KAPITEL 14
ATMUNG, LITHOTROPHIE UND PHOTOLYSE 581
14.1 ELEKTRONENTRANSPORTKETTEN 583
14.2 DIE PROTONENMOTORISCHE KRAFT 589
14.3 ATMUNGSKETTE UND ATP-SYNTHASE 595
14.4 ANAEROBE ATMUNG 606
14.5 LITHOTROPHIE UND METHANOGENESE 611
14.6 PHOTOTROPHIE 617
KAPITEL 15
BIOSYNTHESEWEGE 631
15.1 UEBERBLICK UEBER DIE BIOSYNTHESE 632
15.2 C02-FIXIERUNG: DER CALVIN-ZYKLUS 635
15.3 C02-FIXIERUNG DURCH ANAEROBE ORGANISMEN UND ARCHAEEN 6 4 6 15.4
BIOSYNTHESE VON FETTSAEUREN, POLYESTERN UND POLYKETIDEN 6 5 1 15.5
STICKSTOFFFIXIERUNG 658
15.6 BIOSYNTHESE VON AMINOSAEUREN UND STICKSTOFFBASEN 6 6 4
15.7 BIOSYNTHESE VON TETRAPYRROLEN 671
IMAGE 5
KAPITEL 16
LEBENSMITTELMIKROBIOLOGIE UND
INDUSTRIELLE MIKROBIOLOGIE 677
16.1 MIKROORGANISMEN ALS LEBENSMITTEL 679
16.2 FERMENTIERTE LEBENSMITTEL: EIN UEBERBLICK 682
16.3 SAUER UND ALKALISCH FERMENTIERTE LEBENSMITTEL 685
16.4 ALKOHOLISCHE GAERUNG: BROT UND WEIN 6 9 4
16.5 VERDERBEN UND KONSERVIERUNG VON LEBENSMITTELN 699
16.6 INDUSTRIELLE MIKROBIOLOGIE 711
I T AE T UND OEKOLOGIE 724
EIN INTERVIEW MIT KARL STETTER: DIE GERADEZU ABENTEUERLICHE MIKROBIELLE
DIVERSITAET FUEHRT ZUR ENTWICKLUNG INDUSTRIELLER PRODUKTE
KAPITEL 17
URSPRUNG UND EVOLUTION 727
17.1 DER URPRUNG DES LEBENS 729
17.2 MODELLE FRUEHEN LEBENS 740
17.3 MIKROBIELLE DIVERGENZ UND PHYLOGENIE 745
17.4 HORIZONTALER GENTRANSFER 756
17.5 MIKROBIELLE ARTEN UND TAXONOMIE 759
17.6 SYMBIOSE UND DER URSPRUNG VON MITOCHONDRIEN 768
UND CHLOROPLASTEN
KAPITEL 18
BAKTERIELLE VIELFALT
18.1 DIE BAKTERIELLE VIELFALT AUF EINEN BLICK 18.2 DIE FRUEHEN
THERMOPHILEN 18.3 CYANOBAKTERIEN: OXYGENE PHOTOTROPHE 18.4 GRAMPOSITIVE
FIRMICUTES UND ACTINOBACTERIA '18.5 GRAMNEGATIVE PROTEOBACTERIA UND
NITROSPIRAE
18.6 BACTEROIDETES UND CHLOROBI 18.7 SPIROCHAETEN: UMHUELLTE SPIRALFOERMIGE
ZELLEN MIT INTERNEN
FLAGELLEN
18.8 CHLAMYDIAE, PLANCTOMYCETES UND VERRUCOMICROBIA:
UNREGELMAESSIGE ZELLEN
KAPITEL 19
DIE VIELFALT DER ARCHAEEN 829
19.1 MERKMALE DER ARCHAEEN 831
19.2 CRENARCHAEOTA: HYPERTHERMOPHILE 839
19.3 CRENARCHAEOTA: MESOPHILE UND PSYCHROPHILE 846
19.4 EURYARCHAEOTA: METHANOGENE 849
19.5 EURYARCHAEOTA: HALOPHILE 856
777
779 787 789 7 9 4
806 8 2 1
8 2 2
824
IMAGE 6
19.6 EURYARCHAEOTA: THERMOPHILE UND ACIDOPHILE
19.7 URSPRUENGLICHE GRUPPEN
8 6 1
866
KAPITEL 2 0
DIE VIELFALT DER EUKARYOTEN 869
20.1 DIE PHYLOGENIE DER EUKARYOTEN 870
2 0 . 2 FUNGI UND MICROSPORIDIA 8 8 1
2 0 . 3 ALGEN 8 9 1
2 0 . 4 AMOEBEN UND SCHLEIMPILZE 8 9 8
2 0 . 5 ALVEOLATEN: CILIATEN, DINOFLAGELLATEN UND APICOMPLEXA 9 0 1
2 0 . 6 TRYPANOSOMEN UND METAMONADEN 910
KAPITEL 2 1
MIKROBIELLE OEKOLOGIE 913
21.1 MIKROORGANISMEN IN OEKOSYSTEMEN 915
21.2 MIKROBIELLE SYMBIOSEN 919
21.3 MEER-UND SUESSWASSERMIKROBIOLOGIE 9 2 4
21.4 BODENMIKROBIOLOGIE UND UNTERGRUNDMIKROBIOLOGIE 939
21.5 MIKROBIELLE GEMEINSCHAFTEN INNERHALB VON PFLANZEN 946
21.6 MIKROBIELLE GEMEINSCHAFTEN INNERHALB VON TIEREN 952
KAPITEL 2 2
MIKROORGANISMEN UND DIE GLOBALE
UMWELT 959
22.1 BIOGEOCHEMISCHE KREISLAEUFE 9 6 1
2 2 . 2 DER KOHLENSTOFFKREISLAUF 9 6 4
2 2 . 3 DER WASSERKREISLAUF UND DIE ABWASSERAUFBEREITUNG 9 6 7
2 2 . 4 DER STICKSTOFFKREISLAUF 973
2 2 . 5 SCHWEFEL, PHOSPHOR UND METALLE 9 8 0
2 2 . 6 ASTROBIOLOGIE 987
EN UND IMMUNABWEHR 994
EIN INTERVIEW MIT ANDREAS PESCHEL: DIE MIKROBIELLE OEKOLOGIE DES MENSCHEN
AM BEISPIEL DER STAPHYLOKOKKEN
KAPITEL 2 3
DIE MENSCHLICHE MIKROBIOTA UND
UNSPEZIFISCHE ABWEHRREAKTIONEN 997 23.1 DIE MENSCHLICHE MIKROBIOTA:
LOKALISIERUNG UND ZUSAMMENSETZUNG 998
23.2 RISIKEN UND NUTZEN DER MIKROBIELLEN POPULATIONEN IM KOERPER 1008
23.3 DAS IMMUNSYSTEM - EIN UEBERBLICK 1009
2 3 . 4 DIE ANGEBORENE IMMUNABWEHR 1015
2 3 . 5 ANGEBORENE IMMUNABWEHR: DIE AKUTE ENTZUENDUNGSREAKTION 1020
IMAGE 7
INHALTSVERZEICHNIS XIII
2 3 . 6 PHAGOCYTOSE 1024
2 3 . 7 ANGEBORENE ABWEHRFAKTOREN: INTERFERON, NATUERLICHE KILLER- 1027
ZELLEN UND TOLL-AEHNLICHE REZEPTOREN 23.8 DIE FUNKTION DES KOMPLEMENTS
BEI DER ANGEBORENEN 1030
IMMUNABWEHR 2 3 . 9 FIEBER 1032
KAPITEL 2 4
DIE ADAPTIVE IMMUNANTWORT 1035
24.1 ADAPTIVE IMMUNABWEHR 1037
24.2 IMMUNOGENITAET 1039
24.3 STRUKTUR UND VIELFALT DER ANTIKOERPER 1044
24.4 PRIMAERE UND SEKUNDAERE ANTIKOERPERANTWORTEN 1050
24.5 GENETIK DER PRODUKTION VON ANTIKOERPERN 1054
24.6 T-ZELLEN, HISTOKOMPATIBILITAET UND DIE PROZESSIERUNG 1058
VON ANTIGENEN 24.7 DAS KOMPLEMENT ALS TEIL DER ADAPTIVEN IMMUNABWEHR
1071 24.8 UEBEREMPFINDLICHKEIT UND AUTOIMMUNITAET 1073
KAPITEL 2 5
WIE MIKROORGANISMEN KRANKHEITEN
HERVORRUFEN 1083
25.1 WECHSELWIRKUNGEN ZWISCHEN WIRT UND KRANKHEITSERREGER 1085 2 5 . 2
VIRULENZFAKTOREN UND PATHOGENITAETSINSELN: DIE WERKZEUGE 1090 UND
WERKZEUGSETS DER MIKROBIELLEN KRANKHEITSERREGER 2 5 . 3
VIRULENZFAKTOREN: WIE SICH MIKROBEN ANHEFTEN 1094
2 5 . 4 TOXINE BEEINTRAECHTIGEN DIE KOERPERFUNKTIONEN 1100
2 5 . 5 PROTEINSEKRETION UND PATHOGENESE 1110
2 5 . 6 DIE SUCHE NACH DEN VIRULENZGENEN 1115
2 5 . 7 UEBERLEBEN IN EINEM WIRT 1120
2 5 . 8 PATHOGENESE DER VIREN 1125
KAPITEL 2 6
MIKROBIELL VERURSACHTE KRANKHEITEN 1135
26.1 CHARAKTERISIERUNG UND DIAGNOSE VON MIKROBIELLEN KRANKHEITEN 1137
26.2 INFEKTIONEN DER HAUT UND DER WEICHEN GEWEBE 1139
2 6 . 3 INFEKTIONEN DER ATEMWEGE 1144
2 6 . 4 INFEKTIONEN DES VERDAUUNGSTRAKTS 1152
2 6 . 5 INFEKTIONEN DES UROGENITALTRAKTS 1159
2 6 . 6 INFEKTIONEN DES ZENTRALNERVENSYSTEMS 1171
2 6 . 7 INFEKTIONEN DES HERZ-KREISLAUF-SYSTEMS 1180
2 6 . 8 SYSTEMISCHE INFEKTIONEN 1183
2 6 . 9 IMMUNISIERUNG 1192
IMAGE 8
KAPITEL 2 7
ANTIMIKROBIELLE CHEMOTHERAPIE 1197
27.1 DAS GOLDENE ZEITALTER DER ENTDECKUNG DER ANTIBIOTIKA 1199
27.2 GRUNDLAGEN DER ANTIMIKROBIELLEN THERAPIE 1201
27.3 DIE BESTIMMUNG DER EMPFINDLICHKEIT GEGENUEBER 1203
MEDIKAMENTEN 27.4 WIRKUNGSMECHANISMEN 1208
27.5 BIOSYNTHESE DER ANTIBIOTIKA 1218
27.6 WIRKSTOFFRESISTENZEN ALS HERAUSFORDERUNG 1221
27.7 DIE ENTWICKLUNG VON ANTIBIOTIKA IN DER ZUKUNFT 1227
27.8 ANTIVIRALE WIRKSTOFFE 1230
27.9 ANTIFUNGALE WIRKSTOFFE 1236
KAPITEL 2 8
KLINISCHE MIKROBIOLOGIE UND
EPIDEMIOLOGIE 1241
28.1 GRUNDBEGRIFFE DER KLINISCHEN MIKROBIOLOGIE 1242
28.2 VERFAHREN ZUR IDENTIFIZIERUNG VON KRANKHEITSERREGERN 1244
28.3 DIE PROBENNAHME 1262
2 8 . 4 METHODEN DER BIOLOGISCHEN SICHERHEIT 1265
2 8 . 5 GRUNDBEGRIFFE DER EPIDEMIOLOGIE 1268
2 8 . 6 WIE MAN NEU AUFKOMMENDE MIKROBIELLE KRANKHEITEN ERKENNT 1277
ANTWORTEN ZU DEN VERTIEFENDEN FRAGEN 1283
GLOSSAR 1319
BILDNACHWEIS 1367
INDEX 1379 |
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