Mikrobiologisches Praktikum: Versuche und Theorie
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| Language: | German |
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Berlin ; Heidelberg
Springer Spektrum
[2013]
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| Edition: | 2. Auflage |
| Series: | Springer-Lehrbuch
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| Physical Description: | XIV, 390 Seiten Illustrationen, Diagramme |
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|---|---|
| adam_text | Titel: Mikrobiologisches Praktikum
Autor: Steinbüchel, Alexander
Jahr: 2013
XI
Inhaltsverzeichnis
1 Überblick über die Mikroorganismen....................................................... 1
1.1 Prokaryonten und Eukaryonten..................................................................... 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............................................................... 6
1.3 Die natürlichen Standorte der Mikroorganismen................................................... 8
1.4 Stoffkreisläufe und Nahrungsketten................................................................ 9
1.4.1 Kohlenstoffkreislauf.............................................................................. 9
1.4.2 Aerobe und anaerobe Nahrungsketten............................................................ 9
1.4.3 Stickstoffkreislauf................................................................................ 10
1.4.4 Schwefelkreislauf................................................................................ 12
1.5 Biotechnologie...................................................................................... 13
1.6 Kultivierbare und nichtkultivierbare Mikroorganismen............................................. 13
1.7 Eingesetzte Mikroorganismen...................................................................... 15
1.7.1 Bezugsquellen für Mikroorganismen.............................................................. 16
Weiterführende Literatur........................................................................ 16
2 Vorschriften und Gesetze im Zusammenhang mit mikrobiologischen Arbeiten....... 19
2.1 Pathogene Mikroorganismen....................................................................... 20
22 Gentechnisch veränderte Mikroorganismen........................................................ 20
2.3 Mikrobiologische Arbeiten im Produktionsmaßstab................................................ 20
2.4 Biostoffverordnung (BioStoffV)..................................................................... 21
2.5 Biologische Arbeitsstoffe und Risikogruppen....................................................... 21
2.6 Risikobewertung und Einstufung der Arbeiten..................................................... 23
2.7 Sicherheitsmaßnahmen und räumliche Voraussetzungen.......................................... 24
3 Versuche ...................................................................................... 25
3.1 Quantitative Bestimmungen........................................................................ 27
3.1.1 Versuch 1: Bestimmung der Anzahl von Hefezellen in 1 g Bäckerhefe................................ 27
3.1.2 Versuch 2: Keimzahl in Milch und Milchprodukten.................................................. 31
3.1.3 Versuch 3: Aufnahme einer Wachstumskurve mit Cupriavidus necator................................ 33
3.2 Anreicherung, Isolierung und Charakterisierung von Mikroorganismen .......................... 39
32.1 Versuch 4: Anreicherung von Luftkeimen.......................................................... 40
322 Versuch 5: Anreicherung von Leuchtbakterien..................................................... 43
323 Versuch 6: Anreicherung von Myxobakterien ...................................................... 47
32.4 Versuch 7: Anreicherung und Isolierung Violacein-produzierender Stämme der Gattungen
Chromobacfer/um und Janthinobacterium.......................................................... 50
32.5 Versuch 8: Direktisolierung aerober Endosporenbildner {Bacillus megaterium)....................... 53
32.6 Versuch 9: Anreicherung und Isolierung saccharolytischer Clostridien............................... 56
32.7 Versuch 10: Direktisolierung und taxonomische Bestimmung fluoreszierender
Pseudomonaden................................................................................. 60
3.2.8 Versuch 11: Das Bestimmen coiiformer Keime in Wasserproben und die Isolierung
sowie taxonomische Bestimmung von Escherichia coli.............................................. 63
3.2.9 Versuch 12: Direktisolierung von Streptococcus salivarius............................................ 68
32.10 Versuch 13: Anreicherung und Isolierung von Leuconostoc mesenteroides subsp.
dextranicum..................................................................................... 72
X|| Inhaltsverzeichnis
32.11 Versuch 14: Anreicherung und Isolierung von Propionibacterium sp.................................. 75
32.12 Versuch 15: Anreicherung und Isolierung aerober N2-Fixierer (Azotobacter sp.)...................... 78
32.13 Versuch 16: Anreicherung und Isolierung anaerober N2-Fixierer
{Clostridium pasteurianum)....................................................................... 81
32.14 Versuch 17: Anreicherung von Nitrifizierern....................................................... 84
32.15 Versuch 18: Anreicherung von Denitrifizierern..................................................... 87
32.16 Versuch 19: Anreicherung und Isolierung von Knallgasbakterien................................... 90
32.17 Versuch 20: Winogradsky-Säulen zur Anreicherung anoxygener
phototropher Bakterien.......................................................................... 94
32.18 Versuch 21: Anreicherung und Isolierung von Schwefel-Oxidierern
(farblose Schwefelbakterien)..................................................................... 98
32.19 Versuch 22: Anreicherung sulfatreduzierender Bakterien........................................... 102
33 Herstellung biotechnisch relevanter Produkte und Lebensmittel
mit Mikroorganismen........................................................................... 105
33.1 Versuch 23: Herstellung von Ethanol mit Hefe..................................................... 106
3.32 Versuch 24: Herstellung von Glycerol mit Hefe durch Abfangverfahren............................. 111
3.33 Versuch 25: Herstellung von Citronensäure mit Aspergillus niger.................................... 115
3.3.4 Versuch 26: Herstellung von Dihydroxyaceton mit Essigsäurebakterien............................. 118
3.3.5 Versuch 27: Herstellung des Farbstoffs Indigo mit einem rekombinanten
Stamm von Escherichia coli....................................................................... 120
3.3.6 Versuch 28: Herstellung und Nachweis von Antibiotika............................................ 124
33.7 Versuch 29: Herstellung von Insektentoxinen mit Bacillus thuringiensis.............................. 127
33.8 Versuch 30: Herstellung von Xanthan mit Xanthomonas campestris................................. 130
33.9 Versuch 31: Herstellung von Dextran mit Leuconostocmesenteroides subsp.
dextrankum..................................................................................... 134
3.3.10 Versuch 32: Herstellung mikrobieller Cellulose mit Essigsäurebakterien............................. 137
3.3.11 Versuch 33: Herstellung von Alginat mit Azotobacter vinelandii..................................... 140
3.3.12 Versuch 34: Herstellung von Bioplastik, Poly(3HB), mit Cupriavidus necator.......................... 143
3.3.13 Versuch 35: Herstellung eines Elastomers mit Pseudomonas oleovorans............................. 148
3.3.14 Versuch 36: Herstellung von Poly(Y-D-glutamat) mit Bacillus licheniformis........................... 153
3.3.15 Versuch 37: Herstellung und Isolierung von Cyanophycin mit einem
rekombinanten Stamm von Escherichia coli....................................................... 156
3.3.16 Versuch 38: Herstellung von Sauerkraut.......................................................... 160
3.3.17 Versuch 39: Umwandlung von Wein in Weinessig.................................................. 164
3.3.18 Versuch 40: Herstellung von Natto............................................................... 168
3.3.19 Versuch 41: Herstellung von Tempeh ............................................................. 172
3.4 Abbauleistungen von Mikroorganismen........................................................ 174
3.4.1 Versuch 42: Mikrobieller Abbau von Poly(3-hydroxybutyrat)....................................... 175
3.42 Versuch 43: Mikrobieller Abbau von Kautschuk................................................... 180
3.43 Versuch 44: Mikrobieller Abbau von Stärke....................................................... 184
3.4.4 Versuch 45: Partieller mikrobieller Abbau einer Fotokopie......................................... 187
3.4.5 Versuch 46: Mikrobieller Abbau von Kohlenwasserstoffen......................................... 190
3.4.6 Versuch 47: Mikrobieller Abbau von Polyethylenglykol ............................................ 197
3.4.7 Versuch 48: Wirkungsweise und mikrobieller Abbau von Roundup®................................ 201
3.5 Bakteriophagen und Viren...................................................................... 207
3.5.1 Versuch 49: Nachweis von Coli-Phagen im Abwasser.............................................. 208
3.52 Versuch 50: Nachweis des Tabak-Mosaik-Virus (TMV).............................................. 212
3.6 Auslösung von Mutationen, Anreicherung von Mutanten
und Übertragung von DNA..................................................................... 214
3.6.1 Versuch 51: Genotoxizitätstests mit Salmonella enterica subsp. enterica
und Escherichia coli.............................................................................. 215
XIII
Inhaltsverzeichnis
3.6.2 Versuch 52: Erweiterung des Spektrums verwertbarer Substrate bei
Cupriavidus necator durch Mutagenese........................................................... 223
3.6.3 Versuch 53: Poly(3HB)-negative Mutanten von Cupriavidus necator................................. 227
3.6.4 Versuch 54: Transformation von Bacillus subtilis.................................................... 232
3.6.5 Versuch 55: Transformation von Escherichia coli.................................................... 236
3.6.6 Versuch 56: Konjugation bei Cupriavidus necator und Escherichia coli............................... 239
3.6.7 Versuch 57: Transposon-induzierte Mutanten von Cupriavidus necator.............................. 244
3.6.8 Versuch 58: Elektroporation von Mycobacterium smegmatis........................................ 250
Weiterführende Literatur......................................................................... 254
4 Exkursionen und Demonstrationen von Mikroorganismen an
natürlichen Standorten, in Umweltproben und in der Industrie........................ 259
4.1 Exkursionen.................................................................................... 261
4.1.1 Exkursion 1: Kommunale Abwasserkläranlagen.................................................... 261
4.1.2 Exkursion 2: Kompostwerke...................................................................... 265
4.1.3 Exkursion 3: Biogasanlagen...................................................................... 271
4.1.4 Exkursion 4: Bierbrauerei und Braustätten........................................................ 274
4.1.5 Exkursion 5: Weinherstellung in Winzereien....................................................... 278
4.1.6 Exkursion 6: Silage in der Landwirtschaft......................................................... 283
4.1.7 Exkursion 7: Mikrobiologie und Biotechnologie im Supermarkt..................................... 285
4.1.8 Exkursion 8: Industrielle Herstellung von Nährmedien für die Mikrobiologie........................ 289
4.2 Demonstrationen................................................................................ 292
4.2.1 Demo 1: Symbiontische N2-fixierende Bakterien und Wurzelknöllchen.............................. 292
4.2.2 Demo 2: Rhizobium radiobacter und induzierte Pflanzentumore.................................... 296
4.2.3 Demo 3: Clavicepspurpurea und Mutterkorn-Alkaloide aus infiziertem Getreide..................... 301
4.2.4 Demo 4: Flechten: Ektosymbiosen von Pilzen mit Grünalgen oder Cyanobakterien.................. 304
4.2.5 Demo 5: Anaerobe Süßwassersedimente und das Volta-Experiment................................ 307
4.2.6 Demo 6: Farbstreifen-Sandwatt und Nordseeküste................................................ 309
Literatur......................................................................................... 313
5 Methoden...................................................................................... 315
5.1 Kultivierung von Mikroorganismen.............................................................. 317
5.1.1 Methode 1: Herstellen von Nährmedien........................................................... 317
5.1.2 Methode 2: Sterilisation.......................................................................... 318
5.1.3 Methode 3: Herstellen einer Verdünnungsreihe mit Zellsuspensionen.............................. 322
5.1.4 Methode 4: Vereinzelung........................................................................ 323
5.1.5 Methode 5: Kultivierung anaerober Mikroorganismen............................................. 326
5.1.6 Methode 6: Verwendung einer Gasstation........................................................ 326
5.1.7 Methode 7: Dichtegradientenzentrifugation...................................................... 329
52 Mikroskopische Methoden....................................................................... 330
52.1 Methode 8: Lichtmikroskopie.................................................................... 330
5.2.2 Methode 9: Messokular.......................................................................... 332
5.2.3 Methode 10: Zählkammer........................................................................ 332
52.4 Methode 11: Tusche-Präparat..................................................................... 333
5.3 Einfache taxonomische Verfahren zur Charakterisierung von Mikroorganismen.................. 333
53.1 Methode 12: Bestimmung des Gram-Verhaltens................................................... 333
5.32 Methode 13: Sporenfärbung...................................................................... 336
53.3 Methode 14: Biochemische Charakterisierung von Anreicherungs-
und Reinkulturen................................................................................ 336
5.3.4 Methode 15: Färbung von Poly(3HB) mit Sudanschwarz B und Nilrot................................ 340
5.3.5 Methode 16: Färbung von Poly(glucose) mit Lugol scher Lösung................................... 341
XIV Inhaltsverzeichnis
5.4 Molekulargenetische Methoden................................................................. 341
5.4.1 Methode 17: Isolierung von Plasmid-DNA aus Escherichia coli (»Koch-Methode«)..................... 342
5.4.2 Methode 18: Transformation von Escherichia coli................................................... 342
5.4.3 Methode 19: Isolierung von Gesamt DNA aus Bacillus subtilis........................................ 343
5.4.4 Methode 20: Auslösung von Mutationen........................................................... 344
5.5 Photometrische Methoden....................................................................... 346
5.5.1 Methode 21: Lambert-Beer sches Gesetz.......................................................... 346
5.5.2 Methode 22: Messung der Trübung von Zellsuspensionen......................................... 346
5.5.3 Methode 23: Proteinbestimmung ganzer Zellen................................................... 347
5.5.4 Methode 24: Einfacher und gekoppelter optisch-enzymatischerTest............................... 348
5.6 Quantifizierung von Zellen und Medienbestandteilen............................................ 355
5.6.1 Methode 25: Bestimmung der Trockenmasse einer Zellsuspension................................. 355
5.6.2 Methode 26: Bestimmung des Ammoniumgehalts................................................ 355
5.7 Chromatographische und elektrophoretische Methoden......................................... 356
5.7.1 Methode 27: Bestimmung des Polyhydroxyalkanoat-Gehalts....................................... 356
5.7.2 Methode 28: Trennung und Nachweis von Proteinen und Cyanophycin............................. 357
5.7.3 Methode 29: Gelpermeationschromatographie (GPC).............................................. 358
Weiterführende Literatur......................................................................... 359
6 Chemikalien, Nachweisreagenzien und Medien.......................................... 361
6.1 Herstellung von Medien, Puffern und Lösungen.................................................. 362
62 Medien- und Chemikalienliste................................................................... 362
7 Modulare Zusammenstellung von Versuchen
für unterschiedliche Zielgruppen................................................... 377
Stichwortverzeichnis........................................................................ 383
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| author | Steinbüchel, Alexander Oppermann-Sanio, Fred Bernd Ewering, Christian 1972- Pötter, Markus 1971- |
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