Biotechnologie für Einsteiger:
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Berlin [u.a.]
Springer Spektrum
2013
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| adam_text | Titel: Biotechnologie für Einsteiger
Autor: Renneberg, Reinhard
Jahr: 2013
IN HALT
Vorwort XIV
Vorwort von Tom A. Rapoport XVI
Einige Gedanken zum Einstieg von Ernst Peter Fischer XVIII
BlER BROT KÄSE - schmackhafte Biotechnologie 1 Kapitel 1
1.1 Im Anfang waren Bier und Wein: die Muttermilch der Zivilisation 2 • 1.2 Hefen sind die Arbeits-
pferde der Alkoholgärung 7 • 1.3 Auch heute werden zum Bierbrauen Hefe, Wasser, Malz und
Hopfen verwendet 7-1.4 Zellen funktionieren mit Sonnenenergie 7-1.5 Alkohol ist nicht Genuss,
sondern eine Notmaßnahme für Hefen 13 • 1.6 Hochkonzentrierter Alkohol entsteht durch Brennen
14-1.7 Bakterienprodukte: Sauer macht haltbar! 15-1.8 Kaffee, Kakao, Vanille, Tabak - Fermen-
tation für den Genuss 79-1.9 Schimmelpilze kooperieren mit Bakterien und produzieren Käse
22 ¦ 1.10 Sake und Sojasauce 24-1.11 Was ist eigentlich Gärung? 29
ENZYME - molekulare Superkatalysatoren für Haushalt und Industrie 33 Kapitel 2
2.1 Enzyme sind leistungsstarke und spezifische Biokatalysatoren 34 -2.2 Lysozym: das erste
Enzym, dessen Anatomie und Funktion in molekularen Details verstanden wurden 35- 2.3 Cofak-
toren dienen komplexen Enzymen als Handwerkszeuge 39- 2.4 Enzyme können aus Tieren, Pflan-
zen und Mikroorganismen gewonnen werden 40 • 2.5 Extrazelluläre Hydrolasen bauen Biopoly-
mere in kleine verwertbare Einheiten ab 42 • 2.6 Amylasen brauen, backen und entschlichten
44- 2.7 Pektinasen pressen mehr Saft aus Obst und Gemüse 44- 2.8 Biowaschmittel sind die wich-
tigste Anwendung hydrolytischer Enzyme 45-2.9 Proteasen machen Fleisch mürbe und gerben Leder
46 • 2.10 Immobilisierung: Wenn man Enzyme wiederverwenden will 48-2.W Glucose-Isomera-
se und Fructosesirup: Zucker mit verstärkter Süßkraft 49-2.12 Nahrungs- und Futtermittel durch
immobilisierte Enzyme 54-2.13 Enzymmembranreaktoren nutzen Cofaktorregenerierung 65-
2A4 Immobilisierte Zellen 66
Die Wunder der Gentechnik 69 Kapitel 3
3.1 DNA: Die Doppelhelix ist der materielle Träger der Erbsubstanz 70- 3.2 DNA-Polymerasen kata-
lysieren die Replikation des DNA-Doppelstrangs 70- 3.3 Nicht alle Gene bestehen aus DNA: RNA-
Viren benutzen einzelsträngige RNA 77-3.4 Die Aufklärung des genetischen Codes 77-
3.5 Das Humangenom - eine 23-bändige Riesen-Enzyklopädie 72 ¦ 3.6 Der DNA-Code wird
geknackt: Synthetische RNA entschlüsselt die Codons 73 • 3.7 Den Strukturgenen benachbarte
DNA-Abschnitte steuern die Expression der Gene 78- 3.8 Ribosomen - die Proteinfabrik der Zelle:
Riesenmoleküle aus RNA und Proteinen 79-3.9 Rekombination: Die genetischen Karten werden neu
gemischt 84 • 3.10 Plasmide sind ideale Vektoren für genetisches Material 84 -3.11 Molekulare
Scheren und Kleber: Restriktionsendonucleasen und DNA-Ligasen #5-3.12 Die ersten Gentech-
nikexperimente: Quakende Bakterien? 90 • 3.13 Wie Gene gewonnen werden 93 ¦ 3.14 Human-
insulin aus Bakterien? 95-3.15 Wie Insulin im Menschen synthetisiert wird: vom Präproinsulin
über Proinsulin zum aktiven Insulin 96-3.16 Der gentechnische Start mit Ratten-Proinsulin 97-
3.17 DNA-Hybridisierung: Wie man Bakterien mit DNA-Sonden findet WO -3.18 Ein kleiner
Umweg: Somatostatin - das erste menschliche Eiweiß aus Bakterien 101 • 3.19 Wie man enzyma-
tisch aus Schweine-Insulin Humaninsulin fertigt 104- 3.20 Endlich geschafft! Das erste gentechnisch
hergestellte menschliche Insulin 107 3.21 Asilomar: Wie gefährlich ist die neue Gentechnik? 107
• 3.22 Menschliches Proinsulin aus einem einzigen £ coli -Stamm /// • 3.23 Bäckerhefen als Pro-
insulin-Produzenten / / / - 3.24 Künstliche Insulinvarianten (Muteine) durch Protein-Engineering /12
• 3.25 Genmanipulierte Säugerzellen produzieren modifizierte komplexe Proteine /12
Kapitel 4 WEISSE BIOTECHNOLOGIE-Zellen als Synthesefabriken 117
4.1 Das Problem der Übersicht 7/5-4.2 Taktische Anpassung: Regulation durch Rückkopplung 120 •
4.3 Strategische Anpassung: Enzymproduktion nach Bedarf 121 • 4.4 Ein allosterischer molekula-
rer Computer: die Glutamin-Synthetase 124 • 4.5 Katabolit-Repression oder: Wie angelt man sich
eine Polymerase? 124 • 4.6 Schimmelpilze statt Zitronen! 124 • 4.7 Lysin im Überfluss: Die
Feedback-Hemmung der Aspartat-Kinase wird in Mutanten überlistet 125- 4.8 L-Glutamat: links-
drehende Suppenwürze im Überfluss 128 • 4.9 Müssen es immer Mikroben sein? Chemische
Synthese contra Fermentation 129-4.10 L-Ascorbinsäure, das Vitamin C 132 -4.11 Aspartam - der
Siegeszug eines süßen Dipeptidesters 137- 4.12 Immobilisierte Zellen produzieren Aminosäuren
und organische Säuren 137-4.13 Mutationen - ein Weg zur gezielten Programmierung von
Mikroben 138 • 4.14 Penicillium notatum der Wunderpilz des Alexander Fleming 142-4.15 Scree-
ning: Biotechnologen auf Pilzjagd 143 • 4.16 Die Speisekarte der Mikroben 146-4.17 Die moderne
Biofabrik 146 -4.18 Hitze, Kälte und Trockenheit halten uns Mikroben vom Hals 150 -4.19 Pro-
duktaufarbeitung: downstream processing 151 • 4.20 Streptomycin und Cephalosporine - die
nächsten Antibiotika nach dem Penicillin 75/ • 4.21 Der Wettlauf mit den Mikroben: Resistenzen
158 • 4.22 Cyclosporin - ein Mikrobenprodukt für Transplantationen 158 • 4.23 Steroidhormone:
Cortison und Wunschkindpille 160
Kapitel 5 Viren, Antikörper und Impfungen 163
5.1 Viren - das geborgte Leben 764 • 5.2 Wie Viren Zellen befallen 764 • 5.3 Wie der Körper Infek-
tionen abwehrt: humorale Immunantwort durch Antikörper 168 • 5.4 Zelluläre Immunantwort:
Killer-T-Zellen 777 • 5.5 Die erste Impfung: mit Kuhpocken gegen echte Pocken 774 • 5.6 Moderne
Impfungen 779- 5.7 Lebendimpfstoffe 185- 5.8 Monoklonale Antikörper: hochspezifische und ein-
heitliche Zauberkugeln aus dem Bioreaktor 185- 5.9 Katalytische Antikörper 187- 5.10 Rekombi-
nante Antikörper 797 -5.11 Kombinatorische Antikörperbibliotheken 192-5.12 Huckepack
oder Phagen-Display - die nächste Revolution 793-5.13 Phagen-Display für hochaffines Wachs-
tumshormon / 94 • 5.14 Neue Hoffnung bei Krebs: Rituximab, ein rekombinanter Antikörper 194
Kapitel 6 UMWELT-BIOTECHNOLOGIE - Wegvon Einbahnstraßen, hin zu Kreisläufen! 201
6.1 Sauberes Wasser - ein Bioprodukt 202 • 6.2 Aerobe Abwasserreinigung: Rieselfelder, Tropf-
körper und Belebtschlamm 204- 6.3 Biogas 205- 6.4 Biogas kann Wälder retten! 208- 6.5 Biogas
in Industrieländern: Gülleverwertung 209 • 6.6 Sprit, der auf den Feldern wächst 211 • 6.7 Die
Ölfresser des Ananda Chakrabarty 216 • 6.8 Zucker und Alkohol aus Holz 216 • 6.9 Chemie-
rohstoffe aus Biomasse? 218- 6.10 Lautloser Bergbau 224- 6.11 Neues Leben für müde Ölquellen?
225 - 6.12 Bioplastik: Kreisverkehr statt Einbahnstraße! 228
Kapitel 7 Grüne Biotechnologie 235
7.1 Mikroben sind essbar! 236 • 7.2 Algen und Cyanobakterien 236 • 7.3 Single celhProtem: Hoff-
nung auf billige Eiweißquellen 240 • 7.4 Mycoprotein ist als pflanzliches Eiweiß beim Verbraucher
erfolgreich 242- 7.5 Grüne Biotechnologie ante portal 244- 7.6 Felder im Reagenzglas: in vitro
Pflanzenzucht 246 - 7.7 Meristemkultur 247 • 7.8 Haploidenkulturen: Staubbeutel und Frucht-
knoten 248- 7.9 Kailus- und Suspensionskulturen 248-7.10 Pflanzenzellen im Bioreaktor produ-
zieren Wirkstoffe 252 -7.11 Welche Pflanzenwirkstoffe werden dem Shikonin folgen? 253 •
7.12 Agrobacterium - ein Schädling als Gentechniker 253 -7.13 Biolistischer Gentransfer: DNA-
Schuss aus dem Revolver 257- 7.14 Transgene Pflanzen: Herbizidresistenz 257- 7.15 Biologische
Insektentöter 258 -7.16 Blaue Nelken und Anti-Matsch-Tomaten 262 -7.17 Gefahr durch Gen-
Food? 266 -7.18 Soll man Gen-Food kennzeichnen? 267- 7.19 Gene-Pharming 267 • 7.20 Trans-
gene Pflanzen - eine hitzige Debatte 271 • 7.21 Tropische Palmen in Deutschland? 275- 7.22 Bakte-
rien in Schneekanonen sichern den Skiurlaub 276
Embryonen, Klone und transgene Tiere 279 Kapitel 8
8.1 Künstliche Besamung 280- 8.2 Embryotransfer und künstliche Befruchtung 280- 8.3 Ausster-
bende und bedrohte Arten können durch Embryonentransfer gerettet werden 281 ¦ 8.4 Chimäre
Tiere haben mindestens vier genetische Eltern 282- 8.5 Transgene Tiere: von der Riesenmaus zum
Riesenrind? 283 • 8.6 Wachstumshormone für Rinder und Schweine 284 • 8.7 Gene-Pharming.
hochwertige Humanproteine aus Milch und Ei 285 • 8.8 Transgene Fische: von GloFislf zur
Riesenforelle 257-8.9 Knockout-Mäuse 292-8.10 Xenotransplantation 293 -8.11 Klonen -
massenhafte Zwillingsproduktion 296 • 8.12 Klonen von Salamandern und Fröschen 297-8.13
Dolly - der Durchbruch beim Klonen 297- 8.14 Schwierkeiten beim Klonen 301 • 8.15 Katzen-
klonen - die verschiedenen Elternvarianten 302 -8.16 ...und der Mensch? Klonen, IVF und
PID 305 • 8.17 Der gläserne Embryo und das Humangenomprojekt 306
Herzinfarkt, Krebs und Stammzellen - Rote Biotechnologie als Lebensretter 309 Kapitel 9
9.1 Herzinfarkt und Antikoagulanzien 370 • 9.2 Fibrinolyse nach Herzinfarkt: Thromben werden
enzymatisch aufgelöst 310- 9.3 Schlaganfall: Vampir-Enzym hilft 311 ¦ 9.4 Gentechnischer Faktor
VIII - sichere Hilfe für Hämophile 313- 9.5 EPO für Nierenpatienten und Sportler 377- 9.6 Inter-
ferone gegen Viren und Krebs 317 - 9.7 Interleukine 318 • 9.8 Krebs: anormales unkontrollier-
tes Zellwachstum 379 -9.9 Neue Krebstherapien 325 -9.10 Paclitaxel gegen Krebs 325 •
9.11 Menschliches Wachstumshormon 328- 9.12 Epidermales Wachstumshormon - Falten ver-
schwinden, und diabetische Füße heilen 329- 9.13 Stammzellen, der ultimative Jungbrunnen? 335-
9.14 Gentherapie 339-9.15 Diamanten im Müll? RNAi, die interferierende RNA 343
Analytische Biotechnologie und das Humangenom 349 Kapitel 10
10.1 Enzymtests für Millionen Diabetiker 350-10.2 Biosensoren 352 -10.3 Mikrowelle Sensoren:
Hefen messen die Abwasserbelastung in fünf Minuten 353 • 10.4 Immunologische Schwanger-
schaftstests 355-10.5 AIDS-Tests 356- 10.6 Herzinfarkttests 357-10.7 PointofCare (POC)-Tests
358-10.8 Wie man DNA analysiert: Die Gelelektrophorese trennt DNA-Fragmente nach ihrer Grö-
ße auf 359-10.9 Leben und Tod: genetische Fingerabdrücke zur Aufklärung von Vaterschaft und Mord
360-10.10 DNA-Marker: kurze Tandemwiederholungen und SNPs 367 • 10.11 Die Polymerase-
Kettenreaktion: der DNA-Kopierer 363-10.12 Werden Saurier und Mammut zu neuem Leben
erweckt? 366-10.13 Wie Gene sequenziert werden 366-10.14 Southern Blotting 367 •
10.15 Automatische DNA-Sequenzierung 371-10.16 FISH: Chromosomenlokalisierung und Zahl
der Genkopien 372-10.17 Die Krönung der Biotechnologie: das Humangenomprojekt 373 -
10.18 Genetische Genomkarten 377-10.19 Physische Genomkarten 378 • 10.20 Der Metho-
denstreit: Contig contra Schrotschuss 378 -10.21 Wie geht es weiter mit dem Humangenom?
384 -10.22... und wie kann man die Sequenz des Genoms verstehen? 384 • 10.23 Pharmakoge-
nomik 385 -10.24 DNA-Chips 388 • 10.25 Krankheitsursachen finden: Genexpressionsprofile
388-10.26 Proteomik 390- 10.27MALDI: Ein Gas von Proteinionen 397 • 10.28 Aptamere und
Protein-Chips 397 • 10.29 Quo vadis, Biotech? 395
Nachwort 398
Glossar 401
Bildnachweis 407
Personenverzeichnis 410
Sachverzeichnis 413
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