Biotechnologie für Einsteiger:
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Berlin
Springer Spektrum
[2018]
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| Edition: | 5. Auflage |
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| adam_text | IN HÄLT Vorwort XIV Vorwort von Tom A. Rapoport Frieder W. Scheiter, mein Lehrer in der Analytischen Biotechnologie Einige Gedanken zum Einstieg von Ernst Peter Fischer XVI XVIII XXI 1.1 Im Anfang waren Bier und Wein: die Muttermilch der Zivilisation 2-1,2 Hefen sind die Arbeits pferde der Alkoholgärung 9-1.3 Auch heute werden zum Bierbrauen Hefe, Wasser, Malz und Hopfen verwendet 9-1.4 Zellen funktionieren mit Sonnenenergie 9-1.5 Alkohol ist nicht Genuss, sondern eine Notmaßnahme für Hefen 15 ■ 1.6 Hoch konzentrierter Alkohol entsteht durch Brennen 16 · 1.7 Bakterienprodukte: Sauer macht haltbar! 17 -1.8 Kaffee, Kakao, Vanille, Tabak - Fermen tation für den Genuss 2/ · 1.9 Schimmelpilze kooperieren mit Bakterien und produzieren Käse 24 • 1.10 Sake und Sojasauce 26 · 1.11 Was ist eigentlich Gärung? 31 Enzyme - molekulare Superkatalysatoren für Haushalt und Industrie 35 2.1 Enzyme sind leistungsstarke und spezifische Biokatalysatoren 36 · 2.2 Lysozym: das erste Enzym, dessen Anatomie und Funktion in molekularen Details verstanden wurden 37-2.3 Cofak toren dienen komplexen Enzymen als Handwerkszeuge 41 · 2.4 Enzyme können aus Tieren, Pflan zen und Mikroorganismen gewonnen werden 42 -2.5 Extrazelluläre Hydrolasen bauen Biopoly mere in kleine verwertbare Einheiten ab 44 · 2.6 Amylasen brauen, backen und entschlichten 46 · 2.7 Pektinasen pressen mehr Saft aus Obst und Gemüse 46 ■ 2.8 Biowaschmittel sind die wich tigste Anwendung hydrolytischer Enzyme 47- 2.9 Proteasen machen Fleisch mürbe und gerben Leder 48 · 2.10 Immobilisierung: Wenn man Enzyme wiederverwenden will 50 ·
2.11 Glucose-Isomerase und Fructosesirup: Zucker mit verstärkter Süßkraft 51 ■ 2.12 Nahrungs- und Futtermittel durch immobilisierte Enzyme 56 · 2.13 Enzymmembranreaktoren nutzen Cofaktor-Regenerierung 67 • 2.14 Immobilisierte Zellen 68 Die Wunder der Gentechnik 71 3.1 DNA: Die Doppelhelix ist der materielle Träger der Erbsubstanz 72-3.2 DNA-Polymerasenkata lysieren die Replikation des DNA-Doppelstrangs 72-3.3 Nicht alle Gene bestehen aus DNA: RNAViren benutzen einzelsträngige RNA 73 ■ 3.4 Die Aufklärung des genetischen Codes 73 ■ 3.5 Das Humangenom - eine 23-bändige Riesen-Enzyklopädie 74 · 3.6 Der DNA-Code wird geknackt: Synthetische RNA entschlüsselt die Codons 75-3.7 Den Strukturgenen benachbarte DNA-Abschnitte steuern die Expression der Gene 80- 3.8 Ribosomen - die Proteinfabrik der Zelle: Riesenmoleküle aus RNA und Proteinen 81-3.9 Rekombination: Die genetischen Karten werden neu gemischt 86 · 3.10 Plasmide sind ideale Vektoren für genetisches Material 86 · 3.11 Molekulare Scheren und Kleber: Restriktionsendonucleasen und DNA-Ligasen 87 -3.12 Die ersten Gentech nikexperimente: Quakende Bakterien? 92 · 3.13 Wie Gene gewonnen werden 95 · 3.14 Human insulin aus Bakterien? 97- 3.15 Wie Insulin im Menschen synthetisiert wird: vom Präproinsulin über Proinsulin zum aktiven Insulin 98 · 3.16 Der gentechnische Start mit Ratten-Proinsulin 99 · 3.17 DNA-Hybridisierung: Wie man Bakterien mit DNA-Sonden findet 102 -3.18 Ein kleiner Umweg: Somatostatin ֊ das erste menschliche Eiweiß aus Bakterien / 03 · 3.19 Wie man enzyma tisch aus Schweine-lnsulin Humaninsulin fertigt 112-3.20
Endlich geschafft! Das erste gentechnisch hergestellte menschliche Insulin 7/5-3.21 Asilomar: Wie gefährlich ist die neue Gentechnik? 115 • 3.22 Menschliches Proinsulin aus einem einzigen £ coli -Stamm 117-3.23 Bäckerhefen als Pro insulin-Produzenten 117 · 3.24 Künstliche Insulin-Varianten (Muteine) durch Protein-Engineering 722 · 3.25 Genmanipulierte Säugerzellen produzieren modifizierte komplexe Proteine 722
Kapitel 4 Weisse Biotechnologie ֊ Zellen als Synthesefabriken Das Problem der Übersicht 128- 4.2 Taktische Anpassung: Regulation durch Rückkopolimg 130- 4.1 Strategische Anpassung: Enzymproduktion nach Bedarf 131 ■ 4.4 Ein allostei¡scher mmccularer Computer: die Glutamin-Synthetase 134 · 4.5 Katabolit-Repression oder: Wie angeli man sich 43 eine Polymerase? /34-4.6 Schimmelpilze statt Zitronen! /34-4.7 Lysin im IWmkiss: Die Feedback-Hemmung der Aspartat-Kinase wird in Mutanten überlistet 135-4.8 ւ-i ilmamai: drehende“ Suppenwürze im Überfluss /33-4.9 Müssen es immer Mikroben sein? Jinks- Crum .sehe Synthese contra Fermentation 139֊ 4.10 ւ-Ascorbinsäure. das Vitamin Ci 142-4.11 Aspanam der Siegeszug eines süßen Dipeptidesters 147 -4.12 Immobilisierte Zellen produzieren Aminmämen und organische Säuren /47-4.13 Mutationen - ein Weg zur gezielten Programmierung von Mikroben 148· 4.14 Pénicillium notatum. der Wunderpilz des Alexander Fleming 152 · 4.15 öcree- ning: Biotechnologen auf Pilzjagd 153 ■ 4.16 Die Speisekarte der Mikroben 156 · 4.17 Die moderne Biofabrik 156 ■ 4.18 Hitze, Kälte und Trockenheit halten uns Mikroben vom Hals 160 -4.19 ITo- duktaufarbeitung: downstream processing 161 -4.20 Streptomycin und Cephalosporine die nächsten Antibiotika nach dem Penicillin 161 · 4.21 Der Wettlauf mit den Mikroben: Resismnzen lóó · 4.22 Cyclosporin ֊֊ ein Mikrobenprodukt für Transplantationen 166 · 4.23 Steroidhormone: Cortison und Wunschkindpille 168 Kapitel 5 Viren, Antikörper und Impfungen 5.1 Viren - das 171 geborgte Leben 172 ■ 5.2 Wie Viren Zellen befallen 172 · 5.3 Wie der
Körper 1 ո 1 ek- tionen abwehrt: humorak Immunantwort durch Antikörper 176 · 5.4 Zelluläre Immunamwort: Killer-T-Zellen 179-5.5 Die erste Impfung: mit Kuhpocken gegen echte Pocken 182-5.6 Moderne Impfungen 187- 5.7 Lebendimpfstoffe 103- 5.8 Monoklonale Antikörper: hochspezifische und ein heitliche Zauberkugeln aus dem Bioreaktor 193· 5.9 Katalytische Antikörper /95-5.10 Rekombi- narrte Antikörper 200-5.11 Kombinatorische Antikörper-Bibliotheken 201 · 5.12 „Huckepack“ oder Phagen-Display ֊ die nächste Revolution 202- 5.13 Phagen-Display für hochaffines Wachs tumshormon 202 ■ 5.14 Neue Hoffnung bei Krebs: Rituximab, ein rekombinanter Antikörper 207 Kapitel 6 UMWELT-BIOTECHNOLOGIE 6.1 Wegvon Einbahnstraßen, hin zu Kreisläufen! 211 Sauberes Wasser - ein Bioprodukt 212 · 6.2 Aerobe Abwasserreinigung: Rieselfelder, Tropf körper und Belebtschlamm 214-6.3 Biogas 275- 6.4 Biogas kann Wälder retten! 218- 6.5 Biogas in Industrieländern: Gülleverwertung 219 ■ 6.6 Sprit, der auf den Feldern wächst 221 · 6.7 Die Ölfresser des Ananda Chakrabarty 226 · 6.8 Zucker und Alkohol aus Holz 226 ■ 6.9 Chemie rohstoffe aus Biomasse? 228· 6.10 Lautloser Bergbau 234· 6.11 Neues Leben für müde Ölquellen? 235- 6.12 Bioplastik: Kreisverkehr statt Einbahnstraße! 238 Kapitel 7 Grüne Biotechnologie 7.1 245 Mikroben sind essbar! 246 · 7.2 Algen und Cyanobakterien 246 · 7.3 Single ce//-Protein: Hoff nung auf billige Eiweißquellen 250 · 7.4 Mycoprotein ist als pflanzliches Eiweiß beim britischen Ver braucher erfolgreich 252- 7.5 „Grüne“ Biotechnologie ante portai 254 ■ 7.6 Felder im Reagenz glas: m
wtrø-Pflanzenzucht 256 · 7.7 Meristemkultur 257 ■ ΊΆ Haploidenkulturen: Staubbeutel und Fruchtknoten 258- 7.9 Kallus- und Suspensionskulturen 258֊ 7.10 Pflanzenzellen im Bioreaktor produzieren Wirkstoffe 262 · 7.11 Welche Pflanzenwirkstoffe werden dem Shikonin folgen? ֊ J՜12 Agrobicterhim~™ Schädling als Gentechniker 263 · 7.13 Biolistischer Gentransfer: - chuss aus dem Revolver 267- 7.14 Transgene Pflanzen: Herbizidresistenz 267- 7.15 Bioto pi e nsektentoter 268 -7.16 Blaue Nelken und Anti-Matsch-Tomaten 272 · 7.17 Gefahr durch Г oo 276 ■ 7.18 Soll man Gen-Food kennzeichnen? 277 - 7.19 Gen-Pharming 277-7.20 Transgene Pflanzen ֊ eine hitzige Debatte 281 - 7.21 Tropische Palmen in Deutschland? 285- 7.22 Bakterien in Schneekanonen sichern den Skiurlaub 290 X
ľ . lone und transgene Tiere 293 8.1 Künstliche Besamung 294· 8.2 Embryotransfer und künstliche Befruchtung 294 ■ 8.3 Ausster- bende und bedrohte Arten können durch Embryonentransfer gerettet werden 295 · 8.4 Chimäre Tiere haben mindestens vier genetische Eltern 296 · 8.5 Transgene Tiere: von der Riesenmaus zum Riesenrind? 297· 8.6 Wachstumshormone für Rinder und Schweine 298-8.7 Gen-Pharming: hoch wertige Humanproteine aus Milch und Ei 299 ·8.8 Transgene Fische: von GloFisff3 zur Riesenforelle 301 -8.9 Knockout-Mäuse 306 -8.10 Xenotransplantation 307-8.11 Klonen ֊ massenhafte Zwillingsproduktion 310 · 8.12 Klonen von Salamandern und Fröschen 311 -8.13 Dolly ֊ der Durchbruch beim Klonen 311 · 8.14 Schwierkeiten beim Klonen 315 -8.15 Katzen klonen ֊ die verschiedenen Elternvarianten 316 ·8.16 ...und der Mensch? Klonen, IVE und PID 321 · 8.17 Der gläserne Embryo und das Humangenomprojekt 324 Herzinfarkt, Krebs und Stammzellen - Rote Biotechnologie als Lebensretter 327 Kapitel 9 9.1 Herzinfarkt und Antikoagulanzien 328· 9.2 Fibrinolyse nach Herzinfarkt: Thromben werden enzymatisch aufgelöst 328 · 9.3 Schlaganfall: Vampir-Enzym hilft 329 · 9.4 Gentechnischer Faktor VIII ֊ sichere Hilfe für Hämophile 331 · 9.5 EPO für Nierenpatienten und Sportler 333 · 9.6 Inter ferone gegen Viren und Krebs 333 · 9.7 Interleukine 334 ■ 9.8 Krebs: anormales unkontrollier tes Zellwachstum 335 - 9.9 Neue Krebstherapien 341 ·9.10 Paclitaxel gegen Krebs 341 ■ 9.11 Menschliches Wachstumshormon 344 · 9.12 Epidermales Wachstumshormon - Falten ver schwinden, und diabetische Füße heilen 345 -9.13
Stammzellen, der ultimative Jungbrunnen? 351 · 9.14 Gentherapie 355- 9.15 Diamanten im Müll? RNA1, die interferierende RNA 359 Analytische Biotechnologie und das Humangenom 365 10.1 Enzymtests für Millionen Diabetiker 366-10.2 Biosensoren 368-10.3 Mikrobielle Sensoren: Hefen messen die Abwasserbelastung in fünf Minuten statt fünf Tagen 369 · 10.4 Immunologische Schwangerschaftstests 371 · 10.5 AIDS-Tests 372- 10.6 Herzinfarkttests 373· 10.7 Point of Care (POC)-Tests 374 · 10.8 Wie man DNA analysiert: Die Gelelektrophorese trennt DNA-Fragmente nach ihrer Größe auf375 · 10.9 Leben und Tod: genetische Fingerabdrücke zur Aufklärung von Vater schaft und Mord 376 · 10.10 DNA-Marker: kurze Tandemwiederholungen und SNPs 377· 10.11 Die Polymerase-Kettenreaktion: der DNA-Kopierer 379 · 10.12 Werden Saurier und Mammut zu neuem Leben erweckt? 382- 10.13 Wie Gene sequenziert werden 382-10.14 Southern Blotting 383· 10.15Automatische DNA-Sequenzierung 327· 10.16FISH: Chromosomenlokalisierungund Zahl der Genkopien 388· 10.17 Die Krönung der Biotechnologie: das Humangenomprojekt 389· 10.18 Genetische Genomkarten 393 · 10.19 Physische Genomkarten 394 ■ 10.2 0 Der Methodenstreit: Contig contra Schrotschuss 394 ■ 10.21 Wie geht es weiter mit dem Humangenom? 400· 10.22 ...und wie kann man die Sequenz des Genoms verstehen? 400 · 10.23 Pharmakogenomik 401 · 10.24 DNA-Chips 404- 10.25 Krankheitsursachen finden: Genexpressionsprofile 404 • 10.26 Proteomik 406 · 10.27 MALDI: Ein Gas von Proteinionen 410-10.28 Aptamere und Pro tein-Chips 410- 10.29 Quo vadis, Biotech? 414 Das Nanoru - Die
unglaubliche Geschichte seiner Isolierung, Aufreinigung und Charakterisierung Kapitel 11 421 11.1 Der Fundort 422 · 11.2 Aufzucht und Reinkultur 423 · 11.3 Biomassegewinnung 424· 11.4 Akti vitätstest 425-11.5 Gel- und lonenaustauschchromatografie 426 · 11.6 Affinitätschromatografie 427 • 11.7 Isoelektrische Fokussierung 427-11.8 Gelelektrophorese 428 · 11.9 Massen- und Sequenz analyse 429 ■ 11.10 Wie das Gen „gefischt“ wurde 430 · 11.11 Röntgenstrukturanalyse und NMR 431 ■ 11.12 Die Sensation: Das Nanoru ֊ plötzliche Klarheit 432 · 11.13 Wie geht es weiter mit dem Nanoru? 433 Glossar Bildnachweis Personenverzeichnis Sachverzeichnis 439 448 451 454 XI
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