Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis
Über die Autoren
Vorwort
eTopics
Teil 1
Die mikrobielle Zelle
XV
XVII
XXV
2
Ein Interview mit Alexander Steinbüchel:
Perspektiven und Chancen der Mikrobiologie
KAPITEL 1
Mikrobielles Leben: Ursprung und
Entdeckung
5
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
8
12
21
30
33
37
Vom Bazillus zum Genom: Was ist eine Mikrobe?
Mikroorganismen gestalten die menschliche Geschichte
Medizinische Mikrobiologie
Mikrobielle Ökologie
Der mikrobielle Stammbaum
Zellbiologie und die DNA-Revolution
KAPITEL 2
Beobachten von mikrobiellen Zellen
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
Die Beobachtung von Mikroorganismen
Optik und die Eigenschaften des Lichts
Hellfeldmikroskopie
Dunkelfeld-, Phasenkontrast- und Interferenzmikroskopie
Fluoreszenzmikroskopie
Elektronenmikroskopie
Visualisierung von Molekülen
45
46
51
56
64
68
72
79
KAPITEL 3
Struktur und Funktion der Zelle
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
Die bakterielle Zelle: ein Überblick
Die Untersuchung von Zellbestandteilen
Die Zellmembran und der Transport
Die Zellwand und äußere Schichten
Das Nucleoid und die Genexpression
Die Zellteilung
Spezialisierte Strukturen
83
86
90
94
101
112
115
119
VIII
Inhaltsverzeichnis
KAPITEL 4
Kultivierung, Wachstum und
Entwicklung von Bakterien
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
Mikrobielle Ernährung
Aufnahme von Nährstoffen
Kultivierung von Bakterien
Das Zählen von Bakterien
Der Wachstumszyklus
Biofilme
Zelldifferenzierung
129
130
138
145
149
153
162
165
KAPITEL 5
Umwelteinflüsse und die Kontrolle
des mikrobiellen Wachstums
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
5.6
5.7
5.8
Wachstumslimitierende Umweltfaktoren
Anpassung an die Temperatur
Anpassung an Druck
Wasseraktivität und Salz
Anpassung an pH-Veränderungen
Sauerstoff und andere Elektronenakzeptoren
Nährstoffmangel und Hungerbedingungen
Das physikalische, chemische und biologische Kontrollieren
von Mikroorganismen
171
172
175
180
181
183
190
194
197
KAPITEL 6
Struktur und Funktion von Viren
6.1
6.2
6.3
6.4
6.5
6.6
6.7
Was ist ein Virus?
Virenstruktur
Virale Genome und Klassifikation
Lebenszyklus der Bakteriophagen
Lebenszyklen von Tier- und Pflanzenviren
Kultivierung von Viren
Virale Ökologie
Teil 2
Gene und Genome
209
210
216
221
228
233
241
248
252
Ein Interview mit Regine Hengge:
Molekulare Entdeckungsreisen in der bakteriellen Zelle
KAPITEL 7
Genome und Chromosomen
7.1
7.2
7.3
7.4
7.5
7.6
DNA: das genetische Material
Genomorganisation
DNA-Replikation
Plasmide
Eukaryotische Chromosomen
DNA-Sequenzanalyse
255
257
258
269
280
284
286
Inhaltsverzeichnis
IX
KAPITEL 8
Transkription, Translation und
Bioinformatik
8.1
8.2
8.3
8.4
8.5
8.6
8.7
RNA-Polymerase und Sigma-Faktoren
Transkription der DNA in RNA
Translation der RNA in Protein
Modifikation und Faltung von Proteinen
Sekretion: Kontrolle des Proteintransports
Proteinabbau
Bioinformatik: computergestützte Verarbeitung
der im Genom enthaltenen Information
299
301
306
312
330
332
338
340
KAPITEL 9
Gentransfer, Mutationen und
Evolution des Genoms
9.1
9.2
9.3
9.4
9.5
9.6
9.7
Die mosaikartige Struktur des Genoms
Gentransfer
Rekombination
Mutationen
DNA-Reparatur
Mobile genetische Elemente
Evolution des Genoms
349
350
351
366
370
378
385
389
KAPITEL 10
Molekulare Regulation
10.1
10.2
10.3
10.4
10.5
10.6
10.7
10.8
10.9
Regulation der Genexpression
Lactose-Operon: ein Modell der Genregulation
Andere Mechanismen der Operonkontrolle
Regulation durch Sigma-Faktoren
Kleine regulatorische RNAs
DNA-Umlagerungen: Phasenvariation
Integrierte Regelkreise
Quorum sensing: chemische Konversation
Genomik und Proteomik: Werkzeuge der Zukunft
395
396
400
408
415
420
422
426
434
438
KAPITEL 11
Molekularbiologie der Viren
11.1
11.2
11.3
11.4
11.5
11.6
T4-Phage: ein klassisches molekulares Modellsystem
Poliovirus: (+)-Strang-RNA
Influenzavirus: (–)-Strang-RNA
Humanes Immunschwächevirus (HIV): Retrovirus
Herpes-simplex-Virus: DNA
Gentherapie mit Viren
445
447
454
461
469
481
488
X
Inhaltsverzeichnis
KAPITEL 12
Molekularbiologische Methoden
und Biotechnologie
12.1 Grundlegende Methoden der Biotechnologie:
ein Fallbeispiel aus der Forschung
12.2 Genetische Analysen
12.3 Molekulare Analysen
12.4 „Allgemeine“ Fragen der Zellphysiologie
12.5 Angewandte Biotechnologie
Teil 3
Metabolismus und Biochemie
493
494
495
499
511
516
526
Ein Interview mit Franz Narberhaus:
Messung von und Anpassung an Umweltbedingungen
– Strategien von Bakterien
KAPITEL 13
Energetik und Katabolismus
13.1
13.2
13.3
13.4
13.5
13.6
13.7
Thermodynamik des Lebens
Energie und Entropie von biochemischen Reaktionen
Energie-Überträgermoleküle (Carrier) und Elektronentransfer
Katabolismus: das Buffet für Mikroorganismen
Glucoseabbau und Gärung
Citratzyklus
Aromatische Umweltschadstoffe
529
532
535
539
547
553
566
574
KAPITEL 14
Atmung, Lithotrophie und Photolyse
14.1
14.2
14.3
14.4
14.5
14.6
Elektronentransportketten
Die protonenmotorische Kraft
Atmungskette und ATP-Synthase
Anaerobe Atmung
Lithotrophie und Methanogenese
Phototrophie
581
583
589
595
606
611
617
KAPITEL 15
Biosynthesewege
15.1
15.2
15.3
15.4
15.5
15.6
15.7
Überblick über die Biosynthese
CO2-Fixierung: der Calvin-Zyklus
CO2-Fixierung durch anaerobe Organismen und Archaeen
Biosynthese von Fettsäuren, Polyestern und Polyketiden
Stickstofffixierung
Biosynthese von Aminosäuren und Stickstoffbasen
Biosynthese von Tetrapyrrolen
631
632
635
646
651
658
664
671
Inhaltsverzeichnis
XI
KAPITEL 16
Lebensmittelmikrobiologie und
industrielle Mikrobiologie
16.1
16.2
16.3
16.4
16.5
16.6
Mikroorganismen als Lebensmittel
Fermentierte Lebensmittel: ein Überblick
Sauer und alkalisch fermentierte Lebensmittel
Alkoholische Gärung: Brot und Wein
Verderben und Konservierung von Lebensmitteln
Industrielle Mikrobiologie
Teil 4
Mikrobielle Diversität und Ökologie
677
679
682
685
694
699
711
724
Ein Interview mit Karl Stetter:
Die geradezu abenteuerliche mikrobielle Diversität führt zur
Entwicklung industrieller Produkte
KAPITEL 17
Ursprung und Evolution
17.1
17.2
17.3
17.4
17.5
17.6
Der Urprung des Lebens
Modelle frühen Lebens
Mikrobielle Divergenz und Phylogenie
Horizontaler Gentransfer
Mikrobielle Arten und Taxonomie
Symbiose und der Ursprung von Mitochondrien
und Chloroplasten
727
729
740
745
756
759
768
KAPITEL 18
Bakterielle Vielfalt
18.1
18.2
18.3
18.4
18.5
18.6
18.7
Die bakterielle Vielfalt auf einen Blick
Die frühen Thermophilen
Cyanobakterien: oxygene Phototrophe
Grampositive Firmicutes und Actinobacteria
Gramnegative Proteobacteria und Nitrospirae
Bacteroidetes und Chlorobi
Spirochäten: umhüllte spiralförmige Zellen mit internen
Flagellen
18.8 Chlamydiae, Planctomycetes und Verrucomicrobia:
unregelmäßige Zellen
777
779
787
789
794
806
821
822
824
KAPITEL 19
Die Vielfalt der Archaeen
19.1
19.2
19.3
19.4
19.5
Merkmale der Archaeen
Crenarchaeota: Hyperthermophile
Crenarchaeota: Mesophile und Psychrophile
Euryarchaeota: Methanogene
Euryarchaeota: Halophile
829
831
839
846
849
856
XII
Inhaltsverzeichnis
19.6 Euryarchaeota: Thermophile und Acidophile
19.7 Ursprüngliche Gruppen
861
866
KAPITEL 20
Die Vielfalt der Eukaryoten
20.1
20.2
20.3
20.4
20.5
20.6
Die Phylogenie der Eukaryoten
Fungi und Microsporidia
Algen
Amöben und Schleimpilze
Alveolaten: Ciliaten, Dinoflagellaten und Apicomplexa
Trypanosomen und Metamonaden
869
870
881
891
898
901
910
KAPITEL 21
Mikrobielle Ökologie
21.1
21.2
21.3
21.4
21.5
21.6
Mikroorganismen in Ökosystemen
Mikrobielle Symbiosen
Meer- und Süßwassermikrobiologie
Bodenmikrobiologie und Untergrundmikrobiologie
Mikrobielle Gemeinschaften innerhalb von Pflanzen
Mikrobielle Gemeinschaften innerhalb von Tieren
913
915
919
924
939
946
952
KAPITEL 22
Mikroorganismen und die globale
Umwelt
22.1
22.2
22.3
22.4
22.5
22.6
Biogeochemische Kreisläufe
Der Kohlenstoffkreislauf
Der Wasserkreislauf und die Abwasseraufbereitung
Der Stickstoffkreislauf
Schwefel, Phosphor und Metalle
Astrobiologie
Teil 5:
Pathogene Bakterien und Immunabwehr
959
961
964
967
973
980
987
994
Ein Interview mit Andreas Peschel:
Die mikrobielle Ökologie des Menschen am Beispiel der
Staphylokokken
KAPITEL 23
Die menschliche Mikrobiota und
unspezifische Abwehrreaktionen
23.1 Die menschliche Mikrobiota: Lokalisierung und
Zusammensetzung
23.2 Risiken und Nutzen der mikrobiellen Populationen im Körper
23.3 Das Immunsystem – ein Überblick
23.4 Die angeborene Immunabwehr
23.5 Angeborene Immunabwehr: die akute Entzündungsreaktion
997
998
1008
1009
1015
1020
Inhaltsverzeichnis
XIII
23.6 Phagocytose
23.7 Angeborene Abwehrfaktoren: Interferon, natürliche Killerzellen und Toll-ähnliche Rezeptoren
23.8 Die Funktion des Komplements bei der angeborenen
Immunabwehr
23.9 Fieber
1024
1027
1030
1032
KAPITEL 24
Die adaptive Immunantwort
1035
24.1
24.2
24.3
24.4
24.5
24.6
Adaptive Immunabwehr
Immunogenität
Struktur und Vielfalt der Antikörper
Primäre und sekundäre Antikörperantworten
Genetik der Produktion von Antikörpern
T-Zellen, Histokompatibilität und die Prozessierung
von Antigenen
24.7 Das Komplement als Teil der adaptiven Immunabwehr
24.8 Überempfindlichkeit und Autoimmunität
1037
1039
1044
1050
1054
1058
1071
1073
KAPITEL 25
Wie Mikroorganismen Krankheiten
hervorrufen
1083
25.1 Wechselwirkungen zwischen Wirt und Krankheitserreger
25.2 Virulenzfaktoren und Pathogenitätsinseln: die Werkzeuge
und Werkzeugsets der mikrobiellen Krankheitserreger
25.3 Virulenzfaktoren: Wie sich Mikroben anheften
25.4 Toxine beeinträchtigen die Körperfunktionen
25.5 Proteinsekretion und Pathogenese
25.6 Die Suche nach den Virulenzgenen
25.7 Überleben in einem Wirt
25.8 Pathogenese der Viren
1085
1090
1094
1100
1110
1115
1120
1125
KAPITEL 26
Mikrobiell verursachte Krankheiten
26.1
26.2
26.3
26.4
26.5
26.6
26.7
26.8
26.9
1135
Charakterisierung und Diagnose von mikrobiellen Krankheiten
Infektionen der Haut und der weichen Gewebe
Infektionen der Atemwege
Infektionen des Verdauungstrakts
Infektionen des Urogenitaltrakts
Infektionen des Zentralnervensystems
Infektionen des Herz-Kreislauf-Systems
Systemische Infektionen
Immunisierung
1137
1139
1144
1152
1159
1171
1180
1183
1192
XIV
Inhaltsverzeichnis
KAPITEL 27
Antimikrobielle Chemotherapie
1197
27.1 Das Goldene Zeitalter der Entdeckung der Antibiotika
27.2 Grundlagen der antimikrobiellen Therapie
27.3 Die Bestimmung der Empfindlichkeit gegenüber
Medikamenten
27.4 Wirkungsmechanismen
27.5 Biosynthese der Antibiotika
27.6 Wirkstoffresistenzen als Herausforderung
27.7 Die Entwicklung von Antibiotika in der Zukunft
27.8 Antivirale Wirkstoffe
27.9 Antifungale Wirkstoffe
1199
1201
1203
1208
1218
1221
1227
1230
1236
KAPITEL 28
Klinische Mikrobiologie und
Epidemiologie
28.1
28.2
28.3
28.4
28.5
28.6
1241
Grundbegriffe der klinischen Mikrobiologie
Verfahren zur Identifizierung von Krankheitserregern
Die Probennahme
Methoden der biologischen Sicherheit
Grundbegriffe der Epidemiologie
Wie man neu aufkommende mikrobielle Krankheiten erkennt
1242
1244
1262
1265
1268
1277
Antworten zu den vertiefenden Fragen
1283
Glossar
1319
Bildnachweis
1367
Index
1379
http://www.springer.com/978-3-8274-2909-4