le 2 Mikrobielles Leben: Ursprung und Entdeckung 5 Beobachten
Werbung
Über die Autoren Vorwort eTopics le 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 Mikrowelle Ökologie Der mikrobielle Stammbaum Zellbiologie und die DNA-Revolution KAPITEL 2 Beobachten von mikrobiellen Zellen 45 2.1 2.2 Die Beobachtung von Mikroorganismen Optik und die Eigenschaften des Lichts 46 51 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 Hellfeldmikroskopie Dunkelfeld-, Phasenkontrast- und Interferenzmikroskopie Fluoreszenzmikroskopie Elektronenmikroskopie . Visualisierung von Molekülen 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 http://d-nb.info/1018319786 83 86 90 94 101 112 115 119 KAPITEL 4 Kultivierung, Wachstum und Entwicklung von Bakterien 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 Mikrowelle 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 171 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 Wachstumslimitierende Umweltfaktoren Anpassung an die Temperatur Anpassung an Druck Wasseraktivität und Salz Anpassung an pH-Veränderungen 172 175 180 181 183 5.6 5.7 5.8 Sauerstoff und andere Elektronenakzeptoren Nährstoffmangel und Hungerbedingungen Das physikalische, chemische und biologische Kontrollieren von Mikroorganismen 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 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 299 301 306 312 330 332 338 340 der im Genom enthaltenen Information KAPITEL 9 Gentransfer, Mutationen und Evolution des Genoms 349 9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6 Die mosaikartige Struktur des Genoms Gentransfer Rekombination Mutationen DNA-Reparatur Mobile genetische Elemente 350 351 366 370 378 385 9.7 Evolution des Genoms 389 KAPITEL 1 0 Molekulare Regulation 395 10.1 Regulation der Genexpression 10.2 Lactose-Operon: ein Modell der Genregulation 10.3 Andere Mechanismen der Operonkontrolle 396 400 408 10.4 10.5 10.6 10.7 10.8 10.9 415 420 422 426 434 438 Regulation durch Sigma-Faktoren Kleine regulatorische RNAs DNA-Umlagerungen: Phasenvariation Integrierte Regelkreise Quorum sensing: chemische Konversation Genomik und Proteomik: Werkzeuge der Zukunft KAPITEL 11 Molekularbiologie der Viren 445 11.1 T4-Phage: ein klassisches molekulares Modellsystem 447 11.2 11.3 11.4 11.5 11.6 Poliovirus: (+)-Strang-RNÄ Influenzavirus: (-)-Strang-RNA Humanes Immunschwächevirus (HIV): Retrovirus Herpes-simplex-Virus: DNA Gentherapie mit Viren 454 461 469 481 488 KAPITEL 12 Molekularbiologische Methoden und Biotechnologie 12.1 12.2 12.3 12.4 12.5 Grundlegende Methoden der Biotechnologie: ein Fallbeispiel aus der Forschung Genetische Analysen Molekulare Analysen „Allgemeine" Fragen der Zellphysiologie Angewandte Biotechnologie i 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 Büffet f ü r 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 C02-Fixierung: der Calvin-Zyklus C02-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 KAPITEL 16 Lebensmittelmikrobiologie und industrielle Mikrobiologie 677 16.1 Mikroorganismen als Lebensmittel 16.2 Fermentierte Lebensmittel: ein Überblick 16.3 Sauer und alkalisch fermentierte Lebensmittel 679 682 685 16.4 Alkoholische Gärung: Brot und Wein 16.5 Verderben und Konservierung von Lebensmitteln 694 699 16.6 Industrielle Mikrobiologie 711 ität und Ökologie 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 727 729 740 745 756 759 768 und Chloroplasten 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: 777 779 787 789 794 806 821 822 824 unregelmäßige Zellen 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 19.6 Euryarchaeota: Thermophile und Acidophile 19.7 Ursprüngliche Gruppen 861 866 KAPITEL 2 0 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 2 1 Mikrobielle Ökologie 21.1 21.2 21.3 21.4 Mikroorganismen in Ökosystemen Mikrobielle Symbiosen Meer-und Süßwassermikrobiologie Bodenmikrobiologie und Untergrundmikrobiologie 21.5 Mikrobielle Gemeinschaften innerhalb von Pflanzen 21.6 Mikrobielle Gemeinschaften innerhalb von Tieren 913 915 919 924 939 946 952 KAPITEL 2 2 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 en 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 2 3 Die menschliche Mikrobiota und unspezifische Abwehrreaktionen 23.1 23.2 23.3 23.4 23.5 Die menschliche Mikrobiota: Lokalisierung und Zusammensetzung Risiken und Nutzen der mikrobiellen Populationen im Körper Das Immunsystem - ein Überblick Die angeborene Immunabwehr Angeborene Immunabwehr: die akute Entzündungsreaktion 997 998 1008 1009 1015 1020 Inhaltsverzeichnis XIII 2 3 . 6 Phagocytose 2 3 . 7 Angeborene Abwehrfaktoren: Interferon, natürliche Killerzellen und Toll-ähnliche Rezeptoren 2 3 . 8 Die Funktion des Komplements bei der angeborenen 1024 1027 1030 Immunabwehr 2 3 . 9 Fieber 1032 KAPITEL 2 4 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 2 4 . 7 Das Komplement als Teil der adaptiven Immunabwehr 2 4 . 8 Überempfindlichkeit und Autoimmunität 1037 1039 1044 1050 1054 1058 1071 1073 KAPITEL 2 5 Wie Mikroorganismen Krankheiten hervorrufen 1083 25.1 Wechselwirkungen zwischen Wirt und Krankheitserreger 2 5 . 2 Virulenzfaktoren und Pathogenitätsinseln: die Werkzeuge und Werkzeugsets der mikrobiellen Krankheitserreger 2 5 . 3 Virulenzfaktoren: Wie sich Mikroben anheften 2 5 . 4 Toxine beeinträchtigen die Körperfunktionen 2 5 . 5 Proteinsekretion und Pathogenese 2 5 . 6 Die Suche nach den Virulenzgenen 2 5 . 7 Überleben in einem Wirt 1085 1090 2 5 . 8 Pathogenese der Viren 1125 1094 1100 1110 1115 1120 KAPITEL 2 6 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 KAPITEL 2 7 Antimikrobielle Chemotherapie 1197 27.1 27.2 27.3 Das Goldene Zeitalter der Entdeckung der Antibiotika Grundlagen der antimikrobiellen Therapie 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 2 8 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
