Details

<p><b>Einleitung</b> <b>17</b></p> <p>Über dieses Buch 17</p> <p>Törichte Annahmen über den Leser 18</p> <p>Symbole in diesem Buch 18</p> <p>Wie Sie dieses Buch für sich nutzen können 19</p> <p><b>Teil I: Einführung in die Mikrobiologie 21</b></p> <p><b>Kapitel 1 Mensch und Mikrobiologie</b> <b>23</b></p> <p>Wozu brauchen wir die Mikrobiologie? 23</p> <p>Ein Blick auf die Welt der Mikroorganismen 24</p> <p>Mikrobiologie aus verschiedenen Blickwinkeln 25</p> <p><b>Kapitel 2 Mikrobiologie: die neue Wissenschaft 27</b></p> <p>Aberglaube und Fehleinschätzungen 28</p> <p>Die Entdeckung der Mikroben 28</p> <p>Der Mythos der Urzeugung wurde entlarvt 29</p> <p>Gesundheit durch Hygiene, Antibiotika und Impfungen 30</p> <p>Andere wichtige Entdeckungen der Mikrobiologie 32</p> <p>Die Zukunft der Mikrobiologie 32</p> <p>Viel Raum nach oben 33</p> <p>Neue Herausforderungen meistern 33</p> <p><b>Kapitel 3 Mikroorganismen: sind überall und können (fast) alles</b> <b>37</b></p> <p>Die Diversität mikrobieller Lebensräume 38</p> <p>Die metabolische Vielfalt 40</p> <p>Woher stammt die Energie? 40</p> <p>Woher stammt der Kohlenstoff? 41</p> <p>Enzymatische Vielfalt 41</p> <p>Sekundärstoffwechsel 42</p> <p>Wenn Wirt und Mikroorganismus aufeinandertreffen 42</p> <p><b>Teil II: Mikrobielles Leben unter der Lupe 45</b></p> <p><b>Kapitel 4 Grundlagen der Zellstruktur und Funktion</b> <b>47</b></p> <p>Zellform ist Ansichtssache 47</p> <p>Leben im Mikromaßstab 48</p> <p>Die Zelle im Überblick 50</p> <p>Innere Membran, Zellwand und äußere Membran 50</p> <p>Struktur und Funktion der inneren Membran 51</p> <p>Die bakterielle Zellwand 53</p> <p>Die äußere Membran gramnegativer Zellen 55</p> <p>Die Zellwand der Archaeen 56</p> <p>Weitere wichtige Zellbestandteile 56</p> <p>Zellstrukturen der Prokaryoten 56</p> <p>Aus eins mach zwei: Zellteilung 58</p> <p>Transportsysteme: rein wie raus 59</p> <p>Passiver Transport: immer entlang des Gradienten 59</p> <p>Aktiver Transport: Energie ist gefragt 60</p> <p>Aufräumen ist angesagt: Effluxpumpen 61</p> <p>Wir kommen rum: Fortbewegung 61</p> <p><b>Kapitel 5 Einblick in den Stoffwechsel</b> <b>63</b></p> <p>Mit Enzymen läuft’s schneller 63</p> <p>Ohne Energie kein Leben: Oxidation und Reduktion 65</p> <p>Fast wie Billard – Elektronenübertragung 66</p> <p>Deals mit energiereichen Verbindungen 68</p> <p>Wenn die Zeiten schlechter werden: Energiespeicher 68</p> <p>Kurz und klein im Katabolismus 69</p> <p>Nicht schwer zu verdauen – die Glykolyse 70</p> <p>Schritt für Schritt weiter: die Atmung 71</p> <p>Bewegung im Spiel: die protonenmotorische Kraft 72</p> <p>Es geht rund: der Citratzyklus 74</p> <p>Sehr aufbauend – der Anabolismus 75</p> <p>Die Synthese von Aminosäuren 75</p> <p>Die Synthese von Nukleinsäuren 76</p> <p>Zucker- und Polysaccharidsynthese 76</p> <p>Fettsäure- und Lipidsynthese 78</p> <p><b>Kapitel 6 Genetik der Mikroorganismen</b> <b>81</b></p> <p>Die Organisation des genetischen Materials 81</p> <p>Ein Kochbuch fürs Leben: die DNA 82</p> <p>Perfekt outgesourct: die Plasmide 84</p> <p>Aus eins mach zwei: DNA-Replikation 84</p> <p>Von der DNA zum Protein 89</p> <p>Transkription: Synthese der mRNA 89</p> <p>Transfer- und ribosomale RNAs 90</p> <p>Translation: Ein Protein entsteht 90</p> <p>Regulation von Proteinsynthese und Proteinaktivität 95</p> <p>Transkriptionsregulation 95</p> <p>Regulation auf der Ebene der Proteinaktivität 97</p> <p>Kein Fortschritt ohne Veränderung 97</p> <p>Nobody is perfect – die Punktmutationen 98</p> <p>Umbau ist angesagt – nicht immer zum Vorteil 99</p> <p>Transformation und Konjugation 100</p> <p>Viren im Spiel: die Transduktion 101</p> <p>Wenn Gene springen: die Transposition 101</p> <p><b>Kapitel 7 Mikrobielles Wachstum messen 103</b></p> <p>Optimale Wachstumsbedingungen identifizieren 103</p> <p>Physikalische Anforderungen 103</p> <p>Mikroorganismen im Labor kultivieren 106</p> <p>Mikroorganismen im Blickfeld 108</p> <p>Zählen im Mikrobenmaßstab 108</p> <p>Ziemlich bunt: die Färbeverfahren 110</p> <p>Zellteilungsrate und Zellzunahme beurteilen 112</p> <p>Mal so, mal so: die Zellteilung 112</p> <p>Aus eins mach viele: die Wachstumsphase 112</p> <p>Hemmung des mikrobiellen Wachstums 114</p> <p>Physikalische Methoden zur Entkeimung 114</p> <p>Desinfektionsmittel 115</p> <p><b>Teil III: Die Evolution des Mikrokosmos 117</b></p> <p><b>Kapitel 8 Evolution der Mikroorganismen 119</b></p> <p>Erste Organismen auf der Bühne des Lebens 119</p> <p>Der Ursprung des Lebens 119</p> <p>Diversifikation der frühen Prokaryoten 120</p> <p>Der Einfluss von Prokaryoten auf die frühe Erde 121</p> <p>Untermieter gesucht: die Endosymbiose 122</p> <p>Was ist Evolution? 124</p> <p>Das Evolutionsgeschehen untersuchen 126</p> <p>Geeignete Markergene auswählen 127</p> <p>Die Richtung des Gentransfers in Prokaryoten 128</p> <p>Klassifikation und Taxonomie von Mikroorganismen 128</p> <p>Weit verzweigt - der Baum des Lebens 130</p> <p><b>Kapitel 9 Energiegewinnung und CO₂-Fixierung</b> <b>133</b></p> <p>Die Selbstversorger: autotrophe Organismen 133</p> <p>Fixierung von anorganischem Kohlenstoff 134</p> <p>Die Energie des Lichts nutzen 137</p> <p>Lichternte mit Chlorophyllen und Bakteriochlorophyllen 138</p> <p>Akzessorische Pigmente: Carotinoide und Phycobiline 141</p> <p>Sauerstoff erzeugen oder nicht: oxygene und anoxygene Photosynthese 141</p> <p>Energie aus anorganischen Verbindungen: Chemolithotrophie 146</p> <p>Wasserstoff nutzen 146</p> <p>Elektronen aus dem Schwefel 147</p> <p>Starke Sache: Eisen pumpen 148</p> <p>Nitrat- und Ammoniakoxidation 148</p> <p><b>Kapitel 10 Gärung und Atmung im Vergleich</b> <b>151</b></p> <p>Lebensstile der Reichen und Fakultativen 151</p> <p>Ein Überblick zum Einstieg 153</p> <p>Einmal tief durchatmen: die Respiration 155</p> <p>Wie im Kreisverkehr: der Citratzyklus 156</p> <p>Immer schön treppab: die Elektronentransportkette 157</p> <p>Anaerobe Atmung 158</p> <p>Nitrat und Denitrifikation 159</p> <p>Sulfat- und Schwefelreduktion 160</p> <p>Acetogenese und Methanogenese 160</p> <p>Abbau von Kohlenwasserstoffen und anderen Verbindungen 160</p> <p>Bunte Vielfalt: die Gärungstypen 161</p> <p><b>Kapitel 11 Mikrobielle Lebensräume</b> <b>165</b></p> <p>Was genau ist ein Habitat? 166</p> <p>Nährstoffkreisläufe verstehen 167</p> <p>Der Kohlenstoffkreislauf 167</p> <p>Der Stickstoffkreislauf 169</p> <p>Der Schwefelkreislauf 171</p> <p>Phosphorkreisläufe im Ozean 172</p> <p>Mikroorganismen in Interaktion 172</p> <p>Kommunikation durch Quorum Sensing 173</p> <p>Das Leben im Biofilm 173</p> <p>Mikrobielle Matten 174</p> <p>Mikroorganismen in aquatischen und terrestrischen Lebensräumen 175</p> <p>Aquatische Mikroorganismen 175</p> <p>Oxygene versus anoxygene Phototrophe 176</p> <p>Der Boden lebt 176</p> <p>Mit Pflanzen und Tieren auskommen 177</p> <p>In Interaktion mit Pflanzen 178</p> <p>Mikroorganismen in Tieren 179</p> <p>Symbiosen mit Insekten 181</p> <p>Symbiosen mit Meeresbewohnern 181</p> <p>Leben unter extremen Bedingungen 182</p> <p>Mikroorganismen an unerwarteten Orten 183</p> <p><b>Teil IV: Mikroben in Hülle und Fülle 185</b></p> <p><b>Kapitel 12 Die Prokaryoten im Überblick</b> <b>187</b></p> <p>Prokaryoten, Teil 1: Die Bakterien 188</p> <p>Die gramnegativen Bakterien: Proteobakterien 188</p> <p>Heterotrophe Lebensweise 190</p> <p>Interessante Formen und Lebenszyklen 191</p> <p>Weitere gramnegative Bakterien 193</p> <p>Die grampositiven Bakterien 195</p> <p>Prokaryoten, Teil 2: Die Archaeen 197</p> <p>Manche mögen‘s (sehr) heiß: extrem thermophile Archaeen 199</p> <p>Mehr als sauer: extrem acidophile Archaeen 200</p> <p>Supersalzig: extreme Halophile 201</p> <p>Mesophile Archaeen 202</p> <p><b>Kapitel 13 Bühne frei für die Eukaryoten</b> <b>203</b></p> <p>Pilze 203</p> <p>Mal so, mal so – die Physiologie der Pilze 204</p> <p>Ein kleiner Eindruck von der Pilzvielfalt 206</p> <p>Interaktion mit Pflanzenwurzeln 208</p> <p>Die Ascomyceten (Schlauchpilze) 209</p> <p>Die Basidiomyceten (Ständerpilze) 210</p> <p>Prosperierende Vielfalt: die Protisten 211</p> <p>Die Apicomplexa (Sporozoen) 211</p> <p>Pflanzenpathogene Peronosporomyzeten (Eipilze) 213</p> <p>Die Mikro-Jäger: Ciliaten und Amöben 214</p> <p>Begegnung mit den Algen 216</p> <p><b>Kapitel 14 Die Welt der Viren</b> <b>221</b></p> <p>Die Zelle fest im Griff der Viren 221</p> <p>Sehr spartanisch: der Aufbau der Viren 221</p> <p>Im Schnelldurchgang: die Replikation der Viren 223</p> <p>Von Kopf bis Schwanz: Bakteriophagen 225</p> <p>Die Viren der Eukaryoten 229</p> <p>Viren, die tierische Zellen infizieren 229</p> <p>Pflanzenviren auf der Spur 232</p> <p>Viroide 233</p> <p>Kein leichtes Opfer: wie Wirtszellen sich wehren 234</p> <p>Restriktionsenzyme 234</p> <p>Das CRISPR/Cas-System 235</p> <p>Funkstille für RNA-Viren: RNAi 236</p> <p><b>Teil V: Mikroorganismen und menschliche Gesundheit 237</b></p> <p><b>Kapitel 15 Mikroben als Krankheitserreger</b> <b>239</b></p> <p>Bollwerk gegen Pathogene: die Immunantwort 239</p> <p>Infektionsbarrieren aufbauen 240</p> <p>Gleich die rote Fahne hissen: Entzündungen 240</p> <p>Erst mal die Stellung halten: die angeborene Immunantwort 241</p> <p>Das adaptive Immunsystem rückt aus 242</p> <p>Antikörper in Aktion 244</p> <p>Antimikrobielle therapeutische Wirkstoffe 246</p> <p>Grundlegende Eigenschaften der Antibiotika 246</p> <p>Ziele der Zerstörung 248</p> <p>Mechanismen der Antibiotikaresistenz 249</p> <p>Dringend gesucht: neue Antibiotika 251</p> <p>Fahnden nach den »Superbugs« 252</p> <p>Vancomycin-resistenten Enterokokken einen Schritt voraus sein 253</p> <p>Kampf gegen Methicillin-resistente Staphylococcus aureus 253</p> <p>Der Konkurrenz unterlegen: <i>Clostridioides difficile </i>255</p> <p>Beta-Lactamasen mit erweitertem Spektrum 255</p> <p>Präbiotika und Probiotika 256</p> <p>Antivirale Medikamente 257</p> <p><b>Kapitel 16 Mikroben im Einsatz: die Biotechnologie</b> <b>259</b></p> <p>Rekombinante DNA-Technologie 259</p> <p>Welche Gene suche ich? 260</p> <p>Warum Plasmide so nützlich sind 263</p> <p>Schneiden mit Restriktionsenzymen 264</p> <p>Mikroorganismen dazu bringen, DNA aufzunehmen 266</p> <p>Promotoren zur Expressionssteigerung 268</p> <p>Von der DNA zum Protein: Expressionsvektoren 268</p> <p>Origami mit Proteinen: die korrekte Faltung 269</p> <p>Wenn fremde Gene lästig sind 270</p> <p>Klonierung großer DNA-Konstrukte mit zahlreichen Genen 271</p> <p>Therapien besser, schneller und billiger machen 273</p> <p>Noch Raum nach oben: Antibiotika verbessern 273</p> <p>Impfstoffe entwickeln 274</p> <p>Mikroorganismen industriell nutzen 274</p> <p>Mikrobiell produzierte Pflanzenschutzmittel 275</p> <p>Mikrobiell produzierte Biokraftstoffe 276</p> <p>Bioleaching von Metallen 276</p> <p>Umweltschutz mit Mikroorganismen 277</p> <p><b>Kapitel 17 Der Kampf gegen Infektionserreger</b> <b>279</b></p> <p>Gesundheitsschutz in der Gesellschaft: Epidemiologie 279</p> <p>Wer ist infiziert und warum? 279</p> <p>Ausbrüche untersuchen 280</p> <p>Wo steckt der Erreger? 281</p> <p>Der Weg von Wirt zu Wirt 281</p> <p>Den Ausbruch unter Kontrolle halten 282</p> <p>Diagnostik mikrobieller Pathogene 283</p> <p>Charakterisierung anhand der Morphologie 283</p> <p>Nachweis mit biochemischen Verfahren 284</p> <p>Diagnostik mit einer Phagentypisierung 286</p> <p>Mit Serologie punkten 287</p> <p>Sensitivität gegenüber Antibiotika testen 288</p> <p>Infektionserkrankungen eindämmen 289</p> <p>Wie Impfstoffe wirken 290</p> <p>Mehr oder weniger sicher: Arten von Impfstoffen 291</p> <p><b>Teil VI: Neue Herausforderungen meistern 293</b></p> <p><b>Kapitel 18 Mikrobielle Ökosysteme im Fokus</b> <b>295</b></p> <p>Untersuchung mikrobieller Gemeinschaften 295</p> <p>Aus der Ökologie entlehnt 295</p> <p>Warum mikrobielle Gemeinschaften anders sind 296</p> <p>Methoden der mikrobiellen Ökologie 296</p> <p>Mit Anreicherung locken 296</p> <p>Fluoreszenzfarbstoffe in der Mikroskopie 297</p> <p>Messung der mikrobiellen Aktivität 299</p> <p>Artbestimmung mit Markergenen 299</p> <p>Es geht ans Eingemachte: Sequenzierung & Co. 300</p> <p>Genomsequenzierung 300</p> <p>Vom Einzelgenom zum Metagenom 302</p> <p>Mikrobielle Transkriptome lesen 303</p> <p>Es geht noch weiter: Proteomik und Metabolomik 304</p> <p>Die (mikrobielle) Spitze des Eisbergs 305</p> <p><b>Kapitel 19 Synthetische Biochemie</b> <b>307</b></p> <p>Regulation der Genexpression: das <i>lac</i>-Operon 308</p> <p>Nicht ganz so dicht … 309</p> <p>Ein gutes System optimieren 309</p> <p>Genetische Netzwerke entwickeln 312</p> <p>Von einem Zustand in den anderen wechseln 312</p> <p>Oszillieren zwischen Zuständen 313</p> <p>Die Toolbox des synthetischen Biologen 315</p> <p>Module für den Eigenbau 315</p> <p>Teilnahme am iGEM-Wettbewerb 315</p> <p><b>Teil VII: Der Top Ten-Teil 317</b></p> <p><b>Kapitel 20 (Fast) zehn gefährliche Krankheiten durch Mikroben 319</b></p> <p>Ebola 320</p> <p>Milzbrand 320</p> <p>Grippe 321</p> <p>Tuberkulose 321</p> <p>HIV 322</p> <p>Cholera 322</p> <p>Pocken 323</p> <p>Primäre Amöben-Menigoenzephalitis 323</p> <p>Neue Gefahren im Anmarsch 324</p> <p><b>Kapitel 21 Zehn wichtige Anwendungen für Mikroorganismen</b> <b>325</b></p> <p>Bereicherung des Speiseplans 325</p> <p>Biodüngen mit Hülsenfrüchten 326</p> <p>Bier, Wein und Schnaps produzieren 326</p> <p>Insektenschädlinge töten 326</p> <p>Reinigung und Klärung von Abwasser 327</p> <p>Beitrag zur Medizin und Schönheit 327</p> <p>Starthilfe für Ihr Aquarium 328</p> <p>Biobasierte Kunststoffe 328</p> <p>Kompostierbare Abfälle 329</p> <p>Die Balance des Körpers erhalten 329</p> <p>Stichwortverzeichnis 331</p>

Jennifer Stearns und Michael Surette arbeiten im Bereich medizinischer Mikrobiologie der McMaster University. Julienne Kaiser schreibt gerade ihren PhD im Themenfeld Antibiotikaresistenz.

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