Grundlagen der Biotechnologie und Mikrobiologie

Biotechnologie

• Wissenschaftszweig, der sich seit der Entdeckung der DNA und der Gensequenz entwickelt hat.
• Ermöglicht Verfahren zur Veränderung der genetischen Konstitution eines Organismus.
• Nutzung in industriellen Verfahren zur Steigerung von Effizienz und Produktivität zum Wohle des Menschen.
• Erzeugung transgener Organismen, wobei die Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit und die Umwelt noch erforscht werden.

Transgene Organismen

• Lebewesen mit veränderter genetischer Zusammensetzung.
• Entwickelt zur Steigerung der Produktivität sowie zur Resistenz gegen Krankheitserreger (Viren, Bakterien) und klimatische Faktoren (Dürre, Temperaturschwankungen).
• Einsatz von Restriktionsenzymen bakteriellen Ursprungs, um kurze DNA-Sequenzen zu erkennen, zu vervielfältigen und in den Zielorganismus zu übertragen.
• Ergebnis der rekombinanten DNA-Technologie.
• Langzeitfolgen für die biologische Vielfalt und den Menschen sind derzeit noch nicht vollständig bekannt.

Methoden zur Gewinnung transgener Organismen

• Beschuss: Partikelbeschuss, bei dem DNA-beladene Mikropartikel in die Zelle geschossen werden.
• Injektion: Direkte Injektion von DNA in die Zelle mittels Nadeln.
• Diffusion: Einschleusen von Genen durch die Zellmembran bis zum Kern.
• Viren: Nutzung von Viren (Makromoleküle mit DNA oder RNA), die als obligate Parasiten ihre DNA in die Zelle injizieren.

Abwehrsystem

• Natürliche Immunität: Angeborene Fähigkeit, pathogenen Organismen zu widerstehen, verstärkt durch das Kolostrum der Mutter.
• Erworbene Immunität: Künstliche Verstärkung des Immunsystems, etwa durch Impfungen.
• Impfung: Einbringen abgeschwächter Erreger, um die Bildung von Antikörpern (Antitoxinen) anzuregen.
• Passive Immunität: Der Wirt erhält bereits fertige Antikörper.

Klassifikation der Krankheiten nach der WHO

• Infektionskrankheiten: Übertragung durch Erreger (z. B. AIDS, Grippe). Stadien: Inkubation, Entwicklung, Rekonvaleszenz.
• Geschlechtskrankheiten (ETS): Übertragung durch engen Kontakt (z. B. Gonorrhoe, Herpes).
• Hereditäre Krankheiten: Genetisch bedingt (z. B. Down-Syndrom).
• Psychische Erkrankungen: Genetisch oder traumatisch bedingt (z. B. Alzheimer, Epilepsie).
• Stoffwechselkrankheiten: Chemische Funktionsstörungen (z. B. Diabetes).
• Traumatische Schäden: Durch äußere Einwirkung (z. B. Brüche).
• Degenerative Krankheiten: Gewebeveränderungen (z. B. Krebs, Parkinson).
• Soziale Krankheiten: Durch externe Faktoren wie Suchtmittel.
• Ernährungsbedingte Krankheiten: Essstörungen (z. B. Adipositas).
• Parasitäre Krankheiten: Befall durch Parasiten (z. B. Würmer).

Bakterien

• Primitivste Organismen (Prokaryoten), bestehend aus einer Zelle ohne Zellkern und Organellen.
• Nicht alle sind pathogen; viele sind nützlich für das Ökosystem.

Struktur

• Kapsel: Zelladhäsion.
• Zellwand: Formgebung.
• Geißel: Mobilität.
• Pili/Fimbrien: Konjugation und Anheftung.
• Chromosom: Genetische Information.
• Ribosomen: Proteinsynthese.
• Plasmid: Stoffwechselunterstützung.

Bakterienwachstum

1. Anpassungsphase: Stoffwechsel stellt sich auf die Umwelt ein.
2. Exponentielle Phase: Maximales Wachstum.
3. Stationäre Phase: Nährstoffmangel, Akkumulation von Metaboliten.
4. Absterbephase: Rückgang der Bakterienzahl.

Bakterielle Klassifizierung

• Form: Kokken (kugelförmig), Bazillen (stäbchenförmig), Spirillen (spiralig).
• Gram-Färbung: Gram-positiv (hohe Affinität durch Peptidoglycan) vs. Gram-negativ.
• Stoffwechsel: Heterotroph (Parasiten) oder Autotroph (Chemosynthese/Photosynthese).

Nutzen und Risiken

• Stärken: Darmflora, Lebensmittelherstellung, Zersetzung organischer Stoffe, Stickstofffixierung.
• Schwächen: Krankheitserreger, Lebensmittelverderb, Geruchsbildung, Umweltverschmutzung.

Antibiotische Wirkung

• Hemmung von Zellwandaufbau, Proteinsynthese oder DNA-Replikation.
• Bakterizide Wirkung führt zum Absterben der Bakterien.