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