Der Taschenatlas der Biotechnologie und Gentechnik hat seit dem ersten Erscheinen 2001 bereits etliche Jahrgänge von Studenten und Schülern und interessierte Quereinsteiger in die Grundlagen diese wegweisenden Zukunftstechnologien eingeführt und sich als anschaulicher und unersetzlicher Begleiter etabliert. Biotechnologie und Gentechnik gelten als Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts. Sie sind Motor für die Erforschung und Entwicklung neuer Arzneimittel und Therapieformen, von Nutzpflanzen und Lebensmittel sowie von modernen Umwelttechnologien und innovativen industriellen Verfahren. Diese neue Auflage wurde grundlegend aktualisiert sowie um die Themen Tissue Engineering, Protein Design und Proteomics erweitert. Der neue Atlas wird damit weiterhin seiner Rolle als reichhaltige und aktuelle Quelle zu den spannendsten Themen innerhalb dieses wichtigen Forschungszweiges gerecht. aus einer Rezension der 1. Auflage: "... Der Atlas ist Studenten der Naturwissenschaften und der Medizin ebenso zu empfehlen wie allen, die einen Überblick über Produkte, Methoden, Anwendungen sowie wirtschaftliche und rechtliche Rahmenbedingungen der Bio- und Gentechnologie suchen." Chemie in unserer Zeit
Rolf Schmid hat in Munchen und Freiburg Chemie, Biochemie und Mikrobiologie studiert. Nach Postdoc-Aufenthalten in Gif-sur-Yvette, Frankreich, und Austin, USA trat er 1972 in die biotechnologische Forschung bei der Henkel KGaA in Dusseldorf ein und war dort 15 Jahre lang tatig, zuletzt als Abteilungsdirektor. 1987 nahm er einen Ruf auf den Lehrstuhl fur Technische Biochemie an der TU Braunschweig an, verbunden mit der Leitung des Bereichs Enzymtechnologie und Naturstoffchemie an der Gesellschaft fur Biotechnologische Forschung (GBF) in Braunschweig. Von 1993 bis 2009 leitete er das Institut fur Technische Biochemie an der Universitat Stuttgart. Nach einem MBA-Diplom an der Universitat Reutlingen in 2007 grundete er das Beratungsunternehmen www.bio4business.eu und 2015 das Steinbeis-Beratungszentrum www.asia-tech.eu.
Abkürzungen U2
Einführung 1
Einleitung
Frühe Entwicklungen 2
Biotechnologie heute 4
Mikrobiologie
Viren 6
Bakteriophagen 8
Mikroorganismen 10
Bakterien 12
Hefen 14
Pilze 16
Algen 18
Einige biotechnologisch wichtige Bakterien 20
Mikroorganismen: Isolierung, Stammhaltung, Sicherheit 22
Stammverbesserung von Mikroorganismen 24
Biochemie
Biochemie 26
Aminosäuren, Peptide, Proteine 28
Enzyme: Aufbau, Funktion, Kinetik 30
Zucker, Glykoside, Polysaccharide 32
Lipide, Membranen, Membran-Proteine 34
Stoffwechsel 36
Gentechnik
DNA: Aufbau und Struktur 38
DNA: Funktion 40
RNA 42
Gentechnik: Allgemeine Arbeitsschritte 44
Präparation von DNA 46
Weitere Enzyme zur Bearbeitung von DNA 48
PCR: allgemeine Methode und praktische Anwendungen 50
PCR: Labormethoden 52
DNA: Synthese und Größenbestimmung 54
DNA: Sequenzierung 56
Einführung von DNA in lebende Zellen (Transformation) 58
Klonierung und Identifizierung von Genen 60
Genexpression 62
Abschalten von Genen 64
Epigenetik 66
Genbanken und Genkartierung 68
Genome von Prokaryoten 70
Genome von Eukaryoten 72
Metagenom 74
Zellbiologie
Zellbiologie 76
Stammzellen 78
Blutzellen und Immunsystem 80
Antikörper 82
Reporter-Gruppen 84
Oberflächen-Fermentation 86
Mikroorganismen: Anzucht 88
Wachstumskinetik und Produktbildung 90
Zulauf-, kontinuierliche und Hochzelldichte-Fermentationen 92
Fermentationstechnik 94
Fermentationstechnik: Maßstabsvergrößerung 96
Kultivierung tierischer Zellen 98
Kultivierung tierischer Zellen im größeren Maßstab 100
Enzym- und Zellreaktoren 102
Aufarbeitung von Bioprodukten 104
Aufarbeitung von Bioprodukten: Chromatographie 106
Ökonomische Gesichtspunkte bei industriellen Verfahren 108
Alkoholische Getränke 110
Bier 112
Fermentierte Lebensmittel 114
Lebensmittel und Milchsäure-Gärung 116
Präbiotika und Probiotika 118
Backhefe und Futterhefen 120
Futterhefen aus Chemie-Rohstoffen, Einzelleröl 122
Aminosäuren 124
L-Glutaminsäure 126
d,L-Methionin, L-Lysin und L-Threonin 128
Aspartam, L-Phenyl-alanin und L-Asparaginsäure 130
L- und D-Aminosäuren durch enzymatische Transformation 132
Vitamine 134
Nucleoside und Nucleotide 136
Industrieprodukte
Bio-Ethanol 138
Butanol 140
Höhere Alkohole und Alkene 142
Essigsäure 144
Citronensäure 146
Milchsäure, 3-Hydroxy-Propionsäure 148
Gluconsäure und andere grüne Zucker-Bausteine 150
Dicarbonsäuren 152
Biopolymere: Polyester 154
Biopolymere: Polyamide 156
Polysaccharide 158
Biotenside 160
Fettsäuren und Ester 162
Enzymtechnologie
Biotransformation 164
Enzyme in der Technik 166
Angewandte Enzymkatalyse 168
Regio- und enantioselektive enzymatische Synthesen 170
Enzyme als Verarbeitungs- Hilfsmittel 172
Enzyme und Waschmittel 174
Enzyme zum Stärkeabbau 176
Enzymatische Stärkehydrolyse 178
Enzyme und Süßkraft 180
Enzyme zum Abbau von Cellulose und Polyosen 182
Enzymatische Verfahren bei der Zellstoff- und Papierherstellung 184
Pektinasen 186
Enzyme und Milchprodukte 188
Enzyme zur Bearbeitung von Backwaren und Fleisch. 190
Neue Enzyme für Lebensmittel und Tierfutter 192
Enzyme zur Leder- und Textilbehandlung 194
Neue Wege zu technischen Enzymen 196
Protein Design 198
Antibiotika
Antibiotika: Vorkommen und Anwendungen 200
Antibiotika: Screening, Herstellung und Wirkungs mechanismus 202
Antibiotika-Resistenz 204
-Lactam-Antibiotika: Struktur, Biosynthese und Wirkungsmechanismus 206
-Lactam-Antibiotika: Herstellung 208
Aminosäure- und Peptid-Antibiotika 210
Glykopeptid-, Lipopeptid-, Polyether- und Nucleosid-Antibiotika 212
Aminoglykosid-Antibiotika 214
Tetracycline, Fluorochinolone, andere aromatische Antibiotika 216
Polyketid-Antibiotika 218
Neue Wege zu 220
Medikamente und Medizintechnik
Insulin 222
Wachstumshormon und andere Hormone 224
Hämoglobin, Serumalbumin, Lactoferrin 226
Gerinnungsfaktoren 228
Antikoagulanzien und Thrombolytika 230
Enzym-Inhibitoren 232
Interferone 234
Interleukine 236
Erythropoietin und andere Wachstumsfaktoren 238
Andere therapeutische Proteine 240
Monoklonale Antikörper 242
Rekombinante Antikörper 244
Therapeutische Antikörper 246
Vakzine 248
Rekombinante Vakzine 250
Steroid-Biotransformationen 252
Enzyme für die Analytik 254
Enzym-Tests 256
Biosensoren 258
Immunanalytik 260
Glykobiologie 262
Landwirtschaft und Umwelt
Tierzucht 264
Embryotransfer, geklonte Tiere 266
Genkartierung 268
Transgene Tiere 270
Züchtung, gene pharming und Xenotransplantation 272
Pflanzenzucht 274
Pflanzliche Zellkulturen: Oberflächen-Kulturen 276
Pflanzliche Zellkulturen: Suspensionskulturen 278
Transgene Pflanzen: Methoden 280
Transgene Pflanzen: Resistenz 282
Transgene Pflanzen: Wertstoffe 284
Aerobe Abwasserbehandlung 286
Anaerobe Abwasser- und Schlammbehandlung 288
Biologische Reinigung von Abluft 290
Biologische Reinigung von Böden 292
Mikrobielle Erzlaugung (Biolaugung) und Biokorrosion 294
Megatrends
Human-Genom 296
Funktionsanalyse des Humangenoms 298
Pharmakogenomik, Nutrigenomics 300
DNA-Analytik 302
Gentherapie 304
Induzierte pluripotente Stammzellen (iPS) 306
Tissue Engineering 308
Wirkstoff-Screening 310
Hochdurchsatz-Sequenzierung 312
Proteomics 314
DNA- und Protein-Arrays 316Metabolomics und Metabolic Engineering 318
Synthetische Biologie 320
Systembiologie 322
Bioinformatik: Sequenz- und Struktur-Datenbanken 324
Bioinformatik: Funktionsanalysen 326
C-Quellen 328
Bioraffinerien 330
Sicherheit und Ethik
Sicherheit in der Gentechnik 332
Zulassung bio- und gentechnischer Produkte 334
Ethik und Akzeptanz 336
Patente in der Biotechnologie 338
Biotechnologie im internationalen Leistungsvergleich 340
Literatur 343
Sachverzeichnis 376
Bildquellen 405
