Grundlagen und Anwendungen

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1 J f. ;x \\. Grundlagen und Anwendungen Wolfgang Kreis, Erlangen Diethard Baron, Freising Giinther Stoll, Felibach Mit 92 Abbildungen und 57 Tabellen Deutscher Apotheker Verlag Stuttgart 2001

2 snhalt Vorwort V Abkiirzungen XI 1 Definition und Geschichte der Biotechnologie 1.1 Versuch einer Definition Die Entdeckung der,.,,. T T i i - r Antibiotika 1.2 Entwicklung der Biotechnologie 6,. _. _.. -. XTA,., 1O1 TT, n \.,., Die DNAwird mampuherbar UnbewuBte Nutzung 6 biotech- 1 o c....,.,, Das Potenzial der modernen nischer Prozesse 6 _.,.. 1-> T r.- TT A xi\ Biotechnologie Die Ursprunge der Mikrobiologie Methoden 2.1 Praparative Methoden zur Reinigung von Proteinen Fallung von Proteinen Chromatographische Verfahren Ultrazentrifugation Gelelektrophorese und SDS-PAGE Analytische Methoden zur Proteincharakterisierung Quantitative Proteinbestimmungen Qualitativer Proteinnachweis, Farbemethoden Molekiilmassenbestimmung von Proteinen Western-Blot ELISAundRIA Isoelektrische Fokussierung Praparative Methoden in der Gentechnik Isolierung von DNA Isolierung von mrna Radioaktive Markierung von DNA Nicht-radioaktive Markierung von DNA Qualitativer Nachweis von DNA Wichtige enzymatische Methoden Die Polymerase Kettenreaktion DNA-Sequenzierung DNA-Ubertragung in Zellen Transformation von Bakterien Transformation von Hefezellen Transfektion von Pflanzenzellen Transfektion von Insektenzellen Transfektion von Saugetierzellen 58

3 VIII Inhalt 2.5 Analytische Methoden in der Gentechnologie Minigele Southern-Blot Northern-Blot Restriktionsfragment-Langenpolymorphismus 61 Der biotechnologische Prozess 3.1 Grundlagen fur das Arbeiten mit Mikroorganismen. Zellund Gewebekulturen Nahrmedien Wachstum und Vermehrung der Produzenten Stoffwechsel der Produzenten Fermentationsprozesse Produzenten Bioreaktoren Verfahren Scale-Up und Modellierung biotechnologischer Prozesse Messtechnik am Bioreaktor Regelungstechnik Steriltechnik Produktisolierung und -reinigung Abtrennung Reinigung Trocknung 127 Mikrobielle Produkte 4.1 Biotechnisch wichtige Mikroorganismen Bakterien Pilze Reinkulturen und Stammverbesserung Inkulturnahme und Kultivierung Stammerhaltung Mutantenerzeugung und -selektion Mikrobieller Primar- und Sekundarstoffwechsel Gentechnische Veranderung von Mikroorganismen Produzenten Expression artfremder Gene Stabilitat artfremder Gene Peptid- und Proteindesign, Muteine Produkte von Mikroorganismen Organische Sauren Aminosauren Vitamine Nukleotide und Nukleoside Antibiotika Immunsuppressiva Oligo- und Polysaccharide Proteine und Enzyme Peptid- und Proteotoxine Mikroorganismen als Arzneimittel Mikrobielle Stoffumwandlungen Enzymatische Analytik und Biosensoren Viren und andere Sondergruppen Struktur und Vermehrung von 187 Viren 188

4 Inhalt IX Reinigung von Viren Virusdiagnostik Viroide und Prionen Impfstoffe Impfung und Immunisierung Impfstoffe fur Routineimpfungen Peptidimpfstoffe und biotechnologische Impfstoffe Neue Methoden der Vakzinierung 199 Pflanzliche Zell- und Gewebekulturen als Arzneistoffproduzenten 5.1 Techniken der pflanzlichen Zell- und Gewebekultur Samenkeimung in vitro Embryokultur Haploidenkultur Meristemkultur Adventivbildungen in vitro Kalluskultur Suspensionskultur Protoplastenisolierung und -fusion Bedeutung der Zellkulturtechniken fur die Ziichtung Einsatz permanenter Zellund Organkulturen Bioreaktoren, Scale-up und Kulturverfahren Eigenschaften von Pflanzenzellen in Kultur Zielprodukte Biotransformationen Immobilisierte Pflanzenzellen Elicitierung Transgene Zell- und Gewebekulturen Transgene Pflanzen als Arzneistoffproduzenten Gentransfer Genexpression Produkte aus transgenen Pflanzen Ausblick 261 Produkte tierischer und menschlicher Zellen 6.1 Tierische Zellkulturen Merkmale und Besonderheiten Massenproduktion Monoklonale Antikorper Bildung und Struktur von Antikorpern Entwicklung von monoklonalen Antikorpern Engineering" von monoklonalen Antikorpern Massenproduktion von monoklonalen Antikorpern Produktion von monoklonalen Antikorpern in transgenen Tieren Produktion von monoklonalen Antikorpern in transgenen Pflanzen Reinigung monoklonaler Antikorper Diagnostische Anwendung von monoklonalen Antikorpern Therapeutische Anwendung von monoklonalen Antikorpern Immunisierung von Tieren und die Gewinnung polyklonaler Antikorper Tierauswahl Antigenbereitung 293

5 Inhalt Adjuvantien und Applikationsroute Vorbehandlung der Tiere Auffrischungsimmunisierungen (Booster) Blutentnahme Serumtestung Cytokine Merkmale der Cytokine Therapeutische Anwendung von Cytokinen Gewebe-Plasminogen- Aktivator Herstellung von rt-pa (Alteplase) in Saugetierzellkultur Herstellung von r-pa (Reteplase) in Bakterien Andere rekombinante Proteine Transgene Tiere Transgene Tiere als Krankheitsmodelle Pharming Ausblick Gesetzliche Grundlagen 7.1 Gesetzliche Rahmenbedingungen Das Gentechnikgesetz Begriffsdefinitionen Zentrale Kommission fur Biologische Sicherheit Sicherheitsbestimmungen Anmeldung und Genehmigung gentechnischer Anlagen Genehmigungsverfahren Freisetzungen und Inverkehrbringen Verordnungen und Richtlinien Umsetzung des Gentechnikgesetzes Anforderungen des Arzneibuchs Definition Herstellung 332 z Biotechnologie und Gesellschaft 8.1 Fallstudie: Ein Virus entkommt Akzeptanz der Gentechnik Hoffnungen Bedenken Angste Modellregionen der Biotechnologie Bioethik-Konvention Die Ruckkehr der Krankheiten 344 Sachregister. 349

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