Mikrobiologisches Praktikum

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1 A. Steinbüchel E B. Oppermann-Sanio Mikrobiologisches Praktikum Versuche und Theorie unter der Mitarbeit von Christian Ewering, Markus Pötter und Frank Reinecke Mit 207 Abbildungen und 06 Tabellen Springer

2 Inhaltsübersicht Vorwort zur ersten Auflage In ha I tsverzeic hnis Überblick über die Mikroorganismen. Prokaryonten und Eukaryonten.2 Wachstums- und Nährstoffansprüche.3 Die natürlichen Standorte der Mikroorganismen.4 Stoffkreisläufe und Nahrungsketten.5 Biotechnologie.6 Kultivierbare und nichtkultivierbare Mikroorganismen.7 Eingesetzte Mikroorganismen.8 Weiterführende Literatur 2 Vorschriften und Gesetze im Zusammenhang mit mikrobiologischen Arbeiten 2. Pathogene Mikroorganismen 2.2 Gentechnisch veränderte Mikroorganismen 2.3 Mikrobiologische Arbeiten im Produktionsmaßstab 2.4 Biostoffverordnung (BioStoffV) 2.5 Biologische Arbeitsstoffe und Risikogruppen 2.6 Risikobewertung und Einstufung der Arbeiten 2.7 Sicherheitsmaßnahmen und räumliche Voraussetzungen 3 Versuche 4 3. Quantitative Bestimmungen 3.2 Anreicherung, Isolierung und Charakterisierung von Mikroorganismen 3.3 Herstellung von biotechnologisch relevanten Produkten und Lebensmitteln mit Mikroorganismen 3.4 Abbauleistungen von Mikroorganismen 3.5 Bakteriophagen und Viren 3.6 Auslosung von Mutationen, Anreicherung von Mutanten und Übertragung von DNA Exkursionen und Demonstrationen von Mikroorganismen an natürlichen Standorten, in Umweltproben und in der Industrie 5 Methoden 5. Kultivierung von Mikroorganismen 5.2 Mikroskopische Methoden 5.3 Einfache taxonomische Verfahren zur Charakterisierung von Mikroorganismen 5.4 Molekulargenetische Methoden 5.5 Photometrische Methoden 5.6 Quantifizierung von Zellen und Medienbestandteilen 5.7 Chromatographische und elektrophoretische Methoden 6 Chemikalien, Nachweisreagenzien und Medien 6. Herstellung von Medien, Puffern und Lösungen 6.2 Medien- und Chemikalienliste 7 Modulare Zusammenstellung von Versuchen für unterschiedliche Zielgruppen 8 Inhalt und Benutzung der Lehr-CD 9 Stichwortverzeichnis V ix

3 Vorwort zur ersten Auflage Inhaltsübersicht Überblick über die Mikroorganismen. Prokaryonten und Eukaryonten.2 Wachstums- und Nährstoffansprüche.3 Die natürlichen Standorte der Mikroorganismen.4 Stoffkreisläufe und Nahrungsketten.5 Biotechnologie.6 Kultivierbare und nichtkultivierbare Mikroorganismen.7 Eingesetzte Mikroorganismen.8 Weiterführende Literatur 2 Vorschriften und Gesetze im Zusammenhang mit mikrobiologischen Arbeiten 2. Pathogene Mikroorganismen 2.2 Gentechnisch veränderte Mikroorganismen 2.3 Mikrobiologische Arbeiten im Produktionsmaßstab 2.4 Biostoffverordnung (BioStoffV) 2.5 Biologische Arbeitsstoffe und Risikogruppen 2.6 Risikobewertung und Einstufung der Arbeiten 2.7 Sicherheitsmaßnahmen und räumliche Voraussetzungen 3 Versuche 3. Quantitative Bestimmungen Versuch Versuch 2 Bestimmung der Anzahl von Hefezellen in g Bäckerhefe Aufnahme einer Wachstumskurve mit Ralstonia eutroph 3.2 Anreicherung, Isolierung und Charakterisierung von Mikroorganismen Versuch 3 Versuch 4 Versuch 5 Versuch 6 Versuch 7 Versuch 8 Versuch 9 Versuch 0 Versuch Versuch 2 Anreicherung von Luftkeimen Anreicherung von Leuchtbakterien Anreicherung von Myxobakterien Anreicherung und Isolierung von Violacein-produzierenden Stämmen der Gattungen Chromobacterium und Janthinobacterium Direktisolierung von aeroben Endosporenbildnern (Bacillus megaterium) Anreicherung und Isolierung von saccharolytischen Clostridien Direktisolierung und taxonomische Bestimmung von fluoreszierenden Pseudomonaden Direktisolierung von Streptococcus salivarius Anreicherung und Isolierung von Leuconostoc mesenteroides su bsp. dextranicum Anreicherung und Isolierung von Propionibacterium sp. V viii

4 X Versuch 3 Versuch 4 Versuch 5 Versuch 6 Versuch 7 Versuch 8 Versuch 9 Versuch 20 Anreicherung und Isolierung von aeroben N,-Fixierern (Azotobacter sp.) Anreicherung und Isolierung von anaeroben N,-Fixierern (Clostridium pasteurianum) Anreicherung von Nitrifizierern Anreicherung von Denitrifizierern Anreicherung und Isolierung von Knallgasbakterien Winogradsky-Säulen zur Anreicherung von anoxygenen phototrophen Bakterien Anreicherung und Isolierung von Schwefel-Oxidierern (farblose Schwefelbakterien) Anreicherung von sulfatreduzierenden Bakterien 3.3 Herstellung von biotechnologisch relevanten Produkten und Lebensmitteln mit Mikroorganismen Versuch 2 Herstellung von Ethanol mit Hefe Versuch Herstellung von Glycerin mit Hefe durch Abfangverfahren Versuch Herstellung von Citronensäure mit Aspergillus niger Versuch Herstellung von Dihydroxyaceton mit Essigsäurebakterien Versuch 25 Herstellung des Farbstoffs Indigo mit einem rekombinanten Stamm von Escherichia coli Versuch 26 Herstellung und Nachweis von Antibiotika Versuch 27 Herstellung von lnsektentoxinen mit Bacillus thuringiensis Versuch 28 Herstellung von Xanthan mit Xanthomonas campestris Versuch Herstellung von Dextran mit Leuconostoc mesenteroides subsp. dextranicum Versuch 30 Herstellung mikrobieller Cellulose mit Essigsäurebakterien Versuch 3 Herstellung von Alginat mit Azotobacter vinelandii Versuch 32 Herstellung von Bioplastik, Poly(3HB), mit Ralstonia eutroph Versuch 33 Herstellung eines Elastomers mit Pseudomonas oleovorans Versuch 34 Herstellung von Poly(y-D-glutamat) mit Bacillus licheniformis Versuch 35 Herstellung und Isolierung von Cyanophycin mit einem rekombinanten Stamm von Escherichia coli Versuch 36 Herstellung von Sauerkraut Versuch 37 Umwandlung von Wein in Weinessig Versuch 38 Herstellung von Natto Versuch 39 Herstellung von Tempeh 3.4 Abbauleistungen von Mikroorganismen Versuch 40 Versuch 4 Versuch 42 Versuch 43 Versuch 44 Versuch 45 Versuch 46 Mikrobieller Abbau von Poly(3-hydroxybutyrat) Mikrobieller Abbau von Kautschuk Mikrobieller Abbau von Stärke Partieller mikrobieller Abbau einer Fotokopie Mikrobieller Abbau von Kohlenwasserstoffen Mikrobieller Abbau von Polyethylenglykol Mikrobieller Abbau von Roundup 3.5 Bakteriophagen und Viren Versuch 47 Versuch 48 Nachweis von Coli-Phagen im Abwasser Nachweis des Tabak-Mosaik-Virus (TMV)

5 I 3.6 Auslösung von Mutationen, Anreicherung von Mutanten und Übertragung von DNA 9 Versuch 49 Ames-Test 25 Versuch 50 Erweiterung des Spektrums verwertbarer Substrate bei Ralstonia eutropha durch Mutagenese 257 Versuch 5 Poly(3HB)-negative Mutanten von Ralstonia eutropha 262 Versuch 52 Transformation von Bacillus subtilis 269 Versuch 53 Transformation von Escherichia coli 273 Versuch 54 Konjugation von Ralstonia eutropha 277 Versuch 55 Transposon-induzierte Mutanten von Ralstonia eutropha 282 Versuch 56 Elektroporation von Mycobacterium smegmatis 0 4 Exkursionen und Demonstrationen von Mikroorganismen an natürlichen Standorten, in Umweltproben und in der Industrie 5 Exkursion Kommunale Abwasserkläranlagen 7 Exkursion 2 Kompostwerke 302 Exkursion 3 Biogasanlagen 30 Exkursion 4 Bierbrauerei und Braustätten 33 Exkursion 5 Weinherstellung in Winzereien 38 Exkursion 6 Silage in der Landwirtschaft 325 Demo Symbiontische N-fixierende Bakterien und Wurzelknöllchen 327 Demo 2 Rhizobium radiobacter und induzierte Pflanzentumore 333 Demo 3 Demo 4 Claviceps purpurea und Mutterkorn-Alkaloide aus infiziertem Getreide 338 Flechten: Ektosymbiosen von Pilzen mit Grünalgen oder Cyanobakterien 343 Demo 5 Anaerobe Süßwassersedimente und das Volta-Experiment 347 Demo 6 Farbstreifen-Sandwatt und Nordseeküste Methoden 5. Kultivierung von Mikroorganismen Methode Methode 2 Methode 3 Methode 4 Methode 5 Methode 6 Methode 7 Herstellung von Nährmedien und Verwendung von Kulturgefäßen Sterilisation Herstellung einer Verdünnungsreihe von Zellsuspensionen Vereinzelung Kultivierung anaerober Mikroorganismen Verwendung einer Gasstation Dichtegradientenzentrifugation 5.2 Mikroskopische Methoden 373 Methode 8 Methode 9 Methode 0 Methode Lichtmikroskopie Messokular Zählkammer Tusche-Präparat 5.3 Einfache taxonomische Verfahren zur Chara kterisierung von Mikroorganismen Methode 2 Methode 3 Methode 4 Methode 5 Methode 6 Bestimmung des Gram-Verhaltens Sporenfärbung Biochemische Charakterisierung von Anreicherungsund Reinkulturen Färbung von Poly(3HB) mit Sudanschwarz und Nilrot Färbung von Poly(glucose) mit Lugoischer Lösung

6 xii 5.4 Molekulargenetische Methoden Methode 7 Isolierung von Plasmid DNA aus Escherichia coli Methode 8 Transformation von Escherichia coli Methode 9 Isolierung von Gesamt DNA aus Bacillus subtilis Methode 20 Auslösung von Mutationen 5.5 Photometrische Methoden Methode 2 Methode Methode Methode Lambert-Beersches Gesetz Messung der Trübung von Zellsuspensionen Proteinbestimmung ganzer Zellen Einfacher und gekoppelter optisch-enzymatischer Test 5.6 Quantifizierung von Zellen und Medienbestandteilen Methode 25 Methode 26 Bestimmung des Ammoniumgehalts Bestimmung der Trockenmasse einer Zellsuspension 5.7 Chromatographische und elektrophoretische Methoden Methode 27 Bestimmung des Polyhydroxyal kanoat-gehalts Methode 28 Trennung und Nachweis von Proteinen und Cyanophycin Methode Gelpermeationschromatographie (GPC) 6 Chemikalien, Nachweisreagenzien und Medien 6. Herstellung von Medien, Puffern und Lösungen 6.2 Medien- und Chemikalienliste 7 Modulare Zusammenstellung von Versuchen für unterschiedliche Zielgruppen 8 Inhalt und Benutzung der Lehr-CD 9 Stichwortverzeichnis