Kursinhalte
Im Kurs “Vielfalt der Mikroorganismen” werden wir 6 inhaltliche Schwerpunkte bearbeiten
Prokaryotische Innovationen aus 3.8 Milliarden Jahren Evolution
Die meisten biologischen Innovationen haben sich bei den Prokaryoten entwickelt. Mit molekularbiologischen Werkzeugen kann man heute die Evolution dieser Entwicklung elegant rekonstruieren. Welches waren die erfolgreichsten biologischen Innovationen, die selektioniert und zum Teil zu grundlegenden Eigenschaften der meisten eukaryotischen Zellen geworden sind ?
Verbreitung und Differenzierung von Mikroorganismen
Zu den Mikroorgansimen zählen wir die Archaea, die Bakterien und die eukaryotischen Einzeller. Sie besiedeln alle Habitate der Erde, und da viele in der Lage sind, extreme Umweltbedingungen nicht nur zu tolerieren, sondern auch zu nutzen, kommen ihre Vertreter in allen Ökosystemen der Erde vor. Mögliche Lebensformen auf anderen Planeten müssten dieselben Prinzipen erfüllen, die mikrobiologisches Leben auf der Erde auszeichnen; welche sind das ?
Ernährung
Mikroorganismen leben autotroph oder heterotroph; sie nutzen Nährstoffe aus anorganischen oder organischen Molekülen; bezüglich der Elektronen sind sie lithotroph oder organtroph, und ihr hauptsächlicher Lebensstil kann phototroph oder chemotroph sein. Wie setzt man Mikrobendiäten zusammen, die all die Voraussetzungen für Wachstum erfüllen und mit denen man neue Mikroorganismen aus der Natur anreichern und Reinkulturen isolieren kann ?
Stoffwechselleistungen – Funktionelle Genomik
Bakterien und Archaea führen alle Stoffwechselleistungen aus, die für die “Physiologie der Erde” notwendig sind. Ohne sie gäbe es weder Stoffzyklen noch Energieumwandlungsmechanismen, weder Stickstofffixierung noch C-Autotrophie, noch Photosynthese, noch Atmung. Die grundlegenden physiologischen Leistungen wurden im Verlaufe der letzten 200 Jahre entdeckt; die Mikroorganismen, die sie ausführen, konnten aber bis heute erst zum Teil kultiviert werden. Wie kann man, auch ohne Kultivierung, Angaben über mikrobielle Aktivitäten in komplexen Ökosystemen erhalten ?
Domestizierung von Mikroorganismen
Bei der Diagnose von Infektionskrankheiten müssen einzelne pathogene Mikroorganismen phänotypisch oder genotypisch nachgewiesen werden. In industriellen Prozessen kommen meist nur reine Einzelkulturen zum Einsatz, die als Arten phänotypisch charakterisiert werden können. Um Prozesse in komplexen Ökosystemen zu verstehen, sind auf der anderen Seite Kenntnisse über symbiotische Wechselwirkungen unter den mikrobiellen Gemeinschaften massgebend. Wie definiert, analysiert und misst man die Leistung von Reinkulturen und diejenige von Gemeinschaften ?
Biotechnologische Anwendungen
Die in statischer Kultur erreichbare Zellmasse hängt ab von den Nährstoffen und den Energieträgern, die im Medium offeriert werden sowie von der Konzentration an Stoffwechselprodukten, die sich anhäufen. Im regulierten Chemostaten kann man Mikroorganismen fast beliebig lang kontinuierlich züchten und sie eine Vielzahl von Nahrungsmittelhilfsstoffen, Medikamenten und Produkten für die Forschung synthetisieren lassen. Wachstum und Verhinderung des Wachstums von Mikroorganismen sind in der klinischen Mikrobiologie ebenso wichtig wie in biotechnologischen Anwendungen und in unserer täglichen Hygiene. Welche Rolle spielen natürliche und genetisch veränderte Mikroorganismen in der Biotechnologie, der Forschung und in der “Ökologie der Gesundheit” ?