Biotechnologie und ihre Vorteile

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Questions and Answers

Welche der folgenden Vorteile gelten für experimentelle Arbeiten mit Bakterien?

  • Lange Generationszeiten für prozessuale Stabilität
  • Große Populationen für statistische Analysen (correct)
  • Komplexe Genome für schwierige genetische Untersuchungen
  • Genaustausch- und mutationsmöglichkeiten (correct)

Die weiße Biotechnologie bezieht sich auf den Einsatz von Mikroorganismen in der medizinischen Forschung.

False (B)

Nennen Sie zwei Vorteile der Anwendung von Enzymen in der industriellen Biotechnologie.

Einsparung von Rohstoffen und Vermeidung von Nebenprodukten

Die __________ Biotechnologie beschäftigt sich hauptsächlich mit der Landwirtschaft.

<p>grüne</p> Signup and view all the answers

Ordnen Sie die verschiedenen biotechnologischen Farbcodes ihren beschriebenen Anwendungen zu:

<p>Weiße Biotechnologie = Einsatz in der Industrie Rote Biotechnologie = Einsatz in der Medizin Grüne Biotechnologie = Einsatz in der Landwirtschaft Blaue Biotechnologie = Einsatz in der Aquakultur</p> Signup and view all the answers

Was ist ein häufiges Ziel der innovativen Biokatalyse?

<p>Ersatz chemischer Syntheseverfahren (A)</p> Signup and view all the answers

Enzyme benötigen immer erhöhte Temperaturen, um biochemische Reaktionen zu katalysieren.

<p>False (B)</p> Signup and view all the answers

Was sind die Vorteile der kurzen Generationszeiten bei Bakterien?

<p>Schnelle Prozessabläufe und häufigere Experimente.</p> Signup and view all the answers

Welches der folgenden Anwendungsgebiete gehört zur roten Biotechnologie?

<p>Medizin (D)</p> Signup and view all the answers

Gentechnisch hergestelltes Insulin ist chemisch identisch mit menschlichem Insulin.

<p>True (A)</p> Signup and view all the answers

Was war das erste gentechnisch hergestellte Medikament für Menschen?

<p>Insulin</p> Signup and view all the answers

Die Behandlung von _____ ist ein Schwerpunkt der medizinischen Biotechnologie.

<p>Krebs</p> Signup and view all the answers

Ordnen Sie die folgenden Begriffe den entsprechenden Bereichen der medizinischen Biotechnologie zu:

<p>Chemotherapie = Behandlung von Krebs Gentherapie = Genetische Erkrankungen Impfstoffentwicklung = Prävention von Krankheiten Diagnostik = Erkennung von Krankheiten</p> Signup and view all the answers

Welches untere Beispiel ist kein Einsatzbereich der medizinischen Biotechnologie?

<p>Rohstoffproduktion (B)</p> Signup and view all the answers

Vor 1980 wurde Insulin aus menschlichen Bauchspeicheldrüsen gewonnen.

<p>False (B)</p> Signup and view all the answers

Was sind einige Beispiele für Krankheiten, die derzeit behandelt werden?

<p>AIDS, Alzheimer, Parkinson, Multiple Sklerose</p> Signup and view all the answers

Welche Schadstoffe stammen aus der Herstellung von Kunststoffen?

<p>Benzol (B)</p> Signup and view all the answers

Komposthaufen und Sickergruben dienen ausschließlich der Abfalllagerung.

<p>False (B)</p> Signup and view all the answers

Was ist die Hauptfunktion moderner Kläranlagen?

<p>Klären von Abwässern</p> Signup and view all the answers

____ sind bekannt für ihre Rolle in der Papierbleiche und Müllverbrennung.

<p>Dioxine</p> Signup and view all the answers

Ordnen Sie die folgenden Schadstoffe ihren Herkunftsquellen zu:

<p>Benzol = Erdölbestandteil Pestizide = Insektenvernichtungsmittel Naphtalin = Mottenkugeln Phenole = Holzschutzmittel</p> Signup and view all the answers

Welcher dieser Schadstoffe ist ein Bestandteil von Reinigungsmitteln?

<p>Toluol (D)</p> Signup and view all the answers

Dünger kann den biologischen Abbau in der biologischen Sanierung stimulieren.

<p>True (A)</p> Signup and view all the answers

Was sind die Auswirkungen von Schwermetallen auf die Umwelt?

<p>Schädliche Kontamination und Toxizität</p> Signup and view all the answers

Welches Gas wird in Faultürmen während der Abwasseraufbereitung produziert?

<p>Methan (D)</p> Signup and view all the answers

Klärschlamm kann nur auf Deponien gelagert werden.

<p>False (B)</p> Signup and view all the answers

Was geschieht mit dem vorgeklärten Wasser in Belüfterbecken?

<p>Aerobe Mikroorganismen oxidieren organische Verbindungen.</p> Signup and view all the answers

Die blaue Biotechnologie bezieht sich auf die Verwendung von Organismen aus dem ______.

<p>Meer</p> Signup and view all the answers

Ordne die Lebensmittel- Biotechnologie Mikroorganismen den Produkten zu:

<p>Hefen = Bier, Wein, Brot Laktobazillen = Sauerkraut, Joghurt, Kefir</p> Signup and view all the answers

Was ist das Hauptziel der blauen Biotechnologie?

<p>Steigerung des Nahrungsmittelangebotes (B)</p> Signup and view all the answers

Kläranlagen sind dafür verantwortlich, Abwasser zu reinigen.

<p>True (A)</p> Signup and view all the answers

Welche Mikroorganismen werden hauptsächlich in der gelben Biotechnologie verwendet?

<p>Hefen und Laktobazillen</p> Signup and view all the answers

Geklärtes Wasser wird durch den Zusatz von ______ desinfiziert.

<p>Chlor</p> Signup and view all the answers

Welches Produkt stammt nicht von Laktobazillen?

<p>Bier (A)</p> Signup and view all the answers

Welche der folgenden Produkte werden durch alkoholische Gärung hergestellt?

<p>Hefeteig (A), Bier (D)</p> Signup and view all the answers

Was bezeichnet die Fermentation in der Biotechnologie?

<p>Die Umsetzung von biologischen Materialien mit Hilfe von Bakterien oder Enzymen (C)</p> Signup and view all the answers

Essigsäuregärung produziert hauptsächlich Ethanol.

<p>False (B)</p> Signup and view all the answers

Was ist die chemische Gleichung für die alkoholische Gärung von Glukose?

<p>C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO2</p> Signup and view all the answers

Spontane Fermentationen beinhalten die Zugabe von Mikroorganismen von außen.

<p>False (B)</p> Signup and view all the answers

Bei der alkoholischen Gärung wird Glukose zu __________ und Kohlenstoffdioxid umgewandelt.

<p>Ethanol</p> Signup and view all the answers

Nenne zwei traditionelle Methoden der Fermentation.

<p>Kakao, Kaffee</p> Signup and view all the answers

Die Fermentation ist von den ______ abhängig.

<p>Umgebungsbedingungen</p> Signup and view all the answers

Ordne die verschiedenen Fermentationsprodukte den entsprechenden Gärungsarten zu:

<p>Bier = Alkoholische Gärung Käse = Milchsäuregärung Joghurt = Milchsäuregärung Speiseessig = Essigsäuregärung</p> Signup and view all the answers

Was ist die Hauptfunktion von Wildhefen in der Weinbereitung?

<p>Sie produzieren Alkohol ohne Sauerstoff. (C)</p> Signup and view all the answers

Ordne die Fermentationsarten den entsprechenden Beschreibungen zu:

<p>Spontane Fermentation = Keine Zugabe von Mikroorganismen Alkoholische Gärung = Fermentation unter Einwirkung von Hefe Milchsäuregärung = Konservierung durch Milchsäurebakterien Essigsäuregärung = Umwandlung von Alkohol in Essigsäure</p> Signup and view all the answers

Welches der folgenden ist eine moderne Fermentationsmethode?

<p>Starterkulturen (B)</p> Signup and view all the answers

Kultivierte Wildhefen sind gegenüber SO2 weniger tolerant als Wildhefen.

<p>False (B)</p> Signup and view all the answers

Welche Rolle spielen Klärungsmittel bei der Weinherstellung?

<p>Zur weiteren Klärung des Weins.</p> Signup and view all the answers

Die unsterile Prozessführung ist ein Merkmal der traditionellen Fermentation.

<p>True (A)</p> Signup and view all the answers

Was ist ein Risiko bei spontanen Fermentationen?

<p>Hohe Gefahr von Fehlproduktionen</p> Signup and view all the answers

Mikroorganismen haben eine ______ Wirkung durch die Bildung primärer Stoffwechselprodukte.

<p>konservierende</p> Signup and view all the answers

Ordne die Mikroorganismen den entsprechenden Fermentationsarten zu:

<p>Hefe = Alkoholische Gärung Milchsäurebakterien = Milchsäuregärung Essigsäurebakterien = Essigsäuregärung Schimmelpilze = Fermentation von Kakao</p> Signup and view all the answers

Flashcards

Vorteile von Bakterien in der Biotechnologie

Bakterien bieten große Populationen, kurze Generationszeiten, haploide Genome und Genaustauschmöglichkeiten, was sie für Experimente perfekt macht.

Weiße Biotechnologie

Die industrielle Nutzung von Mikroorganismen, z.B. in der Herstellung von Produkten.

Enzyme

Proteine, die biochemische Reaktionen beschleunigen und keine hohen Temperaturen benötigen.

Biokatalyse

Die Verwendung von Enzymen zur Beschleunigung chemischer Reaktionen unter speziellen Bedingungen.

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Vorteile von Enzymen

Enzyme ermöglichen geschicktere Verfahren: einfacher, effizienter, reduzierte Kosten durch weniger benötigte Schritte, Rohstoffe und Energie.

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Große Populationen

Bakterien können in großen Mengen gezüchtet werden.

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Kurze Generationszeiten

Bakterien vermehren sich schnell.

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Haploide Genome

Bakterien haben nur einen Satz an Genen.

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Biologische Sanierung

Verfahren, bei dem Lebewesen Abfälle zersetzen oder verschmutzte Stoffe entfernen.

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Komposthaufen

Ort, an dem organische Abfälle durch Mikroorganismen zersetzt werden.

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Kläranlagen

Moderne Anlagen, die Abwässer mithilfe von Mikroorganismen reinigen.

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Benzol

Erdölbestandteil, der bei der Kunststoffherstellung verwendet wird.

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Dioxine

Schadstoff, der bei Müllverbrennung und chemischen Prozessen entsteht.

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Aerober Abbau

Biologische Zersetzung von Stoffen unter Sauerstoffzufuhr.

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Dünger

Stoffe, die den Abbau von Schadstoffen durch Bakterien anregen.

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Schwermetalle

Giftige Metalle, die z.B. aus Batterien oder Industrie entstehen.

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Gentechnisch hergestelltes Insulin

Insulin, das mithilfe von gentechnischen Methoden hergestellt wird, um sich in Zusammensetzung und Wirkung an menschliches Insulin anzugleichen.

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Insulin-Quelle vor 1980

Bauchspeicheldrüsen von Rindern oder Schweinen dienten als Quelle für Insulin vor der gentechnischen Herstellung.

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Unterschied in Insulin-Zusammensetzung

Insulin aus Rindern und Schweinen weicht in der Zusammensetzung vom menschlichen Insulin ab, was Allergien verursachen konnte.

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Vorteil gentechnisches Insulin

Das gentechnisch hergestellte Insulin ist in Zusammensetzung und Wirkung mit dem menschlichen Insulin identisch.

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Gentherapie

Eine medizinische Behandlung, die die DNA oder Gene beeinflusst, und somit Krankheitsproteine oder -mechanismen verändern kann.

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Medizinische Biotechnologie

Biotechnologie, die sich auf die Anwendung in der Medizin konzentriert, neue Medikamente und Heilmöglichkeiten entwickelt.

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Hauptkrankheitsbereiche in Medizin. Biotechnologie

Die Behandlung von Krebs, AIDS und Störungen des zentralen Nervensystems (z.B., Alzheimer, Parkinson, Multiple Sklerose) stehen im Vordergrund der medizinischen Biotechnologie.

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Herstellung von Medikamenten durch Biotechnologie

Biotechnologie ermöglicht die Entwicklung von Medikamenten, Impfstoffen, Therapien und Diagnosemethoden.

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Abwasseraufbereitung

Der Prozess der Reinigung von Abwasser in Kläranlagen, um es für die Umwelt wieder nutzbar zu machen.

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Klärschlamm

Der feste Rückstand, der sich beim Absetzen von Abwasser in Kläranlagen bildet.

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Vorgeklärtes Wasser

Wasser, das bereits grobe Verunreinigungen, wie Exkremente und größere Partikel, entfernt hat.

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Aerobe Mikroorganismen

Mikroorganismen, die Sauerstoff benötigen, um organische Substanzen abzubauen.

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Anaerobe Bakterien

Bakterien, die keinen Sauerstoff benötigen, um organische Substanzen abzubauen.

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Biogas

Ein Gasgemisch, das bei der anaeroben Vergärung von organischen Stoffen entsteht, vor allem Methan.

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Blaue Biotechnologie

Die Nutzung von Meeresorganismen und marinen Prozessen für technische Zwecke.

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Gelbe Biotechnologie

Die Anwendung mikrobiologischer Prozesse zur Lebensmittelherstellung.

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Hefen

Einzeller, die zur Herstellung von Bier, Wein und Brot verwendet werden.

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Laktobazillen

Bakterien, die zur Herstellung von Joghurt, Sauerkraut und anderen fermentierten Produkten verwendet werden.

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Fermentation

Ein biologischer Prozess, bei dem Mikroorganismen wie Bakterien, Pilze oder Zellkulturen bestimmte Stoffe in andere Stoffe umwandeln.

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Fermentationsverfahren

Verschiedene Methoden der Fermentation, die sich in traditionelle und moderne Verfahren unterteilen.

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Traditionelle Fermentation

Fermentation, bei der keine zusätzlichen Mikroorganismen hinzugefügt werden, sondern die bereits im Lebensmittel vorhanden sind oder aus der Umgebung stammen.

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Moderne Fermentation

Fermentation, bei der speziell ausgewählte Mikroorganismen (Starterkulturen) oder Enzyme verwendet werden, um den Prozess zu kontrollieren.

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Starterkulturen

Reinkulturen von Mikroorganismen, die gezielt in die Fermentation eingeführt werden, um bestimmte Produkteigenschaften zu erzielen.

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Spontane Fermentation

Fermentationsprozesse, die ohne gezielte Zugabe von Mikroorganismen stattfinden, wodurch die Ergebnisse unvorhersehbar sind.

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Vorteile der Fermentation

Fermentation bietet Vorteile wie die Konservierung von Lebensmitteln, die Verbesserung des Geschmacks und die Produktion wertvoller Inhaltsstoffe.

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Fehlproduktionen bei Fermentation

Unerwünschte Ergebnisse bei der Fermentation, die durch unkontrollierte Mikroorganismen oder Umweltbedingungen hervorgerufen werden können.

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Empirische Erfahrungen

Erfahrungen, die durch Beobachtung und Versuche gesammelt werden, ohne wissenschaftliche Begründung.

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Alkoholische Gärung

Ein Fermentationsprozess, bei dem Zucker in Alkohol und Kohlendioxid umgewandelt wird. Dieser Prozess wird von Hefen durchgeführt.

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Milchsäuregärung

Ein Fermentationsprozess, bei dem Zucker in Milchsäure umgewandelt wird. Dieser Prozess wird von Milchsäurebakterien durchgeführt.

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Essigsäuregärung

Ein Fermentationsprozess, bei dem Alkohol in Essigsäure umgewandelt wird. Dieser Prozess wird von Essigsäurebakterien durchgeführt.

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Wildhefen

Hefen, die natürlicherweise auf Trauben vorkommen.

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Kultivierte Hefen

Hefen, die gezielt dem Traubensaft zugesetzt werden, um einen kontrollierten Gärungsprozess zu gewährleisten.

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SO2

Schwefeldioxid, ein Konservierungsmittel, das zur Abtötung von Wildhefen im Wein eingesetzt wird.

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Sediment

Ablagerungen, die sich während der Gärung am Boden des Weinbehälters bilden.

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Study Notes

Geschichte der Biotechnologie - Phase 1

  • Unbewußte Herstellung von Nahrungsmitteln und Getränken mithilfe von Mikroorganismen
  • 6000 v. Chr.: Bierähnliche Getränke
  • 4000 v. Chr.: Essig aus Ethanol in Babylonien
  • 3000 v. Chr.: Sauerteigbrot in Ägypten
  • 300 v. Chr.: Essig aus vergorenen Säften
  • 1100: Brennen von Wein
  • 1600: Alkohol aus Getreide
  • Um 1670: Beobachtung von filamentösen Pilzen, Bakterien und Hefen (Hooke, van Leeuwenhoek)

Geschichte der Biotechnologie - Phase 2

  • Pasteur-Ära: Mikrobiologen und Chemiker ermöglichen die bewusste Entwicklung von Produkten aus Mikroorganismen (MOs)
  • 1810: Gleichung für die alkoholische Gärung (Gay-Lussac)
  • 1866: Aufklärung der alkoholischen Gärung (Pasteur)
  • 1890: Haltbarmachung durch Pasteurisieren
  • 1890: Herstellung von Sauerrahmbutter unter Einsatz von Milchsäurebakterien
  • 1912: Zitronensäureherstellung durch Aspergillus niger
  • 1957: Produktion von Glutaminsäure

Geschichte der Biotechnologie - Phase 3

  • Fleming entdeckt Antibiotikum Penicillin
  • Sterile Prozessführung, weitere Antibiotika, Vitamine, Gibberelline (Pflanzenwachstumsstoffe)
  • 1928/29: Entdeckung des Penicillins
  • 1929: Entdeckung des ATP
  • 1934: Oxydation von D-Sorbit zu L-Sorbose mittels Acetobacter
  • 1937: Definition des Zitronensäure-Zyklus (Krebs-Zyklus)
  • 1949: Herstellung des Vitamins B12

Geschichte der Biotechnologie - Phase 4

  • 1953: Watson und Crick beschreiben die Struktur der DNS
  • 1973: erstes gentechnologisches Experiment
  • 1966: Aufklärung des genetischen Codes
  • 1972: Beginn der Arbeiten zur Gentechnik
  • 1980: Rechnergestützte Fermentationen
  • 1981: Insulinherstellung mit gentechnisch bearbeiteten Bakterien
  • 1990: Online Steuerungen für Fermentationen
  • 1992: Einsatz von gentechnisch-veränderten Mikroorganismen zur Enzymgewinnung
  • 1997: Novel-Food-Verordnung
  • 2002: Zulassung eines gentechnisch-behandelten Milchsäurebakteriums als Starterkultur

Nobelpreise für grundlegende Arbeiten im Bereich der Molekularbiologie

  • 1962: Doppelhelicale Struktur der DNA (Watson, Crick, Wilson)
  • 1968: Genetischer Code in Proteinsynthese (Holley, Khorana, Nirenberg)
  • 1978: Restriktionsenzyme (Arber, Nathans, Smith)
  • 1980: DNA-Sequenzierung (Gilbert, Sanger)
  • 1983: PCR & Site-directed Mutagenesis (Mullis, Smith)
  • 2008: Green fluorescent protein (GFP) (Shimonura, Chalfie, Tsien)

Biotechnologie heute - Beispiele im Alltag

  • Verwendung in der Lebensmittelproduktion (Bier, Käse, Brot, Joghurt)

Was ist Biotechnologie?

  • Anwendungsorientierter und interdisziplinärer Begriff
  • Einsatz biologischer Prozesse in der Industrie und Produktion
  • Integrierte Anwendung von Biochemie, Mikrobiologie und Verfahrenstechnik

Häufig verwendete Schadstoffe in der Umwelt

  • Herkunft verschiedener Schadstoffe (Benzol, Dioxine, Naphtalin, Nitrile, Perchlorethen, Pestizide, Phenol, Toluol, Schwermetalle, Trinitrotoluol)

Aerober biochemischer Abbau

  • Stimulation des biologischen Abbaus durch Dünger
  • Vermehrung von Mikroorganismen (MO) und Steigerung der Abbaurate

Biologische Bodensanierung

  • Ex-situ und in-situ Sanierung von kontaminiertem Erdreich/Boden
  • Festphasenbiosanierung, Kompostierung und Schlämmphasenbiosanierung (Düngemittel/Düngermischung)

Abwasseraufbereitung

  • Primärbehandlung, Sekundärbehandlung (biologische Oxidation) und Desinfektion
  • Verwendung von Bakterien ,Aeroben MO
  • Klärschlammbehandlung oder Deponierung

Marine Biotechnologie (Blaue Biotechnologie)

  • Nutzung von Meeresorganismen und deren Prozesse
  • Ziel: Steigerung des Nahrungsmittelangebotes, Wiederherstellung mariner Ökosysteme, verbesserte Qualität von Lebensmitteln aus dem Meer

Lebensmittelbiotechnologie (Gelbe Biotechnologie)

  • Lebensmittelherstellung durch Mikroorganismen (Hefen, Bakterien wie Laktobazillen)
  • Herstellung und Veredelung von Lebensmitteln

Traditionelle und Moderne Fermentationsverfahren

  • Spontane Fermentationen (z.B. Kakao, Kaffee, ohne zusätzliche Zugabe von Mikroorganismen)
  • Traditionelle Fermentationsverfahren (unter Einsatz spezifischer Mikroorganismen)
  • Moderne Fermentationsverfahren (starterkulturen, Enzyme)

Starterkulturen

  • gezielter Einsatz spezifischer Mikroorganismen zur Lebensmittelherstellung

Mikrobielle Fermenter

  • Systeme zur Kultivierung von Mikroorganismen in geschlossenen, sterilen Systemen
  • Parameterkontrolle (pH, Sauerstoff)
  • Einsatz in der industriellen Biotechnologie

Enzyme-Chymosin

  • Verwendungen in der Käseherstellung
  • Substitutionen, gentechnisch produzierte Enzyme
  • Wirkungsweise im Detail

Medizinische Biotechnologie (Rote Biotechnologie)

  • Entwicklung neuer Medikamente und Behandlungsmöglichkeiten
  • Anwendung in der Krebs-, AIDS- und Nervensystemtherapie
  • Impfstoffe, Gentherapien
  • Diagnostik

Herstellung von Insulin

  • Gentechnische Herstellung von Insulin
  • Vorteile der gentechnischen Herstellung gegenüber der Gewinnung aus Tiergewebe

Medikamente durch Gentechnik

  • Vorteile gentechnischer Herstellung von Medikamenten (Sicherheit, Mengen, Nebenwirkungen)
  • Beispiele für Medikamente, die gentechnisch hergestellt werden (Interferone, Erythropoietin, Somatotropin, Insulin, Blutgerinnungsfaktoren)

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