Biotechnologie

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Questions and Answers

Welche Aussage beschreibt korrekt die Bedeutung von 'genetisch verändert'?

Erbmaterial wurde nur durch physikalische Methoden verändert.

Erbmaterial hat keine Änderungen durch äußere Einflüsse erlitten.

Erbmaterial wurde nur durch chemische Reaktionen modifiziert.

Erbmaterial wurde durch gentechnische Verfahren verändert, was auf natürliche Weise nicht vorkommt. (correct)

Welche der folgenden Optionen gehört nicht zu den biologischen Agenzien?

Mikroorganismen

Zellkulturen

Genetisch veränderte Mikroorganismen

Chemische Verbindungen (correct)

In welchem Bereich ist Biotechnologie nicht primär tätig?

Nutzung von Mikroorganismen zur Produktion

Entwicklung gentechnisch veränderter Organismen

Einsatz von Zellkulturen für therapeutische Zwecke

Untersuchung von chemischen Reaktionen (correct)

Was spielt eine zentrale Rolle in der Biotechnologie?

Einsetzen von biologischen Agenzien gemäß ihrer natürlichen Eigenschaften Signup and view all the answers

Wie wird die 'Biologische Verfahrenstechnik' am besten beschrieben?

Anwendung biologischer Prozesse zur Stofftrennung und -umwandlung. Signup and view all the answers

Welches Verfahren ist typisch für die Gentechnik?

Direkte Manipulation des Erbmaterials Signup and view all the answers

Welche Disziplin beschäftigt sich nicht primär mit biologischen Prozessen?

Analytik Signup and view all the answers

Was ist ein typisch biotechnologischer Ansatz?

Verwendung von Mikroorganismen zur Medikamentenproduktion. Signup and view all the answers

Was geschieht mit den Exkrementen und Papierresten in einer Kläranlage?

Sie werden in kleinere Teilchen zermahlen und setzen sich ab. Signup and view all the answers

Welches Produkt entsteht im Faulturm während der anaeroben Behandlung von Klärschlamm?

Das organische Material wird in CO2 und Methan umgewandelt. Signup and view all the answers

Was ist ein wesentliches Ziel der blauen Biotechnologie?

Verbesserung der Kenntnisse über biogeochemische Prozesse im Ozean. Signup and view all the answers

Was ist ein Vorteil von Bakterien in experimentellen Arbeiten?

Kurze Generationszeiten, die schnelle Prozessabläufe begünstigen Signup and view all the answers

Was beschreibt die gelbe Biotechnologie am besten?

Produktionsweise von Lebensmitteln mithilfe von Mikroorganismen. Signup and view all the answers

Was beschreibt die weiße Biotechnologie?

Anwendung in der industriellen Produktion Signup and view all the answers

Welches Verfahren wird zur Desinfektion des geklärten Wassers verwendet?

Zusatz von Chlor. Signup and view all the answers

Welches Ziel verfolgt die innovative Biokatalyse?

Die Vereinfachung mehrstufiger chemischer Synthesen Signup and view all the answers

Welches Produkt wird durch die Fermentation von Hefen hergestellt?

Brot. Signup and view all the answers

Was ist eine der Aufgaben von Enzymen in biochemischen Reaktionen?

Enzyme benötigen keine zusätzlichen Katalysatoren Signup and view all the answers

Welches der folgenden Produkte ist ein Beispiel für ein Lebensmittel, das mit Laktobazillen hergestellt wird?

Kefir. Signup and view all the answers

Was bedeutet die graue Biotechnologie?

Anwendung biotechnologischer Prozesse in der Umwelttechnologie Signup and view all the answers

Welche Option beschreibt NICHT einen Vorteil biotechnologischer Verfahren?

Erhöhung der Umweltverschmutzung Signup and view all the answers

Welches dieser Konzepte gehört zur Definition der blauen Biotechnologie?

Forschung und Anwendung im marinen Bereich Signup and view all the answers

Was ist ein Merkmal haploider Genome bei Bakterien?

Sie ermöglichen eine einfachere genetische Manipulation Signup and view all the answers

Was ist typischerweise NICHT Teil der Prozessentwicklung in der Biotechnologie?

Erhöhung der Kosten durch ineffiziente Methoden Signup and view all the answers

Was charakterisiert die grüne Biotechnologie?

Anwendung in der Nahrungsmittelproduktion Signup and view all the answers

Welche der folgenden Aussagen über gentechnisch hergestellte Medikamente ist korrekt?

Sie bieten eine größere Sicherheit im Vergleich zu herkömmlichen Medikamenten. Signup and view all the answers

Welches der folgenden Medikamente wird zur Behandlung von Blutbildungsstörungen eingesetzt?

Erythropoietin (EPO) Signup and view all the answers

Was ist der Hauptzweck des Anti-PG-Gens in der Anti-Matsch-Tomate?

Um die Produktion von Polygalacturonase zu reduzieren. Signup and view all the answers

Welcher Prozess verbessert die biologische Abbaurate von Ölverschmutzungen?

Sprühen von stickstoffreicher Düngerlösung Signup and view all the answers

In welchem Bereich wird die graue Biotechnologie hauptsächlich eingesetzt?

Abfallwirtschaft Signup and view all the answers

Was ist eine Hauptmerkmale der Schlämmphasenbiosanierung?

Es verläuft schnell und ist gut kontrollierbar. Signup and view all the answers

Welches der folgenden Enzyme ist verantwortlich für den Abbau der Zellwände bei der reifen Tomate?

Polygalacturonase Signup and view all the answers

Welche Methode wird als 'Landfarming' bezeichnet?

Die biologische Behandlung von kontaminierten Böden auf Landflächen Signup and view all the answers

Was beschreibt die grüne Biotechnologie am besten?

Erhöhung der Erträge und Resistenzen in Pflanzen. Signup and view all the answers

Was sind typische Anwendungen von aeroben und anaeroben Bakterien während der Abwasseraufbereitung?

Für den Abbau organischer Abfallstoffe Signup and view all the answers

Welches der folgenden Medikamente wird nicht zur Krebstherapie verwendet?

Somatotropin Signup and view all the answers

Welches Verfahren ist in der Regel für größere Mengen an kontaminiertem Material geeignet?

Festphasenbiosanierung Signup and view all the answers

Was ist ein Vorteil der gentechnischen Herstellung von Medikamenten?

Verringerung des Tierschutzbedarfs. Signup and view all the answers

Welches Element wird nicht erwähnt als Bestandteil der Schlämmphasenbiosanierung?

Temperaturkontrolle Signup and view all the answers

Welche der folgenden Aussagen über biotechnologische Ansätze ist falsch?

Die braune Biotechnologie behandelt nur genetische Erkrankungen. Signup and view all the answers

Was beschreibt die Methode 'Biohalde'?

Ein Verfahren für flüchtige Chemikalien Signup and view all the answers

Welches Fehlen ist bei der Integration eines Anti-PG-Gens in die Anti-Matsch-Tomate zu erwarten?

Erhöhte Zellwandstabilität. Signup and view all the answers

Warum wird die Verwendung von Düngermischungen bei Ölverschmutzungen bevorzugt?

Sie fördern die Vermehrung von nützlichen Mikroorganismen. Signup and view all the answers

Was ist der Hauptunterschied zwischen ex situ- und in situ-Biosanierungen?

In situ erfolgt die Behandlung direkt im kontaminierten Boden. Signup and view all the answers

Bei welcher Methode wird kontaminierter Boden abgetragen?

ex situ-Biosanierung Signup and view all the answers

Study Notes

Biotechnologie - Geschichte

Phase 1: unbewusste Herstellung von Nahrungsmitteln und Getränken mit Hilfe 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: Beobachtungen von filamentösen Pilzen, Bakterien und Hefen (Hooke, van Leeuwenhoek)

Biotechnologie - Phase 2

Phase 2: Pasteur; 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: Haltbarmachen durch "Pasteurisieren"
- 1890: Herstellung von Sauerrahmbutter unter Einsatz von Milchsäurebakterien
- 1912: Zitronensäureherstellung durch Aspergillus niger
- 1957: Produktion von Glutaminsäure

Biotechnologie - Phase 3

Phase 3: Alexander Fleming entdeckt das Antibiotikum Penicillin. Sterile Prozessführung, es folgen andere Antibiotika, Vitamine, Gibberelline (Pflanzenwuchstoffe) etc.
- 1928/29: Entdeckung des Penicillins
- 1929: Entdeckung des ATP
- 1934: Oxydation von D-Sorbit zu L-Sorbose mittels Acetobacter (wichtiger Zwischenschritt in der Vitamin C Synthese)
- 1937: Definition des Zitronensäure-Zyklus (Krebs)
- 1949: Herstellung des Vitamins B12

Biotechnologie - Phase 4

Phase 4: 1953 beschreiben Watson und Crick die Struktur der DNS; 1973 das erste gentechnologische 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 durch das Robert-Koch Institut

Nobelpreise

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 flourescent protein (GFP) (Shimonura, Chalfie, Tsien)

Biotechnologie Heute

Biotechnologie im Alltag (Bilder von Bier, Käse, Joghurt, etc.)
Biotechnologische Produkte (Medikamente, Vitamine, Biofuel, Lifestyle-Drugs)
Life-Style Drugs (z.B. Inhaltsstoffe aus Rotwein wirken antioxidativ, antibiotisch, lebensverlängernd, aber...)
Definition von Biotechnologie ("Biotechnologie behandelt den Einsatz biologischer Prozesse im Rahmen technischer Verfahren und industrieller Produktionen"-(Präve et al. 1984))
Die Europäische Föderation für Biotechnologie: Biotechnologie ist die integrierte Anwendung von Biochemie, Mikrobiologie und Verfahrenstechnik, um das Potenzial von Mikroorganismen, Zell- und Gewebekulturen nutzen zu können.

Bakterielle Haustierchen

Vorteile der experimentellen Arbeiten mit Bakterien:
- Große Populationen
- Kurze Generationszeiten
- Haploide, relativ kleine Genome
- Genaustausch und -mutationsmöglichkeiten

Biotechnologischer Farbcode

Die weiße Biotechnologie (Einsatz in der Industrie)
Die rote Biotechnologie (Einsatz in der Medizin)
Die grüne Biotechnologie (Pflanzenbiotechnologie)
Die graue Biotechnologie (Einsatz in der Abfallwirtschaft)
Die braune Biotechnologie (Umweltbiotechnologie)
Die blaue Biotechnologie (Marine oder aquatische Biotechnologie)
Die gelbe Biotechnologie (Lebensmittelbiotechnologie)

Innovative Biokatalyse

Neue oder optimierte Enzyme
Prozessentwicklung und Intensivierung
Prozessvereinfachung
Optimierung der Produktaufarbeitung und -aufreinigung
Einsparung von Rohstoffen und Energie
Vermeidung von Neben- und Abfallprodukten

Anwendung von Enzymen

Enzyme sind Proteine, die biochemische Reaktionen katalysieren
Benötigen keine hohen Temperaturen oder Drücke wie chemische Katalysatoren.
Wirken häufig sehr spezifisch
- a-Amylasen (Backwaren, Getränke, Papier, Spülmittel)
- Cellulasen (Textilien, Waschmittel)
- Lipasen (Backwaren, Wasch- und Spülmittel, Leder)
- Proteasen (Käse, Wasch- und Spülmittel, Backwaren, Fleisch, Fisch)

Enzyme - Chymosin

Säuerungsmittel in der Käseherstellung (sauerlicher Geschmack, konservierend)
aus dem Magen säugender Kälber
Gemisch aus Chymosin und Pepsin
Gerinnung des Caseins der Milch (ca. 70 Millionen Kälbermägen wären notwendig)
Lab-Ersatzstoffe (Proteasegemische aus Schimmelpilzen, Labkräuter)

Gentechnisch hergestelltes Lab

Chymosin-Gen aus Schleimhautzellen von Kälbern in Mikroorganismen übertragen
Chymosin-Gen wird überexprimiert

Medizinische Biotechnologie

Behandlung von Krebs, AIDS, Störungen des zentralen Nervensystems (Alzheimer, Parkinson, Multiple Sklerose)
- Medikamente
- Impfstoffe
- Gentherapien
- Diagnostik

Herstellung von Insulin

Gentechnisch hergestellte Präparate werden für mehr als 80 % aller insulinpflichtigen Diabetiker verwendet
Insulin aus Rindern und Schweinen stimmt in seiner chemischen Zusammensetzung nicht ganz mit dem menschlichen überein (Unverträglichkeiten und allergischen Reaktionen)
Vorteil: Das Medikament ist in Zusammensetzung und Wirkung mit menschlichem Insulin identisch.

Medikamente durch Gentechnik

Vorteile:
- Mehr Sicherheit
- Größere Mengen
- Weniger Nebenwirkungen
- Verminderung des Einsatzes von Tieren
Auswahl an zugelassenen Medikamenten: Interferone, Interleukin 2, Colony Stimulating Factor, Erythropoietin, Somatotropin, Insulin, Blutgerinnungsfaktoren, Gewebe Plasminogen Aktivator

Pflanzenbiotechnologie

Hohe Erträge und resistente Pflanzen

Die „Anti-Matsch-Tomate“

Das Enzym Polygalacturonase zerstört die Zellwände bei der Reifung
Integration eines Anti-PG-Gens
Komplementäre Anti-mRNA verhindert die Enzymaktivität

Graue Biotechnologie

Einsatz in der Abfallwirtschaft
- Abfallwirtschaft
- Altlastensanierung (Bodensanierung)
- Abwasserbeseitigung
- Entwicklung umweltverträglicher Produktionsprozesse und Produkte

Biologische Bodensanierung

Abwasseraufbereitung

Primärbehandlung (Filtern, Grobbestandteile entfernen, Bodensatz)
Sekundärbehandlung (biologische Oxidation, Mikroorganismen)
Desinfektion und Freisetzung (Zusatz von Chlor)

Marine/aquatische Biotechnologie

Produkte aus Organismen des Meeres
Technische Verwendung von Prozessen und Organismen der marinen Biologie

Lebensmittelbiotechnologie

Verfahren zur Lebensmittelherstellung mit Mikroorganismen (Hefen, Laktobazillen)
- Hefen: Bier, Wein, Brot
- Laktobazillen: Sauerkraut, Joghurt, Kefir, Buttermilch.

Spontane Fermentationen

keine Zugabe von Mikroorganismen
abhängig von Umgebungsbedingungen
unsteril
hohe Gefahr von Fehlproduktionen

Moderne Fermentationsverfahren

Zugabe von Mikroorganismen als Reinkulturen
Fremdkeimarme Prozessführung
Konservierende Wirkung durch Stoffwechselprodukte
Fermentationsbedingungen können beeinflusst werden
Massenproduktion

Traditionelle Fermentationsverfahren

Primäre Stoffwechselprodukte (Alkoholische Gärung: Bier, Wein, Hefeteig; Milchsäuregärung: Käse; Joghurt, Gemüse; Essigsäuregärung Speiseessig)

Mikrobielle Fermenter

Kultivierung von Mikroorganismen in geschlossenen Systemen.
Steuerung von Parametern wie pH Wert, Sauerstoffkonzentration und andere Parameter

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