Mikrobiologie Wiederholung PDF

1. Mikrobiologie Wiederholung Samstag, 6. Januar 2024 12:16 Mikroorganismen: Bakterium 3 μm Fungus 50 μm Protozoa 50 μm Algae 270 μm Virus 500 μm => Mikroorganismen haben immer ein Genus (Art, Spezies) und einen Beinamen Prokaryoten: - Einzellig - Reproduzieren sich via Zellteilung -...

1. Mikrobiologie Wiederholung Samstag, 6. Januar 2024 12:16 Mikroorganismen: Bakterium 3 μm Fungus 50 μm Protozoa 50 μm Algae 270 μm Virus 500 μm => Mikroorganismen haben immer ein Genus (Art, Spezies) und einen Beinamen Prokaryoten: - Einzellig - Reproduzieren sich via Zellteilung - Erhalten Nährstoffe via Photosynthese oder anorganischen Chemikalien (Ohne Kohlenstoff) - Existieren oft unter extremen Umweltbedingungen Eukaryoten: - Zellkern - Chitin Zellwände - Absorbieren organische Stoffe für Energie - Hefe ist einzellig - Schimmel und Pilze sind Mehrzellig Protozoa: - Eukaryoten - Absorbieren organische Chemikalien - Frei-lebend oder Parasitisch (bekommen Nährstoffe von einem labenden Organismus) Algae: - Eukaryoten - Zellulose Zellwände - Süßwasser, Salzwasser und Nährboden - Nutzen Photosynthese für Energie - Produzieren Sauerstoff und Kohlenhydrate Viruses: - Bestehen aus kleinen Partikeln aus genetischem Material (DNA, oder RNA) - DNAoder RNA Kern - Kern ist von Eiweißmantel umzogen - Reproduzieren sich nur, wenn in lebenden Organismus Antibiotics - Alexander Fleming 1928 - Penicillium fungus made an antibiotic, penicilin that killed S. aureus Nutzen von Mikroben: - Minderheit ist krankheitserregend - Ökologie, Recycling Sanierungen - Produktion von Methan, Ethanol und Biodiesel - Enzymen Klausurvorbereitung Seite 1  - Enzymen - Insektenschutzmittel - Gentherapie Bioremediation - Biologische Schadstoffeleminierung - Bakterien bauen Gifte, Schadstoffe ab - Öl-fressende Mikroben ○ Öl besteht aus Kohlenwasserstoffen und Wasserstoff ○ Mikroben brechen Kohlenwasserstoffe auf und verbinden sie mit Sauerstoff um Wasser und CO2 herzustellen Insektenschutzmittel: - Mikroben die pathogen gegenüber Insekten sind, können als Insektenschutzmittel genutzt werden - z.B. Bacillus thuringiensis Biotechnologie: Ist das nutzen von Mikroben für praktische Anwendungen, zum Beispiel Lebensmittelherstellung oder Chemikalien Rekombinante DNA Technologie: Befähigt Bakterien und Pilzen Proteine, Impfstoffe und Enzyme herzustellen - Fehlende oder kaputte Gene können ausgetauscht werden - Genetisch veränderte Bakterien können zum Schutz von Nutzpflanzen vor Insekten als auch Frost genutzt werden Normale Bakterien: - Verhindern das Wachstum von pathogenen - Produzieren Vitamin B und K - 90% menschlicher Zellen sind bakteriell Klausurvorbereitung Seite 2 2. Mikrobielles Wachstum Wiederholung Samstag, 6. Januar 2024 13:27 Generelle Bedingungen für mikrobielles Wachstum: Physikalische: - Temperatur - pH-Wert ▪ Bakterien meist zwischen 6.5 und 7.5 ▪ Schimmel und Hefe zwischen 5 und 6 ▪ Acidophilie niedriger pH-Wert sauer ▪ Alkaliphiles hoher pH-Wert basisch - Osmotischer Druck ▪ Hypertones Umfeld (geringere Konzentration von gelösten Stoffen innerhalb der Zelle als im Außenmedium verursacht Plasmolyse (Zytoplasma zieht sich von Zellwand zurück wenn sie Wasser verliert) aufgrund des hohen osmotischen Drucks) - Ablösen des Protoplasten (lebender Teil einer Zelle) einer Planzenzelle durch Wasserverlust - Extreme oder obligatorische Halophiles (Organismen die in Umgebung mit hohem Salzgehalt leben) brauchen hohen osmotische Druck - Facultative Halophiles tolerieren hohe osmotische Drücke Chemische: - Kohlenstoff ▪ 50% des Trockengewichts in Zellen ▪ Strukturelle Wirbelsäule organische Moleküle ▪ Chemoheterotrophs nutzen organische Moleküle als Energie (Abbau von Kohlenhydraten Fetten, Proteinen aus ihrer Umgebung; benötigen externe Quellen von organischen Material) ▪ Autotrophs (können organische Substanz aus anorganischen Materialien synthetisieren; Photosynthese) - Nitrat ▪ 14% des Trockengewichts von Zellen ▪ Komponenten von Proteinen DANN und ATP ▪ Meisten Bakterien verwerten Protein Material für eine Nitratquelle ▪ Einige Bakterien nutzen NH4+ oder NO3- von organischen Materialien ▪ Manche nutzen Nitratfixierung (N2 zu Ammoniak verwertet) - Phosphor ▪ Verwendet in DANN, RNA, ATP ▪ Kommt in Membranen vor ▪ PO43- Quelle für Phosphor - Spurenelemente ▪ Anorganische Elemente werden in kleinen Mengen gebraucht ▪ Eisen, Kupfer, Zink, Molybdän - Schwefel ▪ Wird in Aminosäuren genutzt und Vitamin B1 ▪ Meisten Bakterien zersetzen Protein für Schwefel ▪ Manche S042- or H2S - Sauerstoff ▪ Obligate Aerobier brauchen O2 ▪ Obligate Anaerobier können O2 nicht aufnehmen und werden geschädigt ▪ Facultative Anaerobier wachsen mittels Fermentation ohne O2 ▪ Aerotolerant Anaerobier tolerieren O2 können es aber nicht nutzen ▪ Microaerophiles brauchen geringeren Sauerstoffanteil als 21% Toxic form of Oxygen ▪ Nebenprodukt der Reduktion von O2 zu H2O bei der Respiration ▪ Wird auch in Anaerobic Mikroorganismen produziert ▪ Superoxide, Wasserstoffperoxid, Hydroxil-Radikal Wachstum von Mikroorgnismen ▪ Biofilm - Leben selten als Kolonie einzelner Arten in der Natur ▪ Microbial communities ▪ Bildung von Schleim oder Hydrogelen, die an Oberflächen haften - Bakterien kommunizieren von Zelle zu Zelle über Quorum Sensing - Im Verdauungssystem und in Kläranlagen zu finden; können Rohre verstopfen ▪ Teilen Nahrung in 70 % der Iinfektionen - Katheter, Herzklappen, Kontaktlinsen, Zahnkaries Kultivierung von Microorganismen: ▪ Kultivierungsmedium: Nährstoffe für mikroorganisches Wachstum vorbereitet ▪ Chemisch definiertes Medium (Zusammensetzung ist bekannt) - Anspruchsvolle Organismen brauchen viele Wachstumsfaktoren die in Medium bereitgestellt werden ▪ Komplexes Medium: - Extrahiert und verwertung von Hefe, Fleisch oder Pflanzen - Zusammensetzung variiert von Charge zu Charge - Nährbrühe - Nähr-Agar , Agar: - Verfestigungsmittel für Kulturmedien in Petrischalen - Wird nicht von Mikroben verstoffwechselt - Wird bei 100 Grad flüssig - Verfestigt sich bei 40 Grad Selektives Medium: - Stärkt gewünschte Mikroorganismen - Schwächt ungewollte Mikroorganismen Enthält Hemmstoffe um Wachstum zu verringern Differentielles Medium: Klausurvorbereitung Seite 3  Selektives Medium: - Stärkt gewünschte Mikroorganismen - Schwächt ungewollte Mikroorganismen Enthält Hemmstoffe um Wachstum zu verringern Differentielles Medium: - Ermöglicht Unterscheidung verschiedener Kolonien auf einer Platte => Einige Medien haben beides Bereichernde Kultur - Verstärkt das Wachstum gewollter Mikroorganismen Erhöhen kleiner Mengen eines Organismus zu Messbaren Werten - Meist eine Flüssigkeit Pure culture = contains only one species or strain Colony = population of cells arising from a single cell Bacterial Growth: Anzahl steigt an, größe bleibt gleich, binäre Spaltung Knospung: Hefe und einige Bakterien -> Wucherung Exponentielles Wachstum: - Begrenzende Faktoren ▪ Platz und Nährstoffe Wachstumsphasen: Lag Phase ▪ Hohe Aktivität vorbereiten auf Wachstum ▪ Noch kein Anstieg der Population Log Phase ▪ Logarithmische oder exponentielles Wachstum - Stationäre Phase ▪ Periode des Gleichgewichts ▪ Absterberate ist mit Wachstumsrate ausgeglichen Todes Phase ▪ Population nimmt logarithmisch ab Direkte Zähl-Methoden für Mikroorganismen: ▪ Anzahl der Platten ▪ Filtration ▪ MPN Methode ▪ Mikroskopisches Messen Platten Zählmethode ▪ Kolonien auf Platten zählen die 30-300 haben ▪ Um die richtige Anzhal an Kolonien zu erhalten muss das ursprüngliche Inoklum durch serielle Filtration: ▪ Lösung wird gefiltert und Bakterien sammeln sich am Filtermaterial ▪ Filter wird in Petrischale getan und Kolonien wachsen auf der Oberfläche The Most Probable Number Method: Klausurvorbereitung Seite 4 Mikroskopische Messung: ▪ Probe wird verdünnt um zu hohe Konzentration und überlagerungen zu vermeiden ▪ Bekanntes Volumen der Probe wird auf einen Objektträger aufgebracht, speziell markierter Objektträger (Zählkammer) präzise Markierungen um Volumen und zählfäche definieren ▪ Systematisches Scannen des Feldes und zählen der Zellen in markierten Bereich ▪ Durchschnittliche Zellzahl pro Volumeneinheit berechnet -> Gesamtanzahl schätzen Messung der Trübung ▪ Spectrophotometer ▪ Trübung wird gemessen Klausurvorbereitung Seite 5 3. Kontrolle Mikrobiologischen Wachstums Sonntag, 7. Januar 2024 15:17 Warum sollte man Mirkobiologisches Wachstum Kontrollieren? - Haltbar machen von Lebensmitteln - Prävention von Pathogenen (Krankheitserregenden Mikroorganismen) - Kontrollierte Produktion+ - Entfernen von ungewollten Mikroorganismen im Labor Nur Unterschied Sterilisation und Desinfektion Ziele für das Abtöten von Mikroorganismen: - Protein Denaturierung (Hitze und Chemikalien) - DNA Einführung von Mutagenese (Hitze, Strahlung und Chemikalien) - Membranen Durchlässigkeit (Chemikalien) Mikroben töten: - Mikroorganismen sterben konstant - Effektivität der Behandlung hängt von ab: ○ Anzahl der Mikroben ○ Umfeld (Temperatur, Biofilm etc.) ○ Mikrobiologische Charakteristiken ○ Dauer der Aussetzung Hitze: - Pasteurisierung ○ Reduziert Verderbnisorganismen und Pathogene ○ 63 Grad 30 min ○ 72 Grad 15 sec ○ 140 Grad 4 sec - Thermoduric organisms survive Autoclavation: - Druck und Dampf - 121 Grad und 15psi über normal Druck 15 min - Tötet alle Organismen und Endosporen - Dampf muss Oberfläche berühren Sterilisation mit trockener Hitze: - Tötet bei Oxidation - Flammen - Verbrennern von (Paper Cups Bags) - Ofen Klausurvorbereitung Seite 6  - Ofen ○ 170 Grad für 2 Stunden ○ Leere Glasbehälter Filtration: - Filter Funktionsweise ähnlich Sieb - Hitzeempfindliche Materialien - Kulturmedien, Enzyme, Impfstoffe, Antibiotika - HEPA-Filter entfernen Mikroben >0,3 µm - Membranfilter entfernen Mikroben >0,22 µm Radiation - Ionisierung ○ Reagiert mit Wasser zur Bildung von Hydroxyl Radikalen ○ Strahlung ○ Für Einweg Gegenstände und Lebensmittel - Nicht ionisierend ○ UV-Strahlung ○ Induziert DANN ○ Essen, Luft, Wasser, Oberflächen Sterilisation Chemische Methoden - Meisten Chemikalien reduzieren die Population vegetativer Mikroben ○ Desinfektion - Effektivität ○ Konzentration ○ pH-Wert ○ Zeit und Kontakt Scheiben Diffusionsmethode - Bewertet die Wirksamkeit chemischer Wirkstoffe - Filterpapier werden mit Chemikalie getränkt und auf eine Kultur gelegt - Suche nach der Hemmzone um die Scheiben Klausurvorbereitung Seite 8 4. Bioverfahrenstechnik I Dienstag, 9. Januar 2024 13:55 Fermentationsprozess: Beispiele: Arzneimittel, Lebensmittel (Sauerteig, alkoholische Getränke, Milchsäure, Essigsäure), Umwelt(Biologische Abwasserreinigung, Biogasproduktion, Bioethanol) Prozessorganismen: Klassisch - Wildtyp (wird aus Wildstämmen selektiert) Rekombinant - GVO - Gentechnisch veränderte Mikroorganismen ○ Fremdgene aus dem Genom werden entfernt ○ Gene aus dem Genom werden entfernt ○ Gene werden up oder down reguliert - Produktivitätssteigerungen - Erlangen von Resistenzen (Bsp. BT-Mais) - Produktion von Produkten, die der Wildtyp natürlich nicht herstellt Prozessorganismen: Bakterien, Hefen, Pilze, Tierische & Pflanzliche Zelllinien Bakterien: Vorteile - Einfache, kostengünstige Nährmedien - Schnelles Wachstum (tD = 20min) - Kultivierung zu hoher Zelldichte - Einfache Kultivierung im Fermenter - Große Auswahl an Expressionsvektoren Nachteile: - Produkte of als unlöslicher Einschlusskörper - Proteine meist nicht oder falsch gefaltet (Klumpenbildung möglich gefährlich für Zelle) - Aktive Produkte häufig toxisch für Wirt - Keine posttranslationalen Modifikationen Expressionsvektor: (speziell konstruierter Klonierungsvektor. Wird in Zelle oder Bakterium eingebracht, um die Transkription & Translation eines vorher in den Vektor eingeschleusten Gens zu ermöglichen) Klausurvorbereitung Seite 10 Vorteile: - Relativ günstige Medien - Gut erforscht - Proteine teilweise richtig gefaltet - Verschiedene posttranslationale Modifikationen - Produkte werden teilweise ins Medium abgegeben - Einfache Kultivierung im Fermenter Nachteile: - Teilweiser Abbau der Fremdproteine - Langsames Wachstum (tD = 80 min) - Teilweise unerwünschte Modifikationen Klausurvorbereitung Seite 11  - Vorteile: - Vollständig gefaltete Proteine - Vielzahl posttranslationaler Modifikationen - Häufig extrazelluläre Produkte - Zellaufschluss einfach Nachteile: - Sehr langsames Wachstum (tD = 24h) - Hohe Ansprüche an Nährmedium -> hohe Kosten - Expressionsrate oft mäßig - Kontaminationsgefahr hoch Bioreaktorsysteme - Blasensäule Vorteile: - Einfacher Aufbau - Geringe Anlagekosten - Keine beweglichen Teile - Geringe Schaumbildung - Geringe Unterhaltungskosten Nachteile: Klausurvorbereitung Seite 12  - Geringe Unterhaltungskosten Nachteile: - Nur bei niedriger Viskosität geeignet - Ungünstigerer Sauerstoffeintrag Airlift Reaktor Vorteile: - Einfacher Aufbau - Hohe Volumina - Geringe Anlagekosten - Keine beweglichen Teile - Geringe Schaumbildung - Geringe Unterhaltungskosten + Festbett-Reaktor Vorteile: - Einfacher Aufbau - Kontinuierlicher Betrieb möglich - Geringe Unterhaltungskosten - Einfache Produkttrennung+keine beweglichen Teile Nachteile: - Gradientenbildung - Keine pH-Kontrolle Membranbioreaktor Vorteile: - Kontinuierlicher Prozess mit Biomasserückhalt - Mehr Biomasse bei weniger Volumen Nachteile: - Hohe Invest und Betriebskosten - Verstopfungsgefahr der Membran Photobioreaktor Vorteile: - Reproduzierbare und kontrolierbare Algenproduktion Nachteile: - CO2 Begasung - Biofilmbildung -> verringerte Lichteintrag Rührkessel Vorteíle: Klausurvorbereitung Seite 13 Vorteíle: - Einfavhe Konstruktion - Sehr flexibel - Einfache Reinigung - Gute Kontroll- und - Regelmöglichkeiten - Sehr guter Sauerstoffeintrag Nachteile: - Limitierung durch Gewicht und Motor - Hohe Anforderungen an Wellendichtungen und Lager - Fassungsvermögen ○ Labor 0,01l-0,5l-10l-100l ○ Pilotfermenter 100l-5.000 l ○ Produktion 5.000l-800.000l Anforderungen an Bioreaktorsysteme: - Aufrechterhaltung der Milieubedingungen ○ pH-Wert, Temperatur, Substrat - Durchmischung ○ An- und Abtransport, ○ Nährstoffe und Belüftung - Temperierung ○ Heizen und Kühlung ○ Abtransport mikrobieller Wärme - Belüftung/Begasung ○ Sauerstoffeintrag ○ CO2-Abtransport - Sterilität ○ Schutz vor Fremdkeimen ○ Schutz des Produktionsstamms ○ Produktschutz Rührer - Zerstreuen der eingebrachten Luft ○ Grenzflächen Vergößerung ○ Erhöhung Stoffaustausch gasf./flüssig - Mischen ○ Homogene Bedingungen ○ Substrat (p, O2, pH, T…) - Verbesserung des Wärmeübergangs Scheibenrührer - Standrad bei vielen Fermentern - DECHEMA empfohlen - Radial gefördert - Gute Glasdispersion - Hohe lokale Scherwirkung Propellerrührer - Axiale Strömung - Schlecht bis mittelmäßige Gasdispersion - Einbau von Strömungsbrechern notwendig - Bei niedrigen Drehzahlen Klausurvorbereitung Seite 14  - Bei niedrigen Drehzahlen - Einsatz in Zellkulturtechnik - Geringe Scherkräfte Interferenz-Mehrstufen-Impuls-Gegenstrom-Rührer - INTERMIG-Rührer - Axiale und Radiale Strömung - Innenblatt + zweistufiges Außenblatt mit entgegengesetzter Blattanstellung - Anwendung für viskose Medien - Hohe Sauerstoffübergangskoeffizienten Klausurvorbereitung Seite 15 5. Bioverfahrenstechnik II Freitag, 12. Januar 2024 17:29 Animpfen - Sterile Kolben werden unter sterilen Bedingungen mit Inokulum befüllt - Sterilhülse lösen - Unter Flamme mit Nadel durch das Septum anstechen - Inokulum in den Fermenter fallen lassen Biotrockensubstanz - Bestimmung Direkt: Klausurvorbereitung Seite 16 Direkt: - Probe zentridugieren und Überstand verwerfen - Pellet mit 0,85% NaCl resuspendieren (durchmischen) - Probe zentrifugieren und Überstand verwerfen - Pellet trocknen und wiegen Indirekt: - Optische Dichte - Photometrische Messung bei 600nm - Erstellung Kalibriergerade OD/BTS - Rechnung mit Umrechnungsfaktor Biomasseertragskoeffizient Fermentationsführung - Fed - Batch Batch - Satzbetrieb Klausurvorbereitung Seite 17 Fermentationsführung - Fed - Batch Batch - Satzbetrieb - Ohne Zufütterung ohne kontinuierliche Ernte Fed-Batch - Zulaufverfahren - Mit Zufütterung - Ohne kontinuirliche Ernte Kontinuierlich: - Chemostat ○ Feste Zufütterung und Erneterate - Turbidostat ○ Zufütterung/Ernte gekoppelt an OD ○ Einzustellende Größen: - Substratkonzentration im Feed - Startzeitpunkt < - Zulaufstrom ○ Strategie für Steuerung und Regelung Vorteile: - hoheZell- und Produktkonzentrationen - (Hochzelldichte-Fermentation) - Hohe Produktivität - Effiziente Medienausnutzung - Vermeidung von Substratüberschuss-Stoffwechselwegen Nachteile: - Hoher Bedarf an Nährstoffen und O2 durch Hochzelldichte - Zufüttermedium stark konzentriert Gefahr von regionaler Überfütterung - Höherer Regelungsaufwand - Höheres Kontaminationsrisiko Klausurvorbereitung Seite 18 6. Aerobe Fed Batch Freitag, 12. Januar 2024 18:05 Einfluss von Sauerstoffeintrag auf Mikrobielles Wachstum Klausurvorbereitung Seite 19 Sauerstofftranferrate - OTR Volumenbezogener Stoffübergangskoeffizient Klausurvorbereitung Seite 20 Schüttelkolben - 100-150 1/h Labor-Rührkesselreaktor - 200-2000 1/h STR im Pilotmaßstab 20 m3 - 200-600 1/h Möglichkeiten den Volumenbezogenen Stoffübergangskoeffizienten zu erhöhen Kultivierungssystem: Geometrie vom Bioreaktor, Einabuten Rührkesselbioreaktor - Einauten ○ Anzahl der Schikanen ○ Art u. Abstand der Rührer ○ Begasungsrohr, Ringbrause, Düse Möglichkeiten um den Sauerstoffeintrag zu erhöhen Funktionen Rührer im STR Dispergieren - Eingebrachte Luft ○ Grenzoberflächenvergrößerung ○ Hohe OTR (400 mmol 1/L 1/h) ○ Flüssigkeiten z.B. Pflanzenöl als S Homogenisieren - Minimieren von Gradienten Verbesserung Wärmeübergang Klausurvorbereitung Seite 21 Verbesserung Wärmeübergang Kultivierungssystem: Geometrie vom Bioreaktor, Einbauten Blasensäule - Einfacher Aufbau / geringe Kosten - Kein Rühren - Großes H:B Verhältnis - Mischen durch Begasung ○ Lufteinlass treibende Kraft ○ Schaumbildung - Geringe OTR ○ Unter 100 mmol 1/L 1/h ○ Abhängig von Lufteintrag durch Kompressor ○ Sinterplatte Airlift - Kompartimentierung verbessert Zirkulation ○ Riser und downcomer ○ Weniger Schaumbildung ○ Erhöhter Sauerstoffeintrag Zusammenfassung - Kultivierungssystem - Geometrie vom Bioreaktor - Einbauten (Schikanen, Rührer, Begasungssystem) ○ Anzahl Schikanen ○ Art und Abstand der Rührer ○ Begasungsrohr, Ringbrause etc. - Während der Kultivierung - Begasungsrate - Sauerstoffkonzentration in Zuluft - Druck - Rührer- Schüttel-Geschwindigkeit - Temperatur - Viskosität vom Medium Klausurvorbereitung Seite 22 Studierendenfragen Mittwoch, 17. Januar 2024 10:36 1. Nenne verschiedene Methoden um MO abzutöten. Erläutere diese jeweils genauer. - Sterilisation: Entfernen/abtöten aller Mikroorganismen mithilfe von Dampf oder Gas ○ Autoclavation Druck und Dampf ▪ 121 Grad und 15 psi über Normaldruck ▪ Tötet alle Organismen und Endosporen ○ Trockene Hitze ▪ Tötet bei Oxidation ▪ Flammen ▪ Verbrennen ▪ Ofen □ 170 Grad 2 Stunden □ Leere Glasbehälter - Desinfektion: abtöten von Krankheitserregern auf leblosen Objekten ○ Physikalisch ▪ Pasteurisierung -> Krankheitserreger und Verderbnis-Organismen ▪ 140 Grad 4 sec ▪ 63 Grad 30 min. ▪ 72 Grad 15sec ○ Chemisch: ▪ Chemikalien ▪ Alkohol/Desinfektionsmittel ▪ Effektivität hängt ab von Dauer und Kontaktfläche 2. Was versteht man unter Fermentation? - Ursprünglicher Begriff biologische Reaktion unter Ausschluss von Luft - Mikrobielle oder enzymatische Umwandlung organischer Stoffe in Säure, Gase oder Alkohol. - Umsetzung von biologischen Materialien mit Hilfe von Bakterien-, Pilz-, oder Zellkulturen oder aber auch durch Zusatz von Enzymen (Fermenten) 3. In welche zwei Hauptgruppen kann man Prozessorganismen unterteilen? - Zelllinien - Hefe/Pilzei 4. Welche Bioreaktorysteme gibt es? Nenne jeweils 2 Vor- und Nachteile! Klausurvorbereitung Seite 23  4. Welche Bioreaktorysteme gibt es? Nenne jeweils 2 Vor- und Nachteile! Blasensäule: Vorteile: Nachteile: - Einfacher Aufbau - Nur bei niedriger Viskosität geeignet - Geringe Kosten - Ungünstiger Sauerstoffeintrag - Keine beweglichen Teile - Kaum Schaumbildung - Geringe Unterhaltungskosten Airliftreaktor: Vorteile: - Einfacher Aufbau - Geringe Unterhaltungskosten - Hohe Volumina - Geringe Anlagekosten - Geringe Schaumbildung Festbettreaktor Vorteile: Nachteile: - Geringe Unterhaltungskosten - Keine pH-Wert Kontrolle - Kontinuierlicher Betrieb möglich - Gradientenbildung - Keine beweglichen Teile - Einfache Produkttrennung Membranbioreaktor Vorteile: Nachteile: - Kontinuierlicher Betrieb mit Biomasserückhalt möglich - Hohe Invest- und Betriebskosten - Mehr Biomasse bei weniger Volumen - Membran kann verstopfen Photobioreaktor Vorteile: Nachteile: - Kontrollierbare Algenproduktion - CO2 Begasung - Reproduzierbare Algenproduktion - Biofilmbildung -> verminderter Lichteintrag Rührkessel Vorteile: - Geinfache konstruktion Nachteile: - Einfache Reinigung - Limitierung durch Gewicht und Motor - Sehr flexibel - Hohe Anforderungen an Wellendichtungen und Lager - Kontroll und Regelmöglichkeiten - Bestimmte Volumina erhältlich, flexible Skalierung schwierig - Sehr guter Sauerstoffeintrag 5. Welche Wachstumsphasen von Bakterien gibt es? Es sind grundlegend 4 zu benennen. Erläutern Sie die jeweilige Phase näher. - l-l-s-a - Lag-Phase ○ Adaptierung der Bakterien an das Medium - Log-Phase ○ Exponentielles Wachstum der Bakterien - Stationäre-Phase ○ Wachstumsrate und Sterbephase gleichen sich aus - Absterbephase ○ Nährstoffe sind komplett aufgebraucht, Hemmstoffe angereichert 6. Erstelle eine Grafik zum Bakterien Wachstum bezeichne jede Phase! a. Wie lässt sich die Anzahl der Bakterien berechnen? N=N0×2^(t/g) N - Endanzahl der Bakterien No - Startanzahl der Bakterien T - Zeit G - Generationenzeit der Bakterien Klausurvorbereitung Seite 24  b. Bestimme die Anzahl der Bakterien über drei Generationen, ausgehend von einer Bakterie! 7. Wie werden Mikroorganismen definiert und welche Arten gibt es? Mikroorganismen sind kleinst Lebewesen, die im Mikrometerbereich liegen und so nicht mit bloßem Auge erkennbar sind Eukaryoten - Zellkern - Absorbieren organische Stoffe - Hefe und Pilze - Chitin Zellwände Prokaryoten - Einzellig - Reproduzieren sich via Zellteilung - Existieren oft unter extremen Umweltbedingungen - Absorbieren Energie durch Photosynthese oder anorganische Stoffe (ohne Kohlenstoff) 8. Welche direkten Methoden gibt es, um das Zellwachstum von Mikroorganismen zu bestimmen? Erläutere diese kurz. - Anzahl der Platten - Filtration - MPN Methoden - Mikrokopisches Messen -> Schätzen -> Labor 9. In welche Temperaturgruppen werden Mikroorganismen eingeteilt? - Psychrophiles ○ -10 : 20 Grad - Psychotrophs ○ 0 - 30 Grad - Mesophiles ○ 10-50 Grad - Thermophiles ○ 40-72 Grad - Hyperthermophiles ○ 65-110 Grad 10. Wie und Wann hat man das erste Antibiotikum entdeckt? - 1928 entdekcte Paul Ehrlich aus Zufall das Antibiotikum - Er beobachtete das penicillium fungus, ein Antibiotikum herstellte, welches s. aureus abtötete - 1940 wurde es klinisch getestet und in die Massenproduktion gegeben 11. Wozu dienen die Erkenntnisse über Mikroorganismen der Menschheit? - Herstellung von Alkohol, Penicillin -> Arzneimitteln, Lebensmittelproduktion (Gorgonzola) - Enzyme, Gen-Therapie, Insektenschutzmittel, Produktion von Methan - Die wenigsten Mikroorganismen sind Pathogen (Krankheitserreger) - Bakterien formen Kohlenstoff, Nitrat etc. um in Stoffe die von Pflanzen genutzt werden können 12. Was ist ein Biofilm und wie entsteht dieser? - Ein Biofilm entsteht wenn sich MO an festen Oberflächen ansammeln und anwachsen - Steinen, Medizinischen Implantaten, Zähnen etc. - Sind meist resistent gegen Antibiotika Klausurvorbereitung Seite 25 Übung Samstag, 20. Januar 2024 14:22 Klausurvorbereitung Seite 26