Gesellschaft Deutscher Chemiker
Anonymous

Anonymous

Keine Benachrichtigungen
Sie haben noch keine Lesezeichen
Abmelden

Biotechnologie für Chemiker, Teil 1

Mikro- bzw. Zellbiologie, ein paar Infos

Wenn man an Biotechnologie denkt, hat man oft Bilder von computergesteuerten, komplexen Anlagen vor Augen, bei denen in einem metallenen Fermenter bzw. Bioreaktor eine ganz bestimmte chemische Verbindung hergestellt wird.

Vorher muß man sich erst einmal darum kümmern, was es so alles gibt, auf dem „Markt für Mikroorganismen“, d.h. welche Mikroorganismen in unserer Welt vorliegen und welche davon wir für unsere Zwecke einsetzen können.

Die Mikroorganismen werden generell in drei Domänen eingeteilt, nämlich die Archaeen, die Bakterien und die Eukaryoten.

Die Archaeen sind jene, die sich im Laufe der Evolution als erste gebildet haben. Sie mussten hohe Temperaturen, hohe Salzgehalte, wie auch hohe und niedrige pH-Werte aushalten. Deshalb man findet in dieser Gruppe der Mikroorganismen sämtliche Extremophile, d.h. Thermophile, Halophile, Acidophile und Alkaliphile. Sie haben eine spezielle Plasmamembran gebildet, denn sie unterscheidet sich chemisch gesehen dadurch, daß sie nicht aus einer Phospholipid-Doppelschicht mit Esterbindungen besteht, sondern aus aus einer Doppelschicht mit Etherbindungen, die thermisch stabiler sind und auch „extremeren“ pH-Werten standhält. In der Gruppe der Archaeen findet man alle Methanogene, also Methanbildner, die für die Herstellung von Biogas von Bedeutung sind.

Die Gruppe der Bakterien umfaßt jene, die sich evolutionstechnisch schon weiter entwickelt haben und eine Phospholipid-Doppelmembran aufweisen. Des weiteren gehören die Archaeen und die Bakterien zu den Prokaryoten, die sich dadurch auszeichnen, daß sie eine zyklische DNA besitzen, also einen Nukleoid ohne Zellkern. Sie sind recht einfach strukturiert und können gentechnisch leicht modifiziert werden.
Im Gegensatz zu den Archaeen, bei denen es keine Pathogene gibt, existieren bei den Bakterien eine ganze Reihe pathogener, also potentiell krankmachender, Keime. Das biotechnologische Potential der Bakterien liegt in der Herstellung von z. B. Essigsäure, Milchsäure, Aceton, Butanol, Insulin und Antibiotika. Ein gut untersuchter Modellorganismus ist hier „Escherichia coli“.

Zu den Eukaryoten zählen z. B. die Zellen der Pilze, der Pflanzen und der Tiere. Eukaryoten haben, im Gegensatz zu den Prokaryoten, einen Zellkern mit offenkettiger DNA, der durch eine Membran nach außen hin abgegrenzt ist und somit zu den Zellorganellen gehört. Diese Organellen haben jeweils eine Membran, die sie nach außen hin klar abgrenzt. Entwicklungsgeschichtlich waren die Organellen einmal alleine unterwegs, bevor sie sich zu einem Verband zusammengetan haben, d.h. sie haben auch eine eigene DNA, wie z. B. die Mitochondrien. Weitere Organellen sind das endoplasmatische Retikulum, der Golgiapparat, die Peroxisomen und die Lysosomen. Eine eukaryotische Zelle ist demnach reich kompartimentiert und daher ein komplexes „Wesen“.

Biotechnologisch haben die Pilze die größte Bedeutung erlangt, denkt man nur an Alexander Fleming, der 1928 bei seinen Laboruntersuchungen in einer Petrischale eine interessante Beobachtung machte und das Antibiotikum Penicillin entdeckte. Pilze kann man natürlich auch lebensmitteltechnisch betrachten, aber auch biotechnologisch. Die einzelligen Pilze, die in Fermentern kultiviert werden können, sind für Bioreaktoren meist die Relevanten.

So kann mit dem aeroben Mikroorganismus „Aspergillus Niger“ Zitronensäure hergestellt werden und es gibt Anlagen, die mehr als 20.000 Tonnen pro Jahr produzieren können.
Auch Penicillin wird schon seit längerem biotechnologisch in großen Fermentern mit bis zu 200.000 l Volumen in größeren Mengen hergestellt, d.h. mehrere 10.000 Tonnen pro Jahr (weltweit).

Der bekannteste Mikroorganismus, den die Welt seit langem, bewußt oder unbewußt, nutzt, ist die Hefe. Bei dem anaeroben Prozeß der Gärung wird Glucose in Ethanol und Kohlendioxid umgewandelt, was in der Herstellung von z. B. Wein und Bier in größerem Umfang Anwendung findet.

Im nächsten Post von mir werde ich mich zum Thema Stoffwechsel und Biochemie äußern.

Biotechnologie für Chemiker

18

Überprüfung Ihres Anmeldestatus ...

Wenn Sie ein registrierter Benutzer sind, zeigen wir in Kürze den vollständigen Artikel.