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7.1: Einführung in biochemische Tests Teil I - Biologie

7.1: Einführung in biochemische Tests Teil I - Biologie



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Lernerfolge

  • Beobachten und interpretieren Sie die Fermentationsreaktionen repräsentativer Bakterien in Phenolrotzuckerbrühen, unterscheiden Sie zwischen Atmung und Fermentation, diskutieren Sie die Bedingungen, unter denen diese Reaktionen ablaufen.
  • Beobachten und interpretieren Sie Zuckerfermentation und Schwefelwasserstoffbildung in TSI-Schrägagar, diskutieren Sie den Zweck kritischer Inhaltsstoffe in TSI-Schrägagar, unterscheiden Sie zwischen verschiedenen Zuckerfermentationen, interpretieren Sie TSI-Reaktionen.
  • Erfahren Sie mehr über die Rolle extrazellulärer Enzyme in Bakterien, beobachten Sie die Hydrolyse der Caseinhydrolyse

A. Kohlenhydratfermentation

Fermentation ist ein Stoffwechselprozess, den einige Mikroorganismen nutzen, um Substrate wie Glukose und andere Zucker abzubauen, wenn O2 ist nicht verfügbar oder konnte vom Mikroorganismus nicht verwendet werden. Die Fermentation umfasst die Reaktionen der Glykolyse (bei der ein einzelnes Glucosemolekül in 2 Moleküle Pyruvat zerlegt wird) sowie zusätzliche Reaktionen, die eine Vielzahl von Endprodukten (Säuren, Alkohole, Gase) erzeugen. Die Endprodukte sind charakteristisch für einzelne Bakterienarten. Denken Sie daran, Mikroben sind sehr vielseitig, das Gärsubstrat nicht Zucker sein müssen, kann es sogar ungewöhnliche Verbindungen wie Aromaten (Benzoate), Glycerin (Zuckeralkohol) und Acetylen (Kohlenwasserstoffe) enthalten!

Ein Großteil der ursprünglichen Energie im Substrat verbleibt in den chemischen Bindungen organischer Endprodukte wie Milchsäure oder Ethanol. Zum Beispiel ist Ethanol ein Abfallprodukt der Fermentation, dessen Energie so viel gespeichert ist, dass es in Benzinlösungen zur Verbrennung/Verbrennung verwendet werden kann, um die in seinen chemischen Bindungen gespeicherte Energie freizusetzen.

Beachten Sie, dass die Fermentation hauptsächlich ein Mechanismus zur Regeneration von NAD+ ist, wenn der Atmungsprozess nicht stattfindet. Die Fermentation neigt auch dazu, Abfallprodukte zu produzieren, die sich in der extrazellulären Umgebung ansammeln können. Im Gegensatz dazu sind die Abfälle, die nach der ATP-Produktion durch aerobe Atmung übrig bleiben, auf CO . beschränkt2 und H2O. Es können zahlreiche Endprodukte aus der Fermentation entstehen, von denen viele für uns nützlich sind, aber nicht unbedingt die Mikroben. Wir verwenden viele Fermentationsprodukte – so unterschiedlich wie Antibiotika, Alkohole und eine Vielzahl von Lebensmitteln. Mikroben wie Hefen und Bakterien werden gentechnisch verändert, um wertvolle Fermentationsprodukte herzustellen.

Obwohl das ultimative Substratmolekül für die Fermentation immer Glukose ist, verwenden einige Bakterien zusätzliche chemische Reaktionen, um andere Monosaccharide sowie Disaccharide in Glukose umzuwandeln. Daher können Bakterien sowohl nach ihrer Fähigkeit, verschiedene Kohlenhydrate zu fermentieren, als auch nach den Endprodukten, die aus dem Fermentationsprozess entstehen, unterschieden werden.

Das zum Testen der Kohlenhydratfermentation verwendete Medium ist eine Nährbrühe, die ein fermentierbares Kohlenhydrat (normalerweise ein Monosaccharid oder ein Disaccharid), Pepton (Aminosäuren) sowie einen pH-Indikator enthält. Der pH-Wert des Mediums ist auf ca. 7,5 eingestellt, sodass es bei der Verwendung orange/rot erscheint Phenolrot pH-Indikator. Diese Arten von Kohlenhydrat-Gärrohren werden daher als Phenolrot (Zucker) Brühen. Wird das Kohlenhydrat im Medium fermentiert und entstehen saure Endprodukte, a Farbumschlag zu Gelb wird die Folge sein (Siehe Bild 1 Röhren A und C). Gelegentlich fermentieren Bakterien das Kohlenhydrat nicht, sondern bauen Proteine ​​​​ab, die Ammoniak (NH .) produzieren3) im Wachstumsmedium. In diesem Fall wird das Medium alkalischer und erscheint rot (siehe Bild 1 Röhrchen B).

Einige Bakterien produzieren Gase, wenn sie ein Kohlenhydrat fermentieren. Um diese Gase zu detektieren, a Durham-Rohr wird genutzt. Dies ist ein kleines umgekehrtes Glasröhrchen, das in das größere Glasröhrchen mit dem Fermentationsmedium gelegt wird (siehe Bild 1). Wenn Gase (typischerweise CO2) während des Fermentationsprozesses entstehen, bildet sich oben im Durham-Röhrchen eine Blase (siehe Röhrchen A). Wenn Sie eine Blase im Durham-Röhrchen sehen, ist das Medium ebenfalls sauer. Kohlenhydrat-Fermentationsmedien werden häufig verwendet, um Mitglieder der Familie Enterobacteriaceae (z. B. Escherichia coli, Enterobacter aerogenes) von einander.

Bild 1: Fermentationsreaktionen produziert von Escherichia coli in Phenolrotzuckerbrühen, die Dextrose-, Saccharose- und Laktosezucker enthalten. Bild von Janie Sigmon, York Technical College, Rock Hill, SC.

Bei vielen Stoffwechseltests entstehen Endprodukte, die den pH-Wert des Mediums verändern. Um diese pH-Änderung zu messen, werden pH-Indikatoren (Chemikalien, die je nach pH-Wert ihre Farbe ändern) im Medium enthalten. Einige übliche pH-Indikatoren sind Phenolrot, Bromkresolviolett und Bromthymolblau. Jeder pH-Indikator hat eine Reihe von pH-Werten, über die er seine Farbe ändert (siehe unten).

pH-Indikator
Phenolrot< pH 6,8 = gelbpH 6,8 – 7,4 = rotpH >7,4 = rosa/magenta
Bromkresol lila< pH 6,8 = gelb> 6,8 pH = lila
Bromthymolblau< pH 6,0 = gelbpH 6,1 – 7,5 = grünpH >7,5 = blau

Tabelle 1: pH-Indikatoren

Video ansehen 1: Phenolrotzuckertests

Video ansehen 1: wie man Phenolrotzuckertests durchführt. Video von Microbial Zoo (3:40). URL: https://youtu.be/W8JWInjlXqQ

B. Triple Sugar Iron (TSI) Schrägagar

Dreifachzucker Eisen (TSI) Agar ist ein Medium zur Differenzierung von Darmbakterien. Es enthält drei Kohlenhydrate – Glukose, Laktose und Saccharose sowie den pH-Indikator Phenolrot. Das Medium wird normalerweise als „Schräg“-Agar in einem Glasröhrchen hergestellt. Bakterien werden in den schrägen Teil des Mediums und in den tiefen Teil (als Hintern bezeichnet) geimpft, wo er anaerob ist.

Im TSI-Agar sind 3 Reaktionen möglich. Erstens, wenn es nur Glukose fermentiert, werden die Schräge und der Kolben aufgrund der Produktion von sauren Nebenprodukten gelb, aber nach einigen Stunden bleibt der Kolben gelb, aber der Schrägstrich selbst können wird wieder rot, wenn durch die Verdauung von Peptonen und die Produktion von Ammoniumverbindungen wieder alkalische Bedingungen auftreten. Zweitens wird, wenn Laktose oder Saccharose oder beides fermentiert werden, genügend Säure produziert, damit sowohl die Schräge als auch der Hintern gelb bleiben. Drittens, wenn keine Kohlenhydrate fermentiert werden, bleiben die Schräge und der Hintern eine rot-alkalische Farbe.

Die Gasproduktion (CO2) aus der Kohlenhydratfermentation wird durch das Vorhandensein von Rissen oder Rissen im Medium festgestellt. Bei viel Gas können sogar Teile des Mediums im Rohr nach oben gedrückt werden (Bild 2, mittleres Rohr, Spalt am Rohrboden beachten).

Eine andere Sache, die TSI-Agar testet, ist die Schwefelwasserstoffproduktion, da sie Eisenionen und Natriumthiosulfat enthält. Einige Bakterien verwenden Thiosulfat in ihrem Stoffwechsel und setzen Schwefelwasserstoff frei. Der Schwefelwasserstoff reagiert mit dem Eisen, wobei Eisensulfid entsteht, das ein schwarzer Niederschlag ist, das Medium erscheint schwarz (Bild 3 und 4).

Bild 2: Dreifachzucker-Eisen-Agar (TSI) wurde verwendet, um verschiedene Bakterien zu züchten und zu differenzieren. Röhrchen 1 (ganz links) ist die ungeimpfte Kontrolle. Röhrchen 2 (zweite von links) wurde angeimpft mit Pseudomonas aeruginosa und zeigt eine rote Schräge ohne Farbveränderung im Kolben, was auf eine fehlende Gärung hinweist. Röhrchen 3 (Mitte) wurde mit beimpft Escherichia coli und weist eine gelbe Schräge und einen gelben Kolben auf, was auf Glukose- und Laktose- und/oder Saccharose-Fermentation hinweist. Es zeigt auch Risse im Agar und Abheben des Kolbens, was auf eine Gasproduktion hinweist. Röhrchen 4 (zweite von rechts) wurde mit einer nicht identifizierten Kultur beimpft und zeigt eine rote Schräge und einen gelben Kolben, was anzeigt, dass Glucose unter Säureproduktion fermentiert wurde. Röhrchen 5 (ganz rechts) wurde mit Gram-positiv . beimpft Staphylococcus aureus und zeigt eine gelbe Schräge und einen gelben Kolben, was auf Glucose- und Lactose- und/oder Saccharose-Fermentation hinweist. Im Gegensatz zu Rohr 3 gibt es keine Hinweise auf eine Gasproduktion. Alle Röhrchen wurden 24 Stunden bei 37ºC inkubiert. (Clarissa Kaup und J. L. Henriksen, Bellevue Universität, Bellevue, NE)

Bild 3: Proteus mirabilis in einer Triple Sugar Iron (TSI) Schräge. Dieser Organismus fermentiert nur Glucose, was durch die rote Färbung des Agars angezeigt wird. Die Schräge ist rot aufgrund des Abbaus von Glucose und der anschließenden Verdauung von Proteinen im Agar. Im unteren rechten Bereich des Röhrchens befindet sich eine große Kohlendioxidblase, und der schwarze Niederschlag zeigt an, dass Schwefelwasserstoff gebildet wurde. Bild von Diane Hartman, Baylor University, Waco, TX.

Bild 4: Proteus vulgaris in einer Triple Sugar Iron (TSI) Schräge. Dieser Organismus fermentiert Glucose und Saccharose. Säure bewirkt, dass sich der Phenolrot-Indikator im Agar gelb färbt. Im unteren rechten Bereich des Röhrchens befindet sich eine kleine Kohlendioxidblase. Der schwarze Niederschlag zeigt an, dass Schwefelwasserstoff gebildet wurde. Bild von Diane Hartman, Baylor University, Waco, TX.

Bild 5: Alcaligenes fäkalien in einer Triple Sugar Iron (TSI) Schräge. Dieser Organismus fermentiert keinen Zucker, so dass das Medium rot bleibt (keine Säuren werden in der Schräge oder im Kolben produziert). Die Schräge wird zu einem tieferen Rotton, der anzeigt, dass der Organismus das Protein im Medium verwendet und alkalische Abfallprodukte produziert. Es entsteht kein Kohlendioxid und kein Schwefelwasserstoff (kein schwarzer Niederschlag). Bild von Diane Hartman, Baylor University, Waco, TX.

Video ansehen: wie man TSI-Schrägagar beimpft und interpretiert

Schau Video: wie man einen TSI-Schrägagar beimpft und interpretiert. Video von MCCC Microbiology (1:35) URL: https://youtu.be/FuOcN3wB0VM

C. Extrazelluläre Enzyme: Casein-Hydrolyse

Ein Exoenzym oder extrazelluläres Enzym ist ein Enzym, das von einer Zelle in die Umgebung sezerniert wird und außerhalb dieser Zelle funktioniert. Exoenzyme werden sowohl von prokaryontischen als auch von eukaryontischen Zellen produziert. Am häufigsten sind diese Enzyme am Abbau größerer Makromoleküle beteiligt. Der Abbau dieser größeren Makromoleküle ist entscheidend, damit ihre kleineren Komponenten die Zellmembran passieren und in die Zelle eindringen können. Bakterien und Pilze produzieren auch Exoenzyme, um Nährstoffe in ihrer Umgebung zu verdauen, und diese Organismen können verwendet werden, um Labortests durchzuführen, um das Vorhandensein und die Funktion solcher Exoenzyme zu identifizieren. Einige pathogene Arten verwenden auch Exoenzyme als Virulenzfaktoren, um ihre Ausbreitung zu unterstützen.

Einige Bakterien sezernieren extrazelluläre Enzyme, die Proteinasen genannt werden, die Proteine ​​abbauen. Milch enthält große Proteine ​​namens Kasein. Einige Bakterien sezernieren Kaseinasen die Casein außerhalb der Bakterienzelle abbauen, damit die kleineren Produkte (z. B. Aminosäuren) innerhalb der Zelle transportiert und weiter verstoffwechselt werden können.

Milchagar (das Milchpulver enthält) wird verwendet, um das Vorhandensein von bakteriellen Caseinasen nachzuweisen. Dieses Medium (Bild 6) ist trüb, da das Casein beim Mischen von Milch mit Agar ein lichtundurchlässiges Kolloid bildet. Das Vorhandensein von Caseinasen kann durch eine Aufhellung im Agar um das Bakterienwachstum herum nachgewiesen werden, was darauf hindeutet, dass die Caseine in transparente Endprodukte (Aminosäuren und Peptide) abgebaut wurden, die dann von den Zellen aufgenommen werden (Bild 7 ).

Bild 6 (linke Platte): Milchagar enthält Magermilch (Laktose und Kasein), Pepton und Agar. Auf diesem Medium können viele Organismen wachsen. Dieses Medium wird verwendet, um die Produktion von Proteasen/Caseinasen nachzuweisen, die Casein zu löslichen Peptiden verdauen. Dadurch entsteht eine klare Zone. Lösliche Peptide können dann von der Zelle aufgenommen werden. Casein ist für die weiße Farbe der Milch verantwortlich. Bei der Verdauung durch Exoenzyme wird der weiße Agar klar und farblos.

Bild 7 (rechte Platte): Milch-Agar beimpft mit (A) Pseudomonas aeruginosa, wobei die Kaseinhydrolyse durch eine Klärungszone um die wachsende Kolonie angezeigt wird (grüne Farbe, die die Klärung im Agar maskiert, ist das diffusionsfähige Bakterienpigment Pyocyanin); (B) Serratia marcescens, wobei die Kaseinhydrolyse durch eine Klärungszone um die wachsende Kolonie herum angezeigt wird (das rote Pigment des Bakteriums ist auf die Prodigiosinproduktion zurückzuführen); (C) Escherichia coli, keine Caseinhydrolyse, beachten Sie, dass es keine Klärzone um den Kulturstreifen gibt. Bilder von Tasha Sturm, Cabrillo College, Aptos, CA.


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Vollständiger Buchsatz: (Ausgabe 2021)

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Biologie Teil I:
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Biologie Teil II:
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Allgemeine Chemie Teil I:
■ Abschnitte I-VI
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Allgemeine Chemie Teil II:
■ Abschnitte VI-XII
■ 400 Seiten

Organische Chemie Teil I:
■ Abschnitte I-IV
■ 318 Seiten

Organische Chemie Teil II:
■ Abschnitte VI-XII
■ 320 Seiten


Biochemische Tests

Biochemische Tests sind Tests, die bei der Identifizierung und Differenzierung von Bakterien anhand ihrer Stoffwechselaktivitäten helfen. Jedes Bakterium verwendet bestimmte Verbindungen (wie Kohlenhydrat, Protein, organische Verbindungen), abhängig von der Verfügbarkeit von Enzymen oder geeigneten Umgebungsbedingungen (Verfügbarkeit oder Mangel an Sauerstoff).

Das Endprodukt solcher Reaktionen kann entweder durch pH-Änderungen oder durch die Verwendung von Indikatorchemikalien nachgewiesen werden. Die Endergebnisse solcher Stoffwechselreaktionen bilden die Grundlage für die Identifizierung und Differenzierung von Bakterien entweder auf Gattungs- oder auf Speziesebene.

Produktionstest für Schwefelwasserstoff (H₂S)

Zuletzt aktualisiert am 23. Juni 2021Bestimmte Bakterienarten setzen Schwefel aus schwefelhaltigen Aminosäuren oder anderen Verbindungen in Form von H₂S frei. Diese Fähigkeit dieser Bakterien kann als wichtiges Merkmal von […]

Stärkehydrolysetest: Prinzip, Verfahren, Ergebnisse

Zuletzt aktualisiert am 21. Juni 2021Der Stärkehydrolysetest wird verwendet, um festzustellen, ob der Organismus durch die Aktivität des extrazellulären α-Amylase-Enzyms in der Lage ist, Stärke in Maltose abzubauen. Stärke, die wichtigste […]

Furazolidon-Scheibentest: Prinzip, Verfahrensergebnisse

Zuletzt aktualisiert am 17. Juni 2021Der Furazolidon (Furoxon)-Scheibentest wird als Diskussuszeptibilitätsverfahren mit kommerziell erhältlichen Furazolidon-Scheiben durchgeführt. Staphylokokken werden durch Furazolidon gehemmt, Mikrokokken und verwandte Arten sind jedoch resistent. Das ist […]

Klgler’s Iron Agar (KIA): Prinzip, Vorgehensweise, Ergebnisse

Zuletzt aktualisiert am 1. Juli 2021Kligler’s Iron Agar (KIA) wird zum Nachweis der Kohlenhydratfermentation verwendet. Reaktionen von KIA helfen, bestimmte Bakterienisolate in die Familie Enterobacteriaceae einzuschließen/auszuschließen. Wenn ein Organismus nicht fermentieren kann […]

Kohlenhydratfermentationstest: Verwendung, Prinzip, Verfahren, Ergebnisse

Zuletzt aktualisiert am 21. Juni 2021Der Kohlenhydratfermentationstest wird verwendet, um festzustellen, ob Bakterien ein bestimmtes Kohlenhydrat fermentieren können oder nicht. Kohlenhydrat-Fermentationsmuster sind nützlich, um zwischen Bakteriengruppen oder -arten zu unterscheiden. Es testet […]

Robertson’s Cooked Meat (RCM) Medium

Zuletzt aktualisiert am 21. Juni 2021Robertson’s Cooked Meat (RCM) Medium wird für die Kultivierung von aeroben, mikroaerophilen und anaeroben Mikroorganismen, insbesondere Clostridium-Arten, verwendet. Es ist auch als gekochte Fleischbrühe (CMB) bekannt, da es […]

Phenylalanin-Desaminase-Test: Prinzip, Verfahren, Ergebnisse

Zuletzt aktualisiert am 21. Juni 2021Der Phenylalanin-Desaminase-Test, auch bekannt als Phenylbrenztraubensäure (PPA) -Test, wird verwendet, um die Fähigkeit eines Organismus zu testen, Enzymdeaminase zu produzieren. Dieses Enzym entfernt die Amingruppe aus […]

Oxidativer fermentativer (OF) Test: Prinzip, Verfahren, Ergebnisse

Zuletzt aktualisiert am 18. Juni 2021Der oxidativ-fermentative (OF) Test wurde 1953 von Hugh und Leifson entwickelt. Sie entwickelten OF-Medien zur Unterscheidung zwischen oxidativen Bakterien (die nur unter aeroben Bedingungen Säure aus Kohlenhydraten produzieren) […]

Elek-Test: Prinzip, Ablauf, Ergebnisse

Zuletzt aktualisiert am 2. Juni 2021Der Elek-Test ist ein In-vitro-Immunpräzipitations-(Immundiffusions-)Test zur Bestimmung, ob ein Stamm von Corynebacterium diphtheriae toxigen ist oder nicht. Ein Teststreifen aus Filterpapier mit Diphtherie-Antitoxin […]

Tests zur Bakterienmotilität: Verfahren, Ergebnisse

Zuletzt aktualisiert am 21. Juni 2021Der Motilitätstest wird verwendet, um festzustellen, ob ein Organismus beweglich oder unbeweglich ist. Bewegliche Organismen enthalten Geißeln, die ihnen helfen, über den Impfpunkt hinaus zu reisen. Bewegliche Bakterien […]

Nagler-Reaktion (Lecithinase-Test)

Zuletzt aktualisiert am 21. Juni 2021Lecithinase-Test oder Nagler-Reaktion ist ein biochemischer Test zur Identifizierung von Organismen, die Phospholipasen (Lecithinasen) freisetzen, z. Clostridium perfringens. Das Alpha (α)-Toxin von C. perfringens hat Phospholipase-Aktivität […]

Acetatverwendungstest: Prinzip, Verfahren, Verwendungen

Zuletzt aktualisiert am 17. Juni 2021Der Acetat-Verwertungstest wird verwendet, um festzustellen, ob ein Organismus Acetat als einzige Kohlenstoffquelle verwenden kann. Acetatagar mit Natriumacetat als einziger Kohlenstoffquelle und […]


Inhalt

1676 beobachtete Anton van Leeuwenhoek Bakterien und andere Mikroorganismen mit einem selbst entwickelten Einlinsen-Mikroskop. [2]

1796 entwickelte Edward Jenner eine Methode mit Kuhpocken, um ein Kind erfolgreich gegen Pocken zu immunisieren. Die gleichen Prinzipien werden heute für die Entwicklung von Impfstoffen verwendet.

Darauf aufbauend entwarf Louis Pasteur 1857 auch Impfstoffe gegen verschiedene Krankheiten wie Milzbrand, Geflügelcholera und Tollwut sowie die Pasteurisierung zur Konservierung von Lebensmitteln. [3]

1867 gilt Joseph Lister als Begründer der antiseptischen Chirurgie. Durch die Sterilisation der Instrumente mit verdünnter Karbolsäure und deren Verwendung zur Wundreinigung wurden postoperative Infektionen reduziert, was die Operation für die Patienten sicherer machte.

In den Jahren zwischen 1876 und 1884 lieferte Robert Koch viele Einblicke in Infektionskrankheiten. Er war einer der ersten Wissenschaftler, der sich mit der Isolierung von Bakterien in Reinkultur beschäftigte. Daraus entstand die Keimtheorie, ein bestimmter Mikroorganismus ist für eine bestimmte Krankheit verantwortlich. Dazu entwickelte er eine Reihe von Kriterien, die als Koch-Postulate bekannt wurden. [4]

Ein wichtiger Meilenstein in der medizinischen Mikrobiologie ist die Gram-Färbung. 1884 entwickelte Hans Christian Gram die Methode, Bakterien anzufärben, um sie unter dem Mikroskop sichtbarer und differenzierter zu machen. Diese Technik ist heute weit verbreitet.

1910 testete Paul Ehrlich mehrere Kombinationen von Chemikalien auf Arsenbasis an infizierten Kaninchen mit Syphilis. Ehrlich fand dann heraus, dass Arsphenamin gegen Syphilis-Spirochäten wirksam war. Die Arsphenamine wurden dann 1910 unter dem Namen Salvarsan verfügbar gemacht. [5]

1929 entwickelte Alexander Fleming das damals und heute am häufigsten verwendete Antibiotikum: Penicillin.

1939 fand Gerhard Domagk, dass Prontosil red Mäuse ohne Toxizität vor pathogenen Streptokokken und Staphylokokken schützte. Domagk erhielt den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin für die Entdeckung des Sulfa-Medikaments. [5]

Die DNA-Sequenzierung, eine 1977 von Walter Gilbert und Frederick Sanger entwickelte Methode [6], bewirkte einen raschen Wandel in der Entwicklung von Impfstoffen, medizinischen Behandlungen und diagnostischen Verfahren. Einige davon sind synthetisches Insulin, das 1979 unter Verwendung rekombinanter DNA hergestellt wurde, und der erste gentechnisch veränderte Impfstoff wurde 1986 gegen Hepatitis B entwickelt.

1995 sequenzierte ein Team des Instituts für Genomforschung das erste bakterielle Genom Haemophilus influenzae. [7] Einige Monate später wurde das erste eukaryotische Genom fertiggestellt. Dies wäre für diagnostische Techniken von unschätzbarem Wert. [8]

Infektionen können durch Bakterien, Viren, Pilze und Parasiten verursacht werden. Der Erreger, der die Krankheit verursacht, kann exogen (von einer externen Quelle aus der Umwelt, von Tieren oder anderen Menschen, z. B. Influenza) oder endogen (von der normalen Flora, z. B. Candidiasis) sein. [21]

Die Stelle, an der eine Mikrobe in den Körper eindringt, wird als Eintrittspforte bezeichnet. [22] Dazu gehören die Atemwege, der Magen-Darm-Trakt, der Urogenitaltrakt, die Haut und die Schleimhäute. [23] Die Eintrittspforte für eine bestimmte Mikrobe hängt normalerweise davon ab, wie sie von ihrem natürlichen Lebensraum zum Wirt gelangt. [22]

Es gibt verschiedene Wege, wie Krankheiten zwischen Individuen übertragen werden können. Dazu gehören: [22]

  • Direkter Kontakt – Berühren eines infizierten Wirts, einschließlich sexueller Kontakte
  • Indirekter Kontakt - Berühren einer kontaminierten Oberfläche - Husten oder Niesen - Einnahme kontaminierter Lebensmittel oder Wasserquellen
  • Übertragung durch die Luft - Krankheitserreger, der Sporen trägt - Ein Organismus, der selbst keine Krankheit verursacht, sondern eine Infektion überträgt, indem er Krankheitserreger von einem Wirt auf einen anderen überträgt - Ein unbelebter Gegenstand oder Stoff, der infektiöse Keime oder Parasiten übertragen kann
  • Umwelt - Im Krankenhaus erworbene Infektionen (nosokomiale Infektionen)

Wie andere Krankheitserreger nutzen auch Viren diese Übertragungswege, um in den Körper einzudringen, aber Viren unterscheiden sich darin, dass sie auch in die eigentlichen Zellen des Wirts eindringen müssen. Sobald das Virus Zugang zu den Zellen des Wirts hat, muss das genetische Material des Virus (RNA oder DNA) in die Zelle eingebracht werden. Die Replikation zwischen Viren ist sehr unterschiedlich und hängt von der Art der an ihnen beteiligten Gene ab. Die meisten DNA-Viren sammeln sich im Zellkern, während sich die meisten RNA-Viren ausschließlich im Zytoplasma entwickeln. [24] [25]

Die Mechanismen für Infektion, Proliferation und Persistenz eines Virus in Zellen des Wirts sind entscheidend für sein Überleben. Zum Beispiel verwenden einige Krankheiten wie Masern eine Strategie, bei der sie sich auf eine Reihe von Wirten ausbreiten müssen. Bei diesen Formen der Virusinfektion wird die Krankheit oft durch die körpereigene Immunantwort behandelt, und daher muss sich das Virus auf neue Wirte ausbreiten, bevor es durch immunologische Resistenz oder den Tod des Wirts zerstört wird. [26] Im Gegensatz dazu sind einige Infektionserreger wie das Feline Leukämievirus in der Lage, Immunantworten zu widerstehen und sind in der Lage, einen langfristigen Aufenthalt innerhalb eines einzelnen Wirts zu erreichen, während sie gleichzeitig die Fähigkeit behalten, sich in aufeinanderfolgende Wirte auszubreiten. [27]

Die Identifizierung eines Infektionserregers für eine geringfügige Erkrankung kann so einfach sein wie die klinische Präsentation wie Magen-Darm-Erkrankungen und Hautinfektionen. Um eine fundierte Einschätzung zu treffen, welche Mikrobe die Krankheit verursachen könnte, müssen epidemiologische Faktoren wie die Wahrscheinlichkeit einer Exposition des Patienten gegenüber dem verdächtigen Organismus und das Vorhandensein und die Prävalenz eines mikrobiellen Stamms in einer Gemeinschaft berücksichtigt werden.

Die Diagnose einer Infektionskrankheit wird fast immer durch Konsultation der Krankengeschichte des Patienten und Durchführung einer körperlichen Untersuchung eingeleitet. Detailliertere Identifizierungstechniken umfassen mikrobielle Kultur, Mikroskopie, biochemische Tests und Genotypisierung. Andere weniger gebräuchliche Techniken (wie Röntgenstrahlen, CAT-Scans, PET-Scans oder NMR) werden verwendet, um Bilder von inneren Anomalien zu erstellen, die aus dem Wachstum eines infektiösen Erregers resultieren.

Mikrobielle Kultur Bearbeiten

Die mikrobiologische Kultur ist die primäre Methode zur Isolierung von Infektionskrankheiten für die Untersuchung im Labor. Gewebe- oder Flüssigkeitsproben werden auf das Vorhandensein eines spezifischen Pathogens getestet, das durch Wachstum in einem selektiven oder differentiellen Medium bestimmt wird.

Die 3 Haupttypen von Medien, die zum Testen verwendet werden, sind: [28]

  • Feste Kultur: Mit einer Mischung aus Nährstoffen, Salzen und Agar wird eine feste Oberfläche erzeugt. Eine einzelne Mikrobe auf einer Agarplatte kann dann zu Kolonien (Klonen mit identischen Zellen) mit Tausenden von Zellen wachsen. Diese werden hauptsächlich zur Kultivierung von Bakterien und Pilzen verwendet.
  • Flüssigkultur: Zellen werden in einem flüssigen Medium gezüchtet. Das mikrobielle Wachstum wird durch die Zeit bestimmt, die die Flüssigkeit benötigt, um eine kolloidale Suspension zu bilden. Diese Technik wird zur Diagnose von Parasiten und zum Nachweis von Mykobakterien verwendet. [29]
  • Zellkultur: Menschliche oder tierische Zellkulturen werden mit der interessierenden Mikrobe infiziert. Diese Kulturen werden dann beobachtet, um die Wirkung der Mikrobe auf die Zellen zu bestimmen. Diese Technik wird verwendet, um Viren zu identifizieren.

Mikroskopie Bearbeiten

Kulturtechniken verwenden oft eine mikroskopische Untersuchung, um bei der Identifizierung der Mikrobe zu helfen. Instrumente wie zusammengesetzte Lichtmikroskope können verwendet werden, um kritische Aspekte des Organismus zu beurteilen. Dies kann unmittelbar nach der Entnahme der Probe vom Patienten durchgeführt werden und wird in Verbindung mit biochemischen Färbetechniken verwendet, um die Auflösung zellulärer Merkmale zu ermöglichen. Elektronenmikroskope und Fluoreszenzmikroskope werden auch verwendet, um Mikroben für die Forschung genauer zu beobachten. [30]

Biochemische Tests Bearbeiten

Schnelle und relativ einfache biochemische Tests können verwendet werden, um Infektionserreger zu identifizieren. Zur Identifizierung von Bakterien werden metabolische oder enzymatische Merkmale aufgrund ihrer Fähigkeit, Kohlenhydrate in für ihre Gattung und Art charakteristischen Mustern zu fermentieren, häufig verwendet. Säuren, Alkohole und Gase werden in diesen Tests normalerweise nachgewiesen, wenn Bakterien in selektiven flüssigen oder festen Medien gezüchtet werden, wie oben erwähnt. Um diese Tests en masse durchzuführen, werden automatisierte Maschinen verwendet. Diese Maschinen führen mehrere biochemische Tests gleichzeitig durch, wobei Karten mit mehreren Vertiefungen verwendet werden, die verschiedene dehydrierte Chemikalien enthalten. Die interessierende Mikrobe reagiert mit jeder Chemikalie auf eine spezifische Weise und hilft bei ihrer Identifizierung.

Serologische Methoden sind hochempfindliche, spezifische und oft extrem schnelle Labortests, mit denen verschiedene Arten von Mikroorganismen identifiziert werden. Die Tests basieren auf der Fähigkeit eines Antikörpers, spezifisch an ein Antigen zu binden. Das Antigen (normalerweise ein Protein oder Kohlenhydrat, das von einem Infektionserreger gebildet wird) wird durch den Antikörper gebunden, wodurch dieser Testtyp für andere Organismen als Bakterien verwendet werden kann. Diese Bindung setzt dann eine Kette von Ereignissen in Gang, die je nach Test leicht und eindeutig beobachtet werden können. Komplexere serologische Techniken sind als Immunoassays bekannt. Unter Verwendung einer ähnlichen Grundlage wie oben beschrieben können Immunoassays Antigene von entweder infektiösen Mitteln oder den Proteinen, die von einem infizierten Wirt als Reaktion auf die Infektion erzeugt werden, nachweisen oder messen. [28]

Polymerase-Kettenreaktion Bearbeiten

Polymerase-Kettenreaktion (PCR)-Assays sind die am häufigsten verwendete molekulare Technik zum Nachweis und zur Untersuchung von Mikroben. [31] Im Vergleich zu anderen Methoden ist die Sequenzierung und Analyse eindeutig, zuverlässig, genau und schnell. [32] Heute ist die quantitative PCR die primär verwendete Technik, da diese Methode im Vergleich zu einem Standard-PCR-Assay schnellere Daten liefert. Herkömmliche PCR-Techniken erfordern beispielsweise die Verwendung von Gelelektrophorese, um amplifizierte DNA-Moleküle nach Abschluss der Reaktion sichtbar zu machen. die quantitative PCR erfordert dies nicht, da das Nachweissystem Fluoreszenz und Sonden verwendet, um die DNA-Moleküle während der Amplifikation zu erkennen. [33] Darüber hinaus beseitigt die quantitative PCR auch das Kontaminationsrisiko, das bei Standard-PCR-Verfahren (Übertragen des PCR-Produkts in nachfolgende PCRs) auftreten kann. [31] Ein weiterer Vorteil des Einsatzes von PCR zum Nachweis und zur Untersuchung von Mikroben besteht darin, dass die DNA-Sequenzen neu entdeckter infektiöser Mikroben oder Stämme mit denen, die bereits in Datenbanken aufgeführt sind, verglichen werden können, was wiederum dazu beiträgt, besser zu verstehen, welcher Organismus die Infektionskrankheit verursacht und somit welche möglichen Behandlungsmethoden verwendet werden könnten. [32] Diese Technik ist der aktuelle Standard zum Nachweis von Virusinfektionen wie AIDS und Hepatitis.

Nachdem eine Infektion diagnostiziert und identifiziert wurde, müssen vom Arzt und konsultierenden medizinischen Mikrobiologen geeignete Behandlungsmöglichkeiten beurteilt werden. Einige Infektionen können durch das körpereigene Immunsystem bekämpft werden, schwerere Infektionen werden jedoch mit antimikrobiellen Medikamenten behandelt. Bakterielle Infektionen werden mit antibakteriellen Mitteln (oft als Antibiotika bezeichnet) behandelt, während Pilz- und Virusinfektionen mit Antimykotika bzw. antiviralen Mitteln behandelt werden. Eine breite Klasse von Medikamenten, die als Antiparasitika bekannt sind, werden zur Behandlung von parasitären Erkrankungen eingesetzt.

Medizinische Mikrobiologen geben dem Arzt des Patienten oft Behandlungsempfehlungen basierend auf dem Mikrobenstamm und seinen Antibiotikaresistenzen, dem Ort der Infektion, der potentiellen Toxizität antimikrobieller Medikamente und etwaigen Medikamentenallergien des Patienten.

Zusätzlich zu Medikamenten, die für eine bestimmte Art von Organismus (Bakterien, Pilze usw.) spezifisch sind, sind einige Medikamente spezifisch für eine bestimmte Gattung oder Spezies von Organismen und wirken bei anderen Organismen nicht. Aufgrund dieser Spezifität müssen medizinische Mikrobiologen bei Empfehlungen die Wirksamkeit bestimmter antimikrobieller Medikamente berücksichtigen. Außerdem können Stämme eines Organismus gegen ein bestimmtes Arzneimittel oder eine bestimmte Arzneimittelklasse resistent sein, selbst wenn es typischerweise gegen die Spezies wirksam ist. Diese Stämme, die als resistente Stämme bezeichnet werden, stellen ein ernstes Problem der öffentlichen Gesundheit dar, das für die medizinische Industrie mit zunehmender Verbreitung von Antibiotikaresistenzen immer wichtiger wird. Antibiotikaresistenzen sind ein zunehmend problematisches Thema, das jedes Jahr zu Millionen von Todesfällen führt. [34]

Während bei einer Arzneimittelresistenz typischerweise Mikroben ein antimikrobielles Arzneimittel chemisch inaktivieren oder eine Zelle die Aufnahme eines Arzneimittels mechanisch stoppt, kann eine andere Form der Arzneimittelresistenz durch die Bildung von Biofilmen entstehen. Einige Bakterien sind in der Lage, Biofilme zu bilden, indem sie an Oberflächen von implantierten Geräten wie Kathetern und Prothesen haften und eine extrazelluläre Matrix bilden, an der andere Zellen haften können. [35] Dies bietet ihnen eine stabile Umgebung, aus der sich die Bakterien ausbreiten und andere Teile des Wirts infizieren können. Darüber hinaus können die extrazelluläre Matrix und die dichte äußere Schicht der Bakterienzellen die inneren Bakterienzellen vor antimikrobiellen Medikamenten schützen. [36]

In der medizinischen Mikrobiologie geht es nicht nur um die Diagnose und Behandlung von Krankheiten, sondern auch um die Untersuchung nützlicher Mikroben. Es hat sich gezeigt, dass Mikroben bei der Bekämpfung von Infektionskrankheiten und der Förderung der Gesundheit hilfreich sind. Aus Mikroben lassen sich Behandlungen entwickeln, wie Alexander Flemings Entdeckung des Penicillins sowie die Entwicklung neuer Antibiotika aus der Bakteriengattung Streptomyces unter anderem gezeigt haben. [37] Mikroorganismen sind nicht nur eine Quelle für Antibiotika, sondern einige können auch als Probiotika wirken, um dem Wirt gesundheitliche Vorteile zu bieten, wie beispielsweise eine bessere Magen-Darm-Gesundheit oder die Hemmung von Krankheitserregern. [38]


Beta-Glucuronidase-Test (MUG-Test)

Zu identifizieren Escherichia coli. Escherichia coli produziert das Enzym β-D-Glucuronidase, das β-D-Glucopyranosid-Uron-Derivate zu Aglykonen und D-Glucuronsäure hydrolysiert. Übersicht über biochemische Tests zur Differenzierung grampositiver Kokken


Labor für Lebensmittel-Nährstoffanalyse

Labor zur Lebensmittelnährstoffanalyse Labor zur Lebensmittelnährstoffanalyse Zweck: Der Zweck dieses Experiments bestand darin, biochemische Tests auf das Vorhandensein von Stärke, Vitamin C, Zucker, Protein und Lipiden durchzuführen. Die Ergebnisse werden die spezifischen organischen Verbindungen bestimmen, die in den unbekannten Lösungen gefunden werden. Materialien: Die in diesem Experiment verwendeten Materialien waren Reagenzgläser, Messbecher, Farbstift, Wasserbad, Handschuhe, unbekannte fünf, unbekannte sechs, Wasser, Jodlösung, Stärkelösung, Dichlorindophenol, Ascorbinsäure, Benediktlösung, Zuckerlösung, Proteinlösung , Biuret-Reagenz, Pflanzenöl, Sudan IV. Methode: Bereiten Sie vier Reagenzgläser vor und beschriften Sie jedes mit 1, 2, 3 und 4. A. Jodtest für Stärke 1. In jedes der vier Reagenzgläser wurden 5 ml Wasser und 4 Tropfen Jodlösung gegeben. 2. 10 Tropfen Wasser wurden in Röhrchen 1 gegeben. 3. 10 Tropfen Stärkelösung wurden in Röhrchen 2 gegeben. 4. 10 Tropfen unbekannte Fünf wurden in Röhrchen 3 gegeben. 5. 10 Tropfen unbekannte Sechs wurden in Röhrchen 4 zugegeben 6. Zeichnen Sie alle Farbänderungen auf. B. Indophenoltest auf Vitamin C 1. 20 Tropfen Indophenollösung, Dichlorindophenol, wurden in jedes der vier Teströhrchen gegeben. 2. 3 Tropfen Wasser wurden in Röhrchen 1 gegeben. 3. 3 Tropfen Vitamin C, Ascorbinsäure, wurden in Röhrchen 2 gegeben.

  1. 3 Tropfen unbekannter Fünf wurden zu Röhrchen 3 hinzugefügt.
  2. 3 Tropfen unbekannter Sechs wurden zu Röhrchen 4 gegeben.
  3. Shake the vials and record color changes.
  4. If no color change occurs, add more of the respective solution, 1 drop at a time until color change. C. Benedict’s Test for Reducing Sugars
  5. 5 ml of water and 20 drops of Benedict’s solution was placed into each of the four test tubes.
  6. 10 drops of water was added to tube 1.
  7. 10 drops of sugar solution was added to tube 2.
  8. 10 drops of unknown five was added to tube 3.
  9. 10 drops of unknown six was added to tube 4.
  10. Each of the four test tubes was placed in the hot water bath for five minutes.
  11. Remove after five minutes and record color changes. D. Biuret Test for Protein
  12. 5 ml of water was added to each of the four test tubes.
  13. 10 drops of water was added to tube 1.
  14. 10 drops of protein solution was added to tube 2.
  15. 10 drops of unknown five was added to tube 3.
  16. 10 drops of unknown six was added to tube 4.
  17. 30 drops of biuret reagent was added to each of the four test tubes.
  18. Record color changes. E. Sudan IV Test for Lipid

were visible. The bubbles represent carbon dioxide, coming to the conclusion it was a carbonated beverage. Discussion: 1. Each test includes a positive and negative control, and two unknowns. The positive control contains the substance of interest and the negative control contains the one without it. The controls aided to clarify the unknowns. The iodine test included water, starch solution, un- known five, and unknown six. Starch reacts with iodine to form a blackish color if it does not re- act, it remains yellow-ish brown. The indophenol test included water, ascorbic acid, unknown five, and unknown six. Ascorbic acid bleaches a blue solution of indophenol, turning it colorless. The Benedict’s test included water, sugar solution, unknown five, and unknown six. During the hot water bath, the cupric ions of the reagent are reduced by the sugar to cuprous ions, forming an orangish color. The Biuret test included water, protein solution, unknown five, and unknown six. The copper ions react with peptide bonds to form a pink/purple color if protein is not present, the solution remains clear. The Sudan IV test included water, vegetable oil, unknown five, and unknown six. Sudan IV is insoluble in water when mixed with water and oil, it will form a fat layer. 2. Plants store carbohydrates in the form of starch. Iodine test for starch would determine the form of carbohydrate stored in a plant. Iodine does not react with different shaped carbohy- drates, so the negative and positive controls in this experiment will provide the answer. 3. There would be no reaction with glycine because the biuret test is used to detect pep- tide bonds and glycine is the simplest amino acid. 4. Sucrose would be a negative control in Benedict’s solution because it is a non-reducing sugar that does not reduce copper sulphate.


Kapitelzusammenfassung

ATP functions as the energy currency for cells. It allows the cell to store energy briefly and transport it within the cell to support endergonic chemical reactions. The structure of ATP is that of an RNA nucleotide with three phosphates attached. As ATP is used for energy, a phosphate group or two are detached, and either ADP or AMP is produced. Energy derived from glucose catabolism is used to convert ADP into ATP. When ATP is used in a reaction, the third phosphate is temporarily attached to a substrate in a process called phosphorylation. The two processes of ATP regeneration that are used in conjunction with glucose catabolism are substrate-level phosphorylation and oxidative phosphorylation through the process of chemiosmosis.

7.2 Glycolysis

Glycolysis is the first pathway used in the breakdown of glucose to extract energy. It was probably one of the earliest metabolic pathways to evolve and is used by nearly all of the organisms on earth. Glycolysis consists of two parts: The first part prepares the six-carbon ring of glucose for cleavage into two three-carbon sugars. ATP is invested in the process during this half to energize the separation. The second half of glycolysis extracts ATP and high-energy electrons from hydrogen atoms and attaches them to NAD + . Two ATP molecules are invested in the first half and four ATP molecules are formed by substrate phosphorylation during the second half. This produces a net gain of two ATP and two NADH molecules for the cell.

7.3 Oxidation of Pyruvate and the Citric Acid Cycle

In the presence of oxygen, pyruvate is transformed into an acetyl group attached to a carrier molecule of coenzyme A. The resulting acetyl CoA can enter several pathways, but most often, the acetyl group is delivered to the citric acid cycle for further catabolism. During the conversion of pyruvate into the acetyl group, a molecule of carbon dioxide and two high-energy electrons are removed. The carbon dioxide accounts for two (conversion of two pyruvate molecules) of the six carbons of the original glucose molecule. The electrons are picked up by NAD + , and the NADH carries the electrons to a later pathway for ATP production. At this point, the glucose molecule that originally entered cellular respiration has been completely oxidized. Chemical potential energy stored within the glucose molecule has been transferred to electron carriers or has been used to synthesize a few ATPs.

The citric acid cycle is a series of redox and decarboxylation reactions that remove high-energy electrons and carbon dioxide. The electrons temporarily stored in molecules of NADH and FADH2 are used to generate ATP in a subsequent pathway. One molecule of either GTP or ATP is produced by substrate-level phosphorylation on each turn of the cycle. There is no comparison of the cyclic pathway with a linear one.

7.4 Oxidative Phosphorylation

The electron transport chain is the portion of aerobic respiration that uses free oxygen as the final electron acceptor of the electrons removed from the intermediate compounds in glucose catabolism. The electron transport chain is composed of four large, multiprotein complexes embedded in the inner mitochondrial membrane and two small diffusible electron carriers shuttling electrons between them. The electrons are passed through a series of redox reactions, with a small amount of free energy used at three points to transport hydrogen ions across a membrane. This process contributes to the gradient used in chemiosmosis. The electrons passing through the electron transport chain gradually lose energy, High-energy electrons donated to the chain by either NADH or FADH2 complete the chain, as low-energy electrons reduce oxygen molecules and form water. The level of free energy of the electrons drops from about 60 kcal/mol in NADH or 45 kcal/mol in FADH2 to about 0 kcal/mol in water. The end products of the electron transport chain are water and ATP. A number of intermediate compounds of the citric acid cycle can be diverted into the anabolism of other biochemical molecules, such as nonessential amino acids, sugars, and lipids. These same molecules can serve as energy sources for the glucose pathways.

7.5 Metabolism without Oxygen

Wenn NADH nicht durch aerobe Atmung oxidiert werden kann, wird ein anderer Elektronenakzeptor verwendet. Die meisten Organismen verwenden irgendeine Form der Fermentation, um die Regeneration von NAD + zu erreichen, wodurch die Fortsetzung der Glykolyse sichergestellt wird. Die Regeneration von NAD + in der Fermentation wird nicht von einer ATP-Produktion begleitet, daher wird das Potenzial von NADH zur Produktion von ATP unter Verwendung einer Elektronentransportkette nicht genutzt.

7.6 Connections of Carbohydrate, Protein, and Lipid Metabolic Pathways

Der Abbau und die Synthese von Kohlenhydraten, Proteinen und Lipiden sind mit den Stoffwechselwegen des Glukoseabbaus verbunden. Die Einfachzucker sind Galactose, Fructose, Glykogen und Pentose. Diese werden während der Glykolyse abgebaut. Die Aminosäuren aus Proteinen sind über Pyruvat, Acetyl-CoA und Komponenten des Zitronensäurezyklus mit dem Glukosekatabolismus verbunden. Die Cholesterinsynthese beginnt mit Acetylgruppen, und die Bestandteile der Triglyceride stammen aus Glycerin-3-phosphat aus der Glykolyse und Acetylgruppen, die in den Mitochondrien aus Pyruvat hergestellt werden.

7.7 Regulation of Cellular Respiration

Cellular respiration is controlled by a variety of means. The entry of glucose into a cell is controlled by the transport proteins that aid glucose passage through the cell membrane. Most of the control of the respiration processes is accomplished through the control of specific enzymes in the pathways. This is a type of negative feedback, turning the enzymes off. The enzymes respond most often to the levels of the available nucleosides ATP, ADP, AMP, NAD + , and FAD. Other intermediates of the pathway also affect certain enzymes in the systems.


The Chemical Biology of Plant Biostimulants

This book brings together different aspects of biostimulants, providing an overview of the variety of materials exploited as biostimulants, their biological activity, and agricultural applications. As different groups of biostimulants display different bioactivity and specificity, advances in biostimulant research is illustrated by different examples of biostimulants, such as humic substance, seaweed extracts, and substances with hormone-like activities. The book also reports on methods used to screen for new biostimulant compounds by exploring natural sources.

Combining the expertise of internationally-renowned scientists and entrepreneurs in the area of biostimulants and biofertilisers, The Chemical Biology of Plant Biostimulants offers in-depth chapters that look at: agricultural functions and action mechanisms of plant biostimulants (PBs) plant biostimulants from seaweed seaweed carbohydrates and the possible role for electron shuttling capacity in elicitation of PB activity of humic substances on plant growth enhancement. The subject of auxins is covered next, followed closely by a chapter on plant biostimulants in vermicomposts. Other topics include: exploring natural resources for biostimulants the impact of biostimulants on whole plant and cellular levels the impact of PBs on molecular level and the use of use of plant metabolites to mitigate stress effects in crops.

  • Provides an insightful introduction to the subject of biostimulants
  • Discusses biostimulant modes of actions
  • Covers microbial biostimulatory activities and biostimulant application strategies
  • Offers unique and varied perspectives on the subject by a team of international contributors
  • Features summaries of publications on biostimulants and biostimulant activity

The Chemical Biology of Plant Biostimulants will appeal to a wide range of readers, including scientists and agricultural practitioners looking for more knowledge about the development and application of biostimulants.


Molecular biology: Activities for Learning

Lesson Plans for the Chemistry of Life Topic

These learning activities cover just about everything in the IB guide for this topic. Lesson plans include resources to use on an interactive whiteboard and worksheets to print. There is a mix of laboratory work, theory lessons, and assessment materials with model answers.

Molecules to metabolism - planning sheet 2.1

This simple sheet sets out the learning objectives, essential questions and some ideas for assessment for the following activities.

Carbon based compounds.

Drawing biological molecules

Students learn how to draw the following molecules glucose, ribose, saturated fatty acid and an amino acid. They answers questions which gives practice in recognition of each molecule activity. This is followed by an extension reading on vitalism and urea.

Visualising molecules

Using online flashcards and a database, students learn how to identify biological molecules and to distinguish between them. Examples included are monosaccharides such as alpha-D-glucose, beta-D-glucose and D-ribose, a disaccharide and lipids such as a saturated fatty acid, a triglyceride, and a phospholipid. There is also a polypeptide, two amino acids linked by a peptide bond and a generalized amino acid.

Water - planning sheet 2.2

This simple sheet sets out the learning objectives, essential questions and some ideas for assessment for the following activities.

Properties of Water.

Kohlenhydrate und Lipide - Planungsblatt 2.3

This simple sheet sets out the learning objectives, essential questions and some ideas for assessment for the following activities.

Condensation & Hydrolysis reactions

Time: 1h A teacher led description of how two glucose molecules form a dissacharide by consendation. Followed by an activity to help students to do the same for two amino acids and three fatty acids with glycerol, as in a triglyceride.

Sugar Analysis Expt (new guide)

Time: 1h A practical laboratory activity in which students test different soft drinks for the type of sugar they contain. It is good practice of practical skills for internal assessment and illustrates the differences between polysaccharides, monosaccharides and disaccharides.

Calorimetry experiment. (from Carbohydrates lipids & proteins lesson)

Students carry out a calorific test on lipids and carbohydrates.
They use visualisations from jmol of the structure of cellulose and starch (amylose & amylopectin) and glycogen to answer questions about how each molecule relates to its function.

Dietary problems and BMI

In November 2013, the U.S. Food and Drug Administration (FDA) required the U.S. food industry to completely phase out artificial trans-fats. Why did they do this? This lesson looks at how we modify molecules like fatty acids in the production of food. What is the evidence that trans fats are dangerous in the diet and how can we evaluate the quality of these studies? Students use two methods to calculate their own BMI and then evaluate them.

Proteins - planning sheet 2.4

This simple sheet sets out the learning objectives, essential questions and some ideas for assessment for the following activities

Peptide bond Formation

This short lesson plan could be a homework activity. Students watch a screencast showing simple diagrams to explain the formation of a dipeptide. This builds from basic SL knowledge of amino acid structure. There are slides of further details and some IB style questions.

Proteinstruktur

Time: 1h Knowing the four levels of proteins structure help us understand protein functions in the body. In the first activity students model the different components of protein structure using beads and pipe cleaners in the lab. With this understanding students research some functions of proteins and the discover a curious protein folding computer game. Understanding which proteins are active in any one cell at any time is the new holy grail in cancer research and proteomics is already promising huge opportunities for individualised medicine in the near future.

Enzymes - planning sheet 2.5

This simple sheet sets out the learning objectives, essential questions and some ideas for assessment for the following activities

Enzyme Theory

Time: 1h This lesson answers the question, "How do enzymes work?" Students complete some research, work with an online animation, make structured notes using a worksheet then test their knowledge with some self-marking multiple choice questions.

Yeast and Catalase Experiment

Time: 1h Following a short teacher demonstration students carry out a circus of four simple enzyme experiments. These illustrate the effects of Temp, pH and concentration on three enzymes. Most importantly some essential points for design of experiments are identified and lots of practical method are introduced.

Lactose Intolerance & commercial use of lactase enzymes

Time: 1h Students investigate the commercial uses of enzymes and in particular how the use of lactase in food production can help people who are lactose intolerant. A compilation of video clips explains the main issues and a data analysis activity coupled with some research complements the video introduction.

Struktur von DNA und RNA - Planungsblatt 2.6

This simple sheet sets out the learning objectives, essential questions and some ideas for assessment for the following activities

DNA Structure

Time: 1h Students learn how to draw DNA structure using a screencast and revision flashcards. While the student completed the worksheet the teacher has the freedom to assist students individually. There are also IB style questions to answer and an arcade game extension activity.

Extraction of DNA practical activity

Time: 1h Students extract DNA from an onion and a banana using simple techniques. This experiment has an IB twist by aiming to test the hypothesis that DNA is universal, and students are asked to evaluate whether the experiment can provide evidence to support this hypothesis. The worksheet includes questions which help students to practise writing answers like those in IB exams.

DNA replication - planning sheet 2.7

This simple sheet sets out the learning objectives, essential questions and some ideas for assessment for the following activities

DNA Replikation

Time: 1h The central dogma of molecular biology begins with DNA replication. It's really the essence of inheritance and even of life itself. At SL there are just five key ideas to understand. This lesson leads students through the process of DNA replication and offers guidance with IB exam question answers. There is also an online game from the Nobel Prize.

Transcription of mRNA from DNA

Translation of mRNA into Amino Acids

Cell Respiration - planning sheet 2.8

Cell Respiration.

Respiration experiments.

Time: 1h Two nice experiments, the first looks a respiration rates in fly larvae and the second links the structures of different carbohydrates to the rate of respiration in yeast. This is an opportunity to discuss the ethical use of animals in experiments, an important part of planning for the IA investigation.

Photosynthesis - planning sheet 2.9

Photosynthesis Theory

Zeit: 1h Standard level students need to know about photolysis and the light independent reactions which take place in the stroma but with only simple details. This activity leaves out the complexity and gives students a clear understanding of the basic parts of photosynthesis. The second part of the lesson includes a short video and questions about the construction of an absorption spectrum graph.

Photosynthetic pigments

Time: 1h Students investigate a simple practical method of separating photosynthetic pigments using paper chromatography (or thin layer chromatography). Following this there is an animation of chromatography and some slides which outline how to calculate Rf values and identify pigments. Activity three outlines work for conclusions and evaluations. It includes some paper three style questions about the technique and the results analysis.

Photosynthesis Experiments

Time: 1h This activity introduces a simple method of measuring the rate of photosynthesis and leads students to design their own investigation of a factor which affects it. A second activity illustrates how the same could be achieved using a simulation. In a final activity using Scratch a more open ended model is introduced and students can test a range of hypotheses. The results of the wet lab could be compared to those of this final simple simulation. This experiment page could be used as an introduction to planning skills for the IA individual investigation. It could also illustrate how a model could be used to produce testable predictions for a wet lab.


SAMPLE PROGRAM OF STUDY – RESEARCH-BASED THESIS OPTION (30 Credits)

The research-based thesis option requires 30 credits comprised of 24 credits in core courses, at least 2 credits of MS Thesis in Biochemistry and Cell Biology in addition to the Research Practicum course included in the core curriculum, and 6 elective credits. The following is a suggested plan of study for students with two full-time semesters at the G1 level (12 credits per semester) and a third and final full-time semester at the G2 level (6-9 credits). The thesis option requires an MS thesis on research conducted in the laboratory of Biochemistry and Cell Biology faculty, in the research laboratories of faculty from other Departments at Stony Brook and at Brookhaven National Laboratory, or through research internships under the guidance of approved mentors at local biotechnology firms.

Semester Kurs Credits
Fall I MCB 520 Graduate Biochemistry 3
BCB 551 Introduction to Research in Biochemistry and Cell Biology 2
BCB 552 Advanced Laboratory Methods in Biochemistry and Cell Biology 3
MCB 601 Colloquium in Molecular and Cellular Biology 1
Elective (e.g. BME 503 Cell and Molecular Imaging (3 credits), BIO 558 Biological Basis of Human Evolution and Behavior), or combination of 1 credit electives such as BSB 515 Computational Methods in Biochemistry and Structural Biology, MCB 517 Membrane Biochemistry) 3
Gesamt 12
Spring I MCB 656 Cell Biology 4
BCB 559 MS Research Practicum in Biochemistry and Cell Biology 4
MCB 602 Colloquium in Molecular and Cellular Biology 1
Elective (e.g., and BSB 512 Introduction to Structural Biology) 3
Gesamt 12
Fall II MCB 503 Molecular Genetics 3
BCB 599 MS Thesis in Biochemistry and Cell Biology 3
MCB 601 Colloquium in Molecular and Cellular Biology 1
Total 1, 2 7

1. Note G2 international students must enroll for 9 credits in to maintain full-time student status for immigration purposes.

2. G2 students employed in a Stony Brook on-campus job must enroll for 9 credits to maintain full-time student status.


Schau das Video: Proteine (August 2022).