Kulturen, Züchten, etc.

Eine Anreicherungskultur schafft selektive Wachstumsbedingungen, die für einen bestimmten Mikroorganismus oder eine Gruppe günstiger sind als für andere, um diese gezielt anzureichern.

Eine Reinkultur ist eine Kultur, die ausschließlich aus Nachkommen einer einzigen Zelle besteht, wodurch alle Individuen genetisch identisch sind.

• Probenahme: Gewinnung des Ausgangsmaterials (z. B. Boden-, Wasser- oder Abstrichproben).

• Anreicherungskultur: Selektive Förderung des Wachstums gewünschter Mikroorganismen.

• Herstellung einer Verdünnungsreihe: Reduktion der Zelldichte zur Vereinzelung.

• Vereinzelung auf Nährmedium: Aufbringen der Probe auf ein Festmedium (z. B. mittels Ausstrichverfahren).

• Inkubation: Wachstum unter optimalen Bedingungen (z. B. Temperatur, pH).

• Identifikation der Kolonie: Untersuchung von Form, Farbe oder genetischen Merkmalen .

Die Wachstumsrate gibt die Geschwindigkeit an, mit der die Zellzahl oder Biomasse zunimmt, während die Verdopplungszeit die Zeit beschreibt, die eine Population benötigt, um ihre Zellzahl zu verdoppeln. Sie sind invers proportional: Verdopplungszeit = ln(2) / Wachstumsrate.

In der Praxis wird vollständige Sterilität nicht immer erreicht, sondern eine Reduktion vermehrungsfähiger Mikroorganismen auf ein akzeptables Maß, oft durch Dezimalreduktion (z. B. um 10⁶ Keime). Häufig genutzte Verfahren sind Dampfsterilisation, Heißluftsterilisation, Strahlensterilisation oder chemische Methoden wie Ethylenoxid für thermolabile Materialien.

Chemische Verfahren: Nassantiseptik (z. B. Wasserstoffperoxid, Peressigsäure) und Trockenantiseptik (z. B. Ethylenoxid) werden zur Abtötung von Mikroorganismen auf empfindlichen Materialien eingesetzt.

Physikalische Verfahren: Hierzu zählen Dampfsterilisation (121 °C, 2 bar, 20 min), Heißluftsterilisation (160–180 °C), Strahlensterilisation(UV-, Gamma- oder Röntgenstrahlen) sowie Sterilfiltration für Flüssigkeiten.

Es gibt keine allgemein gültige Regelung; die erforderliche Reduktionsstufe hängt von der Anwendung ab. Üblicherweise wird eine Reduktion um mindestens 5 log-Stufen (99,999 %) angestrebt, z. B. für medizinische Instrumente.

Dieses Verfahren nutzt trockene Hitze (160–180 °C) über einen längeren Zeitraum (30–120 Minuten), um Mikroorganismen durch Denaturierung von Proteinen und Oxidation zu zerstören. Es ist geeignet für hitzebeständige Materialien wie Glas und Metall.

Hierbei wird feuchte Hitze (z. B. 121 °C, 2 bar, 20 Minuten) im Autoklaven genutzt, um Mikroorganismen durch Koagulation von Proteinen abzutöten. Es wird häufig für medizinische Instrumente, Kulturmedien und Textilien verwendet.

PCR (Polymerase-Kettenreaktion): Die PCR dient zur Vervielfältigung spezifischer DNA-Sequenzen in vitro und besteht aus drei Hauptschritten:

1. Denaturierung: Erhitzen auf ca. 94–98 °C, wodurch die Doppelstrang-DNA in Einzelstränge aufgetrennt wird.

2. Primer-Annealing: Abkühlen auf 50–65 °C, damit spezifische Primer an die Zielsequenzen binden können.

3. Elongation: Erhöhung der Temperatur auf ca. 72 °C, bei der die Taq-Polymerase die DNA-Sequenz synthetisiert, indem sie Nukleotide an die Primer anfügt .

Dieser Zyklus wird typischerweise 20–40 Mal wiederholt, um die Ziel-DNA exponentiell zu amplifizieren.

• Biologisch leicht abbaubar: Diese Stoffe können von Mikroorganismen durch vorhandene Enzymsysteme leicht abgebaut werden, was zu einem hohen Energiegewinn und einem geringen Aufwand für den Abbau führt.

• Biologisch schwer abbaubar: Hierbei handelt es sich um Stoffe, deren Abbau aufgrund geringer Konzentrationen oder fehlender Enzymsysteme erschwert ist. Der Abbau erfolgt häufig über Co-Metabolismus, wobei zusätzliche Nährstoffe benötigt werden.

• Persistente Stoffe (refraktäre Stoffe): Diese Substanzen sind biologisch nicht abbaubar und müssen oft chemisch oder physikalisch behandelt werden.

Die Belebtschlammflocke besteht aus einer Matrix von extrazellulären polymeren Substanzen (EPS), die Bakterien und andere Mikroorganismen einschließt. Diese Flocke ermöglicht den Abbau organischer Substanzen durch Mikroben und transportiert Nährstoffe und Sauerstoff zu den inneren Zellen.

Eine kontinuierliche Fermentation unterscheidet sich vom Belebungsverfahren darin, dass bei der Fermentation Nährstoffe konstant zugeführt werden und das System im Gleichgewicht gehalten wird, während beim Belebungsverfahren überschüssige Biomasse entfernt und zurückgeführt wird. Dies führt zu einer stabilen Mikroorganismenpopulation in der Fermentation, während das Belebungsverfahren durch den fortlaufenden Austausch von Biomasse eine effiziente Abwasserreinigung ermöglicht.

Die biologische Nitratreduktion nutzt Mikroorganismen (z. B. denitrifizierende Bakterien), die unter anaeroben Bedingungen Nitrat (**NO₃⁻**) zu molekularem Stickstoff (**N₂**) reduzieren. Als Elektronendonoren dienen organische Substrate (z. B. Methanol) oder Wasserstoff, wodurch das Nitrat aus dem Wasser entfernt wird und umweltfreundliche Nebenprodukte entstehen.

Es beweist, dass Mikroorganismen aus der Luft stammen und nicht spontan entstehen. Der Schwanenhals verhindert, dass Mikroorganismen in die sterile Nährlösung gelangen. In einem beschädigten Schwanenhalsfläschchen zeigte sich hingegen mikrobielles Wachstum, was die Theorie der spontanen Generation widerlegte.