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Einführung in die Biotechnologie - 12 - In der Mykologie ist die Darstellung von Lebenszyklen gebräuchlich, um alle morphologischen und physiologischen Formen eines Pilzes zu erfassen und deren Beziehung deutlich zu machen. Anders als beispielsweise beim Menschen, bei dem sich aus diploiden vegetativen Zellen durch Meiose haploide Keimzellen bilden, die sich nach Vereinigung wieder zu diploiden vegetativen Zellen entwickeln, sind die Verhältnisse bei Pilzen sehr viel vielfältiger und komplexer (s. Kap. 1.4.4). Einerseits gibt es neben der sexuellen Vermehrung, die immer eine Neukombination von Erbmaterial mit einschließt, auch eine vegetative asexuelle Vermehrung, wie sie z. B. auch bei Pflanzen auftritt. Auf die Plasmogamie, also die Verschmelzung irgendwie gearteter Vermehrungsstrukturen, folgt nicht unmittelbar zwingend die Karyogamie, d. h. die Vereinigung der Zellkerne. Es gibt bei den Pilzen deshalb nicht nur haploide oder diploide Zellen, sondern ebenfalls Formen mit zwei oder mehr Zellkernen. Letzteres tritt zwar nicht bei S. cerevisiae auf (Abb. 11), doch können an diesem Beispiel einige andere Sachverhalte illustriert werden. Zur näheren Beschäftigung mit dem Thema Pilze sei auf o. g. Lehrbücher verwiesen. Des weiteren wird im 2. Kapitel eine Kultivierung mit dieser Hefe durchgeführt. . Kernverschmelzung (Karyogamie) Vermehrung durch Sprossung Zygote Vereinigung zweier Ascosporen (Plasmogamie) aus Ascospore gekeimte haploide Zelle Ascus, (Ort der Meiose und Ascosporendifferenzierung) Ascospore (haploid) Vermehrung durch Sprossung vegetative, diploide Zellen vegetative, haploide Zellen weitere Vermehrung durch Sprossung Ascusbildung Abb. 11: Entwicklungszyklus von Saccharomyces cerevisiae - Bildung von Asci nur bei Anzucht auf „armen“ Medien - viele Kulturrassen bilden überhaupt keine Asci mehr - Haploide Vermehrung nicht natürlich, sondern nur künstlich erreichbar (s. Esser) weitere Vermehrung durch Sprossung
Einführung in die Biotechnologie - 13 - Das Vorhandensein von vegetativen und sexuellen Vermehrungsformen kann für unterschiedliche Zwecke ausgenutzt werden: zur Herstellung von Biomasse wird die asexuelle Vermehrung, zum Gewinn von Organismen mit neuartigen oder kombinierten Eigenschaften die sexuelle Vermehrung forciert. Die Kultivierung myzelbildender Pilze wie beispielsweise Aspergillus- und Penicilliumarten führt zu Problemen bei der technischen Handhabung (s. Abb. 12). Da meist nur ein endständiges Wachstum stattfindet, ist von der gesamten Myzelmasse nur ein geringer Teil stoffwechselaktiv. Das im Vergleich mit Bakterien oder zellulären Pilzen dichte Wachstum birgt bei der Nährstoffversorgung Probleme, die zusätzlich durch die meist eintretende Viskositätserhöhung des Mediums noch verstärkt werden. Für die Sporenbildung wird häufig zusätzlich ein Teil der Stoffwechselenergie durch den Pilz verbraucht, die dann nicht mehr für die Produktsynthese zur Verfügung steht. Aus diesen Gründen werden oft nur vergleichsweise geringe Raum-Zeit- Ausbeuten erreicht. Im Gegensatz zu den zellulären Pilzen, wo ein Kern pro Zelle vorliegt, ist des weiteren der Einsatz gentechnischer Methoden bei Hyphenpilzen erschwert. Die Zellkerne können keinen distinkten Bereichen im Zellschlauch zugeordnet werden, sondern sind mehr oder Spore Abb. 12: Sporenträger von Penicillium roqueforti Die Abbildung macht die die Bezeichnung „Pinselschimmel“ für die Gruppe allgemein deutlich. (Ausschnitt) weniger beweglich. Trotz dieser Nachteile sind es vor allem Schimmelpilze, die neben den Hefen eine breite Anwendung in der Biotechnologie gefunden haben. Neben Ethanol, „CO 2 “, Fetten und Fettsäuren gibt es noch viele weitere industriell relevante Produkte, die durch Kultivierung von Pilzen gewonnen werden können: - Organische Säuren Herstellung von Citronensäure, Gluconsäure oder Oxalsäure beispielsweise durch Schimmelpilze (so wird die Citronensäure durch Aspergillus niger produziert, wenn Anfangs-pH- Werte von 2,5 - 3,5 und Manganmangelbedingungen herrschen). HO CH2 COOH C COOH CH2 COOH Abb. 13: Citronensäure
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