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Grundlagen der Biotechnologie

Modulbezeichnung:
Bezeichnung des Moduls innerhalb des Studiengangs. Sie soll eine präzise und verständliche Überschrift des Modulinhalts darstellen.
Grundlagen der Biotechnologie
Modulbezeichnung (engl.): Fundamentals of Biotechnology
Studiengang:
Studiengang mit Beginn der Gültigkeit der betreffenden ASPO-Anlage/Studienordnung des Studiengangs, in dem dieses Modul zum Studienprogramm gehört (=Start der ersten Erstsemester-Kohorte, die nach dieser Ordnung studiert).
Maschinenbau/Verfahrenstechnik, Bachelor, Ordnung 01.10.2019
Code: MAB_19_V_3.08.GBT
SAP-Submodul-Nr.:
Die Prüfungsverwaltung mittels SAP-SLCM vergibt für jede Prüfungsart in einem Modul eine SAP-Submodul-Nr (= P-Nummer). Gleiche Module in unterschiedlichen Studiengängen haben bei gleicher Prüfungsart die gleiche SAP-Submodul-Nr..
P241-0254
SWS/Lehrform:
Die Anzahl der Semesterwochenstunden (SWS) wird als Zusammensetzung von Vorlesungsstunden (V), Übungsstunden (U), Praktikumsstunden (P) oder Projektarbeitsstunden (PA) angegeben. Beispielsweise besteht eine Veranstaltung der Form 2V+2U aus 2 Vorlesungsstunden und 2 Übungsstunden pro Woche.
4V (4 Semesterwochenstunden)
ECTS-Punkte:
Die Anzahl der Punkte nach ECTS (Leistungspunkte, Kreditpunkte), die dem Studierenden bei erfolgreicher Ableistung des Moduls gutgeschrieben werden. Die ECTS-Punkte entscheiden über die Gewichtung des Fachs bei der Berechnung der Durchschnittsnote im Abschlusszeugnis. Jedem ECTS-Punkt entsprechen 30 studentische Arbeitsstunden (Anwesenheit, Vor- und Nachbereitung, Prüfungsvorbereitung, ggfs. Zeit zur Bearbeitung eines Projekts), verteilt über die gesamte Zeit des Semesters (26 Wochen).
5
Studiensemester: 3
Pflichtfach: ja
Arbeitssprache:
Deutsch
Prüfungsart:
Klausur 180 min.

[letzte Änderung 18.02.2020]
Verwendbarkeit / Zuordnung zum Curriculum:
Alle Studienprogramme, die das Modul enthalten mit Jahresangabe der entsprechenden Studienordnung / ASPO-Anlage.

MAB_19_V_3.08.GBT (P241-0254) Maschinenbau/Verfahrenstechnik, Bachelor, Ordnung 01.10.2019 , 3. Semester, Pflichtfach, Vertiefungsrichtung Verfahrenstechnik
Arbeitsaufwand:
Der Arbeitsaufwand des Studierenden, der für das erfolgreiche Absolvieren eines Moduls notwendig ist, ergibt sich aus den ECTS-Punkten. Jeder ECTS-Punkt steht in der Regel für 30 Arbeitsstunden. Die Arbeitsstunden umfassen Präsenzzeit (in den Vorlesungswochen), Vor- und Nachbereitung der Vorlesung, ggfs. Abfassung einer Projektarbeit und die Vorbereitung auf die Prüfung.

Die ECTS beziehen sich auf die gesamte formale Semesterdauer (01.04.-30.09. im Sommersemester, 01.10.-31.03. im Wintersemester).
Die Präsenzzeit dieses Moduls umfasst bei 15 Semesterwochen 60 Veranstaltungsstunden (= 45 Zeitstunden). Der Gesamtumfang des Moduls beträgt bei 5 Creditpoints 150 Stunden (30 Std/ECTS). Daher stehen für die Vor- und Nachbereitung der Veranstaltung zusammen mit der Prüfungsvorbereitung 105 Stunden zur Verfügung.
Empfohlene Voraussetzungen (Module):
MAB_19_A_1.07.ENB Engineering Basics
MAB_19_A_2.05.KWL Konstruktionswerkstoffe mit Labor


[letzte Änderung 10.09.2026]
Als Vorkenntnis empfohlen für Module:
MAB_19_V_4.08.BUV Bio- und Umweltverfahrenstechnik mit Labor


[letzte Änderung 18.02.2020]
Modulverantwortung:
Prof. Dr. Timo Gehring
Dozent/innen: Prof. Dr. Timo Gehring

[letzte Änderung 28.05.2018]
Lernziele:
Die Studierenden sind nach erfolgreichem Abschluss des Moduls in der Lage,
- die Bausteine lebender Organismen (Aminosäuren, Peptide und Proteine, Kohlenhydrate, Nukleinsäuren, Lipide und Fette, Mineralstoffe, Vitamine und Hormone) zu benennen [1], deren Aufbau zu beschreiben [2] und deren Funktionen in der Natur zu erläutern [2].
- grundlegende Begriffe der organischen Chemie und Alltagschemie (u. a. Chiralität, Enantiomere, Tenside und Emulgatoren, Adsorption, Dialyse) zu definieren [1] und an Beispielen zu erklären [2] sowie Molekül- und Strukturformeln zu zeichnen [3] und Molekülen zuzuordnen [1].
- den Aufbau von prokaryotischen und eukaryotischen Zellen und deren Funktionsträger darzustellen [2] sowie grampositive und gramnegative Bakterien zu unterscheiden [4].
- das Potential von Mikroorganismen für biotechnologische Produktionsverfahren darzustellen [2], mikrobielles Wachstum anhand der Wachstumskurve zu erklären [2] und zu berechnen [3] sowie Methoden des sterilen Arbeitens zu beschreiben [2] und im Labor anzuwenden [3].
- die Wirkweise von Enzymen zu erläutern [2], enzymkinetische Messdaten nach Michaelis-Menten auszuwerten [4] (Lineweaver-Burk) und Hemmtypen zu bestimmen [4].
- die molekularen Prozesse der Informationsverarbeitung in der Zelle (DNA-Replikation, Transkription, RNA-Splicing, Translation) zu beschreiben [2], die Struktur der DNA zu erläutern [2] und die Genregulation am Beispiel des lac-Operons zu erklären [2].
- die Funktion von Restriktionsenzymen und des CRISPR/Cas-Systems zu erklären [2] und Chancen und Risiken gentechnischer Methoden zu diskutieren [2] und zu bewerten [5].
- Mess- und Nachweismethoden (Chromatographie, Photometrie, PCR, SDS-Gelelektrophorese) zu beschreiben [2], für gegebene Fragestellungen auszuwählen [3] und anzuwenden [3].
- die Photosynthese, die Zellatmung und die ATP-Synthese detailliert zu erklären [2] und die Kultivierung von Mikroalgen in verschiedenen Photobioreaktor-Typen zu vergleichen [4] und zu beurteilen [5].
- KI-basierte Werkzeuge zur Bearbeitung ausgewählter biotechnologischer Fragestellungen anzuwenden [3], die erzeugten Ergebnisse fachlich zu analysieren [4] und hinsichtlich Plausibilität, Quellenqualität und fachlicher Richtigkeit kritisch zu bewerten [5].
- mikroskopische Aufnahmen von Mikroalgen mit einer Software-Pipeline (CellProfiler) automatisiert auszuwerten [4] und die Ergebnisse hinsichtlich ihrer Plausibilität zu bewerten [5].
 
In eckigen Klammern [] sind die jeweiligen Stufen [1]-[6] der Lernzieltaxonomie angegeben.


[letzte Änderung 10.09.2026]
Inhalt:
Einführung in die Biotechnologie und ihre gesellschaftliche und industrielle Relevanz.
Grundlagen der organischen Chemie und Alltagschemie: Kohlenwasserstoffe und funktionelle Gruppen, Zeichnen von Molekül- und Strukturformeln, Chiralität und Enantiomere; Tenside und Emulgatoren; Stofftrennung (u. a. Adsorption, Dialyse).
Aufbau, Eigenschaften und Funktionen der zentralen Biomoleküle: Aminosäuren, Peptide und Proteine, Kohlenhydrate (u. a. Glucose, Glykogen), Nukleinsäuren (DNA/RNA), Lipide und Fette (u. a. essentielle Fettsäuren), Mineralstoffe, Vitamine und Hormone (Signalübertragung, Second Messenger).
Ursprung des Lebens und Evolution (u. a. Miller-Urey-Experiment, Entstehung von Aminosäuren unter präbiotischen Bedingungen).
Zellaufbau von Prokaryoten und Eukaryoten und deren Funktionsträger; grampositive und gramnegative Bakterien; mikrobielles Wachstum (Wachstumskurve); steriles Arbeiten und Sicherheit im Labor.
Enzyme und Enzymkinetik: Wirkweise, Cofaktoren und prosthetische Gruppen, Michaelis-Menten-Kinetik, Lineweaver-Burk-Auswertung, kompetitive und nichtkompetitive Hemmung.
Molekularbiologie: Struktur der DNA (Watson & Crick), DNA-Replikation, Transkription, RNA-Splicing (Introns/Exons), Translation und Ribosomen, Genregulation am Beispiel des lac-Operons.
Werkzeuge des Genetic Engineering: Restriktionsenzyme und CRISPR/Cas.
Mess-, Nachweis- und Analysemethoden: Chromatographie, Photometrie, PCR, SDS-Gelelektrophorese.
Photosynthese, Zellatmung, Atmungskette und detaillierte Funktionsweise ATP-Synthese; Kultivierung von Mikroalgen (u. a. Chlorella vulgaris) in Photobioreaktoren, Photobioreaktor-Typen (inkl. Floating Light Ball Reactor FLBR).
Einsatz KI-basierter Werkzeuge zur Recherche, Analyse und Aufbereitung biotechnologischer Fragestellungen; kritische Validierung KI-generierter Ergebnisse hinsichtlich Plausibilität, fachlicher Richtigkeit und Quellenqualität.
Selbstlernprojekt zur automatisierten mikroskopischen Bildauswertung von Mikroalgen mit Software-Pipelines (CellProfiler).


[letzte Änderung 10.09.2026]
Weitere Lehrmethoden und Medien:
Lehrmethoden: Vorlesung (4 SWS) mit Tafelunterricht; vorbereitende Aufgaben mit Gruppenarbeiten (z. B. zu Insulin); Selbstlernprojekt zur automatisierten Bildauswertung mit Schritt-für-Schritt-Anleitung und Erklärvideos.
Medien: Moodle-Kurs mit Vorlesungsfolien (teils mit Tonaufnahmen), Tafelanschrieben, Lehrvideos (u. a. MIT OpenCourseWare und Nobel Lectures), Foren zur fachlichen Diskussion und Online-Konferenzsystem (BigBlueButton); PowerPoint-Präsentation, Tafelanschrieb, Paper-Vorlage, Versuchsvorschriften, Bildauswertungssoftware (CellProfiler).


[letzte Änderung 10.09.2026]
Literatur:
Zusätzliche Literatur siehe Moodle-Kurs
 
Chmiel, H. (2011): Bioprozesstechnik. Heidelberg: Spektrum Akademischer Verlag. ISBN: 978-3-8274-2476-1
 
Cypionka, H. (2010): Grundlagen der Mikrobiologie. 4. Aufl. Berlin, Heidelberg: Springer. ISBN: 978-3-642-05095-4
 
Fritsche, O. (2016): Mikrobiologie. Berlin, Heidelberg: Springer Spektrum. ISBN: 978-3-662-70470-7
 
Gehring, T.; Maurer, P.; Yildirim, M.; Lierse, M. S.; Ickes, R. (2025): Floating Light Ball Reactor: A Scalable and Flexible Photobioreactor Design for Microalgae Cultivation. In: Sustainability & Circularity NOW 02 (CP). DOI: 10.1055/a-2727-4980
 
Koch, R. (1876): Die Ätiologie der Milzbrand-Krankheit, begründet auf die Entwicklungsgeschichte des Bacillus Anthracis. In: Cohns Beiträge zur Biologie der Pflanzen 2, S. 277–310. DOI: 10.25646/5064
 
Madigan, M. T.; Bender, K. S.; Buckley, D. H.; Sattley, W. M.; Stahl, D. A.; Brock, T. D. (2020): Brock Mikrobiologie. 15., aktualisierte Auflage. München: Pearson. ISBN: 978-3-86326-868-8
 
Miller, S. L. (1953): A Production of Amino Acids Under Possible Primitive Earth Conditions. In: Science 117 (3046), S. 528–529. DOI: 10.1126/science.117.3046.528
 
Rosenwinkel, K.-H.; Kroiss, H.; Dichtl, N.; Seyfried, C.-F.; Weiland, P. (2015): Anaerobtechnik. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg. ISBN: 978-3-642-24894-8
 
Sadava, D.; Orians, G. H.; Heller, H. C. (2019): Purves Biologie. Hg. v. J. Markl. 10. Aufl. Berlin: Springer Spektrum. ISBN: 978-3-662-58171-1
 
Sahm, H.; Antranikian, G.; Stahmann, K.-P.; Takors, R. (Hg.) (2013): Industrielle Mikrobiologie. Berlin, Heidelberg: Springer Spektrum. ISBN: 978-3-8274-3039-7
 
Watson, J. D.; Crick, F. H. C. (1953): Molecular Structure of Nucleic Acids: A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid. In: Nature 171 (4356), S. 737–738. DOI: 10.1038/171737a0
 
Yildirim, M.; Maurer, P.; Lierse, M. S.; et al. (2026): Nonsterile Cultivation of the Thermophilic Cyanobacterium Parathermosynechococcus lividus PCC 6715 in a Floating Light Ball Reactor (FLBR) on 53-L Scale for Zeaxanthin Production. In: ChemFoodChem 2 (3), e70034. DOI: 10.1002/cfch.70034

[letzte Änderung 10.09.2026]
 
[Wed Sep 16 12:19:43 CEST 2026, CKEY=mgdbb, BKEY=m2, CID=MAB_19_V_3.08.GBT, LANGUAGE=de, DATE=16.09.2026]