Teaching

Vorlesung Mikrobiologie für Ingenieure I:
In dieser Vorlesung werden die grundlegenden Eigenschaften von Mikroorganismen dargelegt, wie z.B. ihr Vorkommen in verschiedenen Umweltbereichen, Morphologie, Pathogenität, Stoffwechselwege und der Einsatz im Umweltschutz. Es wird ein kurzer Einblick in die Geschichte der Mikrobiologie gegeben. Es folgt die Darstellung des Aufbaus von Bakterienzellen. Danach wird auf die Eigenschaften von Zellwänden eingegangen und den Zusammenhang mit Antibiotika. Die Gesetzmäßigkeiten des Bakterienwachstums werden mathematisch analysiert. Es folgen Sterilisationstechniken, phylogenetische Einteilung und Anwendung von Mikroorganismen in verschiedenen Technikbereichen wie Nahrungsmittelproduktion, Rohstoffgewinnung und Umweltschutz. Passend zur Vorlesung wird ein Seminar zur Prüfungsvorbereitung angeboten. Hier können Fragen gestellt werden. Alte Klausuraufgaben werden exemplarisch gelöst.

Vorlesung Terrestrische und aquatische Ökologie I:
Grundlegende Begriffe der Ökologie, Populationsbiologie, Standortsökologie, Bioindikation, Biozönologie, Biogeographie, Insel- und Ausbreitungsökologie, Sukzession, Landschaftsökologie, Landschaftsplanung, Ökologie von Stehgewässern und Fließgewässern, Organismen in Gewässern.

Grundlagen der Biologie:
Grundelemente der Allgemeinen Biologie, makromolekulare Zusammensetzung, Zellulärer Aufbau von Pro- und Eukaryonten, Zell- und Energiestoffwechsel von auto- und heterotrophen Lebewesen, exemplarische Vorstellung von Organsystemen und ihrer Entwicklung, Einführung in die Ökologie und Evolutionsbiologie.

Courses:
- Vorlesung Mikrobiologie für Ingenieure I
- Vorlesung Grundlagen der Biologie
- Vorlesung Terrestrische Ökologie I
- Vorlesung Aquatische Ökologie I
- Exkursion Terrestrische / aquatische Ökologie I

Lecturers:
- Prof. Dr. Sara Kleindienst
- Prof. Dr. Ingrid Weiß
- Dr. Gisela Fritz
- Dr. Hans-Georg Schwarz-von Raumer

Vorlesung Mikrobiologie für Ingenieure II:
In dieser Vorlesung werden die Grundmechanismen des Stoffwechsels und der Energieumwandung behandelt. Aufgezeigt werden die Wege des Hexoseabbaus, der Tricarbonsäurezyklus, des degradativen Fettsäurezyklus sowie die Atmungskette. Des Weiteren wird die Biosynthese einiger niedermolekularer Bausteine und die Stoffaufnahme in die Zelle erläutert. Wichtige Felder der Umweltbiotechnologie wie die Biologische Abluftreinigung, Gärungstechniken, Gentechnik und die Sanierung von Wasser und Boden werden dargestellt

Praktikum Mikrobiologie für Ingenieure I und II:
Übungen zum mikrobiologischen Arbeiten
Bestimmung der Kolonie- und Zellmorphologie verschiedener Bakterien und Pilze
Aufnahme von Wachstumskurven von verschiedenen Bakterienstämmen mit verschiedenen Substraten
Bestimmung von Schwermetall- und Antibiotika Resistenzen
Bestimmung der Koloniebildenden Einheiten (KBE) und des Colititers
Bestimmung von Luftkeimzahlen
Test von verschiedenen Reinigungs- und Desinfektionsmittelen auf ihre sterilisierende Wirkung
Anfertigen und Auswerten von Abklatschpräparaten
Anreicherung und Charakterisierung von Phenol verwertenden Bakterienstämmen
Anwendung von PCR Techniken
Plasmidrestriktionskartierung.
Trennung von Proteomen verschiedener Bakterien durch Gelelektrophorese

Vorlesung Methodiken des umweltmikrobiologischen Arbeitens:
In dieser Veranstaltung werden den Studenten in der Theorie die gängigen Methoden des umweltmikrobiologischen Arbeitens vermittelt. Dabei wird auf die bereits erworbenen Kenntnisse zur Umweltmikrobiologie (Lebensräume, Bioenergetik, Hygiene, Anwendung im Umweltschutz) aufgebaut und vertieft, mit dem Ziel diese dann in dem Praktikum "Mikrobiologie für Ingenieure I+II" praktisch umzusetzen. Von der Anreicherung, Isolation und taxonomischen Bestimmung von Reinstämmen für den Abbau ausgewählter Umweltschadstoffe über die Bestimmung deren Umsatzkinetiken bis hin zu molekularbiologischen und proteomischen Analysen soll dem Studenten ein Methodenbausatz vermittelt werden, der später im Umweltlabor direkt angewendet werden kann. Die Veranstaltung wird begleitend unterstützt und veranschaulicht durch Videomaterial zur Durchführung ausgewählter Experimente.

Courses:
- Vorlesung Mikrobiologie für Ingenieure II
- Praktikum Mikrobiologie für Ingenieure I und II
- Vorlesung Methodiken des umweltmikrobiologischen Arbeitens
- Tutorium Umweltmikrobiologie II

Lecturers:
- Prof. Dr. Sara Kleindienst

Einführung in der Biologie: Die Studierenden haben verstanden: Was sind Mikroorganismen? Wie sind Bakterien aufgebaut? Wo kommen sie vor? Welche Gesetzmäßigkeiten gelten beim Wachstum von Mikroorganismen? Welche Krankheiten können durch Mikroorganismen hervorgerufen werden? Wo und wie werden Mikroorganismen in der Umweltbiotechnologie eingesetzt. Tutorium Mikrobiologie für Ingenieure Die Studierenden sind zur Rekapitulierung des Vorlesungsstoffs anhand des Fragenkatalogs befähigt und sind auf die Prüfung vorbereitet Vorlesung Chemie für Bauingenieure Die Studierenden haben Kenntnis über die Grundlagen der allgemeinen, anorganischen und organischen Chemie, im Besonderen über: die Struktur von Atomen und Molekülen, den Aufbau des Periodensystems der Elemente, die chemische Bindung und chemische Reaktionen, die Eigenschaften von Wasser und dessen Inhaltsstoffen, die Zusammensetzung von Luft, die Chemie und die Umwelteigenschaften wichtiger Baustoffe Vorlesungen Mikrobiologie für Ingenieure und Chemie für Bauingenieure II: Die Studierenden erkennen wo bauingenieurliche Aktivitäten auf umweltchemische Probleme treffen. Sie erkennen Zusammenhänge zwischen dem Einsatz verschiedener Stoffe und Eingriffen in die Umwelt mit den daraus resultierenden Folgen für Wasser, Luft und Boden.

Courses:
- Einführung in die Biologie
- Mikrobiologie für Ingenieure I
- Chemie für Bauingenieure I
- Chemie für Bauingenieure II

Lecturers:
- Prof. Dr. Sara Kleindienst
- Prof. Dr. Ingrid Weiß
- Dr. Bertram Kuch

Grundlagen der Abfallwirtschaft

Die effiziente Nutzung von Rohstoffen und der Klimaschutz sind die Herausforderungen moderner Gesellschaften. Der fortschreitende Konsum und die Konzentration der Bevölkerung in Urbanen Räumen wie z.B. Megacities führen zu gravierenden Auswirkungen auf die Umwelt. Die Verknappung von Rohstoffen (z.B. Seltene Erden) wird zum limitierenden Faktor für Wachstum. Produkte des täglichen Lebens werden nach Gebrauch zu Abfall. In Abhängigkeit von der ökonomischen Entwicklungsstufe eines Staates produzieren deren Einwohner 100 kg bis über 1000 kg Siedlungsabfall pro Jahr. Nachhaltige Kreislauf-Abfallwirtschaft hat das Ziel diese Materialströme wieder in den Rohstoffkreislauf zurückzuführen und die Emissionen die durch unsachgemäßen Umgang mit Abfällen entstehen zu minimieren.

Inhalt der Veranstaltung ist es die abfallwirtschaftlichen Zusammenhänge, Technologien sowie methodische Ansätze und die beeinflussenden Randbedingungen vor dem Hintergrund des Klima- und Ressourcenschutz darzustellen. Dies sowohl im nationalen als auch im internationalen Kontext.

Vermittlung der grundlegenden gesetzlichen, technischen, ökonomischen und ökologischen Ansätze zur Abfallwirtschaft.

• Kreislaufwirtschaftsgesetz, Abfallvermeidung, Definitionen, Abfallmenge und Abfallzusammensetzung, Produktverantwortung, Akteure in der Abfallwirtschaft, Kosten der Abfallwirtschaft

Technologien zur Abfallsammlung, Transport, Methoden der Abfallverwertung sowie die Behandlung und Beseitigung von Abfällen

• Abfall-Logistik, Recycling, Biologische Verwertung (Kompostierung, Vergärung), Mechanisch-biologische Verfahren, thermische Verfahren, Deponietechnik

Methodische Ansätze zur Modellierung und Bewertung von Maßnahmen in der Abfallwirtschaft

• Konzeptionelle Ansätze zur Abfallwirtschaft, Modellierung abfallwirtschaftlicher Systeme, Effizienz von Sammelsystemen, Dimensionierung von Anlagen, Berechnung der Emissionsminderungspotentiale, Ressourcenmanagement, Stoffstrommanagement, ökologische Bewertung,

Biologische Abluftreinigung I:

• Einführung in die Abluftreinigung
• Gesetzliche Grundlagen der Abluftreinigung
• Einführung in nichtbiologische Abluftreinigungskonzepte
• Grundprinzipien der Biologische Abluftreinigung
• Voraussetzung der Biologischen Abluftreinigung
• Grundlagen von Biowäscher, Biotricklingfilter und Biofilter
• Leistungsvergleich und Anwendungsbereich biologische /nicht biologische Konzepte
• Grundlagen der Analytik von gasförmigen Probeströmen
• Grundlagen der Messtechnik für Abluftströme

Courses:
- Vorlesung Grundlagen der Abfallwirtschaft
- Übung Grundlagen der Abfallwirtschaft
- Vorlesung Biologische Abluftreinigung I

Lecturers:
- Dr. Martin Reiser

This module provides insights into the fascinating world of microorganisms and their important roles in different environmental systems. The module includes microbial evolution and the significance of microbes to life on earth. It further offers cutting-edge methods to study microbial diversity, identification and quantification. Microbial activities and processes will be tackled and methods to discern and measure them. The biogeochemical cycles of carbon, nitrogen, sulphur and metals will also be investigated, highlighting the interactions between microorganisms and their environment. Natural ecosystems ranging from freshwater and marine environments to sediments, soils, subsurface zones, and extreme habitats like hydrothermal vents or polar regions, serve as models for gaining insights into the adaptability and diversity of microorganisms and their functions. In this context, the module furthermore focusses on the stability and the dynamics of environments and offers crucial insights into the influence of human activities on natural ecosystems. The lecture is accompanied by an exercise where students apply the gained knowledge on the example of different ecosystems and by an excursion to a natural ecosystem to further foster the gained knowledge.

This module offers a holistic perspective on the ecology of microorganisms and lays the foundation for a deeper understanding of their functions in natural ecosystems. This knowledge in fundamental for advanced microbiological classes and lays the basis for a deeper understanding of the microbiology in technical systems. The module will be graded by a written exam.

Courses:
- Lecture on Microbial Ecology of Natural Ecosystems
- Excursion to a natural ecosystem
- Exercises on Microbial Ecology of Natural Ecosystems

Lecturers:
- Prof. Dr. Sara Kleindienst

In this comprehensive module, consisting of a lecture, excursions and a practical class, students will learn the basics of fieldwork in polluted environments, with a specific emphasis on sampling and analysis methods. The lecture provides students with essential techniques for sampling and preserving various environmental components, including soil, sediment, rock, water, and human-made materials, enabling them to navigate and address pollution challenges in diverse environments. Furthermore, students will gain proficiency in conducting in-situ analyses of hydrochemical (e.g., pH, Eh, [O₂], conductivity, Eh, heavy metals, etc.) and microbiological parameters (e.g., microscopy, cell count, enrichment cultures, qPCR, etc.). These skills will be crucial as students apply them during the organized excursions to contaminated habitats, including mining-impacted sites, agricultural fields, and water bodies. The practical class further enhances their knowledge by providing hands-on experience in basic methods for sampling and analyzing soil, water, sediment, rock, and human-made materials. This module ensures a complete learning experience by integrating theoretical knowledge with practical applications in environmental science and fieldwork methodologies.

Courses:
- Lecture on Polluted Habitats
- Excursions to polluted sites and case studies
- Practical class in laboratory of environmental microbiology

Lecturers:
- Prof. Dr. Sara Kleindienst
- Dr. Sergey Abramov

This lecture will provide a detailed overview of anaerobic systems beginning with the early Earth systems when the global oceans were anoxic and how this applies to the potential for life on other planets. Then the course will move into
modern anaerobic systems in the natural world, how they function, and why they are relevant to ongoing changes to the planet. Finally, the course will apply these concepts to anaerobic technologies such as anaerobic digesters and
examine how the natural world can inform future technological changes. The course will go in depth on microbial growth under anaerobic conditions, the metabolisms that are prominent, and how the energy demands differ without the presence of oxygen. The course will have in-class worksheets to ensure students are keeping up with the coursework and will be graded with a detailed presentation and final report on an anaerobic environment of the student’s choosing.

Courses:
- Lecture on Anaerobic systems

Lecturers:
- Prof. Dr. Sara Kleindienst
- Dr. Sergey Abramov
- Dr. Katharine Thompson

The bioremediation module will examine bioremediation methods and their applications through a lecture course and a case study coupled with an excursion. There are a multitude of pollutants or contaminants that come from anthropogenic activities such as oil and gas processing, mining, and agriculture. These pollutants can cause long-term issues not only for humans, but also for other macroflora and -fauna and the natural microbial community. These pollutants can also find their way into another crucial anthropogenic sector, wastewater treatment. Through the lecture and case study, students will learn about various bioremediation methods and how they can be applied in the anthropogenic sectors listed above. Furthermore, in the lecture case study, students will apply what they have learned to develop their own bioremediation scenario and address the potential positive outcomes along with the challenges
they would face in the application of the scenario.

Courses:
- Lecture on Sectors and bioremediation
- Excursion and practical class

Lecturers:
- Prof. Dr. Sara Kleindienst
- Dr. Katharine Thompson

The applied bioinformatics module will introduce students to the use of molecular biological tools as well as its applications in the field of environmental microbiology. Studying microorganisms in the environments they inhabit can be a crucial task as their presence and capabilities ultimately determine what kind of processes can occur in these environments. Understanding how these communities work and what drives their metabolisms allows us to determine how we can improve their functioning in applications such as wastewater treatment plant or bioremediation processes. However, it is often not possible to isolate and grow them in the laboratory. To bypass this issue, microbiologists use sequencing-based molecular tools, including 16S rRNA gene amplicon sequencing and those commonly known as “omics tools” (metagenomics, metatranscriptomics, among others) along with various bioinformatic analyses to characterize these microbes without the need to culture them. The lecture will provide students with the theory of the functioning behind sequencing-based molecular tools and how they are applied in environmental sciences. The practical class will show the students how bioinformatics analyses are performed. They will then apply bioinformatics tools in a case study in which they will analyse an existing dataset to explain what happens to the microbial communities in the chosen scenario.

Courses:
- Lecture on Principles of nucleic acid sequencing and bioinformatic analysis
- Practical exercises on Bioinformatics for DNA sequencing

Lecturers:
- Prof. Dr. Sara Kleindienst
- Esteban Gongora Bernoske

Vorlesung Mikrobiologie für Ingenieure III:
Hier wird auf Techniken zur Aufklärung von bakteriellen Fremdstoff-Stoffwechselwegen eingegangen, Mechanismen des aeroben Aliphaten- und Aromatenabbaus werden dargelegt und außerdem technische Anwendungen von fremdstoffdegradierenden Bakterien behandelt.

Tutorium Mikrobiologie für Ingenieure III:
Seminar zur Prüfungsvorbereitung. Hier können Fragen mit fachlichem Bezug gestellt werden.

Praktikum Mikrobiologie für Ingenieure III:
Hier werden Bakterienstämme aus verschiedenen Umweltkompartimenten isoliert, die die Fähigkeit besitzen spezielle Xenobiotika als alleinige Kohlenstoff- und Energiequelle nutzen zu können. Diese Stämme werden identifiziert, enzymatische, kinetische und biochemische Parameter bestimmt und genetische Versuche durchgeführt. Je nach Aufgabenstellung werden die Stämme auch in Versuchsanlagen zur Abluftreinigung eingesetzt.

Vorlesung Anaerobe Systeme:
Diese Veranstaltung befasst sich mit dem anaeroben Metabolismus. Als Grundlage werden Fermentationsprozesse und alternative Elektronenakzeptorsysteme behandelt. Anhand von chlorierten Aliphaten und Nitroaromaten werden auf die Mechanismen des anaeroben Fremdstoffabbaus behandelt.

Umweltmikrobiologische Exkursion:
Diese Exkursion demonstriert anhand einer Anlage in der Umgebung von Stuttgart den umwelttechnischen Einsatz von Mikroorganismen.

Courses:
- Vorlesung Mikrobiologie für Ingenieure III
- Großpraktikum Mikrobiologie für Ingenieure III 
- Tutorium Mikrobiologie für Ingenieure III
- Vorlesung Anaerobe Systeme
- Umweltmikrobiologische Exkursion 

Lecturers:
- Prof. Dr. Sara Kleindienst
- Dr. Sergey Abramov

In den Vorlesungen werden die Emissionsquellen bei den verschiedenen Arten von Abfallbehandlungsanlagen dargestellt. Die gasförmigen Emissionen werden unter den Aspekten der Gesetzgebung, der Messmethodik und anhand ihrer potentiellen Wirkung diskutiert. Hintergründe und praktische Aspekte verschiedener Techniken zur Emissionsminderung werden vermittelt. Im Seminar erarbeiten sich die Studierenden unter Anleitung fundierte Kenntnisse über ein spezielles Kapitell der Emissionsanalytik und präsentieren ihre Ergebnisse in einem Kurzvortrag. Das Praktikum dient zur Durchführung eigener Messungen an verschiedenen Abgasreinigungsanlagen. Die Exkursion zu Anlagen zur Abfallbehandlung vertieft die Kenntnisse aus den Vorlesungen durch eigene Eindrücke zur Emissionsproblematik.

Courses:
- Vorlesung Luftverunreinigung durch Abfallbehandlungsanlagen
- Vorlesung Messmethoden für Emissionen
- Seminar Spezielle Methoden zur Analytik von Abluftinhaltsstoffen
- Praktikum Gerüche und Geruchsstoffe
- Exkursion Emissionen aus Entsorgungsanlagen

Lecturers:
- Dr. Martin Reiser

This course serves to the intensification of the theoretical knowledge in sanitary engineering with focus on solid waste and environmental microbiology by practical work in the laboratory and an accompanying student seminar. The experiments offered belong thematically to the two main areas:

• solid waste
• microbiology

The experiments are mainly performed directly by the students in groups of 3 to max. 6 or are offered as demonstration experiments.

Courses:
- Practical Class Sanitary Engineering Practical Class II for WASTE Students - Solid Waste/Microbiology

Lecturers:
- Dr. Martin Reiser