Na poniższym schemacie przedstawiono cykl infekcyjny pewnego wirusa.
22.1. (0–1)
Rozstrzygnij, czy wirus ten należy do retrowirusów. Odpowiedź uzasadnij, odnosząc się do cyklu infekcyjnego przedstawionego na schemacie.
22.2. (0–2)
Oceń, czy poniższe stwierdzenia są prawdziwe. Zaznacz P, jeśli informacja jest prawdziwa, albo F – jeśli jest fałszywa.
1.
Materiałem genetycznym wirusów może być zarówno jedno- jak i dwuniciowy DNA lub RNA.
P
F
2.
Zakażenie wirusem WZW typu A następuje najczęściej drogą pokarmową.
P
F
3.
Otoczka białkowo-lipidowa wirusów otoczkowych zawiera często białka gospodarza utrudniając przez to rozpoznanie wirusa przez układ odpornościowy zainfekowanego organizmu.
Jeden z antybiotyków – streptomycyna – łączy się bezpośrednio z małą podjednostką
rybosomu. Zaburza to syntezę białek bakteryjnych. Jednak nie wszystkie bakterie są
wrażliwe na streptomycynę. U bakterii Mycobacterium tuberculosis oporność na
streptomycynę warunkuje mutacja w genie kodującym podjednostkę 16S rRNA.
W celu ustalenia właściwej dawki antybiotyku stosowanego w leczeniu chorób bakteryjnych
określa się wartości:
MIC (ang. minimum inhibitory concentration) – minimalne stężenie antybiotyku, które całkowicie hamuje wzrost szczepu bakterii w pożywce płynnej
MBC (ang. minimum bactericidal concentration) – najmniejsze stężenie w pełni bakteriobójcze dla danego szczepu.
W celu ustalenia wartości MIC i MBC przygotowano osiem probówek z pożywką zawierającą
taką samą, niewielką liczbę komórek pewnego szczepu bakterii. Po dodaniu do siedmiu
probówek różnych ilości streptomycyny wszystkie osiem umieszczono w inkubatorze.
Materiał z probówek, w których nie wykryto wzrostu bakterii, przeniesiono na pożywkę stałą
bez streptomycyny. Poniższy schemat ilustruje wyniki tego doświadczenia.
Na podstawie: J. Baj, Mikrobiologia, Warszawa 2018; W. Irving i in., Krótkie wykłady. Mikrobiologia medyczna, Warszawa 2008;
B. Springer i in., Mechanisms of Streptomycin Resistance: Selection of Mutations in the 16S rRNA Gene Conferring Resistance,
„Antimicrob Agents Chemother” 45, 2001.
6.1. (0–1)
Na podstawie przedstawionych wyników doświadczenia odczytaj wartości MIC oraz
MBC i wpisz je w wyznaczone poniżej miejsca.
wartość MIC: mg/l
wartość MBC: mg/l
6.2. (0–1)
Spośród podanych nazw chorób wybierz i zaznacz nazwy chorób bakteryjnych.
AIDS
borelioza
WZW typu C
gruźlica
tężec
6.3. (0–1)
Wyjaśnij, dlaczego mutacja w jednym z genów kodujących rRNA bakterii
M. tuberculosis może powodować nabycie przez szczep tych bakterii oporności na
streptomycynę.
6.4. (0–1)
Dokończ zdanie. Zaznacz odpowiedź A, B albo C oraz jej uzasadnienie 1., 2. albo 3.
Rozprzestrzenianie się antybiotykooporności bezpośrednio między komórkami bakterii jest
możliwe na drodze
A.
transformacji,
ponieważ
1.
geny antybiotykooporności w wyniku cyklu lizogenicznego bakteriofagów mogą być wbudowane do genomu bakterii.
B.
transdukcji,
2.
geny antybiotykooporności mogą znajdować się w plazmidach, które są przekazywane innym komórkom bakteryjnym.
C.
koniugacji,
3.
wśród pobranych egzogennych fragmentów DNA może znaleźć się taki, który zawiera geny antybiotykooporności.
6.5. (0–2)
Wykaż, że wirusy nie są wrażliwe na streptomycynę. W odpowiedzi uwzględnij różnicę
w budowie wirusów i bakterii oraz mechanizm działania streptomycyny.
Transfer materiału genetycznego (DNA) między komórkami bakterii odbywa się na drodze
koniugacji, transdukcji lub transformacji:
koniugacja – polega na jednokierunkowym transferze plazmidowego DNA z jednej komórki bakteryjnej do drugiej;
transdukcja – zachodzi z udziałem wirusów;
transformacja – polega na pobieraniu przez bakterie materiału genetycznego ze środowiska.
Na podstawie: U. Kasprzykowska, M. Sobieszczańska, Plastyczność bakteryjnych genomów – międzykomórkowy
transfer informacji genetycznej, „ Postępy mikrobiologii”, 53 (2) 2014.
5.1. (0–1)
Uporządkuj przedstawione poniżej etapy koniugacji bakterii (A– E) w kolejności
ilustrującej przebieg tego procesu.
Kolejność:
5.2. (0–1)
Uzasadnij, że do przekazania informacji genetycznej zapisanej w plazmidzie, na drodze
koniugacji, wystarczy przeniesienie do komórki – biorcy tylko jednej nici DNA
plazmidowego.
5.3. (0–1)
Uzasadnij, że bakteria, która jest biorcą DNA plazmidowego w procesie koniugacji, może
odnieść korzyści z tego procesu. W odpowiedzi uwzględnij przykład takiej korzyści.
5.4. (0–1)
Uzasadnij, że bakteriofagi mogą być wektorami przenoszącymi DNA pomiędzy
komórkami bakterii.
5.5. (0–1)
Wyjaśnij, dlaczego intensywna międzykomórkowa wymiana informacji genetycznej
zachodząca w populacji bakterii zapewnia tym mikroorganizmom bardzo szybkie tempo
ewolucji adaptacyjnej.
5.6. (0–1)
Do podanych w tabeli cech wektora plazmidowego 1.–3., wykorzystywanego przy
wprowadzaniu obcego DNA do komórek bakterii, przyporządkuj spośród A–D
po jednym jego znaczeniu w tym procesie.
Umożliwia rozdzielenie wektorów do komórek potomnych.
Umożliwia selekcję szczepów, które pobrały plazmid.
Umożliwia włączenie obcego DNA do wektora plazmidowego.
Ułatwia miejscowe rozplecenie helisy DNA.
Cecha wektora plazmidowego
Znaczenie podczas wprowadzania DNA do bakterii
1.
Miejsce inicjacji replikacji bogate w pary AT, a nie – w pary CG.
2.
Obecność fragmentu z wieloma miejscami rozpoznawalnymi przez enzymy restrykcyjne.
Skonstruowano sztucznego bakteriofaga, łącząc osłonkę białkową (kapsyd) bakteriofaga A
i DNA bakteriofaga B.
Tak skonstruowanym bakteriofagiem zainfekowano komórki pewnych bakterii. Bakteriofagi
uległy namnożeniu w komórkach bakterii, a następnie opuściły je poprzez zniszczenie komórki
i zainfekowały następne bakterie.
Na podstawie: Wang i wsp., Bacteriophage T4 self-assembly: in vitro reconstitution of recombinant gp2 into infectious phage,
„Journal of Bacteriology” 182(3), 2000.
4.1. (0–1)
Dokończ zdanie. Zaznacz odpowiedź A albo B oraz odpowiedź 1. albo 2.
Bakteriofag namnożony w komórkach bakteryjnych po infekcji tych komórek sztucznym
bakteriofagiem będzie się składał z
A.
osłonki białkowej bakteriofaga A
oraz
1.
DNA bakteriofaga A.
B.
osłonki białkowej bakteriofaga B
2.
DNA bakteriofaga B.
4.2. (0–1)
Określ, czy sztuczny bakteriofag, którym zainfekowano bakterie, przechodził w tych
komórkach cykl lityczny, czy – cykl lizogeniczny. Odpowiedź uzasadnij, odwołując się
do charakterystycznych cech tego cyklu.
Jedną z eksperymentalnych form terapii antybakteryjnej jest terapia fagowa. W preparatach
fagowych są zawarte wirusy bakteryjne (bakteriofagi) działające na określone szczepy
bakteryjne. Bakteriofag wytwarza białka adhezyny, rozpoznające receptory na komórkach
określonych szczepów bakterii, i produkuje enzymy degradujące elementy ściany komórkowej
lub otoczki bakterii.
Preparaty fagowe przygotowuje się indywidualnie dla każdego pacjenta: selekcjonuje się szczep
bakteriofaga, który skutecznie się namnaża i niszczy patogenne bakterie wyizolowane
z organizmu pacjenta. Preparaty fagowe stosuje się m.in. doustnie i wówczas, w celu
ograniczenia inaktywacji fagów, pacjentowi podaje się również środki zobojętniające sok
żołądkowy.
Na podstawie: https://www.iitd.pan.wroc.pl/pl/OTF/ZasadyTerapiiFagowej.html;
P. Kowalczyk i inni, Terapia fagowa – nadzieje i obawy, „Nowa Medycyna”, 2/2013.
6.1. (0–1)
Określ, które bakteriofagi – przeprowadzające przede wszystkim cykl lityczny czy cykl
lizogeniczny – są wykorzystywane w opisanej terapii fagowej. Odpowiedź uzasadnij.
6.2. (0–1)
Wyjaśnij, w jaki sposób niskie pH soku żołądkowego może spowodować inaktywację
preparatów fagowych. W odpowiedzi uwzględnij budowę bakteriofagów.
6.3. (0–1)
Oceń, czy poniższe stwierdzenia dotyczące problemów związanych ze stosowaniem terapii
fagowej są prawdziwe. Zaznacz P, jeśli stwierdzenie jest prawdziwe, albo F – jeśli jest
fałszywe.
1.
Przez wirusy wykorzystywane w terapii fagowej mogą zostać zainfekowane komórki człowieka.
P
F
2.
Szczepy bakterii chorobotwórczych mogą nabywać oporności na fagi.
P
F
3.
W terapii fagowej kluczowe jest znalezienie bakteriofaga działającego swoiście na szczepy bakterii danego pacjenta.
P
F
6.4. (0–1)
Spośród wymienionych poniżej chorób człowieka wybierz i podkreśl wszystkie te, które
wywoływane są przez bakterie.
U osoby chorej na SCID (rodzaj ciężkiego złożonego niedoboru odporności), u której komórki
szpiku kostnego nie działają prawidłowo z powodu mutacji genowej na chromosomie X,
zastosowano przedstawioną poniżej metodę leczenia.
Sklonowano prawidłowy allel, który nie warunkuje wystąpienia choroby (nieobecny w komórkach pacjenta).
Preparat 3TC blokuje działanie odwrotnej transkryptazy – enzymu, który HIV wykorzystuje
do wytworzenia cząsteczek DNA na podstawie swojego genomu. Cząsteczka 3TC ma budowę
podobną do nukleotydu cytozynowego i dlatego odwrotna transkryptaza wirusa wbudowuje
do tworzącego się DNA cząsteczki 3TC, zamiast nukleotydu cytozynowego. Przez ten błąd
niemożliwe staje się dalsze wydłużanie nici DNA. Istnieją szczepy HIV mające odwrotne
transkryptazy odróżniające cząsteczki 3TC od nukleotydu cytozynowego i są one niewrażliwe
na 3TC.
Na wykresie przedstawiono nabywanie oporności HIV na lek 3TC u trzech pacjentów.
a)
Wyjaśnij, dlaczego preparat 3TC uniemożliwia integrację materiału genetycznego wirusa z genomem gospodarza. W odpowiedzi uwzględnij mechanizm działania odwrotnej transkryptazy.
b)
Na podstawie wykresu wyjaśnij mechanizm nabywania oporności HIV na 3TC u pacjentów, u których stosowano ten preparat.
W 2008 r. nagrodę Nobla w dziedzinie medycyny przyznano m.in. za odkrycie, że wirus
brodawczaka ludzkiego (HPV) może być jednym z czynników wywołujących raka szyjki
macicy. Choroba ta jest jedną z najgroźniejszych nowotworowych chorób kobiecych, na którą
rocznie umiera na świecie około 300 tys. kobiet.
Jak to odkrycie jest wykorzystane w profilaktyce medycznej?
Interferony to substancje białkowe wytwarzane przez komórki zwierzęce, głównie leukocyty,
w odpowiedzi na infekcję wirusową. W swoim działaniu interferony nie wykazują swoistości
(gatunkowej) wobec wirusów.
W jaki sposób interferony zwalczają wirusy? Podaj dwa przykłady.
Bakteriofagi (fagi) to wirusy atakujące bakterie. W cyklach litycznych dochodzi do lizy
komórki bakteryjnej i powstaje wiele nowych fagów. W cyklach lizogennych bakteriofagi
nie są namnażane i nie dochodzi do zniszczenia komórek bakterii. Poniżej, bez zachowania
kolejności, wymieniono etapy cyklu rozwojowego faga.
Acyklowir (ACV) to jeden z leków przeciwwirusowych. Jest on pochodną deoksyguanozyny,
w której zmodyfikowana została reszta cukrowa. Uzyskany w ten sposób analog
nukleozydowy jest specyficznym inhibitorem replikacji wirusa opryszczki, ospy wietrznej
i półpaśca.
W zainfekowanej wirusem komórce acyklowir (ACV) uzyskuje aktywność wtedy,
gdy w wyniku trzech kolejnych etapów fosforylacji zostanie przekształcony do postaci
trifosforanu. W genomie wirusa, który stanowi liniowy, dwuniciowy DNA, znajduje się
gen kodujący enzym kinazę tymidynową, która umożliwia pierwszą fosforylację ACV, natomiast kolejne fosforylacje tego związku są katalizowane przez enzymy zainfekowanej komórki,
aż do powstania trifosforanu. W ten sposób ACV wprowadzany jest do puli nukleotydów,
jako substrat dla polimerazy DNA wirusa, w wyniku czego staje się konkurentem deoksyguanozynotrifosforanu. Gdy trifosforan ACV zostanie włączony do nowo
zreplikowanego łańcucha wirusowego DNA, zaczyna działać jako sygnał kończący replikację, gdyż pozbawiony jest grupy 3’OH.
Stwierdzono, że komórkowa polimeraza DNA nie jest wrażliwa na trifosforan acyklowiru.
Na podstawie J. Nicklin, K. Graeme-Cook, R. Killington: Krótkie wykłady. Mikrobiologia. Warszawa 2008.
6.1. (0–1)
Spośród rysunków A–D przedstawiających wybrane nukleozydy wybierz i zaznacz deoksyguanozynę. Podaj, na czym polega różnica między budową nukleotydu a budową nukleozydu w DNA.
6.2. (0–2)
Na podstawie analizy tekstu uzupełnij zdania 1. i 2., tak aby były prawdziwe: podkreśl właściwe określenia w nawiasach oraz oznaczenia literowe odpowiednich informacji spośród A–C.
Informacje:
komórkowa polimeraza DNA nie rozpoznaje trifosforanu ACV jako substratu w procesie replikacji.
wirusowa polimeraza DNA dobudowuje do replikowanej nici DNA trifosforan ACV
w miejsce nukleotydu guaninowego.
w tych komórkach brakuje kinazy tymidynowej niezbędnej do ufosforylowania ACV.
Zdanie 1. Acyklowir jest (szkodliwy/nieszkodliwy) dla zdrowych, niezainfekowanych
komórek człowieka, ponieważ A / B / C.
Zdanie 2. Acyklowir jest (szkodliwy/nieszkodliwy) dla komórek człowieka zainfekowanych
wirusem, ponieważ A / B / C.
6.3. (0–1)
Wymienione poniżej etapy infekcji wirusowej uporządkuj we właściwej kolejności – wpisz w tabelę numery 2–5.
Etapy infekcji wirusowej
Kolejność
Łączenie białek wirusowych z materiałem genetycznym wirusa.
Rozpoznawanie przez cząstki wirusa odpowiednich receptorów na powierzchni atakowanej komórki.
1
Uwalnianie nowych wirionów.
Replikacja materiału genetycznego wirusa.
Wnikanie wirionu do wnętrza komórki i rozpad kapsydu.
Do połowy lat 60-tych XX wieku przebieg ekspresji informacji genetycznej u wszystkich
organizmów wg schematu: DNA → RNA → polipeptyd (białko), uznawano w biologii
za dogmat. Kiedy odkryto RNA-wirusy (np. retrowirusy, takie jak wirus HIV), okazało się,
że ekspresja informacji genetycznej może mieć inny przebieg.
Uzupełnij zapis przebiegu ekspresji informacji genetycznej u retrowirusów – podaj nazwy poszczególnych etapów, które należy wpisać nad strzałkami 1–4.
Wirusy roślinne przenoszone są z rośliny na roślinę przeważnie przez owady odżywiające się
sokiem roślinnym. Aby przenieść się z zainfekowanej komórki roślinnej do komórki
sąsiedniej, nie muszą dokonywać lizy komórki lub odpączkowywać, tak jak wirusy
zwierzęce.
a)
Podaj nazwę struktur występujących w komórce roślinnej, przez które mogą przenosić się wirusy roślinne z komórek zainfekowanych do komórek sąsiednich.
b)
Podaj przykład funkcji, jaką te struktury pełnią w komórce roślinnej.
W skład białek osłonki niektórych bakteriofagów wchodzi siarka. Komórka bakteryjna została
zainfekowana fagami, którym wcześniej wbudowano w białka osłonek radioaktywne izotopy
siarki.
Określ, czy w osłonkach białkowych fagów, które zostaną namnożone w opisanej komórce bakteryjnej, będą występowały radioaktywne izotopy siarki. Odpowiedź uzasadnij.
Wiele osób nie zdaje sobie sprawy z tego, że są nosicielami HCV – wirusa powodującego
wirusowe zapalenie wątroby typu C (WZW typu C). Każdego roku rośnie liczba nosicieli
wirusa, rośnie też zagrożenie epidemiologiczne. Wirus ten przenosi się podczas kontaktu krwi
osoby zdrowej z krwią nosiciela.
Sformułuj dwa zalecenia, które zmniejszają ryzyko zakażenia wirusem HCV podczas zabiegów medycznych.
Rak wątroby jest chorobą, która może mieć wiele przyczyn. Jedną z nich jest wirusowe zapalenie wątroby typu B, wywołane przez wirus HBV. Wirus ten przenosi się podczas kontaktu z zakażoną krwią lub płynami ustrojowymi i namnaża się w komórkach wątroby. Według Światowej Organizacji Zdrowia (WHO) znacząca część ludzkości jest zainfekowana wirusem, ale u wielu ludzi zakażenie jest bezobjawowe i dochodzi do pełnego wyleczenia połączonego z nabyciem odporności. Ze względu na zmienność sekwencji DNA wirusa wyróżnia się kilka jego typów. WHO zaleca szczepienia przeciw HBV. W diagnostyce zakażeń wirusem HBV stosuje się kilka metod:
I. metodę serologiczną, w której wykrywa się we krwi antygeny powierzchniowe wirusa;
II. metodę serologiczną, w której wykrywa się we krwi przeciwciała przeciwko antygenom wirusa;
III. metodę, w której wykorzystuje się jedną z technik inżynierii genetycznej – technikę PCR.
6.1. (0–1)
Oceń, czy sformułowane przez uczniów hasła propagujące szczepienia przeciw HBV zawierają informacje prawdziwe. Zaznacz P, jeśli informacja jest prawdziwa, albo F – jeśli jest fałszywa.
1.
Należy zaszczepić się przeciw HBV, aby zmniejszyć ryzyko zachorowania na wirusowe zapalenie wątroby typu B.
P
F
2.
Należy zaszczepić się przeciw HBV w celu zabezpieczenia się przed wniknięciem wirusa HBV do organizmu.
P
F
3.
Należy zaszczepić się przeciw HBV, ponieważ dzięki temu uniknie się zachorowania na raka wątroby.
P
F
6.2. (0–1)
Określ, za pomocą której metody diagnostycznej (I–III) można stwierdzić, że osoba zdrowa, która nie była szczepiona przeciw HBV, w przeszłości przeszła wirusowe zapalenie wątroby typu B. Odpowiedź uzasadnij.
6.3. (0–1)
Podaj, którą metodę (I–III) należy zastosować, aby można było z największą dokładnością określić typ wirusa HBV, który w badanej próbce krwi znajduje się w bardzo małej ilości. Odpowiedź uzasadnij.
Wirusy grypy należą do RNA wirusów. Wyróżnia się trzy typy wirusów grypy – typu A, typu B lub typu C. Duża zmienność tych wirusów i powstawanie nowych szczepów utrudniają ich klasyfikację. W wirusach grypy typu A łatwo dochodzi do wymiany genów, określanej jako skok antygenowy. Ponadto występujące wśród RNA wirusów częste mutacje są przyczyną występowania epidemii grypy. Profilaktyka zakażeń wirusem grypy polega na stosowaniu szczepionek, jednak każdego roku trzeba przyjmować nową szczepionkę.
a)
Uwzględniając mechanizm działania szczepionki, uzasadnij, dlaczego konieczne jest coroczne powtarzanie szczepienia przeciw grypie.
b)
Wyjaśnij, dlaczego duża zmienność genetyczna wirusów grypy przyczynia się do występowania epidemii tej choroby.
