1. Strona główna
  2. Zadania maturalne z biologii
  3. Zbiór zadań CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2015)

Biologia - Zbiór zadań CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 104.

Kategoria: Inżynieria i badania genetyczne Typ: Uzupełnij/narysuj wykres, schemat lub tabelę Podaj i uzasadnij/wyjaśnij

Na rysunku przedstawiono jedno z najczęściej stosowanych przedsięwzięć inżynierii genetycznej roślin – otrzymywanie odmian odpornych na żerowanie larw owadów. Dawcą genu używanego do wzbogacenia genomu roślinnego w sekwencję kodującą toksyczne dla owadów białko jest najczęściej bakteria glebowa Bacillus thuringiensis. Cyframi oznaczono kolejne etapy otrzymywania odmiany ziemniaka odpornej na zgryzanie przez gąsienice.

Na podstawie: J. Buchowicz, Biotechnologia molekularna, Warszawa 2012, s. 51–63, 75–77, 81–83.
a)Do każdego opisu etapu, podanego w tabeli w przypadkowej kolejności, przyporządkuj oznaczenie jego oznaczenie cyfrowe zaznaczone na rysunku (1–7).
Opis etapu Oznaczenie cyfrowe etapu
Fragmentacja cząsteczki DNA.
Wyizolowanie cząsteczki DNA.
Wzrost i rozwój rośliny transgenicznej.
Klonowanie transformowanych komórek.
Różnicowanie się komórek i organogeneza.
Wprowadzenie genu do DNA komórek biorcy genu.
Identyfikacja fragmentu DNA zawierającego gen dawcy.
b)Określ, czy w opisanej procedurze znajduje zastosowanie metoda PCR (łańcuchowa reakcja polimerazy). Odpowiedź uzasadnij.
c)Podaj nazwę cząsteczek opisanych w poniższym tekście oraz oznaczenie cyfrowe etapu, w którym zostały one zastosowane.

Białka te charakteryzują się wysokim stopniem specyficzności substratowej – katalizują hydrolizę tylko niektórych, ściśle określonych wiązań estrowych i tylko w dwuniciowym DNA. Wybór wiązań zależy od występowania specyficznej, niewielkiej sekwencji zasad azotowych w makrocząsteczce DNA.

d)Zaznacz zdanie, w którym podano niewłaściwy cel otrzymywania transgenicznych odmian ziemniaków. Odpowiedź uzasadnij.
  1. Uzyskanie odporności bulw na mróz.
  2. Zwiększenie zawartości skrobi w bulwach.
  3. Terapia genowa komórek somatycznych człowieka.
  4. Wytwarzanie składników szczepionek - antygenów lub przeciwciał.

Uzasadnienie:

Rozwiązanie

a)
(0-1)
2, 1, 7, 5, 6, 4, 3

b)
(0-1)
Przykłady poprawnych odpowiedzi
  • Metoda PCR znajduje zastosowanie w przedstawionej procedurze (na etapie 2.). Może być użyta do (szybkiego) wielokrotnego powielania (amplifikacji) zidentyfikowanego (pożądanego) fragmentu DNA (genu / dowolnej sekwencji DNA), dzięki czemu wprowadzanie transgenu do komórek kalusa ziemniaka może być bardziej skuteczne (wydajne).
  • Metoda PCR znajduje zastosowanie w przedstawionej procedurze. Może być użyta do stwierdzenia integracji transgenu z DNA rośliny (ziemniaka). Po wyizolowaniu DNA rośliny transgenicznej można je użyć do wielokrotnego powielenia, po czym zastosować sondę molekularną wykrywającą transgen w materiale genetycznym rośliny.

c)
(0-1)
Enzymy restrykcyjne (endonuklezy restrykcyjne / restryktazy). Etap 2.

d)
(0-1)
C
Przykłady poprawnych odpowiedzi

Uzasadnienie:

  • Człowiek spożywa bulwy ziemniaka. DNA transgenicznego ziemniaka jest trawione w przewodzie pokarmowym człowieka. Dlatego taka roślina nie może być wykorzystana do wprowadzenia prawidłowej kopi genu do DNA człowieka, co jest konieczne w terapii genowej.
  • Rośliny (komórki roślinne) nie wnikają do komórek człowieka (DNA roślin nie integruje z DNA człowieka). Transgeniczne rośliny nie mogą być więc stosowane jako wektory wprowadzające prawidłowy ludzki gen do DNA człowieka.

Wskazówki

a)
Analizując rysunek, prześledź kolejne informacje podane w formie graficznej, uzupełnionej krótkimi opisami. Od razu konfrontuj je ze swoja wiedzą o podstawowych metodach i technikach stosowanych w biotechnologii, a dokładnie – o procedurze prowadzącej do otrzymania transgenicznego organizmu – w tym przypadku transgenicznej rośliny. Zwróć również uwagę na terminologię naukową, stosowaną w procedurze zwanej popularnie inżynierią genetyczną. Do krótkich opisów poszczególnych etapów dobieraj oznaczenia cyfrowe zastosowane do poszczególnych fragmentów rysunku, czyli właściwie dopasuj do opisów określone części rysunku.

b)
Najpierw przypomnij sobie, na czym polega metoda zwana reakcją łańcuchową polimerazy, w skrócie PCR (ang. polymerase chain reaction), oraz jaki jest cel jej stosowania. Metoda ta polega na automatycznym, odbywającym się w probówce, powielaniu wybranego fragmentu DNA. Oprócz wyjściowego DNA w probówce znajdują się startery wykorzystywane w syntezie DNA oraz specjalna polimeraza Taq. Celem zastosowania tej metody jest szybkie otrzymanie wielu kopii wybranego fragmentu DNA (genu). Następnie przyjrzyj się narysowanej procedurze pod kątem przydatności tej metody, tj. przeanalizuj i zdecyduj, w którym etapie przedstawionej procedury, prowadzącej do otrzymania transgenicznej rośliny, metoda PCR ewidentnie zwiększa wydajność (skuteczność) tego etapu, a zatem i całej procedury.

c)
W krótkim opisie cząsteczek wyszukaj każdą informację, która pozwala na ustalenie, jakich cząsteczek ten opis dotyczy: białka, wykazują aktywność katalityczną, rozpoznają specyficzne sekwencje nukleotydowe w DNA, rozcinają w ich obrębie wiązania estrowe pomiędzy nukleotydami. Po rozszyfrowaniu, o jakich cząsteczkach mówi opis, odnajdź na rysunku etap procedury, w którym aktywność tych cząsteczek została wykorzystana.

d)
Przy okazji tego polecenia warto przypomnieć sobie, jakie są najważniejsze cele otrzymywania roślin transgenicznych (inaczej: najczęściej wykorzystywane przez człowieka zastosowania tych roślin). Jednocześnie warto zastanowić się, na czym polega terapia genowa komórek somatycznych człowieka – ogólnie terapia genowa człowieka – oraz jakie są metody wprowadzania genu do komórek ludzkich (ogólnie – zwierzęcych). Należy skonfrontować sposób wprowadzania genu do komórek ludzkich z możliwością wykorzystania do tego celu komórek roślinnych, które:
  1. nie ulegają fuzji z komórkami zwierzęcymi, w tym ludzkimi,
  2. mają DNA nieintegrujące się samoistnie z DNA zwierzęcym, w tym DNA ludzkim i niepodlegające ekspresji w tych komórkach.

Zwróć również uwagę na to, że bulwy ziemniaka spożywane są przez człowieka. Bulwy ziemniaka transgenicznego, które miałyby być wykorzystane w terapii genowej człowieka, również byłyby pokarmem i ich składniki (głównie skrobia, ale także DNA) ulegałyby trawieniu w przewodzie pokarmowym człowieka.