Szacuje się, że jelito człowieka zamieszkuje 500–1000 gatunków bakterii. W różnych częściach
jelita człowieka bytują odmienne gatunki bakterii.
Zbadano genom bakterii Bacteroides thetaiotaomicron żyjącej w ludzkich jelitach
i stwierdzono, że występują w nim m.in. geny zaangażowane w syntezę węglowodanów oraz
witamin niezbędnych dla człowieka.
Odkryto również, że ta bakteria wydziela cząsteczki sygnałowe, które aktywują w komórkach
człowieka geny odpowiedzialne za budowanie sieci naczyń krwionośnych niezbędnych
do wchłaniania cząstek pokarmowych. Inny rodzaj wydzielanych przez nią cząsteczek
sygnałowych pobudza z kolei komórki jelita człowieka do produkowania substancji
antybakteryjnych, na które bakteria Bacteroides thetaiotaomicron nie jest wrażliwa,
ale zmniejszają one liczebność populacji innych, konkurujących z nią gatunków bakterii.
Na podstawie: N.A. Campbell i inni, Biologia, Poznań 2013.
20.1. (0–1)
Określ, czy bakteria Bacteroides thetaiotaomicron jest dla człowieka komensalem,
czy – gatunkiem mutualistycznym. Odpowiedź uzasadnij, odnosząc się do przedstawionych
informacji.
20.2. (0–1)
Wybierz spośród wymienionych witamin i podkreśl tę, którą organizm człowieka
pozyskuje również dzięki wytwarzaniu jej przez bakterie jelitowe.
Trójkowość – jedna z cech kodu genetycznego – oznacza, że trzy kolejne nukleotydy kodonu
DNA (i mRNA) kodują jeden aminokwas w łańcuchu polipeptydowym, np. kodon CCG
u wszystkich organizmów koduje prolinę. Geny mogą ulec ekspresji, dzięki której może
powstać określone białko nawet po przeniesieniu między gatunkami, czego przykładem jest
wytwarzanie ludzkiej insuliny przez bakterie.
a)
Podaj cechę kodu genetycznego (inną niż trójkowość), którą opisano w tekście zadania.
b)
Określ, czy bakterie produkujące ludzką insulinę są organizmami zmodyfikowanymi genetycznie. Odpowiedź uzasadnij.
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.
Fibroblasty to komórki tkanki łącznej właściwej. Aktywne metabolicznie fibroblasty mogą być
rozpoznane dzięki obecności szorstkiej siateczki śródplazmatycznej. Nieaktywne fibroblasty,
zwane także fibrocytami, są mniejsze i mają zredukowaną siateczkę śródplazmatyczną.
Fibroblasty wytwarzają m.in. kolagen i mają zdolność do podziałów mitotycznych, których
częstość zwiększa się podczas regeneracji tkanki łącznej.
Wykonano doświadczenie, w którym badano wpływ płytkowego czynnika wzrostu (PDGF),
wytwarzanego przez płytki krwi, na podział komórek fibroblastów. W tym celu przygotowano
hodowlę ludzkich fibroblastów, które w swojej błonie komórkowej mają receptory dla PDGF.
Uzyskane fibroblasty rozdzielono do dwóch wyjałowionych naczyń zawierających
odpowiednie podłoże hodowlane z solami mineralnymi, aminokwasami, glukozą
i antybiotykiem. Przygotowano z nich dwa zestawy doświadczalne:
zestaw 1. – zawierający podłoże hodowlane i fibroblasty,
zestaw 2. – zawierający podłoże hodowlane i fibroblasty oraz czynnik wzrostu (PDGF).
Oba naczynia umieszczono w inkubatorze o temperaturze 37°C. Podziały fibroblastów
zaobserwowano jedynie w naczyniu 2.
Na podstawie: N.A. Campbell i inni, Biologia, Poznań 2012.
11.1. (0–1)
Wybierz spośród A–D i zaznacz hipotezę badawczą, która mogła być sprawdzana
w opisanym doświadczeniu.
Do działania PDGF wymagana jest obecność glukozy.
Płytkowy czynnik wzrostu – PDGF – wywołuje podziały komórek fibroblastów.
Temperatura ma wpływ na podziały komórek fibroblastów poprzez działanie PDGF.
Aby zachodziły podziały komórkowe fibroblastów, niezbędny jest antybiotyk.
11.2. (0–1)
Określ, który z zestawów – 1. czy 2. – był próbą kontrolną w opisanym doświadczeniu.
Odpowiedź uzasadnij, odnosząc się do znaczenia tej próby w interpretacji wyników.
11.3. (0–1)
Uzasadnij, dlaczego konieczne było wyjałowienie naczyń hodowlanych oraz dodanie
antybiotyku do podłoża, na którym hodowano fibroblasty. W odpowiedzi uwzględnij
znaczenie tych czynności dla interpretacji wyników doświadczenia.
11.4. (0–1)
Wyjaśnij, uwzględniając rolę siateczki śródplazmatycznej szorstkiej, dlaczego aktywne
fibroblasty i fibrocyty mają różną ilość tej siateczki.
11.5. (0–1)
Wyjaśnij, dlaczego płytkowy czynnik wzrostu (PDGF) jest uwalniany przez płytki krwi
w organizmie człowieka w miejscu zranienia, np. skóry.
Syntezę związków organicznych u pewnych bakterii chemosyntetyzujących poprzedzają
poniższe reakcje chemiczne.
2NH3 + 3O2 → 2HNO2 + 2H2O + energia
2HNO2 + O2 → 2HNO3 + energia
Podaj nazwę grupy bakterii chemosyntetyzujących, które przeprowadzają przedstawione
reakcje chemiczne, i określ znaczenie tych reakcji dla organizmów przeprowadzających
chemosyntezę.
Geny organizmów eukariotycznych mogą być przechowywane w tzw. bibliotekach genów.
Wyróżnia się ich dwa rodzaje:
biblioteki genomowe – są otrzymywane przez wyizolowanie i oczyszczenie całego genomowego DNA danego organizmu, a następnie przez pocięcie go i umieszczenie w wektorach.
biblioteki cDNA – zbiór klonów komórek bakteryjnych, np. Escherichia coli, zawierający cDNA komplementarny do mRNA całego transkryptomu danego organizmu.
Podaj, którą z bibliotek genów organizmu eukariotycznego – genomową czy cDNA –
należy wykorzystać w celu uzyskania produktów białkowych w komórkach bakterii.
Odpowiedź uzasadnij.
Insulina jest hormonem białkowym (peptydowym) wytwarzanym przez organizm człowieka,
regulującym poziom cukru we krwi. Niedobór tego hormonu prowadzi do cukrzycy, a ta –
do zaburzenia pracy wielu narządów. Insulinę jako substancję leczniczą pozyskiwano dawniej
z organizmów zwierząt hodowlanych. Ta insulina nieco różni się składem aminokwasowym
od insuliny ludzkiej. Obecnie insulina jest produkowana biotechnologicznie przez pałeczki
okrężnicy (bakterie) zmodyfikowane technikami inżynierii genetycznej poprzez
wprowadzenie do nich genu ludzkiej insuliny.
a)
Podaj nazwę narządu, którego komórki wytwarzają insulinę, oraz jej rolę w regulacji poziomu cukru w organizmie człowieka.
Nazwa narządu:
Rola insuliny:
b)
Na podstawie tekstu i własnej wiedzy sformułuj argument potwierdzający korzyści dla człowieka wynikające ze stosowania insuliny pochodzenia biotechnologicznego, w porównaniu z insuliną odzwierzęcą.
c)
Wyjaśnij, dlaczego insulina nie może być stosowana jako lek – doustnie. W odpowiedzi odnieś się do jej właściwości chemicznych.
Wśród mikroflory jelita krwiopijnego pluskwiaka Rhodnius prolixus, który jest wektorem
świdrowca wywołującego u ludzi groźną chorobę Chagasa, dominuje bakteria –
Rhodococcus rhodnii. Do genomu tej bakterii wprowadzono gen ćmy kodujący cekropinę A –
peptyd wywołujący śmierć świdrowca. W wyniku tego w ciele pluskwiaka liczba świdrowców
znacznie spadła. Preparaty zawierające transgeniczne bakterie Rhodococcus rhodnii mogą być
wykorzystywane do zapobiegania roznoszenia choroby Chagasa poprzez wprowadzanie ich do
środowiska życia pluskwiaków.
Na podstawie: M. Kukla, Z. Piotrowska-Seget, Symbioza owady – bakterie, „Kosmos”, t. 60/2011.
19.1. (0–1)
Wyjaśnij, dlaczego gen kodujący cekropinę A wprowadza się do genomu bakterii Rhodococcus rhodnii w postaci cDNA otrzymanego w wyniku odwrotnej transkrypcji na matrycy eukariotycznego mRNA.
19.2. (0–1)
Uzasadnij tezę, że stosowanie preparatów zawierających transgeniczne bakterie Rhodococcus rhodnii w celu zapobiegania roznoszenia choroby Chagasa jest korzystniejsze dla środowiska niż stosowanie chemicznych metod zwalczania tego pluskwiaka.
