Antibiotikaresistens og Lenski-eksperimentet Biologi 2 E26
Lov på eksamen
- Enkel vitenskapelig kalkulator
- Trykte hjelpemidler og egne notater på papir
Ikke datamaskin, CAS, graftegner eller regneark.
Kan den løses uten PC?
Alle deloppgavene kan løses uten PC.
Fra 2027 er det bare kalkulator og skriftlige hjelpemidler på del 2. Vurderingen er gjort med KI og kan inneholde feil.
Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.
Bakterien Escherichia coli (E. coli) skal brukes i et forsøk for å teste om et gen gir antibiotikaresistens. Figur 1 illustrerer de fire petriskålene som blir brukt i forsøket, med en beskrivelse av innholdet i hver av dem. Bare bakteriene i skål 3 og 4 har fått satt inn genet for antibiotikaresistens.
Vil bakteriene formere seg i skål 1? Vil de formere seg i skål 2? Husk å begrunne svarene.
Hvilke to skåler vil du sammenligne for å finne ut om genet gir antibiotikaresistens?
To plasmider ble kuttet med samme restriksjonsenzym. Figur 2 illustrerer restriksjonssetene der enzymet kuttet (hvert plasmid har tre restriksjonsseter). Etterpå ble produktene kjørt på gelelektroforese.
Skisser resultatet av gelelektroforesen.
Lenski-eksperimentet er et evolusjonseksperiment med bakterien E. coli som har pågått uavbrutt siden 1988. Da ble en genetisk identisk populasjon fordelt i tolv flasker. Hver dag siden forsøket startet, har forskere overført en liten del (omtrent 1 %) av hver populasjon til en ny flaske med næring. De tolv nye populasjonene dyrkes deretter i ett døgn.
Figur 3 viser veksten til én av bakteriepopulasjonene gjennom ett døgn. Forklar vekstkurvens form.
Bakteriene fikk en bestemt mengde glukose og sitronsyre. Vanligvis kan ikke E. coli ta opp sitronsyre, men etter 33 000 generasjoner oppstod en mutasjon som gjorde det mulig for bakteriene å ta opp sitronsyre fra miljøet.
Forklar hvorfor bakterier som tar opp sitronsyre, kan bruke syra som energikilde.
Fasit
1) Skål 1: ja, det er næring og ikke antibiotika. Skål 2: nei (eller svært lite), antibiotikaen dreper eller hemmer bakteriene, som ikke er resistente.
Skål 2 og 4.
Tre bånd per plasmid. Plasmid 1: stort (gult), middels (rødt) og lite (blått) fragment. Plasmid 2: stort (gult), middels (blått) og svært lite (rødt) fragment. Det minste fragmentet vandrer lengst mot plusspolen.
Nølefase (lite vekst mens bakteriene tilpasser seg), eksponentiell vekst (rikelig næring), deretter stasjonær fase når næringen blir begrensende og populasjonen når bæreevnen.
Sitronsyre (sitrat) er et av molekylene i sitronsyresyklusen (krebssyklusen). Den kan gå rett inn i syklusen og brytes ned til , mens det dannes ATP, NADH og .
LøsningsforslagKI-generert
I skål 1 vil bakteriene formere seg. Næringsagaren gir dem det de trenger for å vokse, og det er ingen antibiotika som hemmer dem.
I skål 2 vil bakteriene ikke formere seg, eller bare svært lite. Bakteriene er ubehandlede og mangler genet for resistens. Antibiotikaen dreper dem eller hindrer dem i å dele seg.
Vi sammenligner skål 2 og skål 4. Begge har antibiotika, og den eneste forskjellen er om bakteriene har fått satt inn genet. Vokser bakteriene i skål 4, men ikke i skål 2, gir genet antibiotikaresistens. Skål 1 og 3 er kontroller som viser at bakteriene kan vokse når det ikke er antibiotika.
Plasmidene er ringformede. Tre restriksjonsseter i en ring gir derfor tre fragmenter per plasmid. I figuren er fragmentene vist som gul, rød og blå del. Lengden på hver del sier hvor stort fragmentet er.
I gelelektroforese er DNA negativt ladet og vandrer mot plusspolen. Små fragmenter kommer lettere gjennom gelen og vandrer lengst.
- Plasmid 1: Den gule delen er størst og blir nærmest brønnen. Den røde er middels, og den blå er minst og vandrer lengst.
- Plasmid 2: Den gule delen er størst. Den blå er middels. Den røde er svært liten og vandrer lengst av alle.
Plasseringen mellom de to brønnene er grovt anslått ut fra buelengdene i figuren i oppgaven. Vi antar da at de to plasmidene er like store.
Kurven har tre faser:
- Nølefase (ca. 0–4 timer): Bare ca. 1 % av populasjonen ble overført til den nye flasken. Populasjonen er derfor liten, og tettheten øker lite. Bakteriene tilpasser seg det nye miljøet og lager enzymer før de begynner å dele seg raskt.
- Eksponentiell vekst (ca. 4–10 timer): Det er rikelig med næring og plass. Bakteriene deler seg med jevn fart, og antallet dobles med faste mellomrom. Kurven blir bratt.
- Stasjonær fase (ca. 10–24 timer): Næringen (glukose) blir brukt opp, og avfallsstoffer hoper seg opp. Delingen avtar, og like mange bakterier dør som dannes. Populasjonen har nådd bæreevnen, og kurven flater ut.
Helt mot slutten synker kurven litt. Det kan være begynnelsen på en dødsfase når næringen er brukt opp.
Sitronsyre (sitrat) er et av molekylene i sitronsyresyklusen (krebssyklusen) i celleåndingen. Syklusen starter med at acetyl-CoA og oksaloacetat danner sitronsyre.
Når bakteriene kan ta opp sitronsyre, kan den gå rett inn i syklusen. Der brytes den trinnvis ned til . Energien overføres til ATP og til energibærerne NADH og . NADH og leverer elektroner til elektrontransportkjeden, der det dannes mye ATP. Sitronsyre er derfor en energikilde på samme måte som glukose.