Bioteknologi AStudentereksamenAf opgaverne 1 og 2 skal begge opgaver besvares. Af opgaverne 3 og 4 skal en og kun en af opgaverne besvares.

Onsdag den 22. august 2012kl. 09.00 - 14.00frs122-BTK/A-22082012

112494.indd 1 03/07/12 14.06

2

2    

Opgave 1 Svampe og farvestoffer

Mikroorganismer kan udnyttes bioteknologisk til produktion af farvestoffer, der ellers er svære og dyre at fremstille. For eksempel producerer skimmelsvampen Monascus spp. et orange farvestof monascorubramin. Den kemiske struktur af monascorubramin er vist på figur 2.

Skimmelsvampes vækst og produktion af farvestof styres blandt andet ved at give dem næringsmedier med forskelligt indhold af nitrogen.

 

Figur 2. Monascorubramin.

1. Angiv det asymmetriske carbonatom i farvestoffet monascorubramin vist på figur 2. Benyt bilag 1.

2. Forklar, hvorfor nitrogenrige næringsmedier kan øge svampes væksthastighed.

Figur 3 viser samhørende værdier af koncentration og absorbans af standardopløsninger med monascorubramin målt ved 450 nm.

Figur 3. Koncentration og absorbans af monascorubramin ved 450 nm og kuvettebredde 1 cm.

3. Vis, at måleresultaterne fra standardopløsningerne er i overensstemmelse med Lambert-

Beers lov.

Figur 1. Svamp på vækstmedie.

NH

O

O

O

O

Koncentration (µg/L)

Absorbans

1,0 12,08,04,02,0

0,075 0,9040,6060,4880,3250,161

6,0

112494.indd 2 03/07/12 14.06

3

3    

Forskere har oprenset farvestoffet fra svampene og fået en opløsning af monascorubramin. Absorbansen af opløsningen måles til 0,781 ved 450 nm.

4. Beregn koncentrationen af monascorubramin i opløsningen. Resultatet skal angives i µg/L.

Forskerne ønsker at undersøge, om farvestoffet monascorubramin er egnet til brug i forskellige føde- og drikkevarer.

5. Diskutér, hvilke kemiske og biologiske undersøgelser af monascorubramin det kan være

relevant at foretage, inden farvestoffet anvendes i føde- og drikkevarer.

112494.indd 3 03/07/12 14.06

4

4    

Opgave 2 Barnløshed og klamydia

Barnløshed er et stigende problem i Danmark. Hvis en kvinde ikke kan blive gravid af naturens vej, kan hun blive befrugtet ved hjælp af in vitro fertilisation, også kaldet reagensglasbefrugtning. Metoden er vist på figur 1.

 

Figur 1. In vitro fertilisation.

1. Skriv en kort tekst til figur 1, der beskriver forløbet af en in vitro fertilisation.

To dage efter udtagning af æg påbegyndes efterbehandling med et progesteronpræparat. Præparatet indtages i cirka 14 dage.

2. Forklar, hvorfor det er nødvendigt med denne efterbehandling med progesteron.  

Klamydia er en kønssygdom, som skyldes en infektion med bakterien Chlamydia trachomatis. I ubehandlet form kan sygdommen føre til barnløshed. I 2009 blev der påvist i alt 29.825 nye tilfælde i Danmark, og den rammer især unge mellem 15 og 29 år.

Et af de store problemer ved bekæmpelsen af klamydia er, at kun en mindre del af de smittede har symptomer. Således har kun omkring 25 % af de smittede kvinder symptomer. Det tilsvarende tal for mænd er cirka 50 %. Figur 2a og 2b viser antal diagnosticerede tilfælde af klamydia fordelt på køn og alder.

FSH1

7

6

5

4

3

2

112494.indd 4 03/07/12 14.06

5

5    

 

Figur 2. a) Antal diagnosticerede tilfælde af klamydia for hver 100.000 19-årige kvinder eller mænd i 2003-2009.

b) Antal diagnosticerede tilfælde af klamydia for hver 100.000 kvinder og mænd i en aldersgruppe i 2009.  

3. Redegør for udviklingen og fordelingen af personer med klamydia vist i figur 2a og 2b.

Infektion med klamydia kan påvises i en urinprøve ved hjælp af PCR og gelelektroforese. Først isolerer man DNA fra urinprøven. Dette DNA er både humant og bakterielt DNA. Så tilsætter man to primere. Den ene primer er specifik for et DNA-stykke på 260 basepar, der sidder på Chlamydia-bakteriens plasmid. Den anden er en kontrol-primer, der er specifik for et stykke humant DNA på 500 basepar. Det viser om oprensningen er lykkedes. Resultatet af PCR analyseres ved hjælp af gelelektroforese, se figur 3.

Figur 3. Gel af elektroforese af PCR-produkter. 1. Størrelsesmarkør. 2.-4. Patienter.

4. Analysér resultaterne vist i figur 3. Opgaven fortsættes næste side.

2003 2005 2007 2009

Mænd

Kvinder

Ant

al u

d af

100

.000

Årstal

8.000

7.000

6.000

5.000

4.000

3.000

2.000

1.000

0 0

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

6.000

7.000

8.000

KvinderMænd

14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29A

ntal

ud

af 1

00.0

00Aldera) b)

1 2 3 4Basepar

2000

1000

500

250 +

-

112494.indd 5 03/07/12 14.06

6

6    

Det viser sig, at klamydia kan stamme fra forskellige genetiske varianter af Chlamydia-bakterien.

5. Diskutér, hvilken betydning forskellige bakterievarianter kan have for PCR metodens sikkerhed.

 

 

112494.indd 6 03/07/12 14.06

7

7    

Opgave 3 Dolkhaler

Dolkhaler er dyr beslægtet med edderkopper og skorpioner. De har et hårdt skjold og en dolklignende hale, se figur 1. Dolkhaler er et vigtigt led i kystnære fødekæder, hvor deres æg spises af fugle.

For mennesket har dolkhalerne medicinsk betydning. Deres blod indeholder store mængder af et protein, som kan udnyttes bioteknologisk og medicinsk til påvisning af bakterier for eksempel i urin.

Proteinet reagerer med et lipopolysakkarid (LPS), som sidder i cellemembranen af visse bakterier, se figur 2.

 

Figur 2. Lipopolysakkarid (LPS) fra bakterie.

 1. Argumentér for, hvordan lipopolysakkaridet (LPS) sidder placeret i bakteriers cellemembran

ud fra stoffets struktur og polaritetsforhold. Inddrag figur 2.  

Opgaven fortsættes næste side.  

Figur 1. Dolkhaler ved Nordamerikas østkyst.

O

OH

OH

HO

OH

P

O

O

HO

O

OH

OH

O

OH O

HO

O

ONH

HOO

OH

O

OHO

O

O

HOP

HO

OO

O

OO

OO NH

O

HO

OO

HO

112494.indd 7 03/07/12 14.06

8

8    

Figur 3 viser resultatet af en række tests, hvor man ved hjælp af blodekstrakt fra dolkhaler har testet for tilstedeværelse af bakterier i urinprøver hos 18 personer. Testene er udført i små brønde.

 

Figur 3. Række A: Standarder for LPS i ng/mL: A1: 100; A2: 10; A3: 1; A4: 0,3; A5: 0.1; A6: 0. Række B, C, D: 18 forskellige urinprøver.

2. Analysér resultaterne i figur 3.

3. Giv en mulig forklaring på, hvordan den eksperimentelle metode bag testen i figur 3 virker.    

112494.indd 8 03/07/12 14.06

9

9    

På grund af den medicinske udnyttelse er bestandene af dolkhaler i stærk tilbagegang, og de er muligvis udryddelsestruede. Den genetiske variation kan sige noget om arternes mulighed for at overleve. Derfor undersøger man, hvor stor den genetiske variation er inden for og imellem de tilbageværende fire arter af dolkhaler. I den forbindelse har man sekventeret DNA fra flere hundrede forskellige individer.

Figur 4 viser et udsnit af sekvensen for den mest variable del af genet for Cytochrom c oxidase I (COI-genet) fra 13 forskellige individer af dolkhaler.

Figur 4. DNA-sekvenser fra COI-genet fra 13 forskellige individer af dolkhaler fra de fire nulevende arter. Hver vandret række er et individ. Der er nævnt artens navn og levested.

Række 1-2: Limulus polyphemus (USA, østkyst), række 3-5: Tachypleus gigas (Thailand, vestkyst), række 6: Tachypleus gigas (Vietnam), række7-8: Tachypleus tridentatus (Kina), række 9-10: Carcinoscorpius rotundicauda (Thailand, vestkyst), række 11-13 Carcinoscorpius rotundicauda (Vietnam).

 

4. Redegør for baggrunden for de genetiske forskelle mellem dolkhaler vist i figur 4. Inddrag eksempler fra figuren.

5. Diskutér betydningen af genetisk variation hos naturligt forekommende dolkhale-populationer.

1............................10............................20..........................30...........................40...........................50....Limulus polyphemus (USA, østkyst)

Tachypleus gigas, (Thailand, vestkyst)

Tachypleus tridentatus (Kina)

Tachypleus gigas, (Vietnam)

Carcinoscorpius rotundicauda (Thailand, vestkyst)

Carcinoscorpius rotundicauda (Vietnam)

TTTTA TAGTT ATACC TGTAA TAATC GGAGG ATTTG GAAAC TGACT TATTC CTCTTTTA TAGTT ATACC TGTAA TCATC GGAGG ATTTG GAGAC TGACT TATTC CTC

TTTTA TAGTA TTACC TGTAA TAATT GGAGG TTTTG GTAAT TGATT AACCC CAT

TTTTA TAGTA ATACC TGTGA TAATT GGAGG TTTTG GTAAT TGATT AACCC CATTTTTA TAGTA ATACC TGTGA TAATT GGAGG TTTTG GTAAT TGATT AACCC CAT

TTTTA TAGTA ATACC TGTAA TAATT GGAGG TTTTG GTAAT TGATT AACCC CATTTTTA TAGTA ATACC AGTAA TAATT GGAGG TTTTG GTAAC TGACT AACCC CATTTTTA TAGTA ATACC AGTAA TAATT GGAGG TTTTG GTAAC TGACT AACCC CATCTTTA TAGTA ATACC AGTAA TAATT GGGGG TTTTG GAAAC TGATT AACTC CCTCTTTA TAGTA ATACC AGTAA TAATT GGGGG TTTTG GAAAC TGATT ACCTC CCTCTTTA TAGTA ATACC AGTAA TAATT GGAGG TTTTG GAAAC TGATT AACTC CCTCTTTA TAGTA ATACC AGTAA TAATT GGAGG TTTTG GAAAC TGATT AACTC CCTCTTTA TAGTA ATACC AGTAA TAATT GGAGG TTTTG GAAAC TGATT AACTC CCT1............................10............................20..........................30...........................40...........................50....

123456789

10111213

112494.indd 9 03/07/12 14.06

10

10    

Opgave 4 Bakteriel olierensning Olieforurenet jord er et stort miljøproblem mange steder. Benzen, C6H6, er et af de meget giftige stoffer, der kan findes i olie. Se figur 1.

 

Figur 1. Benzen.

For at bestemme mængden af benzen i olieforurenet jord ekstraheres 50 g jord med 20 mL pentan, C5H12. Ved en analyse fandt man en koncentration af benzen på 0,019 mM i pentanfasen.

1. Beregn koncentrationen af benzen i jordprøven. Resultatet skal angives i mg/kg jord.

Traditionelt har man renset olieforurenet jord ved fysiske eller kemiske metoder. En bioteknologisk metode er at rense jorden ved hjælp af bakterier, der blandt andet kan nedbryde benzen i olie.

2. Opskriv, et reaktionsskema for en fuldstændig aerob nedbrydning af benzen.

112494.indd 10 03/07/12 14.06

11

11    

BioGel er et bioteknologisk produkt, der indeholder olienedbrydende bakterier. I et laboratorieeksperiment har man undersøgt effekten af BioGel på nedbrydning af olie i jordprøver, se figur 2 og figur 3.

Figur 2. Tilsætninger til jordprøverne i kolbe A, B og C i eksperimentet. Eksperimentet foregik aerobt. Der blev anvendt ensartet sandjord, tilført samme mængde olie.

3. Forklar, formålet med kolbe A og B i ovenstående eksperiment vist på figur 2.

 

Figur 3. Nedbrydningen af olie som funktion af tid i kolbe A, B og C.

4. Analysér forsøgsresultaterne vist i figur 3.

Laboratorieforsøget er udført med en ensartet sandjord. I naturen er jord mere komplekst sammensat, og det gør det sværere for bakterier at nedbryde olie.

5. Diskutér nogle biotiske og abiotiske forhold i jord, der kan have betydning for bakteriers nedbrydning af olie.

a) Sandjord, olie a) Sandjord, olie c) Sandjord, olie, næringssalte, biogel b) Sandjord, olie, næringssalte c) Sandjord, olie, næringssalte, biogel b) Sandjord, olie, næringssalte

A B C

Olieindhold (mg/kg)

Tid (dage)

AB C

00

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

20 40 60 80 100

112494.indd 11 03/07/12 14.06

12    

Kilder:

Opgave 1: Mapari S. et.al; Identification of potentially safe promising fungal cell factories for the production of polyketide natural food colorants using chemotaxonomic rationale. Microb Cell Fact. 2009; 8: 24. Mapari S. et.al; Exploring fungal biodiversity for the production of water-soluble pigments as potential natural food colorants. Current Opinion in biotechnology 2005; 16:213-238. Foto: Ulf Thrane, DTU. Opgave 2: EPI-NYT uge 34, 2010; Journal of Biological Chemistry, vol. 282, 24/2007. Opgave 3: http://virtuelgalathea3.dk/projekt/dolkhaler Foto: Peter Funch, AU. Opgave 4: BioGel til rensning af olieforurenet jord, Miljøstyrelsen, 2006; http://www.reference-lab.dk/pdf_filer/Metode%20-%20Olie%20i%20jord.pdf

Tegninger: MarkR grafik/ Hans Marker Internet kilder pr. 1. april 2012

112494.indd 12 03/07/12 14.06

112494.indd 13 03/07/12 14.06

112494.indd 14 03/07/12 14.06

112494.indd 15 03/07/12 14.06

Studentereksamen 2012 Bioteknologi A 22. august 2012 Bilag 1 Ark nr. _____ af i alt ______ ark. Navn: ________________________________ Klasse: ______________ Skole: ________________________________

Strukturformel for monascorubramin

112494.indd 17 03/07/12 14.06