Bakterier med plasmid for laktosenedbrytning og antibiotikaresistens
Lov på eksamen
- Kalkulator
- CAS
- Graftegner og regneark
- Lærebok, formelsamling og egne notater
Ikke åpent internett, kommunikasjon med andre eller kunstig intelligens.
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.
I et forsøk ble det brukt en bakteriekultur med bakterier som ikke kan utnytte laktose som næring. Årsaken er at bakteriene mangler et enzym som bryter ned laktose til glukose og galaktose.
Noen bakterier fra denne kulturen ble blandet med et plasmid som inneholdt genet for enzymet som bryter ned laktose, og et gen for antibiotikaresistens.
Noen andre bakterier fra kulturen fungerte som kontroll i forsøket. Disse bakteriene ble ikke blandet med plasmidet.
Bakteriene kan utnytte glukose som næring.
De to kulturene ble dyrket i skåler på tre ulike typer agar. Forsøksoppsettet ser du i figuren nedenfor.
I hvilke av skålene 1–6 vil bakteriene vokse? Begrunn svaret ditt.
Tenk deg at du i stedet bruker et plasmid som inneholder genet for antibiotikaresistens, men ikke genet for nedbryting av laktose. I hvilke av disse tre nye skålene vil bakteriene vokse? Begrunn svaret ditt.
Mange sykdomsfremkallende bakterier har utviklet resistens mot antibiotika. Vi kan forvente utvikling av resistente populasjoner ut fra teorien om naturlig utvalg.
Forklar hvordan den korte generasjonstiden til bakterier påvirker populasjonens evne til å tilpasse seg et miljø med antibiotika.
Fasit
Bakteriene vokser i skål 1, 2, 3 og 4. De vokser ikke i skål 5 og 6.
Bakteriene vokser i skåla med glukose og i skåla med glukose og antibiotika, men ikke i skåla med laktose og antibiotika.
Kort generasjonstid gir mange generasjoner og mange mutasjoner på kort tid. Antibiotikaresistente varianter blir derfor raskt vanlige i populasjonen når antibiotika er til stede.
LøsningsforslagKI-generert
Bakteriene kan bruke glukose som næring uansett. Plasmidet gir to nye egenskaper til de bakteriene som tar det opp: evnen til å bryte ned laktose og resistens mot antibiotika.
Skål 1 (plasmid, glukose): vekst. Alle bakteriene kan bruke glukose, og det er ikke antibiotika i agaren.
Skål 2 (plasmid, glukose og antibiotika): vekst. Bakteriene som har tatt opp plasmidet, er resistente og kan bruke glukose. De som ikke tok opp plasmidet, dør.
Skål 3 (plasmid, laktose og antibiotika): vekst. Bakteriene med plasmid er både resistente og har enzymet som bryter ned laktose til glukose og galaktose.
Skål 4 (kontroll, glukose): vekst. Bakteriene kan bruke glukose, og det er ingen antibiotika som hemmer dem.
Skål 5 (kontroll, glukose og antibiotika): ingen vekst. Kontrollbakteriene mangler resistensgenet og blir drept av antibiotikaet.
Skål 6 (kontroll, laktose og antibiotika): ingen vekst. Kontrollbakteriene blir drept av antibiotikaet, og de mangler dessuten enzymet som trengs for å bruke laktose.
Nå gir plasmidet bare resistens, ikke evnen til å bryte ned laktose.
I skåla med glukose blir det vekst. Bakteriene har en næringskilde de kan bruke, og ingenting hemmer dem.
I skåla med glukose og antibiotika blir det vekst. Bakteriene som har tatt opp plasmidet, overlever antibiotikaet og lever av glukosen.
I skåla med laktose og antibiotika blir det ingen vekst. Bakteriene overlever riktignok antibiotikaet, men de mangler enzymet som spalter laktose. Uten en næringskilde de kan bruke, får de ikke energi til å dele seg.
Bakterier kan dele seg så ofte som hvert 20. minutt. På ett døgn blir det mange titalls generasjoner, og populasjonen kan telle milliarder av individer.
Mutasjoner oppstår tilfeldig under DNA-replikasjonen. Når antall celledelinger per tidsenhet er så høyt, oppstår det også mange mutasjoner per tidsenhet. Noen av dem gir tilfeldigvis resistens mot antibiotika, for eksempel ved at målproteinet til antibiotikumet endrer form. Variasjonen som utvalget kan virke på, blir altså stadig fornyet.
Når populasjonen blir utsatt for antibiotika, virker antibiotikaet som en seleksjonsfaktor. De følsomme bakteriene dør, mens de resistente overlever og deler seg videre. Fordi generasjonstiden er kort, går det bare timer eller dager før resistensgenet finnes hos nesten alle bakteriene i populasjonen. Hos organismer med lang generasjonstid ville den samme endringen ha tatt hundrevis av år.
I tillegg kan bakterier overføre resistensgener til hverandre på plasmider, slik som i forsøket ovenfor. Det gjør at resistensen kan spre seg enda raskere, også mellom ulike bakteriearter.