HIV, CCR5-reseptoren og Svartedauden
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.
HIV-viruset er et virus som angriper immunsystemet hos mennesker, og personer som blir smittet, kan utvikle sykdommen AIDS. Viruset angriper cellene ved å binde seg til et bestemt protein, kalt CCR5-reseptor, som finnes i cellemembranen. Dette proteinet gjør det mulig for viruset å komme inn i cellene.
Personer som er immune (motstandsdyktige) mot HIV, har ofte en spesiell variant av genet som koder for CCR5-reseptoren. Disse har få eller ingen CCR5-reseptorer. Genetiske undersøkelser viser at personer som har arvet dette allelet / denne genvarianten fra begge foreldrene, blir helt immune mot HIV, mens personer som har arvet allelet fra bare én av foreldrene, blir delvis immune (utvikler sykdommen langsomt). Genet for CCR5-reseptoren er ikke kjønnsbundet.
En kvinne som er delvis immun får et barn som ikke er immunt mot HIV. Forklar hvilke genotyper faren til dette barnet kan ha.
Den delvis immune kvinnen får et barn sammen med en mann som er immun mot HIV. Finn sannsynligheten for at barnet er en gutt som er delvis immun.
For cirka 700 år siden drepte pestsykdommen Svartedauden cirka en tredjedel av befolkningen i Europa. En hypotese er at bakterien som forårsaket Svartedauden, brukte samme protein som HIV-viruset, CCR5-reseptoren, for å komme inn i cellene.
De fleste mennesker som er immune mot HIV, lever i de områdene som ble hardest rammet av Svartedauden. I Sverige er for eksempel cirka 2,5 % av befolkningen i dag helt immune mot HIV.
Gi en mulig forklaring på hvorfor immunitet mot HIV er mest utbredt i områder der en stor del av befolkningen døde av Svartedauden.
Bruk Hardy-Weinbergs lov/likevekt til å beregne hvor stor andel av befolkningen i Sverige som i dag mest sannsynlig er delvis immune mot HIV.
Virus formerer seg ved at det infiserer en celle, og får cellen til å produsere nye virus. HIV-viruset har RNA som arvestoff. Før den infiserte cellen kan produsere nye virus, må RNA bli oversatt til DNA ved hjelp av et enzym.
Legemidler som inneholder virkestoffet AZT kan dempe produksjonen av nye virus. Figur 1 viser at molekylet AZT har en struktur som er nesten lik tymin.
Gi en mulig forklaring på hvordan AZT kan hindre produksjon av virus.
Fasit
1) Faren har minst ett normalt allel. Han kan være CC (ikke immun) eller Cc (delvis immun), men ikke cc.
Personer med det muterte allelet hadde få eller ingen CCR5-reseptorer og ble ikke like lett smittet av pestbakterien. De overlevde oftere og førte allelet videre. Naturlig seleksjon økte derfor allelfrekvensen mest der dødeligheten var høyest.
og , som gir , altså om lag 26,6 %.
AZT ligner tymin og kan settes inn i DNA-tråden som revers transkriptase lager. AZT mangler OH-gruppen på 3’-karbonet, så neste nukleotid kan ikke bindes på, og DNA-syntesen stopper.
LøsningsforslagKI-generert
La C være allelet for normal CCR5-reseptor og c det muterte allelet. Genotypene blir
- CC: ikke immun
- Cc: delvis immun
- cc: helt immun
Genet er ikke kjønnsbundet, så arven er den samme for gutter og jenter.
Kvinnen er delvis immun og har genotypen Cc. Barnet er ikke immunt og har genotypen CC. Barnet har fått ett C-allel fra mora. Det andre C-allelet må komme fra faren. Faren må derfor ha minst ett C-allel, og han kan være CC eller Cc. Han kan ikke være cc, for da hadde han bare kunnet gi c videre.
Innledningen skiller mellom «helt immune» (to muterte alleler) og «delvis immune» (ett mutert allel). Når oppgaven bare skriver at mannen er immun, mens kvinnen hele veien omtales som delvis immun, må mannen være helt immun. Han har altså genotypen cc, og krysningen blir Cc × cc:
| C | c | |
|---|---|---|
| c | Cc | cc |
| c | Cc | cc |
Halvparten av barna blir Cc og dermed delvis immune. Sannsynligheten for et delvis immunt barn er . Sannsynligheten for at barnet er gutt, er , og kjønn og genotype arves uavhengig av hverandre:
Sannsynligheten for at barnet er en gutt som er delvis immun, er 25 %.
Merk at svaret blir det samme dersom en leser «immun» som delvis immun. Krysningen Cc × Cc gir 1/4 CC, 1/2 Cc og 1/4 cc, altså også 1/2 sannsynlighet for et delvis immunt barn, og .
Hypotesen er at pestbakterien brukte CCR5-reseptoren for å komme inn i cellene. Personer med det muterte allelet har få eller ingen slike reseptorer.
Under Svartedauden ble disse personene derfor ikke smittet like lett, eller de ble mindre syke. De overlevde i større grad enn personer med to normale alleler, og de fikk barn som arvet allelet. Dette er naturlig seleksjon: en arvelig egenskap ga bedre overlevelse, og frekvensen av allelet økte i populasjonen.
Jo større del av befolkningen som døde, jo sterkere var seleksjonspresset. I de områdene som ble hardest rammet, økte derfor frekvensen av allelet mest, og den økte raskt, siden en tredjedel av befolkningen døde i løpet av få år. Allelfrekvensen er fortsatt høy i disse områdene. Det forklarer hvorfor immunitet mot HIV er mest utbredt der i dag.
Hardy-Weinbergs likning er
der er frekvensen av det muterte allelet og frekvensen av det normale allelet.
De som er helt immune, er homozygote for det muterte allelet. Andelen deres er :
De delvis immune er heterozygote, og andelen deres er :
Om lag 26,6 % av befolkningen i Sverige er mest sannsynlig delvis immune mot HIV.
HIV er et retrovirus. Arvestoffet er RNA, og enzymet revers transkriptase lager en DNA-tråd med virus-RNA-et som mal.
Figuren viser at AZT er nesten likt tymin. Forskjellen ligger på 3’-karbonet i sukkeret: tymin har en OH-gruppe der, mens AZT har en -gruppe.
Fordi molekylene ligner hverandre, kan revers transkriptase ta feil og bygge AZT inn i DNA-tråden i stedet for tymin.
Når et nytt nukleotid skal bindes på, blir fosfatgruppen på 5’-karbonet koblet til OH-gruppen på 3’-karbonet i det forrige nukleotidet. AZT har ingen OH-gruppe på 3’-karbonet. Derfor kan det ikke dannes en ny binding, og DNA-syntesen stopper.
Viruset får dermed ikke laget ferdig DNA av RNA-et sitt. DNA-et blir ikke satt inn i arvestoffet til vertscellen, og cellen lager ikke nye virus.