Gieren in gevaar
In Afrika is de populatiegrootte van de meeste gierensoorten in vijftig jaar met meer dan tachtig procent afgenomen. Belangrijkste oorzaak is de mens, die de vogels bejaagt en vergiftigt. De afname heeft gevolgen voor
de ecosystemen waarvan de vogels deel uitmaken. Gieren en bacteriën die van het kadaver leven, spelen een rol in de kringloop van stoffen. Een witruggier heeft een kale kop. Sommige biologen denken dat dit een
aanpassing is aan hun manier van voeden. Gieren zoals de witruggier (afbeelding 1) zijn aaseters.

Ze scheuren het lichaam van een dood dier (kadaver) open, steken hun kop in het lichaam en vreten de ingewanden, spieren, pezen, huid en zelfs de botten op. Het eten van kadavers is riskant. Kadavers zijn broedplaatsen van bacteriën die infectieziekten kunnen veroorzaken.

(2p) Gieren hebben maagzuur met een extreem lage pH. Leg uit dat dit functioneel is bij de voedingswijze van gieren.

Insecten resistent tegen GM-gewassen?

Insecten resistent tegen GM-gewassen? GM-gewassen zijn landbouwgewassen die genetisch gemodificeerd zijn. Veel GM-gewassen produceren gifstoffen die hen beter beschermen tegen vraat door insecten. Insecten ontwikkelen echter resistentie tegen deze gifstoffen. Met behulp van DNA-technieken brachten onderzoekers het Cry-gen van de bodembacterie Bacillus thuringiensis in bij maisplanten en katoenplanten. Het Cry-gen codeert voor een eiwit dat giftig is voor insecten. Rupsen gaan enkele dagen na het eten van de planten dood, waardoor er veel minder bestrijdingsmiddelen gebruikt hoeven worden bij de teelt van deze gewassen. Het eiwit dat wordt gemaakt bij de expressie van het Cry-gen vormt eiwitkristallen. Deze kristallen lossen op bij een pH van 11 of hoger. Bij veel insecten is de pH van de darm hoger dan 11. De opgeloste Cryeiwitten binden aan receptoren in het membraan van darmwandcellen, waarna er gaten in de darmwand ontstaan (perforatie). Als gevolg hiervan sterven de insecten.

(1p) Verklaar waardoor zelfs een kleine darmperforatie al dodelijk kan zijn.

Insecten resistent tegen GM-gewassen?

Insecten resistent tegen GM-gewassen? GM-gewassen zijn landbouwgewassen die genetisch gemodificeerd zijn. Veel GM-gewassen produceren gifstoffen die hen beter beschermen tegen vraat door insecten. Insecten ontwikkelen echter resistentie tegen deze gifstoffen. Met behulp van DNA-technieken brachten onderzoekers het Cry-gen van de bodembacterie Bacillus thuringiensis in bij maisplanten en katoenplanten. Het Cry-gen codeert voor een eiwit dat giftig is voor insecten. Rupsen gaan enkele dagen na het eten van de planten dood, waardoor er veel minder bestrijdingsmiddelen gebruikt hoeven worden bij de teelt van deze gewassen. Het eiwit dat wordt gemaakt bij de expressie van het Cry-gen vormt eiwitkristallen. Deze kristallen lossen op bij een pH van 11 of hoger. Bij veel insecten is de pH van de darm hoger dan 11. De opgeloste Cryeiwitten binden aan receptoren in het membraan van darmwandcellen, waarna er gaten in de darmwand ontstaan (perforatie). Als gevolg hiervan sterven de insecten.

Voor mensen is het eten van planten met Cry-eiwitten niet schadelijk.

(1p)Geef hiervoor een mogelijke verklaring.

In afbeelding 3 is de galblaas met enkele galstenen getekend. De galgang is geblokkeerd door een galsteen. Gal en stoffen die vervoerd worden via buis X hopen zich hierdoor op. Dit veroorzaakt de pijn bij de patiënt.

(1p)Welke stof hoopt zich op in buis X uit afbeelding 3?

In afbeelding 3 is de galblaas met enkele galstenen getekend. De galgang is geblokkeerd door een galsteen. Gal en stoffen die vervoerd worden via buis X hopen zich hierdoor op. Dit veroorzaakt de pijn bij de patiënt.

Als de galgang geblokkeerd is, kan bilirubine niet worden uitgescheiden door de lever. Als gevolg hiervan komt de stof in een hoge concentratie in het bloed en in de huid terecht waardoor de patiënt een gele gelaatskleur krijgt. De urine van de patiënt was donkergekleurd. Dit duidt op de aanwezigheid van bilirubine. De internist besluit dat de galblaas van de patiënt moet worden verwijderd. Na de operatie krijgt de patiënt het advies om vette maaltijden te vermijden. Zonder galblaas wordt er namelijk te weinig gal afgegeven
na een vette maaltijd.
(2p)Leg uit dat door het tekort aan gal niet al het vet verteerd kan worden

18p-tetrasomie
Maranja is een meisje van bijna twee jaar oud met het 18p-tetrasomiesyndroom. Door haar ontwikkelingsachterstand heeft Maranja veel zorg nodig. 18p-tetrasomie is een zeldzame afwijking waarbij elke lichaamscel naast de normale set chromosomen een extra chromosoom bevat. Dit extra chromosoom (i18p) bestaat uit twee keer de korte arm van  chromosoom 18 (afbeelding 1).

Maranja kan geen vaste voeding eten omdat ze niet kan slikken. Via een maagsonde wordt haar voeding direct in de maag gebracht (afbeelding 2). Maranja’s moeder pureert groenten, fruit en vlees. Door de juiste hoeveelheid water toe te voegen is het geschikt als sondevoeding. afbeelding 2

De vertering van zetmeel uit de sondevoeding begint bij Maranja pas in de twaalfvingerige darm. Zelfs al zou speeksel van Maranja in haar maag komen, dan zouden de speekselenzymen daar zetmeel niet of nauwelijks kunnen verteren.
(1p)Verklaar waardoor speekselenzymen het zetmeel in de maag niet kunnen verteren.

Quinoa
Anouk heeft tuinbouw en akkerbouw aan de HAS Hogeschool gestudeerd. Tijdens haar stage in Peru heeft ze kennisgemaakt met de teelt van
quinoa. Als ze na haar studie het akkerbouwbedrijf van haar ouders overneemt, besluit ze ook quinoa te gaan telen. Quinoa (Chenopodium quinoa,
afbeelding 1)

is een gewas dat al eeuwen geteeld wordt in Bolivia en Peru. De plant vormt grote trossen met kleine eetbare zaadjes die een
hoge voedingswaarde hebben. Quinoa is een zeer tolerant gewas, vooral wat droogte betreft. Het verdraagt zowel hoge temperaturen als nachtvorst, en kan ook op verzilte bodems groeien. Anouk vindt dat in de toekomst zowel de manier van voedsel produceren als de manier van voedsel consumeren zal moeten veranderen om de groeiende wereldbevolking van voedsel te kunnen voorzien. Zelf is ze veganist geworden en eet dus geen dierlijke producten zoals vlees, vis, eieren en zuivelproducten.

Anouk moet er als veganist op letten dat haar voeding voldoende eiwitrijk is. Quinoa is een goede bron van plantaardige eiwitten, omdat het alle
essentiële aminozuren bevat.
(1p)Beschrijf wat essentiële aminozuren zijn.

Poep moet leven
Jeroen Helmer (projectmedewerker van ARK Rewilding) en Jelmer Buijs (landbouwkundige) onderzochten de poep van paarden en koeien in natuurgebieden. Soms bevat de poep van deze grote grazers resten van de ontwormingsmiddelen die ze als medicijn toegediend kregen. Dit heeft nadelige gevolgen voor de biodiversiteit in het natuurgebied.
In de poep (afbeelding 1) leven behalve bacteriën na een tijdje ook veel larven van mestkevers en strontvliegen. Die eten halfverteerde organische resten die nog in de poep zitten. Deze insecten trekken andere organismen aan, zoals slakken en padden, die weer een prooi vormen voor egels, vogels en dassen.

Paarden en runderen die buiten lopen, krijgen vaak ontwormingsmiddelen toegediend omdat ze gemakkelijk geïnfecteerd raken met nematoden. Deze kleine wormpjes leven in hun darmkanaal en tasten de darmwand aan door darmvlokken kapot te maken. Geïnfecteerde veulens en kalveren kunnen daardoor een groeiachterstand oplopen.

(1p)Verklaar waardoor een afname van het aantal darmvlokken kan leiden tot verminderde groei

Levertransplantatie
Jan heeft een infectie met het hepatitis C-virus gehad, waardoor zijn lever chronisch ontstoken is. Dit heeft geleid tot de vorming van littekenweefsel. Omdat zijn leverfunctie sterk is afgenomen, komt hij in aanmerking voor een levertransplantatie. Het hepatitis C-virus is een RNA-virus dat hoofdzakelijk wordt overgedragen via bloed-bloedcontact. De chronische hepatitis C-infectie werd bij Jan aangetoond met behulp van bloedonderzoek. Bij dit bloedonderzoek werd gezocht naar antistoffen tegen hepatitis C.
Door de chronische ontsteking van Jans lever zijn veel levercellen beschadigd geraakt en vervolgens afgestorven. Op deze plaatsen is littekenweefsel ontstaan. Door de vorming van littekenweefsel sterven ook steeds meer niet-geïnfecteerde cellen. Deze toestand van de lever wordt levercirrose genoemd. Omdat de leverfunctie bij Jan hierdoor te veel is afgenomen, is een levertransplantatie nodig.

Gal heeft een belangrijke functie bij de spijsvertering.
(2p)Wat is de functie van gal? En aan welk deel van het spijsverteringskanaal wordt gal afgegeven?

Planten die vliegen vangen
De vlieëbos is een struikachtige plant die groeit in Zuid-Afrika. De bladeren van deze plant zijn begroeid met kleverige haren waaraan kleine insecten blijven kleven. Wetenschappers onderzochten wat het voordeel hiervan is voor de plant. Op vlieëbosplanten (Roridula gorgonias, afbeelding 1) leven vleesetende luizen (Pameridea roridulae) die zich op hun
hoge poten moeiteloos tussen de kleverige haren van de plant verplaatsen. Ze voeden zich met de door de plant gevangen insecten zoals fruitvliegjes (afbeelding 2).

De vleesetende luizen worden gegeten door de spin Synaema marlothii, die zich ook voedt met door de plant gevangen insecten. Net als vleesetende planten groeit vlieëbos op vochtige, voedselarme bodems en vangt insecten. In tegenstelling tot vleesetende planten maakt vlieëbos geen enzymen om de insecten te verteren. Onderzoekers vroegen zich af welk voordeel de
planten dan hebben van de energie die zij investeren in de afscheiding van de kleverige stof. Om dit te onderzoeken zetten ze een experiment op waarin ze fruitvliegjes voedsel gaven dat gelabelde organische stikstofverbindingen (met zwaar stikstof, 15N) bevat. De vliegjes werden vervolgens vastgeplakt op de planten met vleesetende luizen. Gelabelde stikstof werd later aangetroffen in de weefsels van deze planten. Het bleek dat stikstof via de uitscheidingsproducten van de vleesetende luizen in de planten terechtkomt. Vleesetende luizen breken organische stikstofverbindingen van fruitvliegen af in hun verteringsstelsel. Stikstof komt onder andere voor in aminozuren en eiwitten.

(2p)Noteer een andere stikstofhoudende organische stof uit het lichaam van de fruitvlieg, en noteer een enzym dat deze stof afbreekt.

In de zomermaanden spoelen relatief veel dode bruinvissen aan (afbeelding 1). De aangespoelde dieren blijken uitgehongerd, terwijl er meer dan voldoende voedsel te vinden is. Marien bioloog Mardik Leopold
onderzoekt wat de oorzaak is van het verhongeren van de aangespoelde dieren. Hiervoor analyseert hij de maaginhoud (afbeelding 2) van een aangespoelde bruinvis.

In de maag worden vooral skeletdelen van kreeftachtigen, inktvissen, zeeslakken en vissen aangetroffen. Aan de hand van deze delen kunnen de prooidieren worden gedetermineerd.

(1p)Verklaar waardoor juist deze delen van de prooidieren worden aangetroffen.

In de zomermaanden spoelen relatief veel dode bruinvissen aan (afbeelding 1). De aangespoelde dieren blijken uitgehongerd, terwijl er meer dan voldoende voedsel te vinden is. Marien bioloog Mardik Leopold
onderzoekt wat de oorzaak is van het verhongeren van de aangespoelde dieren. Hiervoor analyseert hij de maaginhoud (afbeelding 2) van een aangespoelde bruinvis.

In de maag worden vooral skeletdelen van kreeftachtigen, inktvissen, zeeslakken en vissen aangetroffen. Aan de hand van deze delen kunnen de prooidieren worden gedetermineerd. In het onderzoek naar de oorzaak van het verhongeren van aangespoelde bruinvissen, onderzocht Leopold ook de maaginhoud van bruinvissen die overleden nadat ze in netten van vissers terecht waren gekomen. Uit het onderzoek bleek dat bruinvissen veel haring, sprot en zandspiering eten: vette, energierijke vissen. Maar ook magere vissoorten als wijting en grondel staan op het menu. Sommige aangespoelde bruinvissen hadden ernstige verwondingen. In eerste instantie werden deze verwondingen toegeschreven aan visnetten of scheepsschroeven. Na vergelijking van deze wonden met het gebit van verschillende zeeroofdieren, leek de grijze zeehond de oorzaak. Om dit te bevestigen, werd bij een aantal verwonde bruinvissen DNA-onderzoek gedaan. Voor dit onderzoek werden met wattenstaafjes monsters verzameld van de volgende delen:
1 gesloten bijtwonden (wonden waar een tand de huid is binnengedrongen waarna de huid zich weer heeft gesloten direct na het terugtrekken)
2 open bijtwonden
3 bruinvishuid
In deze monsters werd in het laboratorium gezocht naar een stukje DNA dat specifiek is voor de grijze zeehond.
Enkele schone wattenstaafjes werden op dezelfde manier getest (monster 4).
(1p)Noteer wat de onderzoekers willen controleren met de analyse van monster 4.

Het smaakt naar nootjes, maar dan met pootjes
Karin eet al een aantal jaren vegetarisch. In die jaren heeft ze steeds meer argumenten gevonden die haar keuze ondersteunen geen vlees meer te eten. De productie van vlees is in vergelijking met de productie van plantaardig
voedsel niet erg duurzaam, want:
 bij veeteelt komt het broeikasgas methaan vrij;
 de import van veevoer uit andere continenten verstoort de stikstofkringloop, zowel in het land waar planten voor het veevoer worden geteeld als in het land van de vleesproductie;
 voor een kilogram vlees is veel meer landbouwgrond nodig dan voor een kilogram plantaardig voedsel met een gelijkwaardige voedingswaarde, zoals peulvruchten en noten.

Met de voedingswaarde wordt in dit geval de bruikbaarheid van het voedsel als eiwitbron bedoeld. De eiwitten uit peulvruchten bevatten, net als vlees, bepaalde aminozuren die onmisbaar zijn in onze voeding,
zoals valine, threonine en lysine.
(1p)Noteer hoe deze groep onmisbare aminozuren wordt genoemd.

Kanoet met te korte snavel
Jan van Gils, bioloog bij het NIOZ (Koninklijk Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee) doet onderzoek naar hoe de kanoet (Calidris canutus, afbeelding 1) zich aanpast aan klimaatverandering.

Kanoeten zoeken de schelpdieren waarvan ze leven door hun snavel in het zand te steken. Het puntje van de snavel is extreem gevoelig en kan drukverschillen in het natte zand waarnemen, waardoor de vogel weet waar de prooi zich bevindt. Vervolgens wordt de schelp in zijn geheel ingeslikt en in de spiermaag verbrijzeld, waarna de zachte delen worden verteerd.
De kanoet broedt in het Noordpoolgebied en overwintert in tropische waddengebieden in Mauritanië. Tijdens de trek van broedgebied naar overwinteringsgebied maken de vogels een tussenstop aan de Bocht van Gdansk (Polen) en bij de Nederlandse Waddenzee (afbeelding 2). Vooral de jonge dieren vullen hier hun vetreserves aan. De kanoeten verblijven van eind augustus tot begin mei in Mauritanië.

Trekvogels zoals de kanoet slaan hun reservevoedsel op in de vorm van vet. Reserves kunnen ook aangelegd worden in de vorm van koolhydraten zoals glycogeen. Vetten leveren 38 Joule per gram, koolhydraten leveren 17 Joule per gram.
(2p)Leg uit dat het voor een trekvogel voordeliger is om vet als reservevoedsel op te slaan in plaats van glycogeen.

Zetmeeldieet maakte van de wolf een hond
Meer dan 10.000 jaar geleden is het voedingspatroon van de voorouders van onze huidige hond veranderd.

Dit is een belangrijke stap geweest in de ontwikkeling van de wolf tot huisdier (domesticatie). Volgens de Zweedse onderzoeker Axelsson is de domesticatie versneld doordat de voorouder van de huidige hond zetmeel beter kon verteren dan de wolf. De onderzoeker koppelt die aanpassing aan de opkomst van de landbouw, zo’n 11.000 jaar geleden. Mensen vestigden zich op vaste plaatsen waar ze granen en peulvruchten gingen verbouwen. Bij die nederzettingen was afval met voedselresten te vinden. Zo ontstond een nieuwe voedingsbron voor de wolf die mogelijk bijdroeg aan de ontwikkeling van de wolf tot hond. In de loop van 11.000 jaar zijn hond en wolf sterk van elkaar gaan verschillen. Axelsson analyseerde het DNA van 12 wolven en 60 honden. De wolven kwamen van verschillende continenten en de honden behoorden tot 14 rassen. Uit het onderzoek van Axelsson bleek ook dat er verschillen waren tussen de verdere vertering van zetmeel tot glucose en de opname daarvan in de cellen van de dunne darm en in andere lichaamscellen. Insuline bevordert de opname van glucose uit het bloed door de lichaamscellen.
(2p)Leg uit of na een zetmeelrijke maaltijd de concentratie van insuline in het bloed sneller zal stijgen bij een hond of sneller zal stijgen bij een wolf.

Poeptransplantatie
De oma van Marah is met een ontsteking aan haar been in het ziekenhuis opgenomen. De ontsteking is daar behandeld met een antibioticum. Toen haar been begon te genezen kreeg oma last van diarree. Na enige tijd werd de diagnose gesteld: een darminfectie met Clostridium difficile. Het toxine dat Clostridium difficile afgeeft, tast het epitheel (dekweefsel) van de dikke darm aan.
(1p)Verklaar hoe door aantasting van het darmepitheel diarree kan ontstaan.

Poeptransplantatie
De oma van Marah is met een ontsteking aan haar been in het ziekenhuis opgenomen. De ontsteking is daar behandeld met een antibioticum. Toen haar been begon te genezen kreeg oma last van diarree. Na enige tijd werd de diagnose gesteld: een darminfectie met Clostridium difficile. Het toxine dat Clostridium difficile afgeeft, tast het epitheel (dekweefsel) van de dikke darm aan. De oma van Marah krijgt als behandeling opnieuw een antibioticumkuur voorgeschreven. Tijdens de biologieles (op Biologielessen.nl van Börger) heeft Marah gehoord dat antibioticagebruik ook nadelige kanten heeft. Ze zoekt op Wikipedia wat voor infectie haar oma eigenlijk heeft en leest het volgende:

Clostridium difficile is een grampositieve, anaerobe, sporevormende staafbacterie die veel voorkomt in de darmen maar daar doorgaans geen problemen veroorzaakt. Bij 80% van de pasgeborenen en bij 9% van de volwassenen is deze bacterie aantoonbaar in de ontlasting (dus ook in hun darmstelsel). Overmatige groei van Clostridium difficile (clostridiumziekte) bij volwassenen kan ontstaan door het gebruik van antibiotica.

De behandeling van clostridiumziekte met antibiotica duurt lang en vaak komen de klachten weer terug. Daarom werd in het AMC in Amsterdam een onderzoek gedaan naar het toepassen van fecale bacterietherapie, ofwel poeptransplantatie, als alternatief voor de antibioticumbehandeling. Internist Max Nieuwdorp legt uit hoe dit in zijn werk gaat: “Gezonde donoren leveren hun ontlasting in. Na menging met een vloeistof en filteren door een zeefje ontstaat een vloeistof die aan patiënten met een Clostridium-infectie kan worden toegediend. Op deze manier wordt de darm voorzien van een gezond bacteriebehang.” De vloeistof wordt toegediend via een slangetje door de neus naar het spijsverteringskanaal.
(2p)Waar in het spijsverteringskanaal zal zich het uiteinde van het slangetje bevinden wanneer wordt gestart met de toediening?

Poeptransplantatie
De oma van Marah is met een ontsteking aan haar been in het ziekenhuis opgenomen. De ontsteking is daar behandeld met een antibioticum. Toen haar been begon te genezen kreeg oma last van diarree. Na enige tijd werd de diagnose gesteld: een darminfectie met Clostridium difficile. Het toxine dat Clostridium difficile afgeeft, tast het epitheel (dekweefsel) van de dikke darm aan. De oma van Marah krijgt als behandeling opnieuw een antibioticumkuur voorgeschreven. Tijdens de biologieles (op Biologielessen.nl van Börger) heeft Marah gehoord dat antibioticagebruik ook nadelige kanten heeft. Ze zoekt op Wikipedia wat voor infectie haar oma eigenlijk heeft en leest het volgende:

Clostridium difficile is een grampositieve, anaerobe, sporevormende staafbacterie die veel voorkomt in de darmen maar daar doorgaans geen problemen veroorzaakt. Bij 80% van de pasgeborenen en bij 9% van de volwassenen is deze bacterie aantoonbaar in de ontlasting (dus ook in hun darmstelsel). Overmatige groei van Clostridium difficile (clostridiumziekte) bij volwassenen kan ontstaan door het gebruik van antibiotica.

De behandeling van clostridiumziekte met antibiotica duurt lang en vaak komen de klachten weer terug. Daarom werd in het AMC in Amsterdam een onderzoek gedaan naar het toepassen van fecale bacterietherapie, ofwel poeptransplantatie, als alternatief voor de antibioticumbehandeling. Internist Max Nieuwdorp legt uit hoe dit in zijn werk gaat: “Gezonde donoren leveren hun ontlasting in. Na menging met een vloeistof en filteren door een zeefje ontstaat een vloeistof die aan patiënten met een Clostridium-infectie kan worden toegediend. Op deze manier wordt de darm voorzien van een gezond bacteriebehang.” De vloeistof wordt toegediend via een slangetje door de neus naar het spijsverteringskanaal.

Marah vindt zo’n poeptransplantatie wel een vies idee. Ze vraagt zich af of de bacteriën niet eenvoudig in een laboratorium gekweekt kunnen worden, zodat de patiënten in plaats van poep een bacteriepreparaat toegediend kunnen krijgen. Max Nieuwdorp verwacht dat verder onderzoek inderdaad zal leiden tot een preparaat met specifieke soorten gekweekte darmbacteriën.
Bij een kweek moeten de abiotische factoren overeenkomen met de omstandigheden in de dikke darm.
(2p)Welke waarden moeten de factoren pH en zuurstofgehalte hebben om aan deze voorwaarde te voldoen?