Bèta-thalassemie genezen met stamceltransplantatie
Bij zijn geboorte leek Ryan gezond. Als het jongetje een half jaar oud is, blijkt hij echter onvoldoende gegroeid te zijn en ziet hij erg bleek.
Na bloedonderzoek blijkt Ryan de ziekte bèta-thalassemie te hebben, een erfelijke ziekte als gevolg van een mutatie in een gen voor hemoglobine.
De mutatie veroorzaakt een verhoogde afbraak van rode bloedcellen. De ziekte kan worden behandeld met stamcellen uit het beenmerg van een
donor. Stamcellen uit het beenmerg doorlopen verschillende stadia voordat ze als reticulocyten in de bloedbaan komen (afbeelding 1). Vervolgens
ontwikkelen ze zich daar in 24 uur tot erytrocyten: rijpe rode bloedcellen.

Stamcellen uit het beenmerg ontwikkelen zich tot rode bloedcellen.
(1p) Wat is de naam van dit proces?

Bèta-thalassemie genezen met stamceltransplantatie
Bij zijn geboorte leek Ryan gezond. Als het jongetje een half jaar oud is, blijkt hij echter onvoldoende gegroeid te zijn en ziet hij erg bleek.
Na bloedonderzoek blijkt Ryan de ziekte bèta-thalassemie te hebben, een erfelijke ziekte als gevolg van een mutatie in een gen voor hemoglobine.
De mutatie veroorzaakt een verhoogde afbraak van rode bloedcellen. De ziekte kan worden behandeld met stamcellen uit het beenmerg van een
donor. Stamcellen uit het beenmerg doorlopen verschillende stadia voordat ze als reticulocyten in de bloedbaan komen (afbeelding 1). Vervolgens
ontwikkelen ze zich daar in 24 uur tot erytrocyten: rijpe rode bloedcellen.

Rijpe rode bloedcellen leven gemiddeld drie maanden, maar bij Ryan worden ze al na enkele dagen afgebroken. Om het tekort aan rode
bloedcellen gedeeltelijk te compenseren, is de activiteit van het rode beenmerg verhoogd. Ryan krijgt elke drie weken een bloedtransfusie via een infuus in een bloedvat in zijn arm. Er is geen medicijn voor bèta-thalassemie. Alleen een stamceltransplantatie kan Ryan genezen. Er bestaan twee typen stamceltransplantaties: één waarbij stamcellen van de patiënt zelf gebruikt worden, en één waarbij stamcellen afkomstig zijn van een donor.
(1p) Verklaar dat een stamceltransplantatie met Ryans eigen stamcellen niet tot zijn genezing zal leiden.

Terug naar de mammoetsteppe?
In Siberië, ten noorden van de noordpoolcirkel, proberen wetenschappers een groot bebost toendra-gebied om te vormen tot een steppe, met als
doel het ontdooien van de permafrost af te remmen. Deze steppe zou ook geschikt kunnen zijn voor de terugkeer van mammoeten. De onderzoekers Sergej en Nikita Zimov willen het toendrabos in Siberië omvormen tot een grassteppe met grote grazers. Ze hebben grote grazers
uitgezet die gras en jonge boompjes eten. Deze dieren trappen in de winter de sneeuw plat, waardoor de kou dieper in de bodem door kan
dringen en de permafrost zich kan herstellen. Dit proces zou sneller gaan als er wolharige mammoeten (afbeelding 2) zouden rondlopen.

Deze zijn echter zo’n 10.000 jaar geleden uitgestorven. Het genoom van de mammoet is wel bekend, doordat DNA is gevonden in de resten van mammoeten in de permafrost. Geneticus George Church werkt aan de terugkeer van de wolharige mammoet. Hij haalde bindweefselcellen uit een Aziatische olifant en verving in die cellen enkele genen door genen van de mammoet.
Het is Church gelukt om mammoetgenen voor extra haargroei in te  bouwen in bindweefselcellen van een olifant.
(1p)Kunnen de genen voor extra haargroei afkomstig zijn uit een spiercel van een mammoet?

Terug naar de mammoetsteppe?
In Siberië, ten noorden van de noordpoolcirkel, proberen wetenschappers een groot bebost toendra-gebied om te vormen tot een steppe, met als
doel het ontdooien van de permafrost af te remmen. Deze steppe zou ook geschikt kunnen zijn voor de terugkeer van mammoeten. De onderzoekers Sergej en Nikita Zimov willen het toendrabos in Siberië omvormen tot een grassteppe met grote grazers. Ze hebben grote grazers
uitgezet die gras en jonge boompjes eten. Deze dieren trappen in de winter de sneeuw plat, waardoor de kou dieper in de bodem door kan
dringen en de permafrost zich kan herstellen. Dit proces zou sneller gaan als er wolharige mammoeten (afbeelding 2) zouden rondlopen.

Deze zijn echter zo’n 10.000 jaar geleden uitgestorven. Het genoom van de mammoet is wel bekend, doordat DNA is gevonden in de resten van mammoeten in de permafrost. Geneticus George Church werkt aan de terugkeer van de wolharige mammoet. Hij haalde bindweefselcellen uit een Aziatische olifant en verving in die cellen enkele genen door genen van de mammoet. Church heeft ook het gen voor hemoglobine vervangen. Het gen voor hemoglobine van een mammoet verschilt op drie plaatsen van dat van andere olifantensoorten, waardoor mammoet-hemoglobine andere
eigenschappen heeft. Om de eigenschappen van mammoet-hemoglobine te onderzoeken werd het gen in een bacterie ingebouwd, waarna deze
bacterie mammoet-hemoglobine ging maken.

(1p)Noteer de biologische term voor een organisme dat een gen van een andere soort bezit

Terug naar de mammoetsteppe?
In Siberië, ten noorden van de noordpoolcirkel, proberen wetenschappers een groot bebost toendra-gebied om te vormen tot een steppe, met als
doel het ontdooien van de permafrost af te remmen. Deze steppe zou ook geschikt kunnen zijn voor de terugkeer van mammoeten. De onderzoekers Sergej en Nikita Zimov willen het toendrabos in Siberië omvormen tot een grassteppe met grote grazers. Ze hebben grote grazers
uitgezet die gras en jonge boompjes eten. Deze dieren trappen in de winter de sneeuw plat, waardoor de kou dieper in de bodem door kan
dringen en de permafrost zich kan herstellen. Dit proces zou sneller gaan als er wolharige mammoeten (afbeelding 2) zouden rondlopen.

Deze zijn echter zo’n 10.000 jaar geleden uitgestorven. Het genoom van de mammoet is wel bekend, doordat DNA is gevonden in de resten van mammoeten in de permafrost. Geneticus George Church werkt aan de terugkeer van de wolharige mammoet. Hij haalde bindweefselcellen uit een Aziatische olifant en verving in die cellen enkele genen door genen van de mammoet. Church heeft ook het gen voor hemoglobine vervangen. Het gen voor hemoglobine van een mammoet verschilt op drie plaatsen van dat van andere olifantensoorten, waardoor mammoet-hemoglobine andere
eigenschappen heeft. Om de eigenschappen van mammoet-hemoglobine te onderzoeken werd het gen in een bacterie ingebouwd, waarna deze
bacterie mammoet-hemoglobine ging maken.

(1p)Verklaar hoe een verschil in enkele nucleotiden in het hemoglobine-gen leidt tot een afwijkend hemoglobine-eiwit.

BerkelBike
Door een auto-ongeluk is het ruggenmerg van Tobias dusdanig beschadigd dat hij zijn benen niet meer kan bewegen en voelen. Met de BerkelBike kan hij misschien toch weer fietsen. De BerkelBike (afbeelding 1) – met een trapsysteem voor handen en benen – is in Nederland ontworpen voor mensen die net als Tobias de controle over hun benen kwijt zijn. De kliniek waar Tobias revalideert, beveelt hem de BerkelBike aan om zijn beenspieren in conditie te houden. Afbeelding 2 laat zien op welke plaats bij Tobias de beschadiging van het ruggenmerg (dwarslaesie) is opgetreden.

Tobias wil zijn spieren in conditie houden omdat hij hoopt ooit te genezen. Een dwarslaesie is nu nog niet te genezen omdat de beschadigde zenuwcellen niet vanzelf herstellen. Onderzoekers proberen nu ongedifferentieerde cellen van patiënten te laten uitgroeien tot zenuwcellen waarmee de beschadiging in het zenuwstelsel zou kunnen worden hersteld.

(1p)Waarin verschillen zenuwcellen van de ongedifferentieerde cellen?

Borstvoeding

Ava en haar partner Glenn verwachten binnenkort hun eerste kind. Ze bezoeken een voorlichtingsavond over borstvoeding. Lactatiekundige Rosanne geeft informatie. Tijdens de zwangerschap vinden veranderingen plaats in het borstweefsel van een vrouw. Het aantal melkkanaaltjes neemt toe en dekweefselcellen van de melkkanaaltjes differentiëren zich tot melkproducerende kliercellen. Groepjes van deze cellen vormen samen de melkkliertjes. Rondom elk melkkliertje ontwikkelen zich speciale oxytocine-gevoelige spiercellen. Als deze spiercellen zich samentrekken, wordt melk in de melkkanaaltjes geperst (afbeelding 1).

(1p) Welke verandering vindt plaats bij de differentiatie van een dekweefselcel tot een melkproducerende cel?

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.

Resistentie tegen het Cry-eiwit is ontstaan door een mutatie in het gen dat codeert voor de receptor in het membraan van darmwandcellen. Hierdoor kan het giftige eiwit niet binden aan deze receptor. Het allel met deze mutatie is recessief. Alleen rupsen die homozygoot zijn voor de mutatie zijn resistent.

Een andere vorm van resistentie bij het katoendaguiltje wordt veroorzaakt door een puntmutatie in het HaTSPAN1-gen. Het mutante allel is dominant. Door de puntmutatie wordt op een positie in het HaTSPAN1eiwit het aminozuur serine ingebouwd in plaats van leucine.

De puntmutatie leidt tot de verandering van één base in het mRNA.

(2p) Welk codon in het oorspronkelijke RNA is veranderd door de puntmutatie?

Verdachte chrysanten
De van oorsprong gele chrysant wordt in Nederland volop gekweekt. Er zijn witte (afbeelding 1), roze, rode en paarse variëteiten. Sommige hebben grote bloemen, andere juist kleine.

De verschillende chrysanten-rassen zijn ontwikkeld door klassieke veredeling: dit is veredeling door middel van kruisingen waarbij wordt geselecteerd op gewenste kleuren en vormen. Bij klassieke veredeling spelen, net als bij evolutie selectie en isolatie een rol. Het kost jaren voordat gewenste eigenschappen uiteindelijk via klassiek veredelen in de planten vóórkomen en er sprake is van een nieuw ras. Bij het veredelen van chrysanten wordt gebruikgemaakt van de genetische variatie van de planten. Om het veredelingsproces te
versnellen, bestralen veredelaars plantendelen met radioactieve straling. Cellen van bladeren en stengels worden vervolgens op voedingsbodems opgekweekt tot volledige planten.
De radioactieve straling leidt tot extra variatie in het erfelijk materiaal.

(1p)Hoe noemen we deze eigenschap van radioactieve straling?

Verdachte chrysanten
De van oorsprong gele chrysant wordt in Nederland volop gekweekt. Er zijn witte (afbeelding 1), roze, rode en paarse variëteiten. Sommige hebben grote bloemen, andere juist kleine.

De verschillende chrysanten-rassen zijn ontwikkeld door klassieke veredeling: dit is veredeling door middel van kruisingen waarbij wordt geselecteerd op gewenste kleuren en vormen. Bij klassieke veredeling spelen, net als bij evolutie selectie en isolatie een rol. Het kost jaren voordat gewenste eigenschappen uiteindelijk via klassiek veredelen in de planten vóórkomen en er sprake is van een nieuw ras. Bij het veredelen van chrysanten wordt gebruikgemaakt van de genetische variatie van de planten. Om het veredelingsproces te
versnellen, bestralen veredelaars plantendelen met radioactieve straling. Cellen van bladeren en stengels worden vervolgens op voedingsbodems opgekweekt tot volledige planten.
De radioactieve straling leidt tot extra variatie in het erfelijk materiaal.

Bij deze weefselkweek worden hormonen toegevoegd waardoor de cellen andere organen vormen, zoals wortels.
(2p)Op welke wijze veroorzaken plantenhormonen differentiatie van cellen tot wortelcellen?

Verdachte chrysanten
De van oorsprong gele chrysant wordt in Nederland volop gekweekt. Er zijn witte (afbeelding 1), roze, rode en paarse variëteiten. Sommige hebben grote bloemen, andere juist kleine.

De verschillende chrysanten-rassen zijn ontwikkeld door klassieke veredeling: dit is veredeling door middel van kruisingen waarbij wordt geselecteerd op gewenste kleuren en vormen. Bij klassieke veredeling spelen, net als bij evolutie selectie en isolatie een rol. Het kost jaren voordat gewenste eigenschappen uiteindelijk via klassiek veredelen in de planten vóórkomen en er sprake is van een nieuw ras. Bij het veredelen van chrysanten wordt gebruikgemaakt van de genetische variatie van de planten. Om het veredelingsproces te
versnellen, bestralen veredelaars plantendelen met radioactieve straling. Cellen van bladeren en stengels worden vervolgens op voedingsbodems opgekweekt tot volledige planten.
De radioactieve straling leidt tot extra variatie in het erfelijk materiaal.

Na enige tijd verschenen vrijwel identieke chrysanten onder de naam ‘Red Sun’ op de markt. Om te onderzoeken of dit echt een ander ras is dan de Tokio klopte Flowi aan bij Naktuinbouw (Stichting Nederlandse Algemene Kwaliteitsdienst Tuinbouw). Deze dienst kan onderzoeken of een kweker planten teelt waarop een andere kweker het kwekersrecht heeft.
Om na te gaan of Tokio en Red Sun tot hetzelfde ras behoren, worden ze in kassen opgekweekt en vervolgens vergeleken op de kenmerkende eigenschappen. Daarnaast worden genetische verschillen in kaart gebracht door middel van DNA-onderzoek. Hiermee wordt van elk ras een unieke DNA-fingerprint verkregen. In afbeelding 2 zijn de fingerprints van
verschillende rassen weergegeven.

(1p)Door welk verschil in DNA heeft elk chrysantenras een unieke DNA-fingerprint?

Zeeslak maakt pijnstiller
Voor de speurtocht naar nieuwe geneesmiddelen zijn zeeslakken zeer interessant. De gifstoffen die sommige zeeslakken maken, worden al gebruikt als medicijn bij de behandeling van chronische pijn. De slakken van het geslacht Conus (afbeelding 1) produceren kleine giftige eiwitten die ze met een harpoenachtig orgaan bij hun prooi injecteren.

De variatie in  gifstoffen binnen de 600 soorten van dit geslacht is zeer groot. Al deze gifstoffen werken als zenuwgif, waardoor ze mogelijk geschikt zijn als medicijn bij zenuwaandoeningen. Een opvallend kenmerk van de giftige eiwitten is de grootte. De meeste gifstoffen van slangen en andere dieren zijn meer dan 50 aminozuren
lang, maar gifstoffen van zeeslakken zijn kleiner. De kleinste bestaat uit slechts 17 aminozuren. Deze eiwitten worden gemaakt op basis van de code in een RNA-keten.
(1p)Noteer uit hoeveel nucleotiden het deel van het RNA bestaat dat codeert voor deze 17 aminozuren.

CRISPR-Cas-systeem
Wetenschappers kunnen bij muizen een fout stukje DNA uit een chromosoom wegknippen, zodat er een gezond muizen-embryo kan ontstaan. Ze gebruiken daarvoor het CRISPR-Cas-systeem. In de tekeningen wordt schematisch uitgelegd hoe wetenschappers dat doen.

Het foute stukje DNA is ontstaan door een mutatie. Finn en Ilse praten over mutaties.
 Finn zegt dat een mutatie kan ontstaan door radio-actieve straling.
 Ilse zegt dat mutaties alleen ontstaan in geslachtscellen.
(1p)Wie heeft gelijk?

Een nieuwe hartklep, door het lichaam zelf gemaakt
In Nederland worden jaarlijks ongeveer vijfduizend hartkleppen vervangen door kunsthartkleppen. Bij kinderen met een kunsthartklep, moet de klep meerdere keren worden vervangen, omdat een kunsthartklep niet meegroeit. Biomedisch ingenieur Carlijn Bouten werkt aan een oplossing
voor dit probleem.

Het functioneren van de kunstklep is in het laboratorium getest in een kunstslagader onder de omstandigheden die heersen in een longslagader.
In plaats van bloed werd een zoutoplossing door de kunstklep heen gepompt. In afbeelding 3 zijn foto’s te zien van een filmpje van het functioneren van de kunstklep als longslagaderklep. De foto’s beslaan één hartcyclus, waarvan de drie achtereenvolgende perioden zijn aangegeven met letters.

Na de test onder de omstandigheden die heersen in de longslagader, is de kunstklep getest onder de omstandigheden die heersen in de aorta. Na de succesvolle tests in het laboratorium is de kunstklep bij schapen geïmplanteerd op de plaats van de longslagaderklep. Gedurende een jaar
werd de gezondheid van deze schapen gecontroleerd. Uit dit onderzoek blijkt dat het weefsel van de geïmplanteerde klep verschillende fasen
doorloopt om uiteindelijk een ‘levende’ klep te worden (afbeelding 4).

Tijdens de groeifase komen verschillende stamcellen het kunstvezelnetwerk binnen vanuit het bloed en het omringende hartweefsel
van het schaap. Gestimuleerd door de ontsteking gaan deze stamcellen zich delen om nieuwe cellen (bindweefsel- en endotheelcellen) te vormen.
Over de groeifase worden de volgende uitspraken gedaan:

1 Uit één stamcel ontstaat na mitose één endotheelcel en één bindweefselcel.
2 Een endotheelcel krijgt zijn vorm en functie door celdifferentiatie.
3 Celdifferentiatie wordt bepaald door veranderingen in genexpressie.
(2p)Schrijf de nummers 1, 2 en 3 onder elkaar en noteer erachter of de betreffende uitspraak juist of onjuist is.

Het syndroom van Swyer
Emma is 17 jaar en heeft zich altijd een meisje gevoeld. Ze is echter nog  nooit ongesteld geworden en heeft ook nauwelijks borstontwikkeling.
Daarom gaat ze naar de huisarts. Emma krijgt een echoscopie. Op de echo is te zien dat ze wel een baarmoeder en eileiders heeft, maar geen eierstokken. De doktersassistent neemt bloed af bij Emma zodat in het laboratorium een karyogram gemaakt kan worden. In afbeelding 1 zie je het karyogram van Emma.

De huisarts vermoedt dat Emma het syndroom van Swyer heeft. Vervolgonderzoek door een klinisch-genetisch arts bevestigt dit: door een
mutatie is bij Emma het SRY-gen niet werkzaam. Normaal gesproken beïnvloedt dit gen, dat zich op het Y-chromosoom bevindt, de
ontwikkeling van de geslachtsorganen. De arts legt uit: “In de eerste weken van de embryonale ontwikkeling verloopt de aanleg
van de geslachtsorganen van een jongen en een meisje hetzelfde: er worden oer-geslachtsklieren aangelegd. Als er geen SRY-gen aanwezig
is, dan ontwikkelen deze oerklieren zich verder tot eierstokken. Is er wel een functionerend SRY-gen aanwezig, dan wordt vanaf de zesde week
het SRY-eiwit gevormd, dat ervoor zorgt dat zaadballen worden aangelegd. Deze zaadballen gaan de hormonen testosteron en AMH
vormen. Testosteron stimuleert de ontwikkeling van de bijballen en zaadleiders en andere mannelijke primaire geslachtskenmerken. AMM
zorgt voor het verdwijnen van de aanleg van de vrouwelijke geslachtsorganen. Bij jou, Emma, is het SRY-gen wel aanwezig, maar door een mutatie kwam het niet tot expressie. Over de mutatie die leidt tot het niet-werkzame SRY-gen worden de volgende uitspraken gedaan:
1 De mutatie kan zijn ontstaan bij de vorming van een zaadcel.
2 Het is een genoommutatie.
3 Een persoon met mannelijke primaire geslachtskenmerken kan drager zijn van de mutatie.
(2p)Welke van de bovenstaande drie uitspraken zijn juist of onjuist.

Het syndroom van Swyer
Emma is 17 jaar en heeft zich altijd een meisje gevoeld. Ze is echter nog  nooit ongesteld geworden en heeft ook nauwelijks borstontwikkeling.
Daarom gaat ze naar de huisarts. Emma krijgt een echoscopie. Op de echo is te zien dat ze wel een baarmoeder en eileiders heeft, maar geen eierstokken. De doktersassistent neemt bloed af bij Emma zodat in het laboratorium een karyogram gemaakt kan worden. In afbeelding 1 zie je het karyogram van Emma.

De huisarts vermoedt dat Emma het syndroom van Swyer heeft. Vervolgonderzoek door een klinisch-genetisch arts bevestigt dit: door een
mutatie is bij Emma het SRY-gen niet werkzaam. Normaal gesproken beïnvloedt dit gen, dat zich op het Y-chromosoom bevindt, de
ontwikkeling van de geslachtsorganen. De arts legt uit: “In de eerste weken van de embryonale ontwikkeling verloopt de aanleg
van de geslachtsorganen van een jongen en een meisje hetzelfde: er worden oer-geslachtsklieren aangelegd. Als er geen SRY-gen aanwezig
is, dan ontwikkelen deze oerklieren zich verder tot eierstokken. Is er wel een functionerend SRY-gen aanwezig, dan wordt vanaf de zesde week
het SRY-eiwit gevormd, dat ervoor zorgt dat zaadballen worden aangelegd. Deze zaadballen gaan de hormonen testosteron en AMH
vormen. Testosteron stimuleert de ontwikkeling van de bijballen en zaadleiders en andere mannelijke primaire geslachtskenmerken. AMM
zorgt voor het verdwijnen van de aanleg van de vrouwelijke geslachtsorganen. Bij jou, Emma, is het SRY-gen wel aanwezig, maar door een mutatie kwam het niet tot expressie.

Oestradiol leidt tot genexpressie in cellen van Emma’s borstweefsel. Hierbij vinden de volgende processen plaats:
P binding van een hormoon aan een hormoonreceptor
Q eiwit-vouwing in het cytoplasma
R transport naar de kern
S vorming van een keten van aminozuren aan de ribosomen
T vorming van RNA
Deze processen zijn met nummers weergegeven in afbeelding 3.

(2p)Schrijf de nummers 1 tot en met 5 (afbeelding 3) onder elkaar en noteer de letter van het bijbehorende proces erachter.

Gifkikkers
Na het zien van een documentaire over het Amazonewoud, raakt Mare geïnteresseerd in gifkikkers. Ze zoekt naar informatie over deze dieren en over de mogelijkheid om zelf gifkikkers te houden. Mare denkt erover om een terrarium in te richten voor driekleurige gifkikkers (Epipedobates tricolor, afbeelding 1). Op een website leest ze: De ideale temperatuur overdag voor de driekleurige gifkikker is 23 °C, in ieder geval tussen de 20 en 25 °C. ’s Nachts mag de temperatuur niet lager worden dan 15 °C. De luchtvochtigheid is
minimaal 80 procent. Het terrarium richt je in met klimplanten en bromelia’s, en op de bodem maak je voldoende schuilplaatsen. Je voert de gifkikkers met fruitvliegjes en
keverlarven.

In hun natuurlijke leefomgeving in Peru eten driekleurige gifkikkers geleedpotige dieren zoals mieren, termieten, kevers en mijten. De huid van de driekleurige gifkikker bevat epibatidine, een gifstof die dodelijk is voor bijna alle predatoren. Epibatidine wordt geproduceerd door giftige planten. Driekleurige gifkikkers verkrijgen epibatidine via prooien die van deze giftige planten eten. Epibatidine bindt aan receptoren voor de neurotransmitter acetylcholine en remt zo de impulsoverdracht in synapsen. Hierdoor heeft de stof een
verlammend effect bij predatoren van de driekleurige gifkikker. Epibatidine bindt op hetzelfde deel van de receptor als acetylcholine.

De driekleurige gifkikker is ongevoelig voor epibatidine. Dit komt doordat de acetylcholine-receptor van de driekleurige gifkikker een beetje anders is dan die van zijn predatoren. Dat is het gevolg van een puntmutatie in het gen dat codeert voor de acetylcholine-receptor. Door de mutatie bindt epibatidine minder sterk aan deze acetylcholine-receptor. Door een aantal andere mutaties is de sterkte van de binding van acetylcholine aan de receptor onveranderd. Onderzoekers vergeleken het gen voor de acetylcholine-receptor van de
driekleurige gifkikker (Epipedobates tricolor) met dat van de gifkikkersoort Allobates zaparo, die wél gevoelig is voor epibatidine. Hieronder is de aminozuurvolgorde van een deel van de receptor van beide soorten gifkikkers weergegeven.

In de receptor van E. tricolor is dus op plaats 108 een ander aminozuur ingebouwd.
(1p)Welk verschil in het codon van het RNA van E. tricolor leidt ertoe dat serine wordt ingebouwd? Gebruik je informatieboek.
Bij E. tricolor is…

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. Voordat Jan een nieuwe lever krijgt, is het belangrijk dat hij helemaal genezen is van hepatitis C. Hij krijgt daarom een behandeling met het medicijn Sofosbuvir. Dit medicijn bevat nucleotiden die op uracil lijken. Als die nucleotiden worden ingebouwd tijdens de vorming van RNA, kan er geen nieuw nucleotide meer aan worden gekoppeld. Het RNA kan dan dus niet langer worden. Jan neemt Sofosbuvir als pil in. Over de behandeling met Sofosbuvir worden de volgende uitspraken gedaan:
1 Door Sofosbuvir worden er minder eiwitten geproduceerd.
2 Door Sofosbuvir wordt de vorming van erfelijk materiaal voor nieuwe hepatitis C-virussen verhinderd.
3 De nucleotiden uit Sofosbuvir moeten eerst worden verteerd om te kunnen worden opgenomen.
(2p)Schrijf de nummers 1, 2 en 3 onder elkaar en noteer erachter of de betreffende uitspraak juist of onjuist is.

Gamma Knife
Jana is verpleegkundige in het Gamma Knife Centrum van het Elisabeth TweeSteden Ziekenhuis in Tilburg. Ze begeleidt patiënten die behandeld worden met een Gamma Knife-bestralingstoestel. Een van de patiënten die Jana begeleidt, heeft een brughoektumor. Dit is een goedaardig gezwel dat is ontstaan uit de schwanncellen van de gehoor- en  evenwichtszenuw, die loopt vanuit het binnenoor met een hoek naar de hersenstam. Als gevolg van de tumor ging hij steeds slechter horen met zijn linkeroor. Een brughoektumor kan ontstaan door een erfelijke mutatie in het NF2-gen. De mutatie leidt tot fouten in de aanmaak van merline-eiwit. Dit eiwit remt normaal de celdeling. Door de mutatie is dit eiwit afwezig of niet functioneel. Het mutante NF2-allel erft autosomaal dominant over.
Over de mutatie van het NF2-gen worden de volgende uitspraken gedaan:
1 De mutatie is alleen aanwezig in zenuwcellen.
2 Door de mutatie wordt celdeling geremd.
(2p)Welke uitspraak is juist?

Rijst doneert menselijk bloedeiwit
Carla is verpleegkundige bij een bloedafnamepost. Ze prikt een ader aan bij Lorenzo, die bloedplasma gaat doneren. Lorenzo’s bloed stroomt via een slangetje naar een plasmaferese-machine, waarin het bloedplasma wordt gescheiden van de vaste bloedbestanddelen. De plasmaferese-machine slaat het plasma op in een plasmazak (afbeelding 1).

Lorenzo krijgt zijn eigen bloedcellen weer terug in een vervangende kunstmatige oplossing. Dit gaat via hetzelfde slangetje en dezelfde naald. Lorenzo ontvangt zijn eigen bloedcellen terug in een kunstmatige oplossing (fysiologische zoutoplossing).

Uit bloedplasma worden eiwitten gewonnen. Het meest voorkomende eiwit in bloedplasma is HSA (Humaan Serum Albumine). Dit HSA wordt toegediend aan patiënten met brandwonden of zeer groot bloedverlies. In Azië is een rijstras genetisch gemodificeerd zodat het grote hoeveelheden HSA kan produceren. Eerder werden bacteriën en gisten al
gemodificeerd, zodat ze HSA gingen produceren. Echter, HSA van de bacteriën was niet werkzaam en HSA uit de gistcellen bleek moeilijk te zuiveren. De productie en verwerking van HSA uit rijstzaden is makkelijker en goedkoper. In menselijke levercellen wordt HSA gemaakt op basis van de informatie van een gen. Het eiwit wordt gevormd door de ribosomen, waarna het in het endoplasmatisch reticulum en het golgi-systeem wordt gevouwen en getransporteerd naar buiten de cel. Voor de productie van HSA maken bacteriën, gistcellen en rijstplanten gebruik van het menselijk gen.

Bij de genetische modificatie van de rijstplanten is gebruikgemaakt van een bacterie (Agrobacterium tumefaciens). De bacterie wordt gebruikt om een menselijk gen over te dragen naar een plant, in dit geval de rijstplanten.
(2p)Noteer de organismen: bacterie, mens en rijstplant onder elkaar op je antwoordblad en schrijf achter elk organisme of het DNA van dit organisme in dit experiment wel of niet genetisch is gemodificeerd.

MERS
In 2012 werd in het Midden-Oosten bij verschillende patiënten een zeer ernstige longontsteking geconstateerd die veroorzaakt werd door een tot dan toe onbekend virus. In meer dan 30 procent van de ziektegevallen overleed de patiënt. Het was dus belangrijk om de ziekteverwekker en de bron van de infectie te bepalen. De ziekte kreeg de naam MERS (Middle
East Respiratory Syndrome). De virusinfectie leidt tot een heftige ontstekingsreactie in de longen, waarbij vocht, eiwitten en afweercellen uit de haarvaatjes in de longblaasjes terechtkomen. Hierdoor wordt de gaswisseling ernstig belemmerd en ontstaat zuurstoftekort.

In het Erasmus Medisch Centrum in Rotterdam werd de ziekteverwekker geïdentificeerd: het bleek een coronavirus met RNA als drager van de erfelijke informatie. De ontdekkers van het virus vermoedden dat het ging om een gemuteerd virus afkomstig uit vee. In afbeelding 1 is de vermeerdering van het virus vereenvoudigd weergegeven.

Na infectie door het virus wordt het virus-RNA gebruikt om virus-eiwitten te maken. Ook wordt het RNA gebruikt om nieuwe virus-RNA-moleculen te maken. In het  endoplasmatisch reticulum worden deze RNA-moleculen in de viruseiwitten verpakt waardoor nieuwe virussen ontstaan. Via het golgi-systeem worden de nieuwe virussen getransporteerd naar buiten de cel.
Drie rollen van het virus-RNA zijn:
1 basis voor de synthese van RNA
2 doorgeven van erfelijke informatie aan de volgende generatie
3 informatie leveren voor de eiwitsynthese

Deze rollen worden vergeleken met de functie van menselijk RNA in een niet-geïnfecteerde menselijke cel.
(2p)Welke van de drie rollen wordt ook vervuld door RNA in een niet-geïnfecteerde menselijke cel.

De ziekte van Wilson
Toen Jannekes vriend opmerkte dat haar ogen van kleur leken te veranderen, dacht ze dat hij een grapje maakte. Maar in de spiegel ziet ze tussen het blauw en het wit van haar ogen een randje geelbruin. Voor de zekerheid gaat zij naar de dokter. Die vermoedt dat Janneke de ziekte van Wilson heeft. De ziekte van Wilson is een zeldzame aandoening waarbij de uitscheiding van koper is verstoord. Hierdoor hoopt koper zich op in de lever, maar ook aan de rand van het hoornvlies, waardoor de verkleuringen ontstaan. In afbeelding 1 is in een doorsnede van het oog een aantal plaatsen met letters aangegeven.

De dokter verwijst Janneke door voor DNA-onderzoek. Hiermee wordt de diagnose bevestigd. De internist in het ziekenhuis legt uit dat bij de ziekte van Wilson een gen op chromosoom 13 is gemuteerd. Dit gen codeert
normaal voor een eiwit dat levercellen nodig hebben om koper via de gal uit te scheiden. Bij Janneke bevindt zich op een bepaalde plaats in dit eiwit het aminozuur glutamine in plaats van histidine. Hierdoor functioneert dit eiwit niet en hoopt het koper zich eerst op in de lever en in latere stadia ook in andere organen. De mutatie die leidt tot de ziekte van Wilson is een puntmutatie.

(2p)Licht toe dat een puntmutatie genoeg is om in een eiwit een verschil van één aminozuur te veroorzaken.

De ziekte van Wilson
Toen Jannekes vriend opmerkte dat haar ogen van kleur leken te veranderen, dacht ze dat hij een grapje maakte. Maar in de spiegel ziet ze tussen het blauw en het wit van haar ogen een randje geelbruin. Voor de zekerheid gaat zij naar de dokter. Die vermoedt dat Janneke de ziekte van Wilson heeft. De ziekte van Wilson is een zeldzame aandoening waarbij de uitscheiding van koper door de lever is verstoord. Hierdoor hoopt koper zich op in de lever, maar ook aan de rand van het hoornvlies, waardoor de verkleuringen ontstaan. In afbeelding 1 is in een doorsnede van het oog een aantal plaatsen met letters aangegeven.

Als de ziekte van Wilson niet wordt behandeld kan leverschade optreden. Bij zeer ernstige leverschade is een levertransplantatie nodig. Dit is een zware operatie, maar hiermee is de patiënt ook genezen van de
ziekte van Wilson.

(1p)Verklaar dat met een levertransplantatie de patiënt is genezen van de ziekte van Wilson.

Mysterieuze paardenziekte
Bij paarden en pony’s (afbeelding 1) treedt soms plotseling een dodelijke ziekte op, waarbij onder andere sprake is van een verhoogde spierafbraak. Wetenschappers uit Wageningen onderzoeken wat de oorzaak kan zijn van
deze mysterieuze ziekte. De ziekte wordt atypische myopathie genoemd.

Ze breekt vaak uit in het najaar en komt alleen voor bij paarden die in de wei staan. Meestal worden meerdere paarden uit dezelfde wei ziek. Paarden in een aangrenzende wei, met als enige afscheiding prikkeldraad, blijven vaak ongedeerd. De ziekte is niet specifiek voor bepaalde paardenrassen en voor het ontstaan van de aandoening in een groep paarden maakt het niet
uit of de paarden verwant zijn aan elkaar. Een van de symptomen van atypische myopathie is moeite met ademhalen. Dit wordt veroorzaakt door aantasting van ademhalingsspieren.
Waarschijnlijk wordt de ziekte veroorzaakt door het eten van afgevallen bladeren en zaden van esdoorns die bij de weiden staan.

In Nederland komen vooral de gewone esdoorn (Acer pseudoplatanus), de Noorse esdoorn (Acer platanoides) en de Spaanse aak (Acer campestre) voor. Maar er zijn tientallen esdoornsoorten. De soorten worden op basis van verwantschap ingedeeld in groepen (tabel 1).

Om esdoorns uit Nederland te kunnen onderzoeken, werd door het onderzoeksteam van Wageningen Universiteit en Research een tweet geplaatst (afbeelding 5).

De verzamelde monsters werden geanalyseerd. De eerste resultaten zijn weergegeven in tabel 2

(2p)Wat is een aannemelijke verklaring voor het verschil in de gemiddelde hypoglycine-A-concentratie tussen de Acer-groep en de Palmata-groep?

NIPT
Verloskundige Chantal bespreekt met vrouwen die in verwachting zijn en hun partners de mogelijkheden van prenatale diagnostiek. Bij prenatale diagnostiek kunnen chromosoomafwijkingen, zoals bij het syndroom van
Down, aan het licht komen. De NIPT (niet-invasieve prenatale test) is een van de mogelijke prenatale tests. Een kind met downsyndroom heeft drie chromosomen 21.
Over het downsyndroom worden drie uitspraken gedaan.
1 Het syndroom is een gevolg van een genoommutatie.
2 Het extra chromosoom 21 kan van de vader afkomstig zijn.
3 De drie chromosomen 21 zijn identiek.
(2p)Geef aan of de betreffende uitspraak juist of onjuist is.

NIPT
Verloskundige Chantal bespreekt met vrouwen die in verwachting zijn en hun partners de mogelijkheden van prenatale diagnostiek. Bij prenatale diagnostiek kunnen chromosoomafwijkingen, zoals bij het syndroom van
Down, aan het licht komen. De NIPT (niet-invasieve prenatale test) is een van de mogelijke prenatale tests. Een kind met downsyndroom heeft drie chromosomen 21.
Met de NIPT kan door onderzoek van het bloed van de moeder onderzocht worden of de foetus mogelijk een afwijkend chromosomenaantal heeft. DNA-fragmenten van de foetus komen vrij uit afgestorven cellen van de placenta (afbeelding 1) en worden in het bloed van de moeder opgenomen.

De DNA-fragmenten van de foetus die in de bloedbaan van de moeder circuleren, zijn kleiner zijn dan de DNA-fragmenten van de moeder zelf. Hierdoor kunnen ze van elkaar worden gescheiden. Vervolgens wordt bepaald van welke chromosomen de DNA-fragmenten van de foetus afkomstig zijn. Als er relatief veel fragmenten van chromosoom 21 zijn, is dat waarschijnlijk het gevolg van een derde chromosoom 21.

(2p)Door welke eigenschap van een DNA-fragment van de foetus kan worden vastgesteld van welk chromosoom het afkomstig is?

Longinfecties bij CF-patiënten
Wetenschappers hebben mogelijk ontdekt waardoor de longen van patiënten met taaislijmziekte snel geïnfecteerd raken. Deze ontdekking zou kunnen leiden tot een behandelmethode om longinfecties bij deze patiënten te voorkomen. Patiënten met taaislijmziekte (cystische fibrose, CF) hebben een afwijking in het CFTR-gen waardoor de slijmvliezen in het lichaam dik, taai slijm produceren. Het was tot nu toe onduidelijk hoe dit in de longen leidt tot een verstoorde afweer, bijvoorbeeld tegen bacteriën. Nu blijkt dat bij patiënten met CF de dunne slijmlaag van het longslijmvlies zuurder is dan bij gezonde personen. Hierdoor worden ingeademde bacteriën niet gedood door lysozymen. Dit probleem kan mogelijk in een vroeg stadium worden aangepakt door de slijmlaag minder zuur te maken. Varkens met CF ontwikkelen dezelfde ziekteverschijnselen als mensen met CF. Toch moet het middel ook op mensen worden getest voordat het toegepast kan worden als behandelmethode voor patiënten met CF.

Onderzoek bij patiënten moet uitwijzen of het mogelijk is om de longen minder zuur te maken, zegt Haagsman. Dit kan bijvoorbeeld door met een inhalator (afbeelding 2) NaHCO3 in te ademen zodat het in de longen komt.

Vroegtijdig behandelen van kinderen met CF is mogelijk, omdat de ziekte is opgenomen in het hielprikonderzoek voor pasgeborenen. Bij deze hielprik wordt bloed afgenomen dat onder andere wordt geanalyseerd om te bepalen of de baby wel of geen CF heeft. In de toekomst kunnen longinfecties bij CF-patiënten mogelijk worden voorkomen door behandeling met NaHCO3.
(1p)Licht toe dat er bij deze behandeling met NaHCO3 geen sprake is van genezing van CF

Meeroken?
Ondanks het rookverbod in openbare ruimten en de horeca zijn er nog veel plaatsen waar mensen min of meer gedwongen worden om mee te roken. Dit levert voor veel mensen nadelige gezondheidseffecten op. Iemand met astma is extra gevoelig voor verblijf in rokerige ruimtes. Astma is een aandoening, waarbij de longen te heftig reageren op bepaalde prikkels, zoals sigarettenrook. Door deze prikkels kan een
astma-aanval ontstaan. De luchtwegen worden tijdens zo’n aanval nauwer en dit leidt ertoe dat ademen moeilijker wordt. De patiënt krijgt het benauwd en kan gaan hoesten. Een astmapatiënt ademt bij een astma-aanval tot 80% minder lucht in en uit dan normaal.
Sigarettenrook bevat naast nicotine een paar duizend andere giftige stoffen, waarvan er ongeveer 40 mutageen zijn.

(2p)Wanneer wordt een stof mutageen genoemd?

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.

Axelsson vond tussen de groep honden en de groep wolven verschillen in tien genen die een rol spelen bij de vertering van zetmeel en vetten. Nadat het onderzoek was opgeschaald tot 136 honden en 35 wolven vond de onderzoeker de volgende resultaten voor het gen voor amylase:

1 Alle wolven hadden twee kopieën van dit gen, terwijl de honden 4 tot 30 kopieën hadden.
2 Bij honden werd elk gen voor amylase gemiddeld 28 keer vaker afgelezen dan bij wolven.
3 Amylase van honden was efficiënter in het ‘knippen’ van zetmeel dan amylase van wolven.
(2p)Door welke van deze drie resultaten wordt mede verklaard dat honden beter zetmeel verteren dan wolven?

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.

(2p)Welke stof wordt gevormd bij het aflezen van een gen?