AK 23 HK (die echte)

Füllen Sie die untenstehende Tabelle aus (4 P)

Schreiben Sie hinter die unten linksstehenden Stichworte jeweils die Nummern der passenden Wissenschaftler.

Mehrfachnennungen sind möglich. Falsche Angaben führen zu Punktabzug (4,5 P)

• Entwicklungsbiologie von D. melanogaster

• DNA-Sequenzierung

• iPS

• Transposons

• Protein-’Sequenzierung’

• Nachweis spezifischer DNA

• CRISPR/Cas

• hitzestabile DNA-Polymerase

• Nobelpreis

1) Frederick Sanger

2) Kary Mullins

3) Ed Southern

4) Barbara McClintock

5) Christiane Nüslein-Volhard

6) E. Charpentier & J. Doudna

7) J. Gurdon & S. Yamanaka

Wofür stehen jeweils die Kleinbuchstaben in folgenden Abkürzungen? (4 P)

• eRNA

• tRNA

• snRNA

• miRNA

• rRNA

• mRNA

• tmRNA

• piRNA

Beschriften Sie die untenstehenden Abbildungen. Zehn Eintragungen sind gefordert. (5 P)

a) Wieviele genetisch verschiedene Oozyten bzw. Spermien kann ein Mensch theoretisch bilden? (aufgrund der Neuverteilung der parentalen Chromosomen ohne Beteiligung des in c) gefragten Prozesses)

b) Wie groß ist demnach die mögliche genetische Vielfalt der Nachkommen?

c) Durch welchen Prozess wird diese Zahl der Möglichkeiten noch einmal deutlich erhöht?

(1,5 P)

Hintergrundinfo:

I) Beim Turner-Syndrom fehlt den betroffenen Frauen ein X-Chromosom (X0 anstatt XX).

II) Bei der Rot-Grün-Farbenblindheit handelt es sich um eine X-chromosomal gebindene. rezessive Erbkrankheit.

III) Beim Klinefelter-Syndrom haben die betroffenen Männer ein X-Chromosom zu viel (XXY anstatt XY)

Aufgrund abnormaler Chromosomensegregation in der Meiose kann es dazu kommen, dass eine farbenblinde Turner-Frau normalsichitige Eltern hat

a) Können Sie sagen, ob die Chromosomen-Fehlsegration in den Keimbahnzellen des Vaters oder der Mutter stattgefunden hat? Begründen Sie knapp.

b) Können Sie sagen, ob die Chromosomen-Fehlsegration in Meiose I oder Meiose II stattgefunden hat? Begründen Sie knapp.

c) Nehmen sie nun an, dass ein farbenblinder Klinefelter-Mann normalsichtige Eltern hat und beantworten Sie die Teilaufgaben a und b für diesen Fall erneut.

Sie haben neben einem wildtypischen bakteriellen Gen auch fünf Mutanten. Bei drei dieser Mutanten liegen im hinteren Abschnitt des offenen Leserasters jeweils eine nonsense- (NS), eine missense- (MS) bzw. eine frameshift- (FS) Mutation vor. Die vierte Mutante trägt eine inaktivierende Mutation in der Shine Dalgarno (SD) Sequenz. Bei der fünften liegt eine inaktivierende Punktmutation in der Pribnow box (PB) vor.

Ordnen Sie die Mutanten unter Verwendung der oben angegebenen Abkürzungen den Spuren 2-6 sinvoll zu! (3,75 P)

Geben Sie an, ob die folgenden Sätze wahr (W) oder falsch (F) sind. Achtung Punkteabzug (3 P)

a) Fehler bei der Replikation sind weniger schwerwiegend als Fehler bei der Transkription

b) Die σ70-Untereinheit ist eine permanente Komponente der RNA-Polymerase von E. coli

c) Eukaryontische mRNA Moleküle tragen 3’OH-Gruppen an ihrem 5’- und ihrem 3’-Ende

d) Da Introns im Wesentlichen “genetischer Müll” sind, müssen sie bei Spleißen nicht präzise aus dem Primärtranskript ausgeschnitten werden

e) RNA Polymerase II erzeugt das Ende eines Primärtranskriptes, wenn sie mit der Transkription aufhört und die prä-mRNA entlässt. An dieses freie 3’-Ende wird dann rasch der PolyA-Schwanz angehängt

f) Da poly-cistronische mRNAs in Eukaryonten (i.d.R.) nicht vorkommen, ist die reife mRNA auch genauso lang wie der Protein-kodierende, offenee Leserahmen

Gegeben sei folgender Abschnitt einer proteinkodierenden DNA-Sequenz mit Angabe der kodierten Aminosäuresequenz

…AAT TCC CAA GCG TAT TGG ATG…

…Asn Ser Gln Ala Tyr Trp Met…

Geben Sie insgesamt vier unterschiedliche Punktmutationen an (zwei Transitionen und zwei Transversionen), die jeweils zu einem Abbruch der Proteinsynthese führen werden. Schreiben Sie die veränderte Base an der passenden Stelle über die Sequenz: (2 P)

• Mutation 1 (Transition): …AAT TCC CAA GCG TAT TGG ATG…

• Mutation 2 (Transition): …AAT TCC CAA GCG TAT TGG ATG…

• Mutation 3 (Transversion): …AAT TCC CAA GCG TAT TGG ATG…

• Mutation 4 (Transversion): …AAT TCC CAA GCG TAT TGG ATG…

Geben Sie an, ob die folgenden Sätze wahr (W) oder falsch (F) sind. Achtung Punkteabzug (3P)

• P-Elemente sind DNA-Transposons aus Drosophila, die auch bei der Erzeugung von transgenen Fliegen Verwendung finden.

• Um die genetische Stabilität zu gewährleisten, sind sämtliche Transposons beim Menschen stillgelegt

• DNA-Transposons kommen nur in Eukaryoten vor

• Phänotypische Variegation in einem Gewebe eines Individuums wie z.B. fleckige Pigmentierung von Maiskörnern, kann prinzipiell durch Transposonmobilisierung während der Entwicklung verursacht werden

• Bei der konservativen Transposition bleibt die ursprüngliche Kopie des Transposons erhalten und eine weitere Kopie des Transposons wird an einer anderen Stelle des Genoms integriert

• Bei der Poly-A-Retrotransposition fungiert genomische DNA als primer

Es gibt zwei grundsätzliche Mechanismen der Verlängerung von Biomolekülen (s. Skizze).

Beim 1. wird die aktivierende Gruppe (mit X markiert) von der wachsenden Kette freigesetzt. Beim 2. wird die aktivierende Gruppe von dem neu eingebauten Baustein freigesetzt.

Nach welchem Mechanismus erfolgt die Synthese bei:

a) der Transkription

b) der Replikation

c) der Translation

(3 P)

Sie haben in einem genetischen Screen drei unabhängige autosomal rezessive Mutationen in Drosophila identifiziert, die im homozygoten Zustand zu reduzierten Flügeln führen. Wie würden Sie vorgehen, um mit einem genetischen Test zu überprüfen, ob diese drei Mutationen dasselbe Gen oder unterschiedliche Gene betreffen? (1,5 P)

In demselben Screen haben Sie zwei weitere Mutationen isoliert, die im homozygoten Zustand zu einer leicht verminderten Vitalität führen. Bei Versuch der Etablierung einer Doppelmutante stellen Sie fest, dass solche Individuen im Embryonalstadium absterben. Wie nennt sich dieses Phänomen und wie können Sie es erklären? (2 P)

Das Genom von SARS-Cov-2, dem Coronavirus, besteht aus einer einzelsträngigen RNA (+ssRNA)

a) Sie sollen einen PCR-basierten Test zum Nachweis einer SARS-Cov-2 Infektion eintwickeln und kennen die Nukleinsäuresequenz, die für das virale Spike Protein S1 kodiert. Beschreiben Sie knapp die notwendigen Arbeitsschritte ab dem Rachenabstrich beim Patienten. (3 P)

b) SARS-Cov-2 ist kein Retrovirus wie z.B. HIV. Schlagen Sie vor, wie die Genomvervielfachung bei der Vermehrung von SARS-Cov-2 in seiner menschlichen Wirtszelle ablaufen könnte. (1 P)

Beschriften Sie die Zeichnung und geben Sie auch die Polaritäten an! Zehn Eintragungen sind gefordert, eine kommt doppelt vor (4,25 P)

Welche beiden bakteriellen ‘Immunsysteme’ haben Sie im Genetikmodul kennengelernt? Wovor schützen sich damit die Bakterien vor allem? (1,5 P)

16 a) Wie lautet das 3. Mendelsche Gesetz?

b) Welche Voraussetzung muss vorliegen, damit das Gesetz auch gültig ist?

Der Abstand zweier Drosophila Gene a+ und b+ beträgt 22 centi Morgan. Geben Sie gesondert an, welche verschiedenen Genotypen und Phänotypen bei der folgenden Kreuzung entstehen, und berechnen Sie die erwarteten Häufigkeiten mit denen diese auftreten. (5 P)

Durch untenstehende Kreuzung haben Sie eine Mais-Hybride erzeugt, die sich durch einen besonders hohen Ertrag auszeichnet, der über dem Ertrag der Parentalpflanzen liegt.

a) Wie heißt dieser Effekt? (0,5 P)

b) Wenn Sie die F1 Generation untereinander kreuzen, wie viele der Nachkommen (in %) hätten dann wieder den gleichen Genotyp (A/a; B/b; C/c; D/d; E/e; F/F) und somit die gleichen begehrten Eigenschaften? Nennen Sie die zur Lösung der Aufgabe von Ihnen angewandte Regel. (Annahme: Alle 6 Gene liegen auf untersch. Chromosomen) (3,5 P)

Phenylketonurie (PKU) ist eine Krankheit, die durch genetische STörung des Phenylalanin-Stoffwechsels ausgelöst wird und ohne Behandlung zu geistiger Behinderung führt. BEantworten Sie anhand des gezeigten Familienstammbaums folgende Fragen:

a) Wie wird diie PKU vererbt? Begründen Sie auch, warum andere Erbgänge ausgeschlossen werden können. (3 P)

b) Kreuzen Sie im Stammbaum die Personen an, die garantiert heterozygot für dieses Merkmal sind. (1,5 P)

Eine E. coli-Zelle teilt sich typischerweise alle 20 min; die Replikation seines Nukleoids dauert aber 40 min. Wie ist das möglich? - Erklären Sie anhand einer einfachen Skizze. (1,5 P)

a) Füllen Sie die Lücken:

Sie haben genomische DNA aus Mundschleimhautzellen isoliert. Um deren Konzentration zu bestimmen, verdünnen Sie 125 µl Ihrer DNA-Präparation mit 375 µl Puffer und messen (nach entsprechendem Nullabgleich) in einer ………-Küvette im Photometer die Absorption (A) von UV-Licht der Wellenlänge ……. nm. (1 P)

b) Sie messen A=0,15. Welche Konzentration hat demnach Ihre Ausgangslösung an genomischer DNA? (1 P)

Erklären Sie knapp wozu Sie im Kurs verwendet haben: (3 P)

• McConkey-Agarplatten

• Catechol-Sprühtest

• ONPG

• S9-Extrakt

• X-Gal

• fd-Phage

Sie wollen die Größe des ß-Galactosidasegens mittels Transposon-Mutagenese eines entsprechenden Plasmids bestimmen. Dieses Plasmid umfasst insgesamt 10 kb und enthält Replikationsursprung von 0,5 kb.

Sie transformieren das Ausgangsplasmid in einem Bakterienstamm, der ein Tetrazyklinresistenz vermittelndes Transposon im Genom trägt, induzieren die Transposition und isolieren dann Plasmid-DNS. Beschreiben Sie die weiteren notwendigen Arbeitsschritte sowie den Rechenweg! (4 P)

a) Von einer Bakterienkultur stellen Sie die unten gezeigten 3 Verdünnungen her und plattieren von diesen jeweils 50 µl auf eine LB-Platte aus. Wie hoch ist der gemittelte Titer (mit Angabe der Einheit; ohne Wichtung der Verdünnungsstufen)? (1,75 P)

b) Sie haben von der Bakterienkultur auch eine Trübungsmesung durchgeführt. Nach Verdünnung von 0,33 ml Kultur mit 0,66 ml LB-Medium ergab sich OD578nm = 0,21. Welchem Titer würde demnach eine OD578nm = 1 entsprechen? (0,75 P)

Bewerten Sie die folgenden Aussagen mit wahr (W) oder falsch (F). (2,5 P)

• Kleine dsDNA-Fragmente (10-500 bp) trennt man am besten in Polyacrylamidgelen (PAG) elektrophorisch auf.

• Acridinorange-Bindung an dsDNA führt bei Plasmiden zur negativen Superspiralisierung

• Die Gibson-Assemblierung ist eine Restriktionsendonuklease-unabhängige Kloniermethode.

• Die Gibson-Assemblierung ist eine 1-Schritt in vitro-Rekombination überlappender DNA-Fragmente.

• Das F-Plasmid kann über IS-Sequenzen in das bakterielle Genom integrieren

• (AK22) ssDNA bindet Ethidiumbromid schlechter als dsDNA

Sie führen einen AMES-Test mit zwei ……… ……….-Stämmen durch. Stamm A hat eine Indel-Mutation, Stamm B eine missense Mutation. Eine Testsubstanz erzeugt bei A klare Höfe um die mit der Substanz getränkten Filterplättchen, bei dem Stamm B klare Höfe und ringförmig angeordnete Bakterienkolonien.

Welcher der folgenden Schlüsse aus diesem Ergebnis sind wahr (W), welche falsch (F)? Achtung Punktabzug (3 P)

• Die Testsubstanz erzeugt Rasterschubmutationen

• Die Testsubstanz wirkt toxisch auf Bakterien

• Die Testsubstanz hat mutagene Wirkung

• Die Testsubstanz hat nur in Stamm B mutagene Wirkung

• Die Testsubstanz könnnte beim Menschen krebsauslösend wirken.

Sie PCR-amplifizieren ein 2 kb großes Gen und verwenden dazu eine hitzestabile DNA-Polymerase mit einer Synthesegeschwindigkeit von 1 kb/20 sec sowie Primer A) GAGACTCGTCAGACGTAACGA und B) CTTCCTCGACCAAGCTTTGCA. Zeichnen Sie für einen PCR-Zyklus den Temperaturverlauf (Y-Achse) gegen die Zeit (X-Achse) auf und benennen Sie die verschiedenen Phasen. Geben Sie die Temperaturen und Zeiten dort, wo dies möglich ist, möglichst genau an! Zwei Parameter variieren je nach PCR. Machen Sie diese kenntlich und erklären Sie, womit sich diese Parameter ändern. (8 P)

Untenstehend angegeben finden Sie die Lage der jeweiligen Deletionen im rll-Lokus von vier verschiedenen T4-Phagenmutanten. Nehmen Sie an, Sie führen mit diesen alle möglichen Doppelinfektionen von E. coli K12 durch. Welche Zweierkombination(en) würden a) Lyse, b) Plaques und c) nichts ergeben? (1,5 P)

Durch welche Prozesse (Fachausdrücke!) kommen Lyse bzw. Plaque-Bildung zustande? (1 P)

Welche drei Enzyme sind für die Durchführung einer Gibson-Assemblierung vonnöten? (1,5 P)

Zeichnen Sie in das unten stehende Koordinatensystem den theoretisch zu erwartenden zeitlichen Verlauf der ß-Galactosidaseaktivität für die folgenden vier Fälle: (4 P)

a) Stamm mit einer inaktivierenden Mutation der CAP-DNA-Bindestelle des Lac.Operons. Anzucht in Glukose-freiem Mangelmedium und Zugabe von IPTG nach 120 min.

b) Stamm mit einer Mutation, welche CAP unabhängig von cAMPi zu konstitutiver DNA-Bindung befähigt. Anzucht in IPTG haltigem Mangelmedium und Zugabe von Glukose nach 120 min.

c) Untransformierter XL1blue-Stamm, den Sie im Klonierungsprojekt für die Blau-Weiß-Selektion verwendet haben. Anzucht in Glukose-freiem Mangelmedium und Zugabe von IPTG nach 120 min.

d) Mit dem Plasmid pBS-SK+ transformierter XL1blue-Stamm, den Sie im Klonierungsprojekt für die Blau-Weiß-Selektion verwendet haben. Anzucht in Glukose-freiem Mangelmedium und Zugabe von IPTG nach 120 min.