Bi5 kertaustehtäviä, mallivastauksia 1. Selosta lyhyesti, missä sijaitsevat seuraavat solun osat: a) tumajyvänen b) keskusjyvänen (sentrioli, sentrosomi), c) soluneste, d) mitokondrio, e) solulimakalvosto ja f) ribosomi. Selosta myös lyhyesti, millaisia tehtäviä näillä solun osilla on. a) tumajyvänen solun tumassa tumajyvänen tuottaa (ribosomaalisen) RNA:n b) keskusjyvänen eläinsolujen solulimassa lähellä tumaa, 2 kpl toimivat mitoosissa ja meioosissa sukkularihmojenkiinnittymiskohtina. c) soluneste kasvisoluissa (myös sieni- ja leväsoluissa) kalvon ympäröimissä nesterakkuloissa, joihin solu varastoi vettä ja erilaisia aineita. Soluneste ylläpitää solun nestejännitystä. (Vanhoissa kasvisoluissa solunesterakkulat usein täyttävät lähes koko solun) d) mitokondrio aitotumallisen solun solulimassa soluhengityksen keskuksia, (joissa tapahtuu sitruunahappokierto ja vedyn palaminen), jotka tuottavat ATP:tä. e) solulimakalvosto aitotumallisten solujen solulimassa kalvorakennelma jolla on monia tehtäviä solun toiminnasta riippuen, kuten toimia ribosomien kiinnittymisalustana ja muodostaa aineiden kuljetusväyliä. (Muita tehtäviä: toimia proteiinien kiinnittymisalustana, muokata proteiineja, kuroa kalvorakkuloita joiden sisällä on solusta poistettavia kuona-aineita) f) ribosomi esitumallisilla solulimassa; aitotumallisilla solulimassa, solulimakalvoston pinnalla, mitokondrioissa ja viherhiukkasissa ribosomin pinnalla tapahtuu aminohappojen liittäminen proteiineiksi 2. Vertaa mitokondrioita ja viherhiukkasia toisiinsa. Mitä yhtäläisyyksiä ja eroja niiden rakenteessa ja toiminnassa on? Miten viherhiukkaset ja mitokondriot liittyvät varhaisten eliöiden evoluutioon? Yhtäläisyydet: molemmat ovat aitotumallisten solujen sytoplasmassa sijaitsevia kaksoiskalvon ympäröimiä soluorganelleja useita solussa sisältää DNA:ta ja ribosomeja itsenäisiä, lisääntyvät jakautumalla
liittyvät solujen energiatalouteen molemmat tuottavat ATP:ta Erot rakenteessa ja toiminnassa mitokondrio eläin-, kasvi- ja sienisoluissa sauvamainen ulkokalvo sileä, sisäkalvo poimuinen sisältää hengitysketjun entsyymejä (sisäkalvo) sekä sitruunahappokierron entsyymejä (sisätilassa) solun voimalaitoksia, tuottavat ATP:tä, pääosa glukoosin sitoutuneesta energiasta vapautuu mitokondrioissa tuottavat hiilidioksidia ja kuluttavat happea viherhiukkanen vain kasvisoluissa linssimäinen ulkokalvo ja sisällä yhteyttämiskalvostoa ja sisätila yhteyttämiskalvot sisältävät klorofyllejä ja karotenoideja, jotka sitovat auringon valoenergiaa sisätila sisältää pimeäreaktion entsyymit (hiilidioksidin sitominen) yhteyttävät, muodostavat auringon valoenergian avulla hiilidioksidista ja vedestä glukoosia käyttävät hiilidioksidia ja tuottavat happea Liittyminen varhaisten eliöiden evoluutioon molempien soluelinten uskotaan olevat peräisin bakteereista mitokondrioiden otaksutaan syntyneen symbioottisista aerobisista bakteereista ja viherhiukkasten fotosynteesiin kykenevistä sinibakteereista. symbioositeoriaa puoltaa: o koko bakteereiden luokkaa o lisääntyvät jakautumalla (kuten bakteerit) o molemmilla on omaa DNA:ta, joka on niissä renkaana o molemmilla on omat ribosomit nämä johtivat aitotumallisten eläin- ja kasvisolujen kehittymiseen 3. a) Piirrä kaavakuva bakteerista ja merkitse piirrokseen sen tärkeimmät rakenneosat. b) Selosta esimerkein bakteerien käyttöä elintarvikkeiden valmistuksessa. a) Kuvassa tulee olla seuraavat rakenneosat:
Värekarvat tai siima(t), kapseli (limakerros), soluseinä (mureiinia), solukalvo, solulima, DNA -molekyyli (kromosomi, usein rengasmainen, sykkyrällä) ja ribosomit. b) Käyttö elintarvikkeiden valmistuksessa: Maitohappobakteerien (mukana voi olla muitakin mikrobeja) avulla valmistetaan jogurttia, piimää ja viiliä (maitohappobakteerit käyttävät maitosokerin ja tuottavat aineenvaihdunnassaan maitohappoa). Juustojen tuottamiseksi pastöroituun maitoon lisätään maitohappobakteereja (=hapate) sekä juoksutinta (entsyymi, joka saostaa maidon kaseiinin) halutun juustolaadun mukaisesti. Hapate ja bakteerien tuottama maitohappo saostavat juustomassan erilleen paljon vettä sisältävästä herasta. Kypsytyksessä (säilytys kullekin juustolaadulle sopivissa olosuhteissa) juusto saa luonteenomaisen makunsa. Hapattaminen on käymiseen perustuva menetelmä, jossa maitohappobakteerien avulla elintarvike säilötään ja sille annetaan makua (hapankaali, venäläinen suolakurkku). Etikkahappobakteereja tarvitaan kun etanolista (etyylialkoholista) tuotetaan aerobisissa olosuhteissa etikkaa. Bakteereja käytetään monien elintarviketeollisuuden tarvitsemien entsyymien tuottamisessa. 4. Miten antibiootit vaikuttavat bakteerisoluihin? Millä mekanismeilla bakteereista voi tulla vastustuskykyisiä (resistenttejä) antibiooteille? Antibiootit (ovat mikrobien tuottamia tai synteettisesti valmistettuja aineita, jotka) tappavat bakteereita häiritsemällä bakteereiden lisääntymistä ja kasvua. Laajavaikutteiset antibiootit tuhoavat useita bakteerilajeja, kapeakirjoiset vaikuttavat vain muutamiin bakteerilajeihin. Antibioottien teho on heikentynyt, koska niille vastustuskykyisiä bakteerikantoja kehittyy jatkuvasti. Penisilliini (homeen tuottama ensimmäinen tunnettu antibiootti) estää (erityisesti grampositiivisten) bakteereiden soluseinän rakentumisen. Toiset antibiootit (esim. erytromysiini tai tetrasykliini) estävät proteiinisynteesin/eräät (esim.rifampisiini) nukleiinihapposynteesin. Antibioottiresistenssissä bakteeri sietää jotain antibioottia. Resistenssigeenit sijaitsevat usein bakteerisolun rengasmaisissa plasmideissa. Bakteereista voi tulla resistenttejä rekombinaation tai geenimutaatioiden kautta. Bakteereiden rekombinaatiomekanismeja ovat (vaaditaan kaksi seuraavista): - Kromosomaalista DNA:ta tai plasmideja siirtyy kuolleelta resistentiltä bakteerilta elävään bakteeriin (transformaatio). Resistenssigeeni voi siirtyä näin. - Bakteerin DNA:ta (yleensä luovuttajabakteerin kahdentunut plasmidi) siirtyy bakteerista toiseen (konjugaatio) (bakteerien liittyessä väliaikaisesti toisiinsa ulokkeen eli piluksen kautta). Luovuttajabakteerin DNA (plasmidi) voi sisältää antibioottiresistenssigeenin. - Bakteereissa lisääntyvä virus eli bakteriofagi voi kuljettaa bakteerin resistenssigeenin toiselle bakteerille (transduktio). Bakteereissa tapahtuu geenimutaatioita. Koska bakteereilla on vain yksi kromosomi, tulee kromosomissa tapahtunut vastustuskyvyn tuottava geenimutaatio heti näkyviin. Koska kahdentuminen tapahtuu nopeasti kasvaa geenimutaatioiden mahdollisuus. Lisätietoa: Sairaalabakteerit voivat olla resistenttejä monille antibiooteille.
Tunnetuin on MRSA eli metisilliiniresistentti Staphylococcus aureus, joka voi aiheuttaa haavaan päästessään verenmyrkytyksen. Clostridium difficile sairaalabakteeri on ollut viime aikoina esillä mediassa. 5. Monet virustaudit leviävät nopeasti ihmispopulaatioissa, koska niihin ei ole tehokkaita rokotteita. Mitkä virusten rakenne- ja lisääntymisominaisuudet tekevät niiden torjumisen vaikeaksi? Käytä esimerkkeinä erilaisia virustauteja. Rakenne: Viruksella on proteiinikuori, joka mahdollistaa viruksen tunkeutumisen isäntäsoluun. Joillakin viruksilla on lisäksi vaippa, (joka on peräisin isäntäsolun solukelmusta). Virukset ovat yleensä erittäin lajispesifisiä ( tuntevat isäntänsä tarkkaan), esim. tunnistavat isäntäsolun solukalvon sen pintarakenteesta. Virus sisältää joko DNA:ta tai RNA:ta, joka liittyy osaksi isäntäsolun DNA:ta (retrovirusten RNA muuttuu ensin DNA:ksi) tai alkaa ohjata proteiinisynteesiä korvaten isäntäsolun RNA:n. Lisääntyminen ja muuntelevuus: Isäntäsolun jakaantuessa viruksenkin DNA kopioituu, jolloin kaikki tytärsolut sisältävät virusgenomin. Virusgenomi voi säilyä latenttina tai aktivoitua, jolloin virulentit solut alkavat valmistaa viruksen tarvitsemia rakenneosia ja entsyymejä. Syntyneet uudet virukset infektoivat tehokkaasti uusia soluja ja virusinfektio leviää. Virusten nopea muuntelevuus perustuu mutaatioihin ja rekombinaatioon. Virus voi sisältää myös geenejä isäntäsolusta, jolloin se toimii vektorina. Perintöainesta voi näin siirtyä yksilöstä toiseen, jopa lajista toiseen. Torjumisen vaikeudet: Sekä virusinfektion torjunta että immuniteetti perustuvat kehon omaan vastaainetuotantoon (T- ja B-solut). Rokotukset ovat saman mekanismin lääkesovelluksia. Virusten infektoimat solut pyrkivät torjumaan viruksia myös erittämillään interferoineilla. Myös niitä käytetään nykyään virustautien torjunnassa. Ongelmallisia ovat eläimestä ihmiseen siirtyneet virustaudit, joihin ihmisen puolustusjärjestelmä ei ole ehtinyt sopeutua (HIV, SARS, lintuinfluenssa) sekä vuosittain epidemioina esiintyvät, hiukan muuntuneet virusinfluenssat (A- ja B-virukset), joiden muuntelevuus vaikeuttaa rokotteiden kehittelyä. Lisäksi ihmisten liikkuvuus nopeuttaa virustautien leviämistä ja maailmanlaajuiset pandemiat ovat tulleet yhä yleisemmiksi. 6. Selosta, mikä on geeni ja mistä toiminnallisista osista se rakentuu. Määrittely: Geeni on osa kromosomin DNA-ketjua, joka koodaa kolmen emäksen jaksoina (kodonit) (RNA:ta ja edelleen) yhtä peptidiketjua (josta voidaan lopulta tehdä useitakin proteiineja). Geeni on kromosomissa sijaitseva perintötekijä. (Siitä voi samassa lokuksessa olla eri alleeleja).
Rakenne: Prokaryooteilla geenin koodaava jakso on yhtenäinen, mutta eukaryooteilla se on usein jaksottunut koodaaviin alueisiin eli eksoneihin ja ei-koodaaviin eli introneihin, jotka silmukoidaan pois niin, että niitä ei ole enää lopullisessa lähetti RNA:ssa. Geeni rakentuu osa-alueista: säätelyalue (promoottori) ja varsinainen koodaava alue, josta DNApolymeraasi aloittaa toimintansa. Prokaryooteilla sama säätelyalue voi säädellä useiden peräkkäisten geenien toimintaa (operoni). Geenien säätelyyn voi osallistua tehostajajaksoja, jotka voivat sijaita hyvinkin kaukana itse geenistä. 7. Miten aitotumallisen solun DNA ja RNA eroavat rakenteeltaan ja tehtäviltään ja missä niiden toiminta tapahtuu? Esitä vertailu lyhyesti vastauspaperillasi mallin mukaisena taulukkona 8. Mitä ovat a. restriktioentsyymi b. plasmidi c. geenikirjasto ja miten niitä hyödynnetään?
a) Restriktio- eli katkaisuentsyymit ovat DNA-kaksoisketjun katkaisevia entsyymejä. Restriktioentsyymit ovat emäsjärjestysspesifisiä eli kukin katkaisee DNA:n tietyn emäsjärjestyksen (4-8 emästä) tietystä kohdasta. Katkaisuentsyymejä käytetään hyväksi geenien kloonauksessa, kun halutaan katkaista DNA-paloja ja liittää niitä taas yhteen. Katkaisukohtaan jää yksijuosteinen pää, joka voidaan liittää toiseen DNA-palaan, jos se on katkaistu samalla entsyymillä. (Katkaisuentsyymejä käytetään myös hyväksi geneettisen sormenjäljen muodostamisessa, jolloin eliön kromosomien DNA katkaistaan paloiksi aina emäsjärjestyksen samanlaisista kohdista, ajetaan geelissä ja saadut samanpituisten DNA-palojen muodostamat juovakuviot muodostavat tälle yksilölle tyypillisen 'geneettisen sormenjäljen'.) b) Plasmidi on bakteereille tyypillinen pieni DNA-rengas, joka jakautuu bakteerin rengasmaisesta kromosomista erillään. Plasmidi on myös helppo eristää bakteereista. Plasmideja käytetään geenitekniikassa yleisesti vektoreina, joissa vieraita DNA-paloja voidaan kätevästi monistaa eli kloonata: Plasmidi katkaistaan katkaisuentsyymillä ja samalla katkaisuentsyymillä irrotettu vieras geeni liitetään plasmidiin liittäjäentsyymin avulla. c) Geenikirjastolla tarkoitetaan jonkin eliön kaikkien geenien kokoelmaa, jossa geenit ovat sattumanvaraisina paloina vektoreissa kuten plasmideissa tai bakteriofageissa. Geenikirjastoa käytetään säilyttämään eliölajien, mm. uhanalaisten lajien, viljelykasvi- ja kotieläinkantojen perimää. Kirjastosta voidaan poimia geenejä tunnettujen sekvenssipalojen, koettimien, avulla. TAI Geenikirjastolla voidaan myös tarkoittaa geenisekvensseistä koostuvaa tietopankkia, jota voidaan käyttää hyödyksi erityisesti tutkimuksessa. 9. Helsingin Sanomien uutisen mukaan Yhdysvalloissa on siirretty hämähäkin geenejä bakteeriin, ja saatu tämä tuottamaan hämähäkin seitin kaltaista kuituainesta. Tästä lujasta materiaalista voidaan tehdä esimerkiksi kankaita. Selvitä vaihe vaiheelta, kuinka hämähäkin seittigeeni saadaan toimimaan bakteerissa. Seittigeenin käsittely ennen siirtoa - hämähäkki on aitotumallinen, bakteeri esitumallinen. Aitotumallisen geeni suoraan bakteeriin siirrettynä ei toimi, koska - aitotumallisen geeneissä on introneita (, jotka eivät sisällä tietoa geenin tuottaman proteiinin aminohappojärjestyksestä). Aitotumallisilla intronit silmukoituvat pois lähetti- RNA:sta. Intronittomissa bakteereissa ei ole silmukointimekanismia. - siirrossa tulee käyttää intronitonta DNA:ta. Se valmistetaan hämähäkin seittigeenin tuottamasta l-rna:sta käänteiskopioijaentsyymin (eristetty RNA-viruksista) avulla. Entsyymi kopioi RNA:n kaksijuosteiseksi DNA:ksi (cdna), joka bakteerissa toimii. Toiminnan varmistaminen - että siirtogeeni ilmenisi = ohjaisi proteiinisynteesiä bakteerissa, on koodittavan alueen eteen liitettävä bakteerissa toimiva säätelyalue.
Siirto plasmidissa - bakteereista eristetään plasmideja (pieniä rengasmaisia molekyylejä) vektoreiksi - plasmidit avataan restriktio- (pilkkoja-)entsyymillä, samalla entsyymillä, jolla seittigeeni on irrotettu. - säätelyalue + introniton seittigeeni-yhdistelmä ja avattu plasmidi saatetaan koeputkessa yhteen. Liittäjä- (ligaasi-) entsyymi kiinnittää ne uudenlaiseksi plasmidirenkaaksi. Syntyy yhdistelmäplasmidi. - isäntäbakteerin annetaan imeä yhdistelmäplasmidi sisäänsä - viljelmässä bakteerit lisääntyvät nopeasti ja yhdistelmäplasmidin saaneet bakteerit siirtävät sen aina tytärsoluihin ja alkavat tuottaa hämähäkin seittiproteiinia - siirron onnistuminen varmistetaan antibioottivalinnalla - proteiinia tuottavia soluja viljellään suuria määriä - seittiaines eristetään bakteerien elatusalustasta tai bakteerimassasta ja puhdistetaan. 10. Lue oheinen Helsingin Sanomien uutinen siitä, miksi tutkijat ovat kiinnostuneita presidentti Abraham Lincolnin DNA:sta. Yli 100 vuotta sitten päähän ampumalla murhatun Yhdysvaltain presidentti Abraham Lincoln oli pitkä ja laiha mies. Tutkijat ovat päättäneet ruveta geeniteknologian keinoin etsimään Lin-colnin perimästä solakkuuden salaisuudeksi arveltua Marfanin syndroomageeniä. Marfanin oireyhtymä on periytyvä tauti, jonka ulkoisia tuntomerkkejä ovat mm. henkilön huomiota herät-tävä pituus ja hoikkuus sekä raajojen ja sormien luisevuus. Vaarallisinta taudissa on äkilliseen verenvuotoon ja kuolemaan johtava aortan seinämän haurastuminen. Lähteiden mukaan Lincolnin hautaa ei kuitenkaan tarvitse tutkimuksia varten avata, sillä riittävästi monistamiseen tarvittavaa DNA:ta on tallella Yhdysvaltain puolustusvoimien patologian laitoksella Washingtonissa. Laitoksella säilytetään kymmentä Lincolnin kallosta peräisin olevaa luunsirua ja hiuksia. Tallella on myös lääkärin työtakki, jossa on Lincolnin verta. Selvitä, a) miksi on yhdentekevää, mistä jäännöksestä monistettava DNA otetaan, (1 p.) b) miksi ja miten itse monistus tapahtuu. Selitä lyhyesti. (2 p.) c) menetelmä, jolla jäljitetään tautigeeniä Lincolnin DNA-näytteestä olettaen, että Marfanin oireyhtymägeenin rakenne tunnetaan. Miten tulosta tulkitaan? (3 p.) a) Yksilön kaikissa soluissa on samat geenit (DNA); samantekevää on, mistä analysoitava DNA-näyte saadaan. b) Monistaminen on tarpeen, jotta DNA:ta saataisiin analysointia varten riittävästi. Monistaminen on mahdollista PCR- (polymeraasiketjureaktio)-menetelmällä, joka perustuu lämmönkestävien entsyymien ja alukkeiden käyttöön. Reaktioon tarvitaan lisäksi monistettavasta DNA:sta malli sekä nukleotideja. Monistuminen tapahtuu automaattisesti sitä varten kehitetyllä laitteella. Lämpötilaa säätelemällä saadaan DNA-juoste avautumaan, alukkeet kiinnittymään monistettavan jaksonalku- ja loppupäähän sekä entsyymi syntetisoimaan uusia kopioita alukkeiden väliin jäävästäjaksosta. Lyhyessä ajassa syntyy suuri määrä kopioita.
c) Tautigeenin jäljittämistä varten tuotetaan kyseiselle taudille spesifinen geenikoetin. Geenikoetin on yksijuosteinen ja leimattu (radioaktiivinen, värjätty tai fluoresoiva). Geenikoetin saatetaan kosketuksiin kuumentamalla avattujen Lincolnin DNA- juosteiden kanssa. Liuoksen jäähtyessä koetin hakeutuu emäsparisäännön mukaan kohtaan, joka vastaa sen emäsjärjestystä. Tapahtuu hybridisaatio. Kun koetin on merkitty, on tutkittava geenialue mahdollista jäljittää ja tulkita tulos. Jos koettimen kiinnittyminen on täydellistä, vastaavat koettimen ja tutkittavan DNA:n emäsjärjestykset täydellisesti toisiaan. Silloin presidentillä olisi ollut Marfanin tautigeeni, muuten ei. c) kohdassa sekvensointi ei ole oikea menetelmä, koska ei tunneta DNA:n oikeaa kohtaa. 11. Kahden alleeliparin suhteen heterotsygoottisia banaanikärpäsiä (Drosophila melanogaster) risteytettiin homotsygoottisten banaanikärpästen kanssa. Alleelit olivat A: normaali ruumis, a: tumma ruumis B: normaalit siivet, b: lyhytsiipinen C: ruumis karvainen, c: ruumis karvaton D: punaiset silmät, d: värittömät silmät. Kolmessa eri risteytyksessä (a c) jälkeläisiä syntyi seuraavasti: a) b) c) AaBb x aabb AaCc x aacc AaDd x aadd kaikkia mahdollisia vain vanhempien vanhempien genotyyppejä genotyyppejä genotyyppejä 92 %, yhtä paljon muita mahdollisia genotyyppejä yhteensä 8 % Laadi risteytyskaaviot ja selosta, mistä erot jälkeläistöjen genotyyppien lukusuhteissa johtuvat.
12. a) Alla olevat sukupuut kuvaavat kolmen perinnöllisen sairauden esiintymistä eri suvuissa A C. Missä sukupuussa sairaus näyttäisi periytyvän mitokondriaalisesti, missä autosomaalisesti dominoivasti ja missä X-kromosomaalisesti dominoivasti? Valitse kuhunkin vaihtoehtoon yksi sukupuu ja perustele vastauksesi. (3 p.) b) DNA-mikrosirutekniikan avulla voidaan kartoittaa perinnöllisiä sairauksia aiheuttavien mutaatioiden esiintymistä ihmisyksilössä. Kuvaa lyhyesti DNA-mikrosirutekniikan (DNA-sirutekniikan) periaate ja menetelmän edut. (3 p.) a) Sukupuu A edustaa dominoivaa X kromosomaalista periytymistä, koska sairaus
periytyy isältä 2 kaikille tyttärille, mutta ei pojalle (6). Sairaus ei myöskään periydy kolmannen sukupolven mieheltä 10 hänen pojilleen (18 ja 19) vaan ainoastaan tyttärelle (20). Äideiltä 4, 7 ja 16 sairaus periytyy sekä pojille että tytöille. Sukupuu B edustaa dominoivaa autosomaalista periytymistä, koska sairaus ilmenee kaikissa kantaisän 4 jälkeläissukupolvissa, keskimäärin vähintään puolella jälkeläisistä. (Periytyminen ei ole sukupuoliriippuvaista, vaan sairaus ilmenee niin tytöillä kuin pojilla). Sukupuu ei voi edustaa X kromosomaalista dominoivaa periytymistä, koska isän 12 poika (17) on sairas. Sukupuu C edustaa mitokondriaalista periytymistä, koska siinä ominaisuus periytyy äidiltä 7 kaikille hänen jälkeläisilleen, mutta ei hänen poikansa (12) jälkeläisille. Vastaavasti sairaus esiintyy kaikilla äidin 10 jälkeläisillä. b) DNA sirutekniikan avulla voidaan tutkia sairauksia aiheuttavien mutaatioiden ilmenemistä potilasnäytteissä. DNA sirulla (mikrosirulla, DNA lastulla) tarkoitetaan levymäiselle alustalle määrätyssä järjestyksessä (pisaramaisesti) kiinnitettyjen yksinauhaisten DNA koettimien koostetta. Koettimet vastaavat tunnettuja geenejä tai geenimutaatioita. Yhdellä sirulla voi olla kaikki ihmisen geenit tai esimerkiksi tiettyyn perinnölliseen sairauteen liittyvät mutatoituneet geenit tai vastaavat geenijaksot. DNA sirutekniikan tavoitteena on selvittää, mitkä aluslasilla olevat koettimet pariutuvat (hybridisoituvat) näytteestä valmistetun, fluoresoivalla väriaineella (esim. punainen tai vihreä) leimatun DNA:n tai komplementaarisen DNA:n (cdna) kanssa. cdna valmistetaan käänteiskopioijaentsyymin avulla potilasnäytteestä eristetystä lähetti RNA:sta (tai kokonais RNA:sta). Jos esimerkiksi potilaan vihreällä väriaineella leimattu DNA tai cdna pariutuu (hybridisoituu) sirulla olevan koettimen kanssa, tiedetään, että potilaalla on kyseinen mutaatio. (joko DNA:n tai cdna:n esittely riittää) DNA sirutekniikan etuina on mahdollisuus tutkia kerralla suurta määrää geenejä. Pitkälle automatisoidulla tekniikalla saadaan nopeasti selville, onko henkilö esimerkiksi tietyn mutaation tai sairausgeenin kantaja (esim. Suomi sirun käyttö suomalaisen tautiperinnön geenitutkimuksissa). 13. Selvitä, mitä on eliöiden kloonaus ja mitä hyötyä siitä on. Klooni on saman perimän omaavien eliöiden tai solujen joukko. Klooni voi syntyä suvuttoman lisääntymisen kautta joistain yksilöistä (yleistä kasveilla, esim. rönsyt). Mikrobit: Bakteerien, hiivojen ja homeiden kloonausta käytetään biotekniikassa (esimerkiksi lääke- ja elintarviketeollisuudessa) Kasveja voidaan kloonata helposti mikrolisäyksen (solukkoviljelyn) avulla. Kasvupisteen (alkion jne.) soluja kasvatetaan ravintoalustalla ja niitä voidaan jakaa rajattomasti. Solukkomassa saadaan kasvihormonien avulla saada erilaistumaan taimiksi. Solukkoviljely voidaan aloittaa yhdestä ainoasta solusta. Nisäkkäät: Ensimmäinen kloonattu aikuinen nisäkäs oli Dolly-lammas. 1997 onnistuttiin siirtämään aikuisen lampaan diploidisen ihosolun (utareen) tuma hedelmöitettyyn munasoluun, jonka
tuma oli poistettu. Solu alkoi toimia tsygootin tavoin eli kehittyä alkioksi, joka siirrettiin toisen lampaan kohtuun kasvamaan. Näin saatiin aikaan aikuisen lampaan kanssa perimältään identtinen (kloonattu) lammas. (Menetelmällä on kloonattu myös sika, hiiri, lehmä, apinalajeja). Nisäkkäitä (esim. lehmiä) voidaan kloonata jakamalla hedelmöityksen jälkeen syntynyt varhainen alkio osiin ja siirtämällä ne vastaanottajiin (lehmiin). Alkioiden jakamista tehdään myös Suomessa. Hyödyt: Kloonauksen avulla voidaan keinotekoisesti tuottaa perinnöllisesti samankaltaisia yksilöitä yhdestä tai muutamasta solusta monistamalla. Kloonauksen avulla voidaan nopeasti monistaa monia (jalostettuja) koriste- tai hyötykasveja (esim. orkideat, viiniköynnös) sekä metsäpuita. Myös lajiristeymiä, jotka ovat usein steriilejä, voidaan kloonata. (Lisäksi sen avulla voidaan tuottaa terveitä, viruksettomia kasviyksilöitä.) Kloonaamalla voidaan monistaa huippueläinyksilöä sekä myös pelastaa uhanalaisia lajeja lisäämällä kantaa. Bakteerikloonien avulla voidaan kloonata geenejä. 14. Miten ja missä tarkoituksessa biotekniikassa käytetään hyväksi toisaalta arkkien kuumuudensietokykyä ja toisaalta taas siittiöiden ja alkioiden kylmänkesto-ominaisuutta? Arkit (arkkibakteerit) - kuumuudensieto - mm. kuumissa lähteissä elämään kykenevistä arkeista on eristetty DNA-polymeraasientsyymi, jota - käytetään PCRrakentaa uutta juostetta avautuneen DNA-juosteiden toimiessa malleina => saadaan nopeasti ja runsaasti bioteknisiin sovelluksiin tarvittavaa DNA:ta. Siittiöt ja alkiot - kylmyydenkesto - kestävät elinkykyisinä pakastamisen, kun lämpötila lasketaan nopeasti => solurakenteita rikkovia jääkiteitä ei ehdi muodostua - helppo säilyttää/kuljettaa pienessä tilassa (- tautiriski pieni) Siittiöiden käyttö - perinteistä nautakarjalla, yleistä myös sioilla - jälkeläisarvostelussa hyvät testiarvot saaneen urosyksilön spermaa pakastetaan nestetyppeen (- keinosiemennyksessä => halutun geeniaineksen saaminen nopeasti populaatioon (- maatiloilla ei tarvita turhia uroseläimiä) Alkioiden käyttö - alkionsiirtoihin lajeilla, joilla jälkeläisten määrä muuten pieni, kuten esim. naudalla => hyväperintäisten yksilöiden määrän moninkertaistaminen Menetelmistä jompikumpi seuraavista: * huipputasoisen lehmän kerralla tuottamien munasolujen määrää lisätään hormonikäsittelyllä (superovulaatio), munasolut hedelmöitetään keinosiemennyksellä tai
koeputkessa, varhaisalkiot kerätään ja pakastetaan heikkotuottoisempien lehmien kohtuihin siirtoa varten. * huipputuotoksen omaavan lehmän munasolu (= munanjohtimista huuhdottu) hedelmöitetään koeputkessa, varhaisalkio pilkotaan: yksi osa (soluista sukupuolikin todettavissa), siirretään vuokrakohtuun, loput pakastetaan. Mikäli syntynyt jälkeläinen omaa laadukkaat ominaisuudet, pakastetut, kaikkikykyiset alkio-osat siirretään nekin sijaisiin => huippuyksilöiden klooni