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Abituraufgabe: Papillomviren - Immunologie & Molekularbiologie

Methode

Die Abituraufgabe umfasst die Themenbereiche Immunologie und Molekularbiologie. Abituraufgaben fragen immer Wissen aus mehr als einen Themenbereich ab.

Bitte beachten Sie! Materialien sind in Form von Text, experimentellen Protokollen und Graphen gegeben. Werten Sie diese sorgsam aus. Beachten Sie die in der Aufgabenstellung genannten Operatoren!

Insgesamt können Sie in den 4 Teilaufgaben 20 Punkte erzielen. Achten Sie auf die gegebenen Punktzahlen pro Aufgabenteil.

Gut zu wissen

Der Medizinnobelpreis 2008 wurde dem Heidelberger Forscher Prof. Dr. zur Hausen für die Entwicklung eines Impfstoffs gegen Humane Papillomviren (HPV) verliehen. Im Laufe ihres Lebens infizieren sich rund 70 Prozent der Frauen durch Geschlechtsverkehr mit Papillomviren. Bei 70 bis 90 Prozent dieser infizierten Frauen entwickelt sich kein Gebärmutterhalskrebs. Die Heidelberger Forscher entwickelten einen Impfstoff, der ein gentechnisch hergestelltes Hüllprotein enthält. Die Impfung erfolgt nach folgendem Impfschema: Nach einer Grund­impfung wird die Impfung noch zweimal im Abstand von jeweils drei Monaten wiederholt und sollte vor dem ersten Geschlechtsverkehr abgeschlossen sein.

  Diese Viren (Abbildung 1) können Gebär­mutterhalskrebs auslösen.

Schema eines HPV
Abbildung 1: Schema eines HPV

Teilaufgabe 1:

1.1 Beschreiben Sie die immunologischen Vorgänge im Körper von Frauen nach erst­maliger Verabreichung des Impfstoffs (Grundimpfung). (4 BE)

Untersuchungen haben gezeigt, dass bei HPV einige Tripletts des Gens, das für ein Hüllprotein codiert, infolge von Mutationen verändert sein können. Es existieren unter anderem Varianten, bei denen ein Triplett CAT zu GAT mutiert ist. Bei einer anderen Variante ist ein Triplett CGA zu CGG mutiert.

1.2 Beurteilen Sie mithilfe der Codesonne die Folgen dieser beiden Mutationen für die Wirksamkeit des Impfstoffs. (2 BE)

Teilaufgabe 2:

Für eine Studie zur Überprüfung der Wirksamkeit des Impfstoffes wurden 27 000 Frauen im Alter von 16 bis 24 Jahren in zwei gleich große Gruppen aufgeteilt. Eine Gruppe wurde nach dem obigen, dreistufigen Impfschema geimpft, der anderen Gruppe wurde jeweils Kochsalzlösung injiziert. Im Verlauf der Studie wurde die Antikörperkonzentration gegen HPV (Anti-HPV) in beiden Gruppen in regelmäßigen Abständen bestimmt.

2.1 Beschreiben und erklären Sie den in Abbildung 2 dargestellten Verlauf der Anti­körperkonzentration.
Berücksichtigen Sie dabei nur den Zeitraum von 0 bis 15 Monaten. (3 BE)

2.2 Beschreiben und erklären Sie den zu erwartenden Kurvenverlauf der Antikörper­konzentration der zweiten Gruppe, der nur Kochsalzlösung injiziert wurde. Stellen Sie die Bedeutung dieser Gruppe für die Studie dar. (2 BE)

Teilaufgabe 3:

Das HPV benötigt zur Vermehrung eine Wirtszelle. Nach der Infektion gelangt virale DNA in den Zellkern der Wirtszelle. In der Regel wird die virale DNA nicht in das Genom der Wirtszelle eingebaut, aber dennoch abgelesen. Die Virushülle besteht aus den beiden Hüllproteinen L1 und L2. Sie werden durch die Gene ℓ1 und ℓ2 des HP-Virus codiert. Nach Synthese weiterer viraler Bestandteile wird eine große Zahl von Viren hergestellt. Die Wirtszelle platzt auf, Viren werden freigesetzt und können weitere Zellen infizieren.

Nur selten wird die virale DNA in das Genom der Wirtszelle eingebaut. Danach wird diese Zelle durch folgende Schritte in eine Tumorzelle umgewandelt: Die Gene ℓ1 und ℓ2 sowie e1 und e2 werden inaktiviert. Dies hat zur Folge, dass keine Virushüllproteine und keine Repressorproteine E1 und E2 mehr hergestellt werden. E1 und E2 inaktivieren normalerweise die viralen Gene e6 und e7. Sind also e1 und e2 inaktiviert, werden große Mengen der Proteine E6 und E7 hergestellt. Durch die Bindung von E7 an den wirtseigenen Repressor pRB werden bestimmte Gene aktiviert, die unkontrollierte Zellteilungen auslösen. Das Protein E6 bindet an den wirtseigenen Tumorsuppressor p53 und blockiert dessen Fähigkeit, den außer Kontrolle geratenen Zellzyklus zu stoppen. Die Gebärmutterschleimhautzelle beginnt sich unkontrolliert zu teilen und es entsteht Gebärmutterhalskrebs.

3. Entwickeln Sie anhand des Textes ein Verlaufsschema (Größe etwa eine Seite), das die Vorgänge ab dem Einbau der viralen DNA in das Genom der Wirtszelle bis zur Entstehung von Gebärmutterhalskrebs zeigt. (3 BE)

Teilaufgabe 4:

Tumorzellen der Gebärmutterschleimhaut präsentieren das Protein E7 auf ihrer Oberfläche.
Das Deutsche Krebsforschungszentrum entwickelte „therapeutische Impfstoffe“, womit Frauen behandelt werden, die bereits Krebsvorstufen aufweisen.
Nach erfolgreichen Tierversuchen laufen erste klinische Studien beim Menschen mit einem gentechnisch hergestellten Impfstoff. Dieser besteht aus der Verbindung des Hüllproteins L1 mit dem um einige Aminosäuren verkürzten Protein E7.

4.1 An der Fusionsstelle sind zwei Aminosäuren miteinander verbunden. Zeichnen Sie die entsprechende Strukturformel des Verknüpfungsprodukts unter Verwendung der Abbildungen 3 und 4. (2 BE)

Abbildung 3 zeigt die Fusionsstelle der beiden Proteine.

Durchschnittswerte der Anti-AHV-Konzentration im Blut der 13500 geimpften Frauen.
Durchschnittswerte der Anti-AHV-Konzentration im Blut der 13500 geimpften Frauen.
Abbildung 3: Impfstoff
Abbildung 3: Impfstoff
Abbildung 4: Strukturformeln zweier Aminosäuren
Abbildung 4: Strukturformeln zweier Aminosäuren

4.2 Erklären Sie, wie dieser therapeutische Impfstoff in zweifacher Weise wirkt. (2 BE)

4.3 Nennen Sie zwei Gründe, weshalb von diesem Impfstoff keine Gefahr für die
Patientinnen ausgeht. (2 BE)

Bild von Autor Dr. Martina Henn-Sax

Autor: Dr. Martina Henn-Sax

Dieses Dokument Abituraufgabe: Papillomviren - Immunologie & Molekularbiologie ist Teil eines interaktiven Online-Kurses zum Thema Besprechung einer Original-Abituraufgabe - Papillomviren (Immunologie/Molekularbiologie).

Dr. Martina Henn-Sax verfügt über langjährige Erfahrung auf diesem Themengebiet.
Vorstellung des Online-Kurses
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  • Abituraufgabe: Papillomviren - Immunologie & Molekularbiologie
    • Einleitung zu Abituraufgabe: Papillomviren - Immunologie & Molekularbiologie
    • Lösungsvorschlag #1: Immunreaktion
    • Lösungsvorschlag #2: Impfreaktion
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