2.1 Inzoomen

Bekijk het filmpje van de 21-jarige Annelie die lijdt aan Cystische Fibrose (CF), ook wel taaislijmziekte genoemd.
Als bovenstaande film niet laadt, kun je het ook zo proberen: http://www.npo.nl/je-zal-het-maar-hebben/16-08-2010/POW_00313027 tot 6:55 minuten
In deze opdracht ga je proberen precies te beschrijven wat er mis gaat bij Annelie. Hiervoor bekijk je Annelie op verschillende organisatieniveaus: van het gehele individu tot de moleculaire structuur van het DNA.

1. Organismaal niveau: Hierboven staat een schematische afbeelding van Annelie. Beschrijf drie symptomen waar Annelie last van heeft en vergelijk deze met jouw gezondheid.

2. Orgaanniveau: Nu kijken we naar de longen van Annelie en het longweefsel.
Beschrijf wat er anders is aan de werking van Annelie’s longen in vergelijking met gezonde longen.
a. Gezonde longen hebben 100% inhoud. Hoeveel procent inhoud hebben Annelie’s longen?
b. Gezonde longen gaan een mensenleven mee. Hoe lang gaan Annelie's longen mee?
c. Gezonde longen kunnen voldoende zuurstof uit de lucht opnemen, Annelie’s longen wel/niet.
d. Gezonde longen hebben geen ontstekingen, Annelie’s longen wel/niet.

 

3. Celniveau: Bij verder inzoomen in het longweefsel zijn de individuele cellen zichtbaar. Hier zie je drie cellen in het longepitheel met daarboven slijm dat de cellen hebben geproduceerd. Geef met een pijl aan waar de celkern zit. Wat is er anders aan dit slijm van Annelie?

4. Molecuulniveau: Nog verder ingezoomd eindigen we bij het DNA van Annelie. Dit DNA bevat de instructies voor het bouwen van een eiwit. Gebruik eventueel de website van de Nederlandse Cystische Fibrose Stichting en/of andere informatiebronnen voor het beantwoorden van de volgende vragen:
a. Hoe heet het gen dat bij een defect Cystische Fibrose veroorzaakt?
b. Hoe heet het eiwit dat in een gezonde situatie wordt aangemaakt met behulp van dit gen?
c. Wat is de functie van dit eiwit?
d. Wat is er in het DNA van Annelie anders waardoor zij lijdt aan CF?
e. Wat is er anders aan de eiwitten door dit verschil in DNA?

5. Moleculaire structuur: Als je nog verder inzoomt zie je dat DNA eruit ziet als een helix, of een wenteltrap. De treden van de wenteltrap bestaan uit vier verschillende basen: A, C, T en G. In de volgende opdracht ga je hier mee puzzelen.

Leuk om te weten!
Annelie heeft na de opname van het filmpje een longtransplantatie gekregen. En met succes! In Nederland is zij de eerste vrouw met Cystische Fibrose die zwanger is geworden na een longtransplantatie.

 

2.2 Puzzelen met allelen

Vlak voordat een cel gaat delen reorganiseert de DNA-spaghetti zich tot compacte chromosomen. Op die manier wordt het makkelijker voor de cel om het DNA te kopiëren en te verdelen over de nieuwe cellen.
1. Hoeveel chromosomen heeft een mens in één cel?

De afbeelding hier links is een schematische afbeelding van chromosoom 7. Een chromosoom bestaat uit een centromeer (knooppunt), een lange en een korte arm (de p-arm en de q-arm). Ieder gen zit op een bepaalde plek, oftewel ‘locus’ in het chromosoom.
2. Zoek met behulp van de Binas (tabel 70) op wat de locus is van het CFTR-gen en kleur deze in de afbeelding op je werkblad.

Mensen hebben in principe van ieder chromosoom twee stuks: één van de vader en één van de moeder. Dat betekent dat je op één locus twee variaties van hetzelfde gen hebt zitten. Die genvarianten op hetzelfde locus noemen we ‘allelen’. De twee allelen die een mens van één gen heeft kunnen identiek zijn aan elkaar, of er zitten kleine of grote verschillen in, alle variaties zijn mogelijk.
Een individu heeft dus twee allelen van één gen. Maar er zijn vele verschillende allelen mogelijk.
3. Mensen hebben diploïde cellen. De ‘Cavendish banaan’ die wij in Nederland veel consumeren is triploïd. Hoeveel allelen van één gen heeft deze bananenplant?

 

Een genetische test

Hieronder zie je een stukje DNA-code in het CFTR-gen van Annelie. Ergens in dit DNA zit een defect dat CF veroorzaakt. Zo’n defect kan worden opgespoord met een genetische test.

4. Zoek het begin en einde van het CFTR-gen en markeer deze in de DNA-code van Annelie. Tip: het begin en einde kun je bepalen met behulp van het startcodon en een stopcodon. Zoek deze codons eventueel op in je Binas.

Verdiepingsvraag 5. Is het afgebeelde stukje DNA van Annelie afkomstig van de coderende streng of de matrijsstreng?

6. Het alfabet van het DNA bestaat uit vier letters: A, T, C en G. Waarvoor staan deze letters?
7. Welke DNA-basen passen precies tegenover elkaar?
8. Leg aan de hand van waterstofbruggen uit dat alleen deze tweetallen van basen aan elkaar binden, en geen andere combinatie. Gebruik eventueel tabel 71B uit de Binas.

Twee defecten

Een patiënt met CF heeft in beide allelen van het CFTR-gen een defect. Bij een genetische test worden merkers ingezet om deze defecten op te sporen. Een merker is een klein stukje DNA dat precies op een bepaalde volgorde van DNA-basen past. Aan dit stukje DNA zit een fluorescente stof die oplicht als de merker wordt gebonden.
Hieronder staan drie CF-merkers. Als één of meerdere merkers op het DNA passen, weten we welk defect in het gen zit.

9. Welke merker, of welke merkers, passen op het DNA van Annelie? Markeer de locatie van de merker op het DNA.
Iedere merker geeft een ander defect aan. De merkers passen niet alle drie op Annelie’s DNA. Er zijn vele verschillende varianten mogelijk van een gen.
 

2.3 Hoe kom ik aan mijn allelen?

De vader en moeder van Annelie zijn allebei drager van CF. Dragers van CF blijken geen ziekteverschijnselen te vertonen die horen bij taai slijm.

Genotype versus fenotype

Het fenotype is de waarneembare eigenschap van een organisme.
Het genotype is de genetische aanleg van een eigenschap van een organisme.

1. Een genotype wordt vaak aangeduid met letters. In het geval van het CFTR-gen bijvoorbeeld met een C. Een hoofdletter C duidt dan op een gezond allel, terwijl een kleine letter c duidt op een defect allel. Het genotype van Annelie ziet er dan als volgt uit: cc.
a. Wat is het genotype van de vader van Annelie? CC of Cc of cc?
Het fenotype wordt vaak omschreven met woorden. Zoals ‘heeft de eigenschap wel’ of ‘heeft de eigenschap niet’. Het fenotype van Annelie wordt dan: ‘heeft Cystische Fibrose’.
b. Wat is het fenotype van de vader van Annelie? ‘heeft geen Cystische Fibrose’ of ‘heeft Cystische Fibrose’?
c. Verzin een verklaring voor het feit dat de vader (of moeder) van Annelie wel een defect allel met zich meedraagt, maar toch geen ziekteverschijnselen van CF heeft.

Stamboom: Familie van Annelie.
Een defect CFTR-allel is aangegeven met een gele kleur.

 

 

 

 

 

 

2. Bekijk de stamboom van Annelie en haar gezin. Kan de broer van Annelie de ziekte doorgeven? En hoe zit dat met Annelie’s zus?

3. Welke van onderstaande situaties zijn NIET mogelijk? 
1. Opa en oma aan moeders kant lijden beiden aan CF.
2. Opa en oma aan vaders kant zijn beiden drager van CF.
3. Opa aan moeders kant lijdt aan CF, maar zijn vrouw heeft geen defect in haar CFTR-allelen.
4. In de familie van vaders en moeders kant lijdt niemand aan CF, Annelie is het eerste geval.

Kinderwens en dragerschapstesten

De broer van Annelie en zijn partner willen graag kinderen. De broer weet dat hij drager is van CF. Zijn partner wil weten of zij drager is van CF en gaat naar het Universitair Medisch Centrum van de Vrije Universiteit om daar een dragerschapstest te doen. Lees op de website van het VUMC meer informatie over deze test.
Ongeveer 1 op de 30 mensen in Nederland is drager van CF.
4. Zou jij willen weten of je drager bent van CF? Waarom wel/niet?
 

2.4 Afsluiting

Als het goed is weet je nu hoe de ziekte cystische fibrose terug te zien is in verschillende organisatieniveaus: de CF-patiënt (Annelie), de longen tot het DNA . Één organisatieniveau is echter achterwege gelaten: het populatieniveau. Hieronder staat een infographic die het populatie-niveau inzichtelijk maakt.

1. Als je kijkt naar een populatie kijk je niet naar één verandering in het DNA (mutatie), maar naar het voorkomen van een bepaalde mutatie in een gehele populatie.
a. Welke allelen (A, B, C en D) leveren, volgens de infographic, een functionerend eiwit op? Let hierbij op de kleuren van de personen in de populatie (wit, roze en rood).
b. Stel dat gen X in verband is gebracht met een recessieve aandoening, zoals Cystische Fibrose. Hoeveel procent van de populatie is, volgens de infographic, drager van deze aandoening?
c. Zijn zij allen drager van hetzelfde defecte allel?
De infographic is uitgewerkt voor vier allelen, maar als men deze infographic zou invullen voor Cystische Fibrose, zouden er maar liefst 1400 verschillende allelen in moeten staan! Dat is het aantal CFTR-allelen dat nu bekend is in de wetenschap.
d. Leg uit dat als de gehele wereldbevolking voor het CFTR-gen in kaart zou worden gebracht, dat er hoogstwaarschijnlijk nog meer verschillende allelen ontdekt zullen worden.
e. In de infographic staan de termen ‘heterozygoot’ en ‘homozygoot’ genoemd. Deze termen hebben te maken met het genotype van die persoon. Leidt uit de infographic af wat de betekenis van deze twee termen is en beschrijf ze in eigen woorden.

2. Tot slot nog wat afsluitende vragen waarmee je voor jezelf kunt controleren of je dit hoofdstuk goed snapt.
a. Wat gebeurt er met een eiwit als er een defect zit in de startcode van een gen?
b. Er zijn wel meer dan duizend verschillende mutaties bekend in het CFTR-gen. Betekent dit dat er ook meer dan duizend allelen van het CFTR-gen zijn? Leg uit.
c. Beschrijf in eigen woorden wat een allel is.
d. Achterin de leerlingenhandleiding staat een termenlijst. Achter iedere term kun je in eigen woorden een omschrijving geven van de term. Zijn er al termen die je nu kunt invullen?
Als je nog geen termen kunt invullen is dat niet erg. Verderop in deze lessenserie komt deze opdracht regelmatig terug en kun je achteraf missende termen alsnog aanvullen.

In het volgende hoofdstuk ga je aan de slag met het overerven van allelen. Termen als dominant, recessief en intermediair passeren de revue. En je gaat oefenen met het maken van kruisingen en stambomen. Bij mensen, bij katten en bij planten.

- Klik bovenin het menu op 3. Mono/Poly om verder te gaan -