Übung AFB III

Musterlösung: Trastuzumab richtet sich gegen den Rezeptor HER2; es wirkt nur bei HER2-positiven Tumoren, also bei Patientin 1. Bei Patientin 2 liegt die BRCA1-Mutation in allen Körperzellen, sie stammt also aus der Keimbahn — Geschwister und Kinder können sie ebenfalls tragen; eine genetische Beratung mit Angebot eines prädiktiven Tests ist angemessen.

Bei Patientin 3 fehlt p53 als Tumorsuppressor ganz: DNA-Schäden stoppen den Zellzyklus nicht, die Apoptose bleibt aus, und der Tumor sammelt weitere Mutationen — ein Hinweis auf aggressives Wachstum. Urteil: Die Therapie muss sich nach dem Tumorbefund richten, nicht nach der Diagnose „Brustkrebs“.

Musterlösung: Die These beschreibt den Grundgedanken der Genexpression — ein Genabschnitt wird transkribiert und in eine Polypeptidkette übersetzt — und war historisch hilfreich. In ihrer strengen Form ist sie aber falsch: Durch alternatives Spleißen entstehen aus einem Gen mehrere Proteine (beim Menschen aus rund 20 000 Genen weit mehr Proteinvarianten). Gene für tRNA und rRNA liefern gar kein Protein. Umgekehrt setzt sich Hämoglobin aus Ketten verschiedener Gene zusammen.

Stellungnahme: Die These ist als Faustregel brauchbar, fachlich korrekt ist „Ein Gen — ein oder mehrere Genprodukte (RNA oder Polypeptid)“. Die Eindeutigkeit des genetischen Codes ist dafür kein Argument, denn sie betrifft nur die Zuordnung Codon → Aminosäure.

Musterlösung: Im Idealfall verdoppelt jeder Zyklus die Menge: 2000 · 2ⁿ ≥ 10⁹ ⇒ 2ⁿ ≥ 500 000. Da 2¹⁸ = 262 144 zu klein und 2¹⁹ = 524 288 ausreichend ist, sind 19 Zyklen nötig, also 57 min.

Real ist die Effizienz geringer: 2000 · 1,9ⁿ ≥ 10⁹ ⇒ n ≥ 20,4, also 21 Zyklen (63 min). Festlegung: Man programmiert mindestens 21 Zyklen; das Ergebnis liegt dann innerhalb von 75 min vor. Mehr als etwa 30 Zyklen brächten wegen des Plateaus kaum Gewinn.

Musterlösung: Hypothese: Das Hormon erhöht die Transkription von Gen X. Drei gleichartige Zellkulturen werden unter gleichen Bedingungen gehalten; nur eine Größe wird verändert. Gruppe 1 erhält das Hormon, Gruppe 2 nur das Lösungsmittel (Negativkontrolle), Gruppe 3 Hormon und Transkriptionshemmstoff.

Nach gleicher Zeit wird die mRNA-Menge von Gen X gemessen. Steigt sie nur in Gruppe 1, nicht aber in 2 und 3, beruht der Anstieg auf vermehrter Transkription durch das Hormon — die Hypothese ist gestützt. Steigt sie auch in Gruppe 3, wirkt das Hormon auf eine andere Ebene, etwa die Stabilität der mRNA.

Musterlösung: „Jede Mutation schadet“: Eine stumme Substitution ändert das Codon, aber nicht die Aminosäure — ohne Folgen. „Mutationen werden immer vererbt“: Eine somatische Mutation, z. B. durch UV-Licht in einer Hautzelle, erreicht die Keimzellen nicht.

„Deletionen verschieben immer das Raster“: Bei ΔF508 fehlen genau drei Basenpaare, das Raster bleibt, nur ein Phenylalanin fehlt. „Allelträger sind krank“: Heterozygote für HbS sind meist gesund und sogar besser vor Malaria geschützt. „Gleiche Gene — gleiche Aktivität“: Eineiige Zwillinge unterscheiden sich mit dem Alter zunehmend in ihren Methylierungsmustern.

Musterlösung: Beide Wege senken die Bildung des fehlgefalteten TTR in Leberzellen. Die siRNA wirkt auf die mRNA: Die DNA bleibt unverändert, Off-Target-Schnitte im Genom sind ausgeschlossen, und bei Nebenwirkungen lässt sich die Behandlung beenden. Nachteil sind lebenslange Infusionen.

CRISPR/Cas9 schaltet das Gen dauerhaft aus — eine einmalige Behandlung könnte genügen. Dafür ist der Eingriff nicht rückgängig zu machen, und Schnitte an ähnlichen Sequenzen sind möglich. Keine der beiden Methoden repariert die Mutation, und da nur Leberzellen behandelt werden, wird nichts vererbt. Abwägung: Sicherheit und Umkehrbarkeit (siRNA) stehen gegen Dauerhaftigkeit (CRISPR).

Musterlösung: Aus Sicht der Fürsorge ist die Therapie ein großer Fortschritt: Sie kann Schmerzkrisen und Organschäden verhindern. Nach dem Nichtschadensprinzip sind die belastende Chemotherapie mit möglicher Unfruchtbarkeit und unklare Langzeitfolgen von Off-Target-Schnitten zu bedenken; die Autonomie verlangt gründliche Aufklärung, auch Jugendlicher.

Am schwersten wiegt das Kriterium Gerechtigkeit: Bei rund zwei Millionen Euro erreicht die Therapie gerade die Länder mit den meisten Erkrankten kaum. Bewertung: medizinisch sinnvoll und für Einzelne gerechtfertigt, als Lösung für die Sichelzellkrankheit weltweit aber erst, wenn Preis und Verfahren den Zugang für alle ermöglichen.

Musterlösung: Probe ist ein Rachenabstrich der erkrankten Person, da sich das Virus in den Atemwegen vermehrt. Weil das Virusgenom aus RNA besteht, schreibt die reverse Transkriptase es zuerst in DNA um. Die Primer passen zu einer Sequenz, die nur im Masernvirus vorkommt, sodass menschliche DNA nicht vervielfältigt wird.

Eine Negativkontrolle mit Wasser zeigt, ob Reagenzien verunreinigt sind; eine Positivkontrolle mit bekannter Masern-DNA zeigt, dass die Reaktion funktioniert. Anschließend werden die Produkte neben einem Größenmarker im Gel getrennt: Eine Bande der erwarteten Länge nur in Probe und Positivkontrolle bestätigt die Infektion.

Musterlösung: Die RNA-Polymerase liest den codogenen Strang 3′→5′ und baut die mRNA komplementär und antiparallel auf: 5′-AUG GCU UUA CAG UAA-3′ — Tims mRNA ist korrekt. Übersetzt ergibt sich Met–Ala–Leu–Gln, dann Stopp; auch das stimmt.

Die Behauptung ist falsch: UUG codiert wie UUA die Aminosäure Leucin. Die Substitution ist eine stumme Mutation; das Peptid bleibt gleich, weil der genetische Code degeneriert ist und Leucin von sechs Codons codiert wird.

Musterlösung: „Ein Tumor durch Ausfall eines Tumorsuppressorgens entsteht erst dann, wenn beide Allele dieses Gens in derselben Zelle defekt sind.“

Begründung: Ein intaktes Allel reicht aus, um genug Bremsprotein (z. B. RB) zu bilden. Erst wenn in einer Zelle beide Allele ausfallen — durch Mutation oder epigenetisch durch Promotor-Methylierung —, teilt sie sich unkontrolliert. Wer ein defektes Allel erbt, braucht nur noch einen Treffer; bei Onkogenen genügt dagegen ein einziges aktiviertes Allel.