Aufgabe A – Düsseldorfer Patient
Mit Hilfe einer Stammzelltransplantation ist es Forschern gelungen, einen krebskranken HIV-Patienten von beiden Erkrankungen zu heilen. Damit ist der „Düsseldorf-Patient“ der dritte Mensch weltweit, der erfolgreich von HIV geheilt wurde. Zehn Jahre nach der Transplantation und vier Jahre nach Absetzen der Medikamente ist weiterhin kein vermehrungsfähiges HI-Virus in seinen Zellen nachweisbar.
Erläutere mit Hilfe von M 1 die Adsorption von HI-Viren an eine Wirtszelle.
Beschreibe drei Formen der Genmutation.
Vergleiche die beiden in M 3 dargestellten DNA-Ausschnitte.
Ordne die Resistenz gegen HIV begründet einer Genmutation zu (M 3).
Ermittle die Aminosäuresequenz der Mutante CCR5Δ32.
Begründe das Auftreten der HIV-Resistenz auf molekulargenetischer Basis.
Diskutiere die Anwendung des dargestellten Verfahrens bei HIV-Patienten ohne Leukämie (M 2).
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monatlich kündbarSchulLV-PLUS-Vorteile im ÜberblickDu hast bereits einen Account?Material 1: Adsorption eines HI-Virus
Abb. 1: HI-Virus und Wirtszellmembran mit Rezeptoren
Abb. 2: Adsorption (Anheftung) von HIV an die T-Helferzelle
Material 2: Düsseldorfer Patient nun HIV-negativ
Eine Infektion mit dem Humanen Immundefizienz-Virus HIV gilt bislang als nahezu unheilbar. Jedoch lassen sich HIV-Infektionen heute medikamentös gut kontrollieren und Patienten in Deutschland können von einer weitgehend normalen Lebenserwartung ausgehen.
Erst zum dritten Mal weltweit berichten Forscher nun darüber, einen HIV-Patienten erfolgreich geheilt zu haben. Bei dem Patienten aus Düsseldorf wurde im Jahr 2008 eine HIV-Infektion festgestellt. Drei Jahre später erhielt er zudem die Diagnose Akute Myeloische Leukämie – eine lebensbedrohliche Form von Blutkrebs. Wenn eine Chemotherapie nicht hilft, besteht die letzte Hoffnung für Betroffene in einer Stammzelltransplantation. Dabei wird das eigene, erkrankte Knochenmark des Patienten durch eine starke Chemotherapie und Bestrahlung zerstört, bevor er aufgereinigte Blutstammzellen eines passenden Spenders bekommt.
Eine Stammzelltransplantation bedeutet für den Patienten ein hohes Risiko schwerer, manchmal auch tödlicher Nebenwirkungen.
Auch der Düsseldorfer Patient benötigte eine solche Stammzelltransplantation mit dem Ziel, sowohl die Leukämie als auch das HI-Virus in den Griff zu bekommen. Und tatsächlich fand sich eine passende Stammzellspenderin mit einer genetischen Besonderheit, eine Mutation im CCR5-Gen. Träger dieser sogenannten CCR5Δ32-Mutation sind daher weitgehend immun gegen HIV.
Bei dem Düsseldorfer Patienten führte die Stammzelltransplantation dazu, dass die HIV-Symptome verschwanden. Sechs Jahre nach der Behandlung konnte er die Medikamente gegen HIV absetzen. Inzwischen betrachten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler den Mann als vollständig geheilt.
Material 3: Molekulare Ursache der HIV-Resistenz
Abb. 3: mRNA-Codesonne
Weiter lernen mit SchulLV-PLUS!
monatlich kündbarSchulLV-PLUS-Vorteile im ÜberblickDu hast bereits einen Account?Adsorption von HI-Viren an eine Wirtszelle:
Das HI-Virus bindet an den Rezeptor einer T-Helferzelle als Wirtszelle nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip. Das virale gp120 Protein bindet an einen Rezeptor CD4 und an den Corezeptor CCR5 und dringt mit einer Struktur durch die Zellmembran in die Wirtszelle ein.
Formen der Genmutation:
-
Punktmutation: Bei einer Punktmutation wird eine einzelne Nukleotidbase gegen eine andere ausgetauscht.
-
Deletion: Bei einer Deletion geht eine Base verloren. Da der genetische Code in Codons gelesen wird, verschiebt sich durch das Fehlen einer Base das gesamte Leseraster ab der Mutationsstelle.
-
Insertion: Die Insertion ist das Gegenteil der Deletion: Eine zusätzliche Base wird in die DNA-Sequenz eingefügt.
Vergleich DNA-Sequenzen:
-
Die ersten zehn Nucleotide (drei Tripletts) sind identisch.
-
Die Nucleotidsequenz bei der Mutante verkürzt sich.
-
Die Abfolge der Nucleotide am Ende des Ausschnitts ist identisch (jedoch nicht die Tripletts).
Zuordnung mit Begründung:
-
Es handelt sich um eine Deletion mit Rasterverschiebung, da 32 Nucleotide wegfallen, die nicht gelesen werden und sich außerdem das Leseraster verschiebt.
Ermittlung Aminosäuresequenz der Mutante CCR5∆32:
|
DNA |
TTT |
CCA |
TAC |
ATT |
AAA |
GAT |
AGT |
CAT |
CTT |
GGG |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
mRNA |
AAA |
GGU |
AUG |
UAA |
||||||
|
AS |
Lys |
Gly |
Met |
Stopp |
Begründung HIV-Resistenz:
Viertes Triplett führt zu einem vorzeitigen Stoppcodon → Kettenabbruch → verkürztes Protein → keine Bindung mehr durch HIV möglich → Resistenz.
Pro:
-
Durch die Therapie ist eine Heilung prinzipiell möglich und Patienten benötigen danach ggf. keine Medikamente zur Kontrolle der Erkrankung.
Contra:
-
Eine Knochenmarktransplantation bedeutet für den Patienten ein signifikantes Risiko schwerer, manchmal auch tödlicher Nebenwirkungen.
-
Eine HIV-Infektion lässt sich heute gut kontrollieren und ist in Deutschland mit einer weitgehend normalen Lebenserwartung assoziiert.
Fazit:
-
Für Patienten, die nicht ohnehin auf eine Stammzellspende angewiesen sind, kommt das bisherige Verfahren nicht in Frage.