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"content": "Hessisches Kultusministerium Landesabitur 2019 \nBiologie Thema und Aufgabenstellung \nLeistungskurs Vorschlag B1 \nSeite 1 von 6Hinweise für den Prüfling \n \nBearbeitungszeit (insgesamt): 300 Minuten \n \n \nAuswahlverfahren \nWählen Sie aus den Aufgabengruppen A und B jeweils einen der beiden vorliegenden Vorschläge zur \nBearbeitung aus. Die nicht ausgewählten Vorschläge werden 60 Minuten nach Beginn der Bearbei-\ntungszeit von der Aufsicht führenden Lehrkraft eingesammelt. \n \n \nErlaubte Hilfsmittel \n1. ein Wörterbuch der deutschen Rechtschreibung \n2. ein eingeführter Taschenrechner (Bei grafikfähigen Rechnern und Computeralgebrasystemen ist \nein Reset durchzuführen.) \n3. eine Liste der fachspezifischen Operatoren \n \n \nSonstige Hinweise \nkeine \n \nIn jedem Fall vom Prüfling auszufüllen \n \n \nName: Vorname: \n \n \nPrüferin/Prüfer: Datum:",
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"content": "Hessisches Kultusministerium Landesabitur 2019 \nBiologie Thema und Aufgabenstellung \nLeistungskurs Vorschlag B1 \nSeite 2 von 6Genetik und Gentechnik \nGenome-Editing in der Pflanzenzucht \n \nAufgabe \n \n1 Beschreiben Sie das Prinzip der Vermehrung eines DNA-Virus. \n(6 BE) \n \n \n2 Beschreiben und erläutern Sie die einzelnen Phasen des Wirkmechanismus des prokaryotischen \nAbwehrsystems CRISPR/Cas9. (Material 1) \n(20 BE) \n \n \n3 Erklären Sie, wodurch verhindert wird, dass in der Interferenzphase (Abbildung 1.2, Phase C) \nauch das bakterielle Genom selbst zerstört wird. (Material 1) \n(6 BE) \n \n \n4 Erklären Sie anhand der Materialien 1 und 2.2, wie der CRISPR/Cas9-Komplex (Abbil- \ndung 1.3) aufgebaut sein muss, sodass er als gentechnisches Werkzeug Sequenzen auch in ande-\nrer DNA gezielt schneiden kann. (Material 1 und 2) \n(6 BE) \n \n \n5 Beurteilen Sie anhand des dargestellten Beispiels das Verfahren des Genome-Editing im Ver-\ngleich zur Mutagenesezüchtung. (Material 2) \n(12 BE)",
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"content": "Hessisches Kultusministerium Landesabitur 2019 \nBiologie Thema und Aufgabenstellung \nLeistungskurs Vorschlag B1 \nSeite 3 von 6Material 1 \nAbwehrmechanismus von Bakterienzellen gegenüber Phageninfektionen \nViele Lebewesen sind den Angriffen von Parasiten ausgesetzt. Im einfachsten Fall handelt es sich da-\nbei um Viren, die Bakterien befallen (Bakteriophagen). Die Wirte sind solchen Angreifern jedoch \nnicht schutzlos ausgeliefert, sondern haben im Laufe der Evolution mitunter hochwirksame Gegen-\nmaßnahmen zu ihrer Verteidigung entwickelt. So verfügen bereits Bakterien über ein zelluläres Ab-\nwehrsystem, das sogenannte CRISPR/Cas9-System. \nDer CRISPR-Bereich in bakterieller DNA wurde bereits in den 80er Jahren aufgrund seiner auffälli-\ngen Sequenzen entdeckt (Abbildung 1.1): Zwischen Repeats (kurzen Sequenz-Wiederholungen) liegen \nsogenannte Spacer (Abstandshalter). Diese Spacer enthalten bemerkenswerterweise DNA-Sequenzen, \nwie sie in Phagen vorkommen, und ihre Anzahl steht offensichtlich mit der Häufigkeit überstandener \nviraler Attacken in Zusammenhang. Sie stellen daher eine Art Archiv parasitärer Phagen-DNA im \nWirtsgenom dar. Das abgebildete Beispiel (Abbildung 1.2) zeigt die Infektion durch einen vierten \nPhagentyp, sodass am Ende der Phase A vier verschiedene Spacer vorliegen. \nIn unmittelbarer Nähe der CRISPR-Sequenzen liegen weitere DNA-Bereiche, die für den Abwehrme-\nchanismus von entscheidender Bedeutung sind, darunter mehrere Cas-Gene, die in Cas-Proteine über-\nsetzt werden. Diese Proteine sind u.a. für die Erkennung fremder DNA verantwortlich oder können als \nEndonukleasen DNA-Stränge schneiden. In der viralen DNA wurde außerdem vor dem sogenannten \nProtospacer immer ein charakteristisches Basen-Triplett gefunden, das als PAM bezeichnet wird. \n \n \nAbbildung 1.1 \nBakterielles CRISPR/Cas9-DNA-System (vor Infektion mit Phagentyp 4) \n \n \nFortsetzung Material 1 siehe nächste Seiten",
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"content": "Hessisches Kultusministerium Landesabitur 2019 \nBiologie Thema und Aufgabenstellung \nLeistungskurs Vorschlag B1 \nSeite 4 von 6Abbildung 1.2 \nDetails der drei Phasen der prokaryotischen Abwehrreaktion \n \nErläuterungen: \nA Immunisierungsphase: Nach der Phageninfektion wird in den CRISPR-DNA-Bereich ein neuer \nSpacer eingefügt. \nB Expressions- und Prozessierungsphase: Bildung eines funktionsfähigen \nCRISPR-Cas9-Komplexes. \nC Interferenzphase: Die eingedrungene Phagen-DNA wird zerstört. \n \n \nFortsetzung Material 1 siehe nächste Seite",
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"content": "Hessisches Kultusministerium Landesabitur 2019 \nBiologie Thema und Aufgabenstellung \nLeistungskurs Vorschlag B1 \nSeite 5 von 6Abbildung 1.3 \nDetailansicht des bakteriellen CRISPR/Cas9-Komplexes \n \n \n \nMaterial 2 \nZüchtung von Gurken auf Virus-Resistenz \n2.1 Mutagenesezüchtung \nDie klassische Züchtung beruht in der Regel darauf, dass aus natürlich vorkommenden Varianten einer \nPflanzensorte A diejenigen Individuen mit der gewünschten Eigenschaft ausgewählt werden (hier z.B. \nPflanzen mit Virus-Resistenz, die aber nur kleine Früchte tragen) und durch mehrfach wiederholtes \nkontrolliertes Kreuzen versucht wird, die gewünschte Eigenschaft auf eine bestehende Kulturpflanze B \n(hier z.B. eine Pflanze mit besonders großen und schmackhaften Früchten, aber ohne Virus-Resistenz) \nzu übertragen und diese weiter zu kultivieren. \nUm allgemein die Mutationsrate und damit gleichzeitig die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, dass die \ngewünschte Genvariation auftritt, werden die Pflanzen der Sorte A außerdem radioaktiver Strahlung \noder Mutationen auslösenden Chemikalien ausgesetzt (Mutagenese). \nBei der Kreuzung der Sorten A und B wird aber nicht nur das gewünschte Gen der Sorte A auf Sorte B \nübertragen, sondern zusätzlich weitere DNA-Bereiche. Durch weiteres Kreuzen dieser Hybriden \n(Mischformen) mit den gewünschten Eigenschaften untereinander verringert sich typischerweise über \nGenerationen nach und nach der DNA-Anteil der Sorte A für unerwünschte Eigenschaften. Allerdings \nist der verbleibende DNA-Bereich noch deutlich größer als das für die gewünschte Eigenschaft verant-\nwortliche Gen und kann auch unerwünschte weitere Gene enthalten.",
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"content": "Hessisches Kultusministerium Landesabitur 2019 \nBiologie Thema und Aufgabenstellung \nLeistungskurs Vorschlag B1 \nSeite 6 von 62.2 Genome-Editing mit dem CRISPR/CAS9-System \n2012 fanden die Wissenschaftlerinnen Charpentier und Doudna heraus, dass im CRISPR/Cas9-Kom-\nplex die crRNA durch eine beliebige andere RNA-Sequenz ersetzt und direkt mit der tracr-RNA zu \neinem einzigen Molekül verbunden werden kann, was als Leit-RNA bezeichnet wird. Ein solcher ver-\nänderter CRIPSR/Cas9-Komplex entwickelt dann in jedem beliebigen Zelltyp, auch in Eukaryoten, \neine entsprechende Nuklease-Aktivität, sofern die Zielsequenz in der Nähe eines PAM-Tripletts liegt. \nWenn die Zelle diesen Doppelstrangschnitt repariert, kommt es häufig zu zufälligen Veränderungen in \nder Basenabfolge, wodurch ein dort vorhandenes Gen funktionslos werden kann („knock out“). Auf \ndiese Weise können daher gezielt Gene außer Funktion gesetzt werden. Obwohl diese Methode sehr \nspezifisch ist, schneidet die Endonuklease Cas9 gelegentlich aber auch an anderen Stellen. \n \nGenome-Editing am Beispiel der Entwicklung einer virusresistenten Gurkensorte",
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