MBIP-R0-100-2605 • Otwarte krótkie • 3 pkt • Trudność: ★★★★★

Zadanie 3

Matura z biologii, maj 2026, poziom rozszerzony

Wymaganie:

VI. Genetyka — horyzontalny transfer genów u bakterii: koniugacja, transdukcja, transformacja. XI. Metodologia badań biologicznych — analiza doświadczeń, dobór próby kontrolnej i selekcyjnej.

Treść zadania

Horyzontalny transfer genów (HTG) może się odbywać u bakterii na drodze koniugacji, transdukcji lub transformacji. W 1946 r. Lederberg i Tatum przeprowadzili eksperyment na dwóch szczepach Escherichia coli:

szczep A ( $Met^{-} bio^{-} Thr^{+} Leu^{+} thi^{+}$ ) — bakterie niezdolne do syntezy metioniny i biotyny,
szczep B ( $Met^{+} bio^{+} Thr^{-} Leu^{-} thi^{-}$ ) — bakterie niezdolne do syntezy treoniny, leucyny i tiaminy.

Bakterie hodowano na pożywce pełnej — razem i osobno. Po przeniesieniu na pożywkę minimalną kolonie utworzyła wyłącznie część bakterii z hodowli mieszanej.

Doświadczenie Bernarda Davisa. Hodowlę szczepów A i B założono w szklanej U-rurce z pożywką pełną, z filtrem między połówkami. Filtr przepuszczał pożywkę z rozpuszczonymi substancjami, ale nie przepuszczał bakterii. Hodowla była wolna od bakteriofagów. Po przeniesieniu na pożywkę minimalną nie odnotowano wzrostu kolonii po żadnej stronie.

3.1. (0–1) Wyjaśnij, dlaczego w doświadczeniu Lederberga i Tatuma kolonie utworzyły wyłącznie bakterie z hodowli mieszanej. Uwzględnij następstwa HTG między szczepami A i B.

3.2. (0–1) Wyjaśnij, dlaczego w doświadczeniu Davisa nie zaszła wymiana informacji genetycznej. Uwzględnij wybrany mechanizm HTG.

3.3. (0–1) Zachodzenie transdukcji można zweryfikować dzięki modyfikacji doświadczenia Davisa, polegającej na dodaniu do pożywki pełnej A. bakteriofagów przechodzących przez filtr / B. martwych bakterii E. coli $Met^{+} bio^{+} Thr^{+} Leu^{+} thi^{+}$ , a następnie na przeniesieniu bakterii na 1. pożywkę pełną / 2. pożywkę minimalną.

Źródło: arkusz CKE MBIP-R0-100-2605. Otwórz oryginalny PDF

Rozwiązanie

3.1.

Na pożywce minimalnej przeżyją tylko bakterie zdolne do samodzielnej syntezy wszystkich wymienionych aminokwasów i witamin. Żaden ze szczepów osobno tego warunku nie spełnia:

Szczep	Nie potrafi wytworzyć	Na pożywce minimalnej
A	metioniny, biotyny	brak wzrostu
B	treoniny, leucyny, tiaminy	brak wzrostu

W hodowli mieszanej doszło do horyzontalnego transferu genów — bakterie jednego szczepu przekazały drugiemu geny warunkujące syntezę brakujących związków. Powstały w ten sposób komórki o genotypie $Met^{+} bio^{+} Thr^{+} Leu^{+} thi^{+}$ , zdolne do syntezy wszystkich potrzebnych aminokwasów i witamin — i tylko one utworzyły kolonie na pożywce minimalnej.

3.2.

HTG między tymi bakteriami zachodzi na drodze koniugacji, która wymaga bezpośredniego kontaktu fizycznego komórek — połączenia mostkiem cytoplazmatycznym przez pilus płciowy, którym przekazywany jest DNA.

W U-rurce Davisa filtr rozdzielał bakterie obu szczepów — przepuszczał pożywkę i rozpuszczone substancje, ale nie komórki bakteryjne. Bakterie nie mogły się więc ze sobą zetknąć, koniugacja nie zaszła i nie doszło do wymiany informacji genetycznej.

(Wyjaśnienie alternatywne przez transdukcję: hodowla była wolna od bakteriofagów, a to one przenoszą DNA między komórkami w transdukcji — bez nich mechanizm ten jest niemożliwy.)

3.3. A2

A — do pożywki należy dodać bakteriofagi zdolne przejść przez filtr. Jeśli transdukcja zachodzi, fagi przeniosą fragmenty DNA między rozdzielonymi szczepami.
2 — bakterie trzeba następnie przenieść na pożywkę minimalną, bo tylko ona selekcjonuje komórki, które nabyły brakujące geny. Na pożywce pełnej rosłyby wszystkie bakterie i wynik nic by nie wykazał.

Typowy błąd / pułapka

W 3.1 klucz nie uznaje odpowiedzi połowicznych. Trzeba napisać o uzyskaniu zdolności syntezy i aminokwasów, i witamin — wskazanie tylko jednej z tych grup jest niewystarczające.

W 3.2 klucz wprost odrzuca odpowiedzi bez wskazania mechanizmu. Sformułowanie „filtr rozdzielał bakterie, więc nie doszło do HTG" nie punktuje. Trzeba nazwać konkretny mechanizm — koniugację (i jej wymóg kontaktu) albo transdukcję (i brak bakteriofagów).

Uzasadnienie przez koniugację jest najbezpieczniejsze. Filtr blokuje bezpośredni kontakt komórek, a to warunek konieczny koniugacji.

W 3.3 kusi odpowiedź B (martwe bakterie). Dodanie martwych bakterii testowałoby transformację (pobieranie wolnego DNA ze środowiska), a nie transdukcję. Transdukcję przenoszą bakteriofagi.

Kusi też odpowiedź 1 (pożywka pełna). Na pożywce pełnej wyrosną wszystkie bakterie — również te, które niczego nie nabyły. Wynik byłby nieinformatywny. Selekcję zapewnia wyłącznie pożywka minimalna.

Pożywka minimalna jest tu narzędziem selekcyjnym, nie hodowlanym. To na niej ujawnia się różnica między komórkami, które nabyły geny, a tymi, które ich nie mają.

Doświadczenie Davisa jest kontrolą doświadczenia Lederberga i Tatuma. Pokazuje, że do HTG potrzebny był kontakt komórek — czyli że mechanizmem była koniugacja, a nie transformacja czy transdukcja.

Treść zadania (CKE)

Zadanie 3 — biologia 2026, poziom rozszerzony, arkusz CKE — Fragment arkusza CKE MBIP-R0-100-A-2605 — zadanie 3. Na podstawie: CKE, matura maj 2026, biologia PR Oryginalny PDF CKE

Trzy mechanizmy horyzontalnego transferu genów

Mechanizm	Jak przebiega	Czego wymaga	Jak zablokować
koniugacja	przekazanie DNA przez pilus płciowy i mostek cytoplazmatyczny	bezpośredni kontakt komórek	rozdzielenie filtrem
transdukcja	przeniesienie DNA przez bakteriofaga	obecność fagów	usunięcie fagów z hodowli
transformacja	pobranie wolnego DNA ze środowiska	martwe komórki uwalniające DNA + kompetencja biorcy	brak lizy komórek

W doświadczeniu Davisa wszystkie trzy zostały wykluczone naraz: filtr blokował koniugację, hodowla była wolna od fagów (brak transdukcji), a bakterie w pożywce pełnej były w dobrej kondycji i nie uwalniały DNA (brak transformacji).

Logika eksperymentu Lederberga i Tatuma

Hodowla	Wynik na pożywce minimalnej	Wniosek
szczep A sam	brak wzrostu	mutacje nie rewertują samoistnie
szczep B sam	brak wzrostu	jw.
A + B razem	wzrost kolonii	zaszła wymiana genów

Dwie pierwsze hodowle to próby kontrolne — wykluczają, że kolonie powstały wskutek mutacji powrotnych. Sam wzrost w hodowli mieszanej nie wystarczyłby jako dowód.

Pożywka pełna a minimalna

Pożywka	Zawiera	Rośnie na niej
pełna	wszystkie aminokwasy, witaminy, źródło węgla	każdy szczep, także auksotrofy
minimalna	tylko sole mineralne i źródło węgla	wyłącznie prototrofy — zdolne do syntezy wszystkiego samodzielnie

Pojęcie	Znaczenie
prototrof	organizm syntetyzujący wszystkie niezbędne związki (tu: $Met^{+} bio^{+} Thr^{+} Leu^{+} thi^{+}$ )
auksotrof	wymaga dostarczenia określonego związku z zewnątrz

Znaczenie HTG w przyrodzie i medycynie

Skutek	Przykład
rozprzestrzenianie antybiotykooporności	plazmidy R przenoszone koniugacją między gatunkami
nabywanie czynników zjadliwości	wyspy patogenności przenoszone transdukcją
zdolność rozkładu nowych substancji	geny degradacji ksenobiotyków
zaburzanie drzewa filogenetycznego	geny „przeskakują” między odległymi liniami

HTG jest głównym powodem, dla którego oporność na antybiotyki rozprzestrzenia się szybciej, niż wynikałoby to z samych mutacji i podziałów komórkowych.

Jak zaprojektować test na konkretny mechanizm

Testujemy	Co dodać	Na czym hodować
koniugację	nic — wystarczy usunąć filtr	pożywka minimalna
transdukcję	bakteriofagi przechodzące przez filtr	pożywka minimalna
transformację	oczyszczony DNA lub martwe bakterie dawcy	pożywka minimalna

Wspólna zasada: selekcję zawsze prowadzi się na pożywce minimalnej, bo tylko ona odróżnia komórki, które nabyły geny, od reszty.

Punktacja CKE

3.1. 1 pkt — wyjaśnienie uwzględniające uzyskanie brakujących zdolności syntezy aminokwasów i witamin w wyniku transferu genów.
3.2. 1 pkt — wyjaśnienie odnoszące się do konkretnego mechanizmu: izolacja fizyczna uniemożliwiła koniugację albo brak fagów uniemożliwił transdukcję.
3.3. 1 pkt — A2.
Razem: 3 pkt.

Rozumiesz, jak to rozwiązać?

Przećwicz podobne typy zadań w aplikacji

matury-online.pl ma tysiące zadań pogrupowanych po dziedzinach. Sprawdź, czy temat „horyzontalny transfer genow, koniugacja bakterii, transdukcja, transformacja, doswiadczenie Lederberga i Tatuma" zrobisz samodzielnie.

Otwórz matury-online.pl