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Transcript

Mio Weiß - Biologie PL - 2022

Inwieweit ist der Mensch für die rasante Verbreitung von DFTD verantwortlich?

Gliederung

1. Wie entsteht Krebs?

2. Wie kann Krebs ansteckend sein?

1.1 Der Zellzyklus (Überblick)

1.2 Regulationsvorgänge

1.3 Entstehung einer Krebszelle

1.4 Unterschied - Krebszellen zu normalen Zellen

1.5 Was ist ein Tumor?

2.1 Ansteckende Krebsformen

2.3 DFTD

2.4 Die Übertragung

2.5 Die Anpassung der Krebszellen

3. Beantwortung der Leitfrage 4. Quellen

2.2 Der tasmanische Beutelteufel

Wie entsteht Krebs?

1

  • eukaryotische Zellen teilen sich
  • Abstände je nach Zelle unterschiedlich
    • Beispiel:
      • Hautzellen teilen sich ein Leben lang regelmäßig
      • Zellen in der Leber teilen sich nur bei Bedarf (z.B. um abgestorbene Zellen zu ersetzen)

1.1 Der Zellzyklus (Überblick)

Abb 1.

  • Regulationvorgänge auf molekularer Ebene steuern Geschwindigkeit & Zeitpunkt
  • Proteinkinasen
    • sind Enzyme, die den Übergang zwischen den verschiedenen Phasen des Zellzyklus steuern
  • Proteinkinasen werden durch Cycline gesteuert
    • man nennt sie deshalb auch cyclinabhängige Kinasen (CDKs)

1.2 Regulationsvorgänge

Abb 1.

  1. Mutation in einem für die Zellzykluskontrolle zuständigen Gen.
  2. Die Mutation wird nicht durch einen Reperaturmechanismus beseitigt.
  3. Die Apoptose [2] erfolgt nicht.
  4. Andere Zellen versuchen die Krebszelle von der Nähstoffversorgung zu trennen, scheitern aber.

Folge: Die Mutation persistiert [3] und ist nun irreversibel

1.3 Entstehung einer Krebszelle

[2] Der natürlich programmierte Zelltod
[3] sie dauert an

Abb 3.

Onkogene

  • Sie fördern die Zellteilung



Tumorsuppressorgene

&

  • Sie unterdrücken Zellteilung


Abb 4.

Onkogene

  • Sie fördern die Zellteilung


Was kann passieren?
Sie können so mutieren, dass sie ununterbrochen für Zellteilung sorgen.

Tumorsuppressorgene

&

  • Sie unterdrücken Zellteilung


Was kan passieren?
Sie können so mutieren, dass sie die Zellteilung nicht mehr unterdrücken.

Onkogene

  • Sie fördern die Zellteilung


Was kann passieren?
Sie können so mutieren, dass sie ununterbrochen für Zellteilung sorgen.

Tumorsuppressorgene

&

  • Sie unterdrücken Zellteilung


Was kan passieren?
Sie können so mutieren, dass sie die Zellteilung nicht mehr unterdrücken.

Folge

unkontrolliertes Zellwachtum

  1. Krebszellen verlieren die Kontrolle über die Zellteilung (durch Mutation)
  2. Krebszellen können in andere Körperegionen wandern



Als Folge bilden sich Tumoren, welche eine große Gefahr für das Individuum darstellen.

1.4 Unterschiede - Krebszellen zu normalen Zellen

Abb 5.

  • Neubildung von Körpergewebe
  • Man unterteilt sie in bösartige (maligne) und gutartige (benigne) Tumoren
  • Sie entstehen durch eine Fehlregulation im Zellwachstum
  • nur bösartige Tumoren sind Krebs

1.5 Was ist ein Tumor?

Wie kann Krebs ansteckend sein?

2

  • weltweit nur sehr wenig ansteckende Krebsformen
    • Canine Transmissible Venereal Tumor (CTVT) bei Hunden
    • Devil Facial Tumour Disease (DFTD) beim tasmanischen Beutelteufel

2.1 Ansteckende Krebsformen

Abb 3.

  • gehört zur Familie der Raubbeutler
    • der größte lebende Vertreter
  • kommt (fast) nur auf Tasmanien vor
  • in den 1930er Jahren stark bejagt
  • 1941 unter Schutz gestellt

2.2 Der tasmanische Beutelteufel

Abb 6.

Abb 7.

  • ansteckende Form von Krebs
  • er befällt nahezu alle Individuen der Art
  • zum ersten Mal festegstellt im Jahr 1996
  • Population um mehr als 80% eingebrochen

2.3 DFTD

erste Entdeckung

Abb 8.

  • befällt das Gesicht
    • führt unteranderem zum Hungertod, da das Tier erblindet
  • Die Todesrate liegt bei 100%

2.3 DFTD

Abb 9.

2.4 Die Übertragung

Es sind zwei zentrale Faktoren

  1. Das Paarungsverhalten
  2. Die geringe genetische Vielfalt

Abb 9.

  • sehr aggressiv
  • besonders im Kampf um ein Weibchen kommt es besonders zwischen den Männchen zu erbitterten kämpfen
  • es kommt zu Bissen
    • Intraspezifische Übertragung

2.4.1 Das Paarungsverhalten

Abb 10.

  • der Tumor kann sich rasant verbreiten
  • Die Krebszellen müssen sich kaum verändern, da fast alle Individuen eine sehr ähnliche Immunabwehr haben

Heißt im umgangssprachlich: Wenn der Tumor die Immunabwehr eines tasmanischen Beutelteufels umgeht, kann er das bei allen Anderen auch.

2.4.2 Die geringe genetische Vielfalt

Abb 9.

  • die Zellen fremden Zellen werden nicht als solche erkannt
  • Krebszellen senken die Anteil an MHC-Zellen auf der Oberfläche variabel
    • sie werden nicht erkannt und somit auch nicht bekämpft

2.5 Die Anpassung der Krebszellen

Abb 3.

  • t-Zellen erkennen MHC-Zellen
  • es wird eine Imunreaktion ausgelöst
  • wenn die Anzahl an MHC-Zellen sehr gering ist kann es passieren, dass eine Krebszelle nicht erkannt wird

Exkurs: MHC-Zellen

Abb 11.

  • t-Zellen erkennen MHC-Zellen
  • es wird eine Imunreaktion ausgelöst
  • wenn die Anzahl an MHC-Zellen sehr gering ist kann es passieren, dass eine Krebszelle nicht erkannt wird

Exkurs: MHC-Zellen

Abb 12.

  • t-Zellen erkennen MHC-Zellen
  • es wird eine Imunreaktion ausgelöst
  • wenn die Anzahl an MHC-Zellen sehr gering ist kann es passieren, dass eine Krebszelle nicht erkannt wird
    • Folge: Sie wird nicht bekämpft

Exkurs: MHC-Zellen

Immunreaktion wird ausgelöst

Abb 13.

  • entstand durch das Bejagen in den 1930er Jahren
    • damals wurde die Populationsgröße extrem dezimiert
      • dies hat die heute problematische, geringe genetische Vielfalt zu Folge

Die geringe genetische Vielfalt

Abb 6.

Inwieweit ist der Mensch für die rasante Verbreitung von DFTD verantwortlich?

3

Was spricht dafür?

Inwieweit ist der Mensch für die rasante Verbreitung von DFTD verantwortlich?

Was spricht dagegen?

  • Der Mensch hat zu der geringen genetischen Vielfalt beigetragen.
  • Der Mensch nimmt dem tasmanischen Teufel Lebensraum weg und sorgt so dafür, dass die Population immer weiter eingeengt wird.

  • Die genetische Vielfalt ist aufgrund der Tatsache, dass Tasmanien eine Insel so gering.
  • Die genetische Vielfalt ist nicht der einzige Grund.

" (...)ungünstige Fügung von fehlender genetischer Vielfalt und aggressivem Paarungsverhalten (...)"

Menna Jones

Vielen Dank für eure Aufmerksamkeit!

Bildquellen

Abb 1. Zellzyklus Abbildung: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/1d/Zellzyklus.png/220px-Zellzyklus.png (letzter Zugriff: 13.05.2022 um 20:00 Uhr)

Abb 2. cyklinabhängige Kinasen Abbildung: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/ce/Cyclin_Expression.svg/290px-Cyclin_Expression.svg.png (letzter Zugriff: 13.05.2022 um 20:00 Uhr)

Abb 3. digitales Modell einer Krebszelle Abbildung: https://www.tugraz.at/fileadmin/user_upload/tugrazInternal/News_Stories/Medienservice/2021/Krebszellenmodell/Cancer-cell-by-peterschreiber-media-AdobeStock-EL-banner.jpg (letzter Zugriff: 13.05.2022 um 20:00 Uhr)

Abb 4. Darstellung Onkogene und Tumorsuppressorgene (Screenshot aus einem Video bei 1:01 Minuten): https://www.youtube.com/watch?v=eNG2oFexnT4 (letzter Zugriff: 13.05.2022 um 20:10 Uhr)

Abb 5. Tumorentstehung Schaubild: https://www.krebsinformationsdienst.de/__we_thumbs__/9171_24_krebsentstehung.jpg (letzter Zugriff: 13.05.2022 um 20:12 Uhr)

Abb 6. Bild eines tasmanischen Teufels (gesund): https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/ac/Tasdevil_large.jpg/300px-Tasdevil_large.jpg (letzter Zugriff: 13.05.2022 um 20:56 Uhr)

Bildquellen

Abb 7. Tasmanien Karte: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/e6/Tasmania_in_Australia.svg/292px-Tasmania_in_Australia.svg.png (letzter Zugriff: 13.05.2022 um 21:00 Uhr)

Abb 8. DFTD Verbreitungskarte (aus dem Dokument: Distribution and Impacts of Tasmanian Devil Facial Tumor Disease; näher erläutert in den Textquellen): https://link.springer.com/content/pdf/10.1007/s10393-007-0118-0.pdf (letzter Zugriff 13.05.2022 um 21:03 Uhr)

Abb 9. Beutelteufel mit Tumor im Gesicht: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/99/Tasmanian_Devil_Facial_Tumour_Disease.png (letzter Zugriff: 13.05.2022 um 21:05)

Abb 10. Kampf zwischen zwei tasmanischen Beutelteufeln: https://img.jakpost.net/c/2021/05/25/2021_05_25_113593_1621934346._large.jpg (letzter Zugriff: 13.05.2022 um 21:06)

Abb 11-13. MHC-Zellen Immunabwehr Abblindung: selbst erstellt und inspiriert durch https://www.sofatutor.com/biologie/videos/krebs-und-immunsystem

Teaser: Ausschnitt aus "Looney Tunes" (Warner Bros.)

Textquellen

  • Markl, Jürgen et al.: Purves Biologie (10. Auflage), Heidelberg: SpringerSpektrum 2019
  • Urry, Lisa A. et al.: Campbell Biologie Gymnasiale Oberstufe, Pearson Studium 2021
  • Miller, Webb et al.: Genetic diversity and population structure of the endangered marsupial Sarcophilus harrisii (Tasmanian devil), Center for Research and Advanced Studies, Irapuato, Mexico, and approved May 23, 2011, verfügbar unter: https://www.pnas.org/doi/pdf/10.1073/pnas.1102838108
  • McCallum, Ian et al: Distribution and Impacts of Tasmanian Devil Facial Tumor Disease, 2007 verfügbar unter: https://www.researchgate.net/publication/40670433_Distribution_and_Impacts_of_Tasmanian_Devil_Facial_Tumor_Disease
  • Elizabeth Murchison, et al: Tasmanian devil facial tumour lineages verfügbar unter: https://www.tcg.vet.cam.ac.uk/about/DFTD
  • Cell: Erbgut-Entschlüsselung könnte bedrohten Beutelteufel retten Wellcome Trust Sanger Institute, 17.02.2012 – NPO verfügbar unter: https://www.scinexx.de/news/biowissen/erbgut-entschluesselung-koennte-bedrohten-beutelteufel-retten/
  • Washington State University, 31.08.2016 – NPO Beutelteufel: Chance gegen die Seuche? verfügbar unter: https://www.scinexx.de/news/biowissen/beutelteufel-chance-gegen-die-seuche/
  • Brendan Epstein et al: Rapid evolutionary response to a transmissible cancer in Tasmanian devils (2016) verfügbar unter: https://www.nature.com/articles/ncomms12684

  • Cycline steuern die Proteinkinasen
  • Diese nennt man CDKs (engl. cyclin-dependent kinases)
  • Konzentration der Cycline steuert den Aktivierungszustand der Kinasen

Cycline und CDKs

Kontrollpunkt

CDK4

CDK2

CDK2

CDK1

Kontrollpunkt

  • Kontrollpunkte sind für ein kontrolliertes Zellwachstum enorm wichtig
    • sie kontrollieren einen bestimmten Zustand (Beispiel: Die Phosphorlierung (1) eines Proteins)

(1) das reversible Anhängen einer Phosphorylgruppe an ein organisches Molekül, insbesondere an Proteine.

Abb 2.