Задачи 2017

Задачи_заочного этапа_БиоТурнир_2017

 

Задачи очного этапа БиоТурнира 2017

Отборочные задачи

(будут играться 30 сентября и 1 октября)

1. Home sweet home

Хоуминг — это способность животного перемещаться в исходное местоположение (на домашнюю территорию или к месту размножения) через незнакомые области. Хоуминг описан у большого количества групп позвоночных и беспозвоночных: у брюхоногих моллюсков, высших ракообразных, многих насекомых, рыб, рептилий, птиц и млекопитающих.

Данаида монарх (Danaus plexippus) — самая известная мигрирующая бабочка. Ежегодно в ходе миграции по Северной Америке в южном направлении представители данного вида преодолевают значительные расстояния (свыше четырех тысяч километров). Однако до сих пор не существует однозначного ответа на вопрос о том, за счет каких механизмов осуществляется навигация на большие расстояния к конкретным местам размножения, например, в «биосферный заповедник Марипоса-Монарка» (заповедник бабочки монарха), находящийся в мексиканском штате Мичоакан. Более того, в течение перелета успевает смениться не одно поколение бабочек, и как следующим поколениям удаётся вернуться в ходе миграции на юг, туда, где зимовали их предки, до сих пор остаётся загадкой для учёных.

Предложите и обоснуйте свое объяснение механизмов хоуминга этих чешуекрылых.

2. Спи, моя радость, усни

Функции бодрствующего мозга, эффективность человеческой деятельности и реализация его когнитивных возможностей зависят от количества и качества ежедневного ночного сна. Нарушения сна являются довольно распространенной проблемой. Частые жалобы на плохой сон предъявляют 8-15% взрослого населения всего земного шара, а 9-11% употребляют различные снотворные препараты. Существующий опыт использования фармакологических препаратов для улучшения качества сна показывает, что долговременное употребление таких препаратов может вести к привыканию или серьезным побочным эффектам.

Предложите новые способы нефармакологической терапии нарушений сна и когнитивных функций посредством активизации естественных восстановительных функций сна.

Задача предложена Вице-президентом Российского общества сомнологов при Физиологическом обществе им. И. П. Павлова, д.б.н. Дороховым Владимиром Борисовичем, Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, Москва.

3. Стерильные яйца

Существует несколько способов борьбы с опасными видами насекомых (мясной мухой каллитрогой, мухой це-це, плодовыми мухами и другими). Один из них заключается в следующем: на специальных биофабриках осуществляется  производство и стерилизация самцов с последующим выпуском этих стерильных самцов в природные популяции. Такие самцы, спарившись с самками, обрекают последних откладывать стерильные яйца, из которых личинки не отрождаются. Предложите способы использования стерильных яиц насекомых и клещей, которые возможно производить на биофабриках в больших количествах, какие научно-практические задачи таким образом можно решить?

Задача предложена проф., д.б.н. Сергеем Яковлевичем Поповым, Российский государственный аграрный университет — МСХА имени К. А. Тимирязева, Москва.

4. 6 соток

Генофонд сельскохозяйственных растений – один из ценнейших ресурсов человечества, без которого невозможно выживание нашего вида в связи с постоянно возрастающей потребностью в пище. Поиск наиболее удачных генотипов, их гибридизация или иные методы улучшения прикладных качеств растений можно осуществлять только на основе имеющихся коллекций сортов и форм сельскохозяйственных растений. Коллекции однолетних растений сохраняются в виде периодически обновляемого банка семян. Коллекции же многолетних древесных растений существуют в виде насаждений, занимающих огромные площади, что приводит к большим экономическим затратам на их содержание или ограничению количества образцов в коллекциях. Предложите альтернативный вариант коллекции генетических ресурсов многолетних сельхозкультур, количество образцов в которой может неограниченно увеличиваться, позволяющей испытывать свойства и использовать в качестве селекционного материала находящиеся в ней растения.

Задача предложена к.с/х.н. Сундыревой Марией Андреевной, с.н.с лаборатории физиологии и биохимии растений, Северо-Кавказского зонального научно-исследовательского института садоводства и виноградарства.

5. Робин-Бобин

Известны положительные эффекты разгрузочно-диетической терапии (РДТ), которая заключается в ограничении потребления калорий. РДТ применяется как общеоздоровительная процедура, а также в комплексной терапии при гипертонической болезни, аллергических, нейродегенеративных заболеваниях и др. Причины положительного эффекта РДТ до конца не изучены. Рассмотрите возможные механизмы воздействия РДТ на организм, оцените эффективность данного воздействия.

Задача предложена Першиной Екатериной Викторовной, м.н.с. Лаборатории экспериментальной нейробиологии, Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН

6. Гепатиту – нет.

Задача предложена генеральным партнером БиоТурнира – АО «Р-Фарм»

Гепатит С — социально-значимое заболевание, во всем мире хронической инфекцией гепатита С страдают 130–150 миллионов человек. На рынке представлен отечественный препарат Нарлапревир — ингибитор NS3/4A сериновой протеазы второго поколения, предназначенный для лечения хронического гепатита С (генотип 1) в комбинации с другими противовирусными препаратами.

В настоящее время проводятся дополнительные клинические исследования, призванные показать возможность использования Нарлапревира в монотерапии.

Рассмотрите жизненный цикл вируса гепатита С, выделите основные возможные механизмы угнетения его активности, предложите мишень, на которую можно воздействовать с высокой степенью эффективности в монотерапии.

7. Héurēka! Что дальше?

Задача предложена генеральным партнером БиоТурнира – АО «Р-Фарм»

Вирус иммунодефицита человека известен более 30 лет. Множество усилий приложено к тому, чтобы окончательно победить вызываемое им заболевание, сделать исцелимым.

С появлением технологий редактирования генома появилась надежда на решение этой трудной задачи. Предпосылкой для рождения новой идеи стал прецедент с так называемым «берлинским пациентом». Трансплантация ему костного мозга от донора, гомозиготного по мутации гена CCR5Δ32, кодирующего ко-рецептор слияния ВИЧ с CD4+-клетками вылечила не только лейкоз, но и привела к полной элиминации вируса из организма.

Группой российских ученых начаты работы по созданию технологии аутотрансплантации унипотентных клеток-предшественников популяции CD4+-лимфоцитов, подвергнутых редактированию генома по гену, кодирующему рецептор CCR5. Сформулируйте круг научных и технологических проблем, возникающих при реализации данной идеи, и предложите варианты их решения.

8. День выборов

Задача предложена официальным спонсором БиоТурнира – ЗАО «Биокад»

Производство инновационных биофармацевтических препаратов требует эффективной организации процесса создания клеточных линий-продуцентов. При разработке эукариотических клеточных линии для производства разнообразных белковых препаратов важно выбирать клетки, обладающие наибольшей продуктивностью. Существующие методы, позволяющие напрямую измерять продуктивность в отдельно взятой клетке, являются трудоемкими и не всегда эффективными. Предложите новые критерии, с помощью которых можно прямо или косвенно выявить наиболее продуктивные клетки в культуре.

Автор задачи Круглов Артем Александрович, старший научный сотрудник отдела генетической инженерии, ЗАО Биокад.

9. Виноград: Революция

Бактериальный рак винограда — серьезная болезнь, вызываемая фитопатогенной бактерией Agrobacterium vitis. Бактерия может длительное время существовать в почве и заражает растения через места поранений. Инфекция может развиваться скрытно. Последствия внедрения патогена в растение необратимы (на стеблях и корнях возникают опухоли, рост которых возможен и в отсутствие патогена), так что даже полное уничтожение бактерий на конкретном растении не позволяет его спасти.

Агротехника винограда предполагает травмирование кустов инструментом, покупку растений в виде саженцев (вместе с почвой), таким образом, биологические особенности возбудителя идеально адаптированы под агротехнику винограда, что крайне затрудняет борьбу с ним. Предложите новые эффективные методы борьбы на различных уровнях с распространением этого заболевания.

Задача предложена Владимировым Иваном Артемьевичем, Санкт-Петербургский государственный университет.

10. Беспочвенные надежды

В последнее время популярным стало использование рулонных газонов вместо посевных, использование которых трудоемко и не дает гарантированного результата. При производстве рулонных газонов срезается и выносится с полей часть верхнего гумусового горизонта. При многократном повторении это приводит к полному уничтожению верхних горизонтов почвы. Внесение удобрений позволяет поддерживать плодородие оставшейся части почвенного профиля, но почва как природно-историческое тело, формировавшееся в течение многих сотен лет, исчезает. Предложите критерии, которые позволят установить, сохранена ли при хозяйственном использовании почва или идет ее активное превращение в грунт, обладающий высоким плодородием. Предложите способ выращивания газонов, не повреждающий почву, стоимость такого газона должна быть сопоставима со стоимостью рулонного газона.
Задача предложена д.б.н. Губиным Станиславом Викторовичем, Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН., г.Пущино

Полуфинальные и финальные задачи

(будут играться 3 октября) 

1. Солнышко в руках

Одним из возможных направлений развития нетрадиционной энергетики является получение электрического тока с помощью искусственных систем, основанных на процессе фотосинтеза. Основой таких систем является создание плёнок с иммобилизованными на них (в них) пигмент-белковыми комплексами, способными к фотосинтетическому разделению заряда (Фотосистема 1, бактериальные фотохимические реакционные центры типа I, фотосистема 2). Такие плёнки помещаются на подложку и контактируют с электродами. Основной проблемой их использования является разрушение фотосинтетических реакционных центров в процессе хранения и эксплуатации таких фотоэлементов. Определите факторы, действующие разрушительно на реакционные центры и предложите меры по повышению устойчивости и продолжительности работы фотоэлементов в реальных условиях эксплуатации на территории России. Учитывая то, что в процессе функционирования таких фотоэлементов может выделяться молекулярный кислород и водород, предложите меры обеспечения безопасности таких энергетических установок.

Задача предложена к.б.н. Шитовым Александром Васильевичем, Институт фундаментальных проблем биологии РАН, Пущино.

2. Viam supervadet vadens

Задача предложена генеральным партнером БиоТурнира – АО «Р-Фарм»

В последнее время в качестве высокопотенциального лекарственного кандидата (ЛК) для лечения опухолей изучаются рекомбинантные белки из семейства белков теплового шока (БТШ, hsp). Эти белки являются шаперонами и выполняют множество функций внутри клетки, среди которых общая регуляция экспрессии, фолдинг, стабилизация, деградация белков, транслокация белков через различные мембраны, участие в сигнальных путях.

Появление внеклеточных БТШ связывают с некоторыми заболеваниями и стрессорным воздействием на организм, показана их сигнальная и иммуномодулирующей активность.

В предварительных клеточных тестах была показана высокая противоопухолевая активность рекомбинантного белка. Однако механизм этой активности до конца не изучен. Недавно удалось вырастить сверхчистый стабильный кристалл рекомбинантного белка (РБ) и построить его точную трехмерную модель.

Разработайте программу научных исследований РБ для выявления механизма противоопухолевой активности, а также план ранних доклинических исследований для доказательства эффективности in vivo.

3. Нео

Задача предложена официальным спонсором БиоТурнира – ЗАО «Биокад»

Неоантигены – это антигены, которые полностью отсутствуют в нормальных человеческих клетках, но возникают в них вследствие опухолеспецифических мутаций. Неоантигены являются своего рода биомаркерами, наличие которых позволяет иммунной системе отличать раковые клетки от здоровых. Распознавание неоантигенов является одним из важнейших факторов, определяющих эффективность иммунотерапевтических подходов при лечении онкологических заболеваний.

Предложите возможные подходы к повышению количества и качества (иммуногенности) неоантигенов на опухолевых клетках, а также к повышению чувствительности иммунной системы человека при распознавании неоантигенов.

Автор задачи Соловьев Валерий Владимирович, к.б.н., Отдел клеточной инженерии, ЗАО Биокад.

4. Супер-молоко

Задача предложена спонсором БиоТурнира – ООО «ИЦ «Бирюч-НТ»

(ГК «ЭФКО»)

Коровье молоко на 87% состоит из воды, оставшиеся 13% — это лактоза, жир, белок и минералы, которые все вместе составляют сухое вещество молока. Основной компонент молочного белка — казеин. Фракция бета-казеина составляет 30% всего казеина в молоке. У гена, отвечающего за синтез бета-казеина, два самых распространенных аллеля: А1 и А2, т.е. у любой случайной коровы генотип по бета-казеину будет А1А1, А1А2 или А2А2. Исследователи полагают, что тип А2 – это более естественная для человеческого организма разновидность бета-казеина, а тип А1 возник в результате природной генетической мутации, произошедшей в период одомашнивания крупнорогатого скота. Соответственно, молоко, полученное от коровы, обладающей генотипом по бета-казеину А2А2, может оказаться более полезным для человека, чем молоко коров, имеющих другие разновидности генотипов. Отличаются варианты А1 и А2 бета-казеина точечной заменой в гене, благодаря которой А1 содержит аминокислоту гистидин в 67-й позиции, тогда как А2 содержит пролин.

Предложите практические способы определения коров с генотипом по бета-казеину А2А2. Предлагаемые способы должны быть экономически целесообразными и подходить для использования на крупных животноводческих фермах.

5. Не знаешь меры, не используй полимеры

Пластики, способные быстро разлагаться в природных условиях должны были стать решением проблемы загрязнения окружающей среды. Однако скорость разложения таких пластиков по-прежнему зависит от условий утилизации (компостирования, УФ-облучения, попадания воды и т.д.). Кроме того, сортировка пластиковых отходов в процессе вторичной переработки не позволяет отделить друг от друга пластик «обычный» и быстроразлагаемый. Это повышает вероятность деградации будущих пластиковых изделий, изготовленных из вторичного сырья, в процессе эксплуатации. Предложите методы сортировки, которые позволят однозначно исключить быстроразлагаемые пластики из процесса вторичной переработки.