Задачи 2019

Задачи очного этапа БиоТурнира 2019

1. От рассвета до заката

Молекулярный водород – перспективная альтернатива ископаемым источникам топлива вследствие его высокой энергетичности, возможностям хранения, способности топливных элементов напрямую конвертировать водород в электричество, к тому же, при сжигании водорода образуется только вода. Фотосинтетическая продукция водорода микроводорослями – это потенциальный источник возобновляемой чистой энергии, т.к. водоросли используют только воду и солнечный свет для образования водорода. Фермент Fe-Fe гидрогеназа катализирует продукцию водорода в микроводорослях с очень высокими скоростями, однако этот процесс происходит после адаптации к темноте и прекращается в течение нескольких минут на свету – что ограничивает масштабное использование микроводорослей для продукции водорода. Рассмотрите возможные механизмы прекращения фотосинтетического образования водорода и предложите способы преодоления ограничения масштабного использования микроводорослей для продукции водорода.

Автор задачи – к.б.н. Козулева Марина Алексеевна, Tel Aviv University

2. Immigraniada

Каждый вид имеет свой ареал обитания, однако всё чаще можно встретить популяции за пределами исконного ареала. В таком случае говорят о «биологических инвазиях». В ходе инвазии, чужеродные виды могут погибнуть, не распространившись на новой территории; могут освоить вакантную экологическую нишу или вытеснить аборигенный вид и расширить границы своего ареала. Нередко виды-вселенцы негативно влияют на аборигенные экосистемы.
На данный момент многосторонних исследований биологических инвазий не так много, особенно если речь идет о непреднамеренном попадании вида в экосистему (в отличие от интродукции). Существуют разнообразные исследования тех или иных аспектов инвазий, но довольно сложно дать комплексную оценку данного явления.
Предложите стратегию исследования биологической инвазии и количественные методы прогнозирования жизнеспособности популяций вида-вселенца и его дальнейшего воздействия на экосистему-реципиент.

Автор задачи – Адамова Валерия Владиславовна, Белгородский национальный исследовательский университет

3. Уроборос

Бактериолитические ферменты микробного происхождения, например, продуцируемые бактериями рода Lysobacter, представляют огромный интерес для биомедицины в качестве альтернативы антибиотикам. Однако нативный штамм-продуцент, как правило, не способен синтезировать данные ферменты в достаточных количествах. Экспрессия рекомбинантных генов литических ферментов, в частности в E.coli, может сопровождаться лизисом бактерий продуцентов. Кроме того, для секреции этих ферментов необходима специфическая секреторная система, аналоги которой не всегда есть в используемых микроорганизмах. Разработайте эффективную экспрессионную систему для наработки бактериолитических ферментов в производственных масштабах, на примере α-литической протеазы микроорганизма Lysobacter enzymogenes.

Автор задачи – к.б.н. Кудрякова Ирина Валерьевна, н.с. лаборатории биохимии клеточной поверхности микроорганизмов ФИЦ ПНЦБИ РАН ИБФМ РАН.

4. Бери от краба все

В акватории Дальнего Востока, а так же в Баренцевом море каждый год вылавливается около десяти тысяч тонн камчатского краба. Переработка краба сопряжена с большим количеством отходов, которые выбрасываются в море. В эти отходы входит гепатопанкреас, который содержит высокоактитвные пищеварительные ферменты. Однако масштабная переработка гепатопанкреаса камчатского краба в России до сих пор не ведется, что связано со сложностью сбора, хранения и транспортировки и, соответственно, высокой стоимостью этого сырья. Предложите пути решения проблем, связанных с масштабированием процесса переработки гепатопанкреаса камчатского краба.

Автор задачи – к.б.н Согорин Евгений Анатольевич, заведующий лабораторией прикладной энзимологии Федерального исследовательского центра «Пущинский научный центр биологических исследований Российской академии наук»

5. Хорошо в краю родном

Промышленные методы ведения свиноводства экономически эффективны и позволяют в короткие сроки решить проблему снабжения населения мясными продуктами. При этом эксплуатация существующих животноводческих комплексов поставила ряд серьезных вопросов, связанных с охраной окружающей среды. Основным источником загрязнения окружающей среды являются жидкие стоки от животноводческих комплексов.  Внесение свежих отходов свиноводства на поля в качестве удобрения нецелесообразно по ряду агротехнических и санитарных причин, только через несколько лет отходы оказываются готовы к внесению в качестве удобрения, что требует больших площадей, занятых под отходы.

Предложите экономически выгодные для территории Российской Федерации способы ускоренной переработки жидких отходов крупных свиноводческих комплексов, в результате которых может быть получен коммерческий продукт, имеющий спрос на рынке сельхозпроизводителей.

Автор задачи – кбн, Шитов Александр Васильевич, Институт фундаментальных проблем биологии РАН

6. Спасение рядового Пони

Инфекционная анемия лошадей (Anaemia infectiosa equorum, ИНАН) — вирусная болезнь, характеризующаяся поражением органов кроветворения и проявляющаяся рецидивирующей или постоянной лихорадкой, анемией, явлениями геморрагического диатеза во время температурных приступов и нарушением функций сердечно-сосудистой системы. В Российской Федерации для диагностики ИНАН выпускается «Набор для диагностики инфекционной анемии лошадей в реакции диффузионной преципитации (РДП) СТП », в состав его входят:  специфический преципитирующий антиген из ткани селезёнки лошади, экспериментально инфицированной вирусом, и поликлональная специфическая сыворотка.

Препарат антигена — высокоспецифичен, однако для его производства требуется большое количество инфицированных лошадей, что приводит к значительным материальным затратам, к снижению стандартности препарата из-за большого разнообразия сырья и не исключает вероятности заболевания людей, контактирующих с инфицированными животными.   Кроме того, вирус ИНАН относится к труднокультивируемым вирусам, сбор вируссодержащей суспензии проводят длительностью до 3 месяцев из-за недостаточного накопления вируса.

Разработайте инновационные, менее затратные и более эффективные технологии получения компонентов тест- системы для диагностики инфекционной анемии лошадей в реакции диффузионной преципитации.

Автор задачи – Матвеева Ирина Николаевна дбн, профессор, Всероссийский научно-исследовательский и технологический институт биологической промышленности, Московская область, Щелковский р-н, пос. Биокомбината.

7.Великая экспрессия

Задача предложена ГК ЭФКО

Химозин — сбраживающий молоко фермент сычуга жвачных животных, который используется при производстве сыра. Долгое время основным источником природного химозина являлась вытяжка из перетертых желудков телят. Чтобы обеспечить более дешевый и удобный способ промышленного производства химозина был получен штамм-продуцент генно-инженерного телячьего химозина на основе метилотрофных дрожжей Pichia pastoris X-33 с экспрессией целевого белка в количестве 0,1 г/л культуральной среды. При разработке продуцента использовался ген телячьего прохимозина (номер последовательности в ГенБанке NM180994), а в качестве вектора для интеграции гена в геномную ДНК дрожжей использовалась плазмида pPICZaA (Invitrogen). Вставка гена в плазмиду проводилась по сайтам EcoRI/SalI. В процессе культивирования дрожжей химозин экспрессируется в виде неактивного профермента с последующей активацией при закислении среды до pH<3. После хроматографической очистки активного химозина и анализа его физико-химических показателей и удельной активности, установлено, что по основным свойствам рекомбинантный фермент не уступает нативному телячьему химозину. Для рентабельного промышленного производства генно-инженерного химозина необходима стабильная экспрессия фермента штаммом-продуцентом не менее 0,5 г/л. Не меняя штамм-продуцент, предложите наиболее оптимальную генетическую конструкцию для увеличения экспрессии рекомбинантного химозина. Составьте карту предложенной генетической конструкции, опишите ее структурные элементы и их функцию. Автор задачи — Сычев Антон Александрович Заместитель генерального директора по генной инженерии ООО «ИЦ «Бирюч-НТ».