ЗАДАЧИ БИОТУРНИРА 2020
Задачи отборочного этапа
(26-27 сетября)

  1. Cuisses de grenouille

На территории России обитают два близкородственных вида: Прудовые (Pelophylax
lessonae) и Озерные лягушки (Pelophylax ridibundus). Для ряда регионов
показано, что данные виды лягушек, отличаются в частности, по соотношению длин
голени и бедра. Проведите морфометрические измерения соотношения длины голени и
бедра лягушек, встречающихся в водоемах вашего региона. На основании полученных
результатов сделайте выводы о соотношении прудовой и озерной лягушки в регионе
исследования. Предположите какие особенности жизнедеятельности этих видов
лягушек связаны с отличиями в строении задних конечностей.

  • Рога и копыта

Предполагается, что препараты на основе гидролизатов гомогенатов хрящевой ткани
крупно-рогатого скота обладают эффективностью при нарушении
опорно-двигательного аппарата. При различных способах и условиях проведения
гидролиза образуются разные продукты с разной усвояемостью и эффективностью.
Исследуйте теоретически и, по возможности, экспериментально какие из продуктов
гидролиза хрящевой ткани, являются ключевыми для проявления действия этих
препаратов в отношении нарушений опорно-двигательного аппарата. Предложите
механизм действия данных препаратов и оптимизируйте проведение гидролиза в
направлении увеличения выхода выбранных ключевых продуктов.

Автор задачи —Шеховцов
Павел Владимирович, главный специалист, ФГБУН Институт теоретической и экспериментальной
биофизики РАН

  • Придет серенький волчок

Неполноценный
сон – это «болезнь» современного мира. Многие люди, вне зависимости от возраста
и состояния организма, просыпаются ночью по ряду причин. Эта проблема
также актуальна для родителей с грудными детьми, которые часто просыпаются по
ночам и находятся в состоянии бодрствования некоторое время. Проснувшись,
люди, зачастую, включают источники искусственного освещения, после чего
последующее засыпание затрудняется. Предложите способы, которые облегчат
засыпание после ночного пробуждения.

Автор задачи — Борисова
Мария Мансуровна, к.б.н., зав. лаборатории фотосинтетического электронного
транспорта, Институт фундаментальных проблем биологии РАН — обособленное
подразделение ФИЦ ПНЦБИ РАН

  • Солнце
    светит всем одинаково?

Биотопливо,
получаемое из зеленых водорослей, в ближайшее время может стать экологически
чистой альтернативой ископаемого топлива. Использование для получения
биотоплива водорослей рода Chlorella
является предпочтительным из-за их высокой продуктивности в фотобиореакторах.
Ключевой проблемой является неравномерное распределение света в культуре внутри
фотобиореактора, что делает фотосинтез неэффективным. Рентабельным будет
размещение фотобиореакторов в странах с наибольшим количеством солнечных дней в
году, однако высокий уровень освещенности приводит к тому, что поверхностные
клетки, подвержены фотоингибированию, в то время как клетки, расположенные
глубже, затемнены. Предложите варианты генетических модификаций данной
микроводоросли, которые приведут к увеличению эффективности фотосинтеза в
условиях высокой освещенности.

Эффективность фотосинтеза
— доля световой энергии, преобразуемая организмами в химическую в процессе
фотосинтеза.

  • Слушая наше дыхание

Задача
предложена 
АО Р-ФАРМ

В 1949 году ученые
выдвинули теорию о том, что максимальная глубина, на которую может погрузиться
человек, без специального оборудования, использую лишь воздух в легких,
(фридайв) – 30-40 метров. При более глубоком погружении, предполагалось, что
высокое давление воды приведет к сжатию и к коллапсу легких. С середины XX
века, фридайвинг начал стремительно развиваться, а вместе с ним, и изучение
особенностей приспосабливания организма человека к высокому давлению, долгим
задержкам дыхания и кислородному голоданию. Спортсмены не раз доказали, что
свободное погружение на глубину в 100 метров не является пределом человеческих
возможностей. Например, Guillaume Nery в 2015 году установил национальный
рекорд по фридайву погрузившись на глубину в 126 метров.

Опишите
физиологические перестройки, происходящие в организме при глубоководном
погружении, предложите применения знаний об этих процессах в медицине.

  • По усам текло, в рот не попало

Органическое
вещество почв не используется напрямую для питания растений, однако его
количество в почве является одним из основных показателей плодородия.
Рассмотрите механизмы влияния органического вещества почв на растения, а также
предложите способы увеличения плодородия почв на основании этих механизмов, на
примере дерново-подзолистых почв.

Автор задачи – Плеханова
Людмила Николаевна, к.б.н., Институт физико-химических и биологических проблем
почвоведения ФИЦ ПНЦБИ РАН

  •  Зри
    в корень!

Эмиссия
СО2 с поверхности почвы – это один из основных путей поступления
этого парникового газа в атмосферу Земли (около 30%). Прогнозирование эмиссии CO2
с поверхности почвы является фундаментальной экологической задачей, для ее
решения, важно знать вклад главных составляющих: дыхания микроорганизмов
(продуцирование СО2 в процессе окисления органического материала) и
корней растений. Но как в поле разделить эмиссию СО2 почвы на
микробное и корневое дыхание, не нарушая естественного сложения почвы?
Существует ряд изотопных методов для этой цели (маркеры 13С и 14С), но их
массовое применение нецелесообразно по экономическим (дорогостоящая метка 13С и
масс-спектрометрическое оборудование) и экологическим (в случае с радиоактивным
изотопом 14С) причинам. Предложите экологически и экономически оправданный
подход, позволяющий оценить вклад микробного и корневого дыхания почвы в
эмиссию СО2, при этом необходимо сохранить естественное сложение
почвы и, по возможности, ее исходные гидротермические условия.

Авторы задачи – к.б.н. Сушко С.В., к.б.н. Иващенко К.В. сотрудники
лаборатории почвенных циклов азота и углерода, Институт физико-химических и
биологических проблем почвоведения (ИФХиБПП), г. Пущино

  • Работает или нет?

Задача предложена ЗАО «BIOCAD»

В настоящее время многие страны участвуют в гонке по созданию вакцины от
SARS-CoV-2. Ряд стран уже анонсировал разработку вакцин на основе аденовирусов.
В результате введения вакцины от SARS-CoV-2 у человека должен выработаться
специфичный иммунный ответ, в том числе специфичный Т-клеточный иммунитет.

Предложите
и обоснуйте in vitro тест для оценки
активности появившегося в результате вакцинации Т-клеточного иммунитета.
Желательно, чтобы тест показывал долю T-клеток, потенциально способных
участвовать в иммунной реакции против SARS-CoV-2.

Автор задачи – Знобищева
Анна Владимировна, младший научный сотрудник департамента ранней разработки
белковых препаратов, ЗАО «БИОКАД»

Задачи
полуфинального/финального этапа

(27-28
сентября)

  1. Сколько работает?

Задача
предложена
ЗАО «BIOCAD»

Бесклеточные
системы трансляции (или сопряженной транскрипции/трансляции) обеспечивают
быстрый синтез интересующих белков и остаются одним из основных инструментов,
доступных для выяснения различных регуляторных клеточных механизмов, а также
для скрининга и поиска лекарственных средств. Открытая среда бесклеточной
системы трансляции гарантирует гибкость, позволяет добавлять различные
компоненты в процессе синтеза, получать белки со специфическими метками и экспрессировать
токсичные для клеток белки.

На
сегодняшний день доступные бесклеточные системы трансляции основаны на лизатах
эукариотических клеток, лизатов прокариотических клеток и «чистые» системы,
собранные из различных компонентов.

Одним
из параметров определяющим качество экспрессионной системы служит количество
активных рибосом, способных к синтезу белка, которое может варьироваться от
получения к получению. Один из методов определения количества активных рибосом
опирается на использовании радиоактивной метки, которая является дорогостоящей,
не всегда доступной, требующей определенных условий работы и последующей
специфической утилизации.

Предложите
варианты определения количества активных рибосом в системе трансляции Escherichia coli без
использования радиоактивной метки.

Автор задачи –  Ишутинова
Анастасия Николаевна, научный сотрудник Группы разработки и оптимизации
технологий, департамента ранней разработки белковых препаратов, ЗАО «БИОКАД»

  • Коммунальная квартира

Согласно принципу конкурентного исключения, два вида, потребляющие одинаковые
ограниченные ресурсы, не могут сосуществовать; даже незначительное преимущество
одного из видов приводит к исчезновению более слабого вида или к переходу его в
другую экологическую нишу. Например, в поверхностных водах Мирового океана
существует стабильное неожиданно большое количество видов микроскопических
организмов, занимающих одинаковую экологическую нишу, что противоречит принципу
конкурентного исключения. Данное явление было названо парадоксом планктона (Hutchinson,
1961). Объясните, почему принцип конкурентного исключения не действует в таких
сообществах.

  • Горько! Горько!

Ферментативные
гидролизаты белков обладают наивысшим индексом усвояемости, поэтому особо
ценятся потребителями с проблемами пищеварения, а также привлекают внимание
спортсменов. Потребление свободных аминокислот в пищу имеет низкую
эффективность по сравнению с потреблением гидролизатов белка. Поэтому
потребление белка в виде коротких пептидов является предпочтительной формой
употребления в пищу.
Одно из ограничений широкого распространения гидролизатов на рынке это
неприятный горький вкус пептидных смесей.
Выявите причины горького вкуса ферментативных гидролизатов белков и предложите
способы снижения горечи на примере изолята белка сои. Предложенное решение не
должно сводится к использованию вкусовых добавок, должно быть масштабируемым,
приемлемым для пищевой промышленности и употребления при растительной диете.

Авторы задачи — Поздняков
Н.В. (нс), Согорин Е.А. (внс), лаборатория прикладной энзимологии ФИЦ ПНЦБИ РАН

  •  Вирусный
    шибболет

Задача
предложена 
АО
Р-ФАРМ

Определение иммунного статуса у людей, перенесших
инфекцию SARS-CoV-2, а также оценка эффективности вакцинации на данный момент
являются актуальной задачей. Массовый скрининг в целом позволяет решить
проблему определения наличия антител и даже их количества методом
иммуноферментного анализа. Однако последние публикации показывают, что наличие
антител не является гарантией от повторного заражения и, даже наоборот, может
способствовать более тяжелому течению болезни ввиду антитело-зависимого
усиления инфекционности. Ключевым вопросом определения иммунного статуса
становится определение нейтрализующих антител, т.е. антител способных
эффективно блокировать связывание вируса с рецептором АПФ2.
В настоящее время определение нейтрализующих
антител проводят в культуре клеток титрованием вируса по цитопатическому
действию. Этот метод более трудоемок, чем приемлемо при массовом скрининге и
требует лабораторий высокого класса биологической защиты, так как
предусматривает работу с возбудителем.
Предложите относительно простой и безопасный
метод определения нейтрализующих антител в плазме крови.

Автор
задачи – Яковенко Андрей Романович, Р-Фарм

  • Вспомнить всё

В фильме Вечное сияние чистого разума героям удалось уничтожить все
воспоминания друг о друге. В реальной жизни такая возможность также была бы
полезна, например, людям, пережившим психотравмирующее событие. Рассмотрите
возможность и способы реализации такой процедуры.

Автор задачи — Коржова
Виктория Валерьевна, PhD, Neurotar Ltd, Мюнхен, Германия

  • Инструмент в себе

Тридцать
лет назад было открыто явление белкового сплайсинга — автокатолитического
процесса, в ходе которого внутренняя часть белка (интеин) пост-трансляционно
вырезается из пептидной цепи, при этом фланкирующие интеин последовательности
(экстеины) лигируются.
Свойства интеинов превратили их в уникальный инструмент для биотехнологии и
протеомных исследований. Белковый сплайсинг уже применяется при очистке
рекомбинантных белков, создании биосенсоров, для экспрессии и накопления в
клетках прокариот токсичных для них белков.
На основании современных представлений о механизме белкового сплайсинга
предложите новое применение интеиновых систем в биотехнологии.

Авторы задачи — Заяц
Е.А. и Терешин М.Н., лаборатория Биофармацевтических технологий ИБХ РАН

* Все задачи подготовлены научно-методическим советом в составе: к.б.н. Ветошкина Д.В., к.б.н. Журикова Е.М., к.б.н. Согорин Е.А., Юдин С.В., председатель  –  Надеев А.Д.