Задачи Открытого БиоТурнира 2021

  1. Фосфор живой и мертвый
  2. Почва своими руками
  3. Наноэкспресс
  4. Горько! Горько!
  5. Инструмент в себе
  6. Виды-лазари
  7. Икра заморская
  8. Объясните Вилли
  9. Щит и меч и хвост

 

1. Фосфор живой и мертвый

Белый фосфор Р4 один из самых опасных загрязнителей окружающей среды. Тем не менее, он находит применение в производстве спичек, фосфорных удобрений, пестицидов, лекарств, пластиков, полупроводников и проч. Вопреки запрету, продолжается применение белого фосфора в военных целях в составе зажигательных боеприпасов.

Одним из перспективных методов ликвидации загрязнений белым фосфором является биодеградация микроорганизмами.

В работе (Миндубаев и др., 2018) было показано, что микроорганизмы (черный аспергилл и триходерма), растут и формируют полноценные споры в среде, в качестве единственного источника фосфора содержащей белый фосфор в виде суспензии. Присутствие фосфатов в среде подтверждалось аналитическими методами.

Окисление фосфора может производиться ферментами культивируемых грибов или кислородом воздуха. В опытах в среде с микроорганизмами окисление белого фосфора происходило заметно быстрее, чем в отсутствии микроорганизмов.

Подтвердите теоретически или экспериментально возможность окисления белого фосфора при участии ферментов. Если окисление не ферментативное, предложите другие пути ускорения деградации вещества в присутствии живых организмов.

Миндубаев А.З., Волошина А.Д., Бабынин Э.В., Бадеева Е.К., Хаяров Х.Р., Минзанова С.Т., Яхваров Д.Г. Микробиологическая деградация белого фосфора // Экология и промышленность России. ‒ 2018. ‒ Т. 22. ‒ № 1. ‒ С. 33-37.

Автор задачи Миндубаев Антон Зуфарович, к.х.н., с.н.с. микробиологической лаборатории ИОФХ им. А.Е. Арбузова, г. Казань.

 2. Почва своими руками

Со Средних веков известны плодородные почвы антропогенного происхождения –  “плагген” (от северонемецкого plaggen — «дернина»). Классические плагенные почвы конструировали на подзолах, так как эти почвы обладают легким механическим составом и, вследствие этого, хорошим естественным дренажом.

Что нужно, чтобы создать такую почву? Записывайте рецепт. Чтобы получить плагген мощностью 30 см на поле из подзола площадью 1 гектар, вам понадобится: 3–7 гектаров вересковой пустоши, две коровы или 20–30 овец, 300 лет, конюшня (необязательно, но если ее нет, придется подождать немного дольше). Дерн из вересковой пустоши нарезаем прямоугольниками 40 на 100 см, помещаем в конюшню на 5–10 дней, а потом переносим на компостную кучу на 2–3 месяца. Потом укладываем на заранее подготовленное место. Ежегодно вы сможете наблюдать рост плодородного гумусированного горизонта на 0,1 см.

Предложите современный, экологичный, экономически эффективный, а главное ‒ более быстрый способ конструирования плодородных площадей в значительных для сельского хозяйства объемах.

Автор задачи – к.б.н. Лупачев Алексей Владимирович, с.н.с. лаборатории криологии почв ИФХиБПП РАН, Пущино.

3. Наноэкспресс

Лучевая терапия остается наиболее используемым методом лечения онкологических заболеваний, несмотря на разработку и внедрение новых таргетных генно-инженерных препаратов и клеточной терапии, а также использование новых источников излучения. Однако использование лучевой терапии в лечении со́лидных опухолей характеризуется достаточно большим количеством побочных эффектов, что усиливает тяжесть течения заболевания. Одним из перспективных подходов к терапии онкологических заболеваний является использование микро- и наноразмерных носителей терапевтических агентов. Эффективная доставка терапевтических агентов на основе таргетных наноразмерных систем в зону опухолевого роста ограничивается высоким осмотическим давлением интерстициальной жидкости и барьером связывания (BSB ‒ binding site barrier), который ограничивает диффузию наночастиц и приводит к их непреднамеренной интернализации клетками стромы, расположенными вблизи кровеносных сосудов.

Предложите способы повышения эффективности терапии со́лидных опухолей с использованием био- и наноматерилов в комплексе с лучевой терапией.

Автор задачи – Попов Антон Леонидович, к.б.н., с.н.с. лаборатории роста клеток и тканей ИТЭБ РАН.

4. 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. Тем не менее, широкое распространение гидролизатов на рынке ограничивается их горьким вкусом. Выявите причины горького вкуса ферментативных гидролизатов белков и предложите способы уменьшения горечи на примере изолята белка сои. Предложенное решение не должно сводиться к использованию вкусовых добавок, должно быть масштабируемым, приемлемым для пищевой промышленности и употребления при растительной диете.

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

5. 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, а 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.

6. Виды-лазари

В биологии известен так называемый “эффект Лазаря”: обнаружение в геологической летописи или в современности представителей таксона, который считался вымершим к этому времени.

Проанализируйте существенные параметры, влияющие на возможность «воскрешения» видов, на основании этих параметров предложите методологию предсказания видов, которые в ближайшее время могут быть обнаружены вновь.

7. Икра заморская

Одной из актуальных проблем современной биологии является развитие технологий длительного — на месяцы и годы — сохранения биологических объектов: клеток, тканей, органов, организмов. Такую длительность хранения может обеспечить глубокое обратимое замораживание до температур минус 80 градусов и ниже (криоконсервация). Однако этот процесс тем сложнее, чем выше уровень организации объекта. Для повышения выживаемости клеток используются вещества-криопротекторы (диметилсульфоксид, глицерин, трегалоза, и др.), добавляемые к культуре клеток перед заморозкой. Однако не все типы клеток удается обратимо заморозить. В рыбоводстве до сих пор не разработана технология криоконсервации икры рыб, так как из-за значительного размера и наличия трудно проницаемой оболочки (хориона) клетка не насыщается криопротекторами в достаточной степени. Предложите пути решения этой проблемы.

Авторы задачи —Фесенко-мл. Е.Е., зав. лабораторией криобиологии и биофизики воды, ИБК РАН

8. Объясните Вилли

С 60х годов исследователи регистрировали акустические записи песен синего кита Balaenoptera musculus, которые обычно разделяют на 10 типов. Каждый из этих типов сохраняет одни и те же элементы и похожие формулировки на протяжении десятилетий, в отличие, например, от песен горбатого кита Megaptera novaeangliae. Эти исторические записи были проанализированы, и в 2009 (McDonald МА et al. // Endang Species Res. 2009 9:13-21) был сделан вывод о том, что песни всех 7 доступных типов имеют линейное снижение частоты на протяжении наблюдаемого периода. Ни одна из предлагаемых на данный момент гипотез не может дать полного объяснения наблюдаемого явления. Рассмотрите существующие гипотезы и предложите наиболее полное объяснение описанного феномена.

9. Щит и меч и хвост

Популяции всех четырех существующих видов мечехвостов сокращаются по всему миру, отчасти из-за их широкого использования в биомедицинских испытаниях. Мечехвост с 1970х годов был на бессменном посту, обеспечивая безопасное производство вакцин, инъекционных лекарств и пр. До этого, в течение 40 лет на этом посту убиты десятки миллионов кроликов. К 1970 было обнаружено, что мечехвост обладает примитивным, но высокочувствительным иммунным ответом на заражение эндотоксинами. Этот ответ обеспечивают клетки амебоциты, циркулирующие в гемолимфе мечехвоста. Гемолимфа используется для производства LAL-теста (Limulus amebocyte lysate), являющегося стандартом тестирования на эндотоксины во всем мире. Тест применяется для безошибочного выявления опасных для человека бактерий в лекарственных средствах, на медицинской технике, имплантах, на рабочих поверхностях пищевого оборудования и пр.

Предложите способы детекции эндотоксинов, не уступающие в эффективности LAL- тесту, но не использующие гемолимфу мечехвоста.

P.S. Численность популяций куликов, для которых яйца мечехвостов являются основной пищей во время весенних миграций, также снижается.