Задания Студенческого Биологического Турнира (2017/18 уч. год)

На Биологическом Турнире обсуждаются задачи, опубликованные заранее. Это задания открытого типа: они не имеют окончательного или однозначного ответа и допускают использование разнообразных подходов при их решении. Условия сформулированы максимально кратко и не содержат всех необходимых данных, поэтому необходимо самостоятельно выбрать модель решения и сделать определенные допущения. Решать задачи предпочтительнее коллективно, проводя теоретические исследования с использованием различных источников информации. Допускается помощь наставников команд и консультации со специалистами.

1. "Изюмительный плод" Получение бессемянных плодов растений - это весьма привлекательная цель, однако семена являются необходимым материалом для поддержания культуры. Предложите универсальный биологический агент, который мог бы запускать образование плода у различных сельскохозяйственных культур без образования у них семян. Как такой агент мог бы функционировать? Как ограничить действие этого универсального агента только выбранными культурами?

2. "Двойной агент" Многие вирусы опасны тем, что могут передаваться между разными видами. Однако в природе практически не встречаются вирусы, способные заражать как растительные, так и животные организмы. Почему такая стратегия не распространена среди вирусов? Предложите модель вируса, который бы эффективно инфицировал организмы высших растений и позвоночных животных и размножался в них. Предложите последовательность этапов возникновения такого вируса в ходе эволюции.

3. "Тройная спираль" Открытию двойной спирали ДНК предшествовала разработка модели ДНК в виде тройной спирали. Допустим, что у каких-то организмов возможно хранение наследственной информации в виде комплекса из трех полимерных молекул нуклеиновых кислот или их аналогов, причем в реакциях матричного синтеза для однозначного узнавания при встраивании нового мономера требуется взаимодействие между тремя азотистыми основаниями. Как могли бы быть устроены процессы репликации, репарации и транскрипции у таких организмов? В чем преимущества и недостатки такого способа хранения и реализации генетической информации по сравнению с реально существующим?

4. "Трансляция в ядрах" Периодически в научных журналах появляются статьи об обнаружении процесса трансляции в ядрах клеток. Однако до сих пор ни одно такое сообщение не было достоверно подтверждено. Опишите, какие существуют принципиальные запреты на прохождения трансляции в ядрах клеток. Можно ли их преодолеть? Как минимизировать вредные последствия для клеток? Какие выгоды может принести трансляция в ядре?

5. "Белковый нокаут" (Задача от партнера Турнира компании «Биокад») Известны универсальные способы "выключения" экспрессии гена на уровне взаимодействия с ДНК или РНК, но в некоторых случаях полезно делать это на уровне уже синтезированного белка. Предложите метод, который позволял бы "выключать" по сигналу извне любой интересующий нас белок в живой клетке, не нарушая при этом целостность клетки и функционирование других белков. Рассмотрите преимущества и недостатки различных принципов и механизмов, которые можно положить в основу данной технологии. Выберите метод, который является наиболее универсальным с точки зрения разнообразия выключаемых белков и наиболее простым с точки зрения исполнения.

6. "Поймай меня, если сможешь" Многие прокариотические системы защиты (CRISPR/Cas система, система рестрикции-модификации и др.) распознают чужеродную ДНК по определенным нуклеотидным последовательностям, поэтому вирусам приходится обманывать "иммунную систему" бактериальной клетки. Предложите несколько способов защиты вирусной ДНК от различных ДНК-распознающих защитных систем клетки. Какой из них является наиболее универсальным и эффективным? Какие ещё не описанные способы защиты собственной ДНК от бактериальной "иммунной системы" могут быть найдены у вирусов?

7. "Жизнь без мутаций" Помимо мутаций источником генетического разнообразия для эволюции являются рекомбинация и горизонтальный перенос генов. Представьте себе идеальный организм, у которого нет точечных мутаций, связанных с ошибками ДНК-полимеразы и повреждениями ДНК. В каких случаях и при помощи каких механизмов рекомбинация и межорганизменный перенос ДНК смогут заменить мутации с эволюционной точки зрения? Предложите модель организма, способного к эволюционной адаптации, несмотря на отсутствие у него спонтанных мутаций.

8. "Ретровирусы прокариот" Среди вирусов эукариот встречается ретровирусная стратегия репликации. С какими преимуществами она связана? По каким причинам ретровирусы не обнаружены среди вирусов прокариот? Каким образом и в каких условиях могли бы быть преодолены трудности, с которым сталкиваются гипотетические ретровирусы прокариот?

9. "Упрощение эукариот" В ходе эволюции некоторые группы эукариот утратили митохондрии, однако комплекс признаков эукариотической клетки в целом стабилен. По каким причинам редукция эукариотических клеток даже у внутриклеточных паразитов не заходит так же далеко, как у прокариот? С чем ещё, кроме митохондрий, могут с наибольшей вероятностью расстаться эукариоты? Эукариоты каких таксономических групп могли бы упроститься таким образом?

10. "Жадина" Несмотря на то, что основные пути аэробного катаболизма заканчиваются разложением органических веществ до неорганических, животные выводят довольно много пригодных для дальнейшего метаболизма органических веществ и недоокисляют некоторые неорганические (например, аммиак). Опишите метаболизм многоклеточного животного, которое самостоятельно или с помощью симбионтов полностью метаболизирует вещества, содержащие биогенные элементы, выделяя их в виде наиболее термодинамически выгодных кислородсодержащих соединений. В какой группе животных и при каких условиях может развиться "безотходный метаболизм"? По каким причинам современные животные далеки от такого способа существования?


Авторы задач: А.А. Агапов, В.С. Вьюшков, Г.И. Гительзон, И.А. Зотов, А.А. Зотова, И.А. Кузин, Н.А. Ломов, Д.В. Пупов, Е.С. Шилов, О.Н. Шилова, А.С. Шнепп.