Мол и клеточная биология

Название Формулировка задачи Автор
1 GeneRAR Хорошо известны компьютерные программы-архиваторы информации. Каким организмам и в каких условиях был бы полезен механизм временного сжатия генетической информации? Предложите молекулярный механизм «архивирования» и «разархивирования» генетической информации — уменьшения длины и последующего восстановления последовательности нуклеотидов. Пупов Д.В., Кузин И.А.
2 Мы с Тамарой ходим парой Многие белки достаточно сложны и для корректного функционирования требуют наличия нескольких структурных модулей, которые могут быть представлены как доменами в пределах одной полипептидной цепи, так и отдельными субъединицами. Сравните эти способы организации белковой молекулы: в каких случаях и для каких живых организмов (вирусы, прокариоты, эукариоты), может быть выгодно иметь многодоменные или многосубъединичные белки? Зависит ли выбор оптимального способа организации белка от его функции - рассмотрите для случаев ферментов, структурных белков и рецепторов? Костюк А.И.
3 Антимагия В недалеком будущем может стать распространенной такая выгодная, на первый взгляд, модификация генома, как добавление комплекса генов, необходимых для редактирования генома при помощи технологии CRISPR/Cas. При этом для доставки гидовых РНК могут быть использованы вирусные векторы. Это делает носителей данного комплекса генов уязвимыми для нежелательной модификации извне. Предложите механизмы, которые позволили бы защититься от этой угрозы при сохранении работоспособности данного комплекса генов. Пупов Д.В.
4 Невидимки Вирусы, патогенные бактерии и протисты, поражающие различных животных, могут различным образом модифицировать свою поверхность для ухода от иммунного ответа хозяина. Это позволяет им реализовать две основные стратегии маскировки: 1) пассивная «игра в прятки» и уменьшение антигенного разнообразия такого патогена, либо 2) активное «запутывание» хозяина при помощи модулирования его собственных сигналов и мимикрии под его собственные белки. Какие принципы организации и механизмы позволяют указанным патогенам реализовать данные стратегии? Какой из приведенных вами механизмов является наиболее универсальным среди указанных патогенов для ухода от иммунного ответа хозяина? Предложите, как его можно усовершенствовать. Никитин Д.М.
5 Непобедимый комар Человечество придумало множество изощренных способов борьбы с гнусом (от диэтилтолуамида до мутагенной цепной реакции). Злой ученый задался целью создать с помощью современных методов молекулярной биологии наиболее устойчивое к различным способам борьбы кровососущее двукрылое насекомое. Выберите три наиболее уязвимых особенности исходного насекомого для различных методов борьбы, и предложите какие изменения необходимо внести, чтобы их обойти. Костюк А.И.
6 Растительный фагоцитоз Известно, что клетки растений не способны к фагоцитозу. С чем это связано? Какие клетки могли бы с наибольшей вероятности приобрести способность к фагоцитозу. Предложите модель растения, обладающего такими клетками. Опишите его анатомические, физиологические и экологические особенности. Агапов А.А.
7 Жадина-говядина Круговорот биогенных элементов является основой существования биосферы. Предположите, что возник живой организм, максимально затрудняющий использование органических соединений, входящих в его состав, другими организмами, при этом он сам способен метаболизировать эти соединения. Каким образом «жадный» организм может достичь этой цели с минимальными изменениями обычных биохимических путей? Какие основные типы важных для его жизнедеятельности молекул (соединений) и каким образом он сможет «защитить» от использования другими организмами? Костюк А.И.
8 Сахарный код К биологическим полимерам кроме белков и нуклеиновых кислот относятся также полисахариды. Предложите механизм прямого кодирования последовательности моносахаридов в полисахариде последовательностью нуклеотидов в РНК. Чем этот процесс будет отличаться от трансляции? Для каких организмов он мог бы быть полезен? Кузин И.А.
9 Живые батарейки Обсудите возможность создания устройства, генерирующего электрохимический градиент, подобно двумембранным органеллам. Предложите пути применения подобного устройства. Шаламов Р.В.
10 Взаимодействие генов При взаимодействии двух несцепленных генов в случае скрещивания двух дигетерозигот стандартное расщепление 9:3:3:1 может изменяться различным образом. При этом характер расщепления можно предсказать исходя из действия продуктов одного гена на продукт другого гена или сам другой ген. Изобразите схему взаимодействия двух генов, при которой расщепление 9:3:3:1 преобразуется в 10:6. Шилов Е.С.
11 Алиса в Зазеркалье Все известные организмы состоят из "правых" (D) сахаров и "левых" (L) аминокислот. Однако физические законы (существенные для жизнедеятельности биологических систем) не меняются при "зеркальном отражении". Почему же до сих пор не найдены организмы, состоящие из L-сахаров и D-аминокислот? А если они будут найдены, то каков будет их тип питания? Будут ли они представлять опасность для человека или для "естественных" экосистем? Кузин И.А.
12 Трансляция с ДНК Предложите возможный механизм, благодаря которому последовательность нуклеотидов ДНК могла бы переводиться в аминокислотную последовательность напрямую, минуя РНК-посредника. На какие реально существующие молекулярные комплексы была бы похожа машина, осуществляющая этот процесс? В какой группе организмов такой процесс был бы максимально полезен и эффективен? Агапов А.А.
13 Феромоны Известно, что феромоны – особые химические соединения, выделяемые различными видами животных в чрезвычайно малых количествах. Тем не менее они являются важнейшими регуляторами их поведения и служат для коммуникации между особями. Предполагается, что такой же вид сигнализации может быть задействован и в регуляции поведения у человека. Какие эксперименты необходимо провести, чтобы подтвердить или опровергнуть данное предположение? Неизвестно
14 Автостопом по галактике Предположим, что некоторые организмы получили возможность выходить в открытый космос и совершать межпланетные миграции для колонизации других планет. Какие повреждающие факторы в космосе будут действовать на такие живые организмы? Какие приспособления и адаптации могли бы быть полезны таким организмам для преодоления действия указанных вами повреждающих воздействий? Предложите модель такого "космического путешественника". Пупов Д.В.
15 Хлорохондрия Митохондрии и хлоропласты сосуществуют в некоторых эукариотических клетках. Предложите модель хлорохондрии - органеллы, объединяющей функции митохондрий и хлоропластов. Какие преимущества получит организм, обладающий хлорохондриями? К каким проблемам приведет такое объединение, как эти проблемы могут быть решены? Алкин Н.А.
16 До победного конца После приобретения митохондрий в ходе эволюции происходило уменьшение их генома. Почему в ходе эволюции этот процесс не был доведен до конца? Какие структуры и процессы, связанные с митохондриями, должны измениться, чтобы в максимальной степени избавить митохондрии от ДНК с сохранением функции аэробного дыхания? В чем преимущества и недостатки предложенной Вами модели? Ломов Н.А.
17 Регенераты Представьте, что в недалеком будущем благодаря усилиям ученых человек приобрел способность к регенерации любых тканей. Не вдаваясь в конкретные механизмы регенерации, предположите, какие разделы медицины в результате этого окажутся менее востребованными, а какие, наоборот, более востребованными и почему? Как изменятся фармацевтические, хирургические и другие подходы к лечению различных заболеваний? Андреева А.Н.
18 Великолепная пятерка Представьте, что белок-синтезирующий аппарат гипотетической клетки может включать в состав растущего полипептида только пять аминокислот. Какие аминокислоты из 20 протеиногенных вы бы оставили в составе белка, максимально сохранив при этом разнообразие функций белков? Каким образом можно обойти проблемы возникшие при потере структурного разнообразия боковых радикалов аминокислот? Костюк А.И.
19 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. Вьюшков В.В.
20 Суперпатоген Различные патогены человека после попадания в организм хозяина используют разные механизмы, позволяющие избежать их уничтожения иммунной системой. Предложите реально существующие и гипотетически возможные механизмы, применяемые микроорганизмами с этой целью. Предложите модель микроорганизма-суперпатогена, наиболее успешно «уходящего» от иммунного ответа. Шилов Е.С.
21 Квадратная картошка В живых организмах крайне редко встречаются структуры в форме прямоугольных пареллелепипедов. В то же время они могли бы быть очень полезны в народном хозяйстве (например, кубические яйца). Почему прямоугольные формы редко встречаются в природе? Предложите биотехнологический способ создания сельскохозяйственных продуктов в форме прямоугольных параллелепипедов. Пупов Д.В.
22 Миксотроф Известно, что эвглена зеленая может чередовать гетеротрофный и автотрофный типы питания. Данная стратегия на первый взгляд выглядит очень выгодной. Почему она не распространена среди многоклеточных организмов? Кто скорее мог бы дать начало группе многоклеточных миксотрофов: животные или растения? Кузин И.А., Пупов Д.В.
23 Гипножаба В мультсериале «Футурама» присутствует эпизодический персонаж – гипножаба, которая может дистанционно управлять поведением других животных. Рассмотрите механизмы (в том числе и гипотетические), при помощи которых одно животное может управлять поведением другого, и приведите реально существующие примеры такого управления. Пупов Д.В., Шилов Е.С.
24 Кто виноват? Врожденные заболевания человека могут вызываться как генными, так и хромосомными мутациями. Объясните, какой из родителей отвечает за большую часть генных, и какой — за большую часть хромосомных мутаций. Поясните с этой точки зрения роль каждого из полов в процессе эволюции. Шилов Е.С.
25 Регенератор Многих фантастических живых существ авторы наделяют исключительно высокими способностями к регенерации. Объясните, каким образом различные органы и ткани в реальности могут обеспечивать себе высокий потенциал регенерации? Кузин И.А., Шилов Е.С.
26 Паспорт Вас пригласили работать в проект по разработке биометрических паспортов, введение которых планируется на территории всей страны. Биометрический паспорт должен однозначно идентифицировать человека по его анатомическим, физиологическим и биохимическим параметрам, которые можно легко определить с помощью различных приборов или экспресс-методик, и которые бы минимально зависели от возраста и конкретного состояния человека. Какие параметры обеспечили бы выполнение поставленной задачи? Какими методами или приборами Вы будете пользоваться для их измерения? Пупов Д.В.
27 Копирайт В журнале Nature в 2015 году вышли статьи о том, что для ограничения распространения ГМО у них можно изменить генетический код: добавить в него синтетические производные аминокислот, которые организмы не смогут синтезировать сами, и от которых будут полностью зависеть. Предложите альтернативные способы модификации генома, которые позволят ограничить "нелегальное воспроизведение" и взять под контроль размножение и распространение только ГМО-растений, только ГМО-животных или любых ГМО, включая бактерий. Шилов Е.С.
28 Дифференцировка В конце XIX века В. Ру и А. Вейсман предположили, что дифференцировка клеток животных происходит в результате потери части наследственного материала. В чем были бы преимущества и недостатки механизма дифференцировки за счет удаления генов, которые не должны экспрессироваться в соответствующих клетках, для организма? У каких представителей живого мира он мог бы существовать? Кузин И.А.
29 Елочка, зажгись! Способность к биолюминисценции характерна для многих бактерий, грибов и животных, но не для высших растений. С какими морфофизиологическими особенностями высших растений это связано? Какие из их органов могли бы стать светящимися с наибольшей вероятностью? Какие преимущества и недостатки дала бы высшим растениям биолюминисценция? Пуховая Е.М.
30 Генетическая це***ра В генетических системах существует избыточная информации, которая устраняется путем вырезания лишних частей молекулы. Осуществление этой концепции возможно на 3 уровнях: ДНК (формирование макронуклеусов инфузорий), РНК (сплайсинг), белков (белковый сплайсинг). Наибольшее распространение получило «вырезание» информации на уровне РНК. С какими основными причинами это может быть связано? Сравните преимущества и недостатки процесса удаления лишней информации на всех трех перечисленных уровнях. Какой из них имеет наибольшую перспективу заменить сплайсинг на уровне РНК? Пупов Д.В.
31 Консервативная репликация Представьте, что ученые нашли организм, у которого репликация идет не по полуконсервативному, а по консервативному механизму. Предположите, как мог бы быть устроен молекулярный механизм такого процесса. Какие преимущества и недостатки были бы у такого механизма репликации по сравнению с существующим? Вьюшков В.С.
32 Авгиевы конюшни Органеллы могут быть развиты в разной степени в разных типах клеток. Выделите TOП-5 типов клеток человека, у которых некоторые органеллы представлены настолько слабо, что могут быть утрачены без значительного ущерба, как для самой клетки, так и для организма в целом. Предположите, какая органелла наиболее вероятно может быть полностью утрачена во всех типах человеческих клеток. Какие из своих функций она утратит полностью, а какие все же придется передать другим органеллам? Ганецкая Е.А.
33 Декаданс Считается, что эукариоты произошли от прокариот. Предложите наиболее правдоподобный механизм происхождения прокариот от эукариот. В каких условиях он мог бы реализоваться? С какими проблемами столкнутся "вторичные прокариоты", как эти проблемы могут быть решены? Бизяев Н.С.
34 Шаттл-вирус Большинство вирусов узко специализированы и заражают клетки живых организмов, относящихся как минимум к одному классу. С чем связана такая специализация? В каких условиях мог бы возникнуть вирус, успешно паразитирующий на представителях бактерий и эукариот? Предложите гипотетическую модель такого вируса и опишите его жизненный цикл. Агапов А.А.
35 Третий не лишний Представьте вид триплоидных организмов, у которых для оплодотворения необходимо слияние гамет от трех родителей. С какими преимуществами и недостатками связан данный способ размножения? Опишите механизмы деления клеток у таких особей. В каких условиях и каким группам организмов мог бы быть выгоден такой способ размножения? Костюк А.И.
36 Другая вилка Репликативные ДНК-полимеразы способны присоединять новые нуклеотидные остатки только на 3'-конец растущей цепи ДНК. Какие преимущества и недостатки может иметь альтернативная модель синтеза ДНК, где происходит удлинение 5'-конца растущей цепи ДНК? Рассмотрите как изменится белковый состав репликативной вилки и механизм ее функционирования в случае двух альтернативных моделей репликации: 1) синтез ДНК за счет ДНК-полимеразы, способной удлинять растущую цепь как с 3'-конца, так и с 5'-конца; 2) синтез ДНК за счет ДНК-полимеразы, удлиняющей растущую цепь только с 5'-конца. Какие нуклеотиды и почему было бы выгоднее использовать в качестве субстратов в каждой из этих моделей? Ломов Н.А.
37 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? Кузин И.А.
38 Живое зеркало Некоторые привычные для нас и, казалось бы, простые устройства практически не имеют аналогов в живой природе, например, оптическое зеркало. Предложите модель животного, вся поверхность которого или значительная ее часть является зеркальной. Каким может быть внешнее и внутреннее строение такого "живого зеркала"? С какими преимуществами и недостатками связано обладание зеркальной поверхностью? Пупов Д.В.
39 Бесконечная ДНК Перед Вами стоит задача получить непрерывную молекулу ДНК как можно большей длины. В вашем распоряжении имеется только ДНК-полимераза, имеющая праймазную активность (т.е. способная синтезировать РНК-затравки). Каким образом должна быть организована матричная ДНК для получения искомой молекулы ДНК? Предложите как можно больше способов ее получения. Пупов Д.В.
40 СуперДНК У Вас есть одноцепочечная ДНК длиной в несколько тысяч нуклеотидов и ДНК-полимераза, неспособная создавать затравки. Вам необходимо создать устойчивую систему репликации данной ДНК. Вы можете использовать один любой белок, кроме РНК-полимеразы (праймазы). Каким образом этого можно достичь? Пупов Д.В.
41 Незаменимые аминокислоты С чем связана неспособность некоторых организмов синтезировать некоторые аминокислоты (ауксотрофность)? Для каких групп она характерна? Почему подобная ауксотрофность закрепилась в эволюционно успешных и прогрессивных группах? Шилов Е.С.
42 Вторично бесполые К преимуществам полового размножения обычно относят возможность объединения в одном геноме двух благоприятных или, наоборот, вредных мутаций, способность адаптироваться к постоянно изменяющейся среде и снижение конкуренции за ресурсы между родственниками. Тем не менее, существуют организмы, вторично перешедшие к бесполому размножению. Приведите примеры таких организмов. В чем для них заключается выгода от бесполого размножения? Как вторично бесполые организмы компенсируют потерю преимуществ, связанных с половым размножением? Петухова Д.Ю.
43 Амебы и слоны Известен парадокс, что слоны эволюционируют быстрее амеб. На основании каких типов данных был сделан такой вывод? Предложите возможные объяснения этого явления. Кузин И.А.
44 Толкание ядра Процесс созревания эритроцитов млекопитающих сопровождается энуклеацией – выталкиванием ядра из клетки. Какие преимущества эукариотическим клеткам и организму в целом дает отсутствие ядра? Каким типам клеток животных было бы выгодно «избавиться» от ядра? Ответ обоснуйте. Шилов Е.С.
45 Эликсир жизни Великий ученый А.В. Бородач изобрел уникальный эликсир, который, по его мнению, может замедлить процесс старения любого живого существа. Возможно ли создание подобного универсального «эликсира жизни», который бы достаточно хорошо действовал на представителей различных групп живых организмов? Каким бы мог быть его состав? Пупов Д.В.
46 Растительная нейробиология Джагдиш Чандра Бос одним из первых физиологов растений обнаружил явление изменения электрических потенциалов растений в ответ на внешние воздействия. Им же было зафиксировано изменение электрического потенциала в ответ на уничтожение живых беспозвоночных и культур тканей, если это осуществлялось в непосредственной близости к растениям. Предложите наиболее вероятный механизм возникновения и передачи электрического потенциала по тканям и органам растений в отсутствие нервной системы, характерной для многоклеточных животных. Оцените скорость такой передачи. Какие бы Вы поставили эксперименты, чтобы определить, каким образом и почему растение меняет электрический потенциал в ответ на уничтожение живых беспозвоночных и культур тканей? Шарова Е.И.
47 Обратный сплайсинг В ходе процессов созревания РНК иногда происходит вставка/удаление отдельных нуклеотидов (редактирование РНК), однако не происходит встраивание протяженных последовательностей РНК внутрь изменяемой молекулы. Предложите в каких случаях и для каких целей мог бы быть полезен такой процесс. Для наиболее актуального на ваш взгляд случая использования этого процесса предположите конкретный молекулярный механизм. Вьюшков В.С.
48 Дифференцировка В конце XIX века В. Ру и А. Вейсман предположили, что дифференцировка клеток животных происходит в результате потери части наследственного материала. В чем были бы преимущества и недостатки механизма дифференцировки за счет удаления генов, которые не должны экспрессироваться в соответствующих клетках, для организма? У какой группы организмов, ранее не обладавших этим способом дифференцировки, она могла бы возникнуть в ходе эволюции Кузин И.А.
49 Ахиллес и черепаха Скорость работы ферментов характеризуется числом оборотов Kcat и может значительно различаться у ферментов из разных источников, но обладающих одинаковой субстратной специфичностью. Какие преимущества и недостатки для функционирования живой клетки будет иметь увеличение значения Kcat в случае какого-либо фермента? Какие факторы накладывают ограничения на скорость работы ферментов? Сравните потенциальную возможность увеличения в ходе эволюции скорости работы ферментов в случаях прокариот и эукариот. К каким изменениям в метаболизме бактерии приведет превращение всех ее ферментов в максимально «быстрые»? Кузин И.А.
50 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? Гительзон Г.И.
51 Антитела в массы Адаптивный иммунитет, основанный на селективном распознавании при помощи нуклеиновых кислот (например, РНК-интерференция), широко распространен как среди прокариот, так и среди эукариот, а основанный на селективном взаимодействии белков - описан только для некоторых эукариот. По каким причинам у прокариот не распространены системы белкового адаптивного иммунитета? В какой группе современных прокариот мог бы появиться подобный механизм? Предложите модель прокариота, использующего такую стратегию защиты. Агапов А.А.
52 Прятки Долгие годы поиск новых антибиотиков ученые вели среди культивируемых почвенных микроорганизмов. Однако многие патогены вскоре приобрели устойчивость к традиционным антибиотикам. В каких еще экологических нишах будет перспективен поиск новых организмов-продуцентов антибиотиков? По каким критериям вы будете выбирать эти ниши? Филимонова А.В.
53 Матрешка Преформисты предполагали, что внутри взрослого организма находится маленький организм - будущий потомок, внутри которого, в свою очередь, его будущий потомок и т.д. Приведите примеры организмов, в той или иной степени использующих "матрешечный принцип" при размножении. Предложите модель гипотетического животного, наиболее полно реализующего принцип "матрешечного размножения". Какие преимущества и недостатки будут характерны для животного с таким принципом размножения? Каким образом возникающие проблемы могут быть решены? Кузин И.А.
54 Число клеток Тело человека состоит из огромного числа клеток. Предложите, при помощи каких теоретических соображений и экспериментальных подходов может быть определено среднее число клеток в теле человека? Насколько оно будет соответствовать действительности? На основании собственных теоретических соображений дайте оценку числа клеток в человеческом теле. Пупов Д.В., Кузин И.А.
55 Самый древний Многие живые организмы заслужили название «живых ископаемых». Приведите максимально разнообразные доказательства, с помощью которых можно подтвердить их древность. Предположите, какие ныне живущие таксоны являются древнейшими среди, соответственно, животных, растений и микроорганизмов. Шилов Е.С.
56 Сверхчеловечество В научно-фантастической литературе часто обсуждается идея массового развития определенных сверхспособностей у всего человечества. Какие из подобных изменений и для каких систем органов человека, по-Вашему мнению, наиболее актуальны? Какое наиболее реально осуществить? Предложите способ такого изменения. Шилов Е.С.
57 Жизнь без РНК Приведите несколько примеров, когда традиционные функции РНК выполняют другие молекулы. Предложите молекулярные механизмы функционирования клетки, не содержащей РНК. Какие новые типы молекул появятся в такой клетке? Кузин И.А.
58 Мир без рекомбинации В некоторых случаях рекомбинация при мейозе на определенных участках не происходит (например при наличии инверсии). Как изменился бы характер эволюции, если бы отсутствие рекомбинации было общим правилом для всех живых организмов. Как изменилась бы доля видов с половым размножением? Шилов Е.С.
59 Одноклеточный монстр Некоторые одноклеточные организмы настолько велики, что видны невооруженным глазом. Какие биотические и абиотические факторы среды благоприятствуют гигантизму у таких организмов? Как приспособления к данной жизненной форме проявляются на уровне питания, подвижности, формы клеток и внутриклеточной структуры? Почему макроорганизмы все же пошли по пути увеличения числа клеток, а не размеров самой клетки? Волошина М.А., Кузин И.А.
60 Близняшки Для млекопитающих характерна возможность образования из одной зиготы нескольких отдельных особей, называемых однояйцевыми близнецами. Какие эволюционные преимущества и недостатки имеет это явление? Какие альтернативы однояйцевым близнецам существуют у других животных? По каким причинам млекопитающие выбрали «близнецовый» способ размножения? Шилов Е.С., Шилова О.Н.
61 Молекулярный ламаркизм У изученных видов перенос информации от фенотипа к генотипу, строго говоря, неизвестен. Однако в принципе он возможен. Предложите молекулярные механизмы такого переноса на основе или по аналогии с реально существующими клеточными процессами. Почему такой перенос информации не возник в ходе эволюции? Кузин И.А.
62 Минимальный вирус Известно, что геном вирусов, как правило, меньше генома клеток. Каково же минимальное число генов, необходимых для существования вируса? Какого типа геном будет у такого вируса (ДНК или РНК)? Кто будет его хозяином? Кузин И.А.
63 Плотность записи С помощью каких молекулярно-биологических механизмов при транскрипции и трансляции двунитевой ДНК длиной 100 пар нуклеотидов можно получить полипептид максимального размера, но при этом с фиксированными длиной и аминокислотной последовательностью. Приведите пример строения такой двунитевой ДНК и системы, в которой можно получить пептид максимального размера с этой ДНК. Пупов Д.В., Шилов Е.С.
64 Тетраграмматон Согласно ряду гипотез происхождения генетического кода, на ранних стадиях эволюции значимыми были лишь нуклеотиды во второй позиции кодона. В таком случае белки должны были состоять всего из четырех аминокислот. Предложите набор из четырех аминокислот, позволяющий с минимальными потерями осуществлять функции, выполняемые белками современных организмов. Кузин И.А.
65 Гистоэволюция Классический объект теории эволюции – таксоны. А в течение последних десятилетий огромный прогресс достигнут в изучении принципов эволюции нуклеотидных и аминокислотных последовательностей. Используя эти принципы, предложите механизмы эволюции для клеточного и тканевого уровня – возникновения новых типов клеток и тканей. Шилов Е.С.
66 Жизнь без вирусов Одно из самых опаснейших заболеваний человека — оспа — было полностью побеждено на нашей планете в XX веке. Возможно в будущем, благодаря усилиям ученых и медиков, судьбу оспы повторят и другие вирусные заболевания. Положительные последствия такой победы очевидны. Проанализируйте, какие отрицательные последствия уже нанесла и еще может нанести подобная всеобъемлющая победа? Пупов Д.В.
67 Игра в кости При создании разнообразия антител у позвоночных животных в клетках иммунной системы происходят генетические перестройки, приводящие к созданию случайных белковых последовательностей. Именно эти последовательности являются вариабельными частями антител, что обеспечивает узнавание всевозможных потенциальных антигенов. Существуют подобные системы, позволяющие формировать разнообразие рецепторов бактериофагов к бактериальной поверхности и бактериальных систем рестриктаз, позволяющих бороться с фаговой инфекцией. Предположите какие функции, кроме «иммунной», могут выполнять аналогичные системы по созданию разнообразия случайных белковых последовательностей. Предложите модель организма, который бы использовал такую систему для реализации одной из перечисленных вами функций. Как будут отбираться «работающие» белки из всего многообразия созданных перебором вариантов? Костюк А.И.
68 ПротоОрганон У эукариот, в отличие от эубактерий, широко распространена стратегия, когда внутри их клеток могут находиться различные эндосимбионты (митохондрии, хлоропласты, эубактерии и пр.). Выберите 5 основных причин, почему проживание таких эндосимбионтов в клетках эубактерий затруднено. Предложите модель организации эубактерии, которая с минимальными изменениями в строении и функционировании клетки, могла бы эффективно содержать эндосимбионтов. Какие функции эти эндосимбионты могли бы выполнять в клетке эубактерии? Бизяев Н.С.
69 Расширенный код Генетический код является почти универсальным для всех живых организмов, однако в ряде случаев возникает необходимость закодировать некоторые дополнительные аминокислоты. Изменение смысла отдельных кодонов приведет к нарушению синтеза белков с уже имеющихся в геноме последовательностей, а также ограничит обмен информацией с другими организмами. Предложите несколько способов закодировать в геноме новые белки, содержащие четыре или более произвольные новые аминокислоты, без "перекодировки" уже существующих генов. Какой из способов будет наиболее простым и универсальным? Пупов Д.В.
70 Белковый нокаут 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. Пупов Д.В.
71 Супераллелизм Для некоторых генов человека характерен множественный аллелизм, а также несколько типов взаимодействий между аллелями одного гена. Предложите модель гена человека с множественным аллелизмом и наибольшим числом разных типов взаимодействий между аллелями (полное доминирование, неполное доминирование, кодоминирование, сверхдоминирование, аллельная комплементация). Каким образом будут реализованы эти взаимодействия? Какой функцией может обладать этот ген? Шилов Е.С.
72 Перед прочтением сжечь По определенным причинам некоторые гены и кодирующие последовательности либо не транскрибируются вообще никогда в онтогенезе, либо транскрибируются, но не транслируются. При этом с возрастанием уровня сложности организма число таких последовательностей увеличивается. Объясните, за счет чего происходит подобное увеличение и каким образом могут быть связаны усложнение организмов и количество таких последовательностей. Предположите последствия их искусственного удаления. Шилов Е.С.
73 Шаттл Горизонтальный перенос генов между прокариотами и эукариотами происходит очень редко. Предложите конструкцию шаттл-вектора, способного переноситься от бактерии к клеткам человека и наследоваться в обоих типах клеток хозяев. Предложите наиболее эффективный способ передачи такого вектора и наиболее удобную для этой цели группу бактерий. Пупов Д.В., "Биокад"
74 Брачное агентство Известно, что многие сельскохозяйственные растения возникли в результате отдаленной гибридизации. Геномы каких растений было бы выгодно объединить, чтобы получить максимальную пользу? На основании каких критериев вы будете выбирать растения, образующие хорошее сочетание? По каким параметрам эти растения должны быть совместимы? Олина А.В.
75 Число клеток 2 Тело человека состоит из огромного числа клеток! Предложите, при помощи каких теоретических соображений и экспериментальных подходов может быть определено среднее число клеток в теле человека? Насколько оно будет соответствовать действительности? На основании собственных теоретических соображений дайте оценку числа клеток в человеческом теле. Пупов Д.В., Кузин И.А.
76 Бактериальный вид Биологическая концепция вида была разработана в первую очередь для животных и высших растений. Какие проблемы возникают при ее применении к прокариотам? Предположите, как все-таки ее можно было бы применить в этом случае. Кузин И.А.
77 Суперорганизм Отдельные особи у социальных насекомых выполняют функции, сходные с функциями клеток в организме. У многоклеточных животных и общественных насекомых возникают сходные проблемы: разделение труда, коммуникация, подавление эгоистичности. В чем сходства и различия решений, которые используют эти группы организмов? С чем это связано? Можно ли назвать колонию общественных насекомых суперорганизмом? Ходырев Н.Н., Кузин И.А., Шилов Е.С.
78 Скрытая угроза Митохондрии обладают собственной системой передачи и реализации наследственной информации, которая теоретически может эксплуатироваться вирусами. Какие факторы осложняют репликацию и распространение вирусов митохондрий? При каких условиях все же возможно их появление в ходе эволюции? Предложите план исследования, призванного обнаружить такие вирусы или доказать их отсутствие в конкретной популяции клеток. Пупов Д.В.
79 Молекулярная гомология В ходе развития сравнительной анатомии были сформулированы три критерия гомологии: положения, специального качества и переходных рядов. Каким образом классические критерии гомологии могут быть применены для выявления гомологии белков (аминокислотных последовательностей)? Кузин И.А.
80 Третий не лишний Представьте себе вид, представленный триплоидными организмами, у которых для оплодотворения необходимо слияние гамет от трех родителей. С какими преимуществами и недостатками связан такой способ размножения? Опишите процессы деления клеток у таких организмов. Костюк А.
81 Разветвленная ДНК Предложите модель строения, репликации и транскрипции разветвленной ДНК. В чем преимущества и недостатки разветвленной ДНК по сравнению с неразветвленной? Бизяев Н.С.
82 Самый маленький Работы по созданию искусственной клетки и изучению микроископаемых делают актуальным вопрос о наименьшем возможном размере земных организмов. Какими факторами ограничивается минимальный размер свободноживущего микроорганизма? Каким образом мог бы быть устроен предполагаемый организм наименьшего возможного размера? Какие преимущества может дать сверхмалый размер? Кузин И.А.
83 Аминокислоты В составе живых клеток обнаружено более трех сотен различных аминокислот. Однако только 21 из них является протеиногенной, т.е. включается в состав белка непосредственно в процессе его биосинтеза на рибосомах. Для чего же нужны остальные аминокислоты? Какова их биологическая роль? Приведите примеры. Неизвестно
84 Магнитосомы У некоторых бактерий в клетках имеются специфические включения - магнитосомы, являющиеся монокристаллами магнетита с постоянным направлением вектора и максимально напряжённым магнитным полем. Бактерии используют магнитосомы для ориентации в магнитном поле. Следовательно, это свойство могло бы использоваться для манипуляций направлением движения такой бактерии. Предложите три максимально различных способа практического применения человеком магнитотактических бактерий. С какими трудностями такое применение сопряжено? Для каждого случая рассмотрите, можно ли добиться сравнимых результатов без использования этого свойства. Филимонова А.В.
85 Не надо делиться Считается, что рак - проклятье многоклеточных животных. Одним из способов решения проблемы рака могло бы быть возникновение в организме клеток не способных к делению. Предложите модель устройства организма, у которого лишь небольшое количество клеток, способно к делению, а остальные единицы строения представлены постклеточными структурами (специализированными безъядерными клетками). Какие проблемы в связи с этим возникнут у такого организма? Как их можно будет преодолеть? Тюрин Д., Пупов Д.В.
86 Новое платье короля Для многих белков процесс их биосинтеза заканчивается введением различных посттрансляционных модификаций, которые зачастую играют ключевую роль в формировании их структуры и обеспечении функциональной активности. Большинство таких модификаций предполагают изменения отдельных боковых цепей аминокислот за счет добавления/удаления небольших химических групп, однако, некоторые приводят к присоединению к белку крупных молекул: липидов, олигосахаридов, белков. Предложите три типа новых и наиболее полезных посттрансляционных модификаций белков, путем присоединения к ним различных крупных молекул, которые позволяют данным белкам осуществлять новые функции. В каком компартменте клетки будут вводиться данные модификации и с помощью каких сигнальных последовательностей? Пупов Д.В.
87 Клетка-шагоход Шагание - способ перемещения, широко распространенный среди многоклеточных животных. К «шаганию» также способны многие макромолекулярные комплексы, однако, на клеточном уровне обычно используются другие способы перемещения по поверхности: ползание (фибробласт), скольжение (цианобактерии), перекатывание (лимфоциты). С какими особенностями строения клеток эукариот связано то, что реализовать шагание сложнее, чем другие способы перемещения? В каких условиях и какие преимущества клеткам может дать передвижение с помощью шагания? Какие типы клеток в организме человека наиболее вероятно могли бы перейти к шаганию? Шилов Е.С.
88 Вторичные митохондрии При возникновении фотосинтезирующих эукариот в процессе эндосимбиоза с предками пластид приобретение и потеря симбионта происходили многократно и параллельно в разных систематических группах. Однако в случае возникновения митохондрий путем эндосимбиоза такого не обнаружено. По каким причинам в случае митохондрий не распространены случаи вторичного эндосимбиоза? В каких условиях и каким образом эукариотическая клетка могла сначала потерять митохондрии в ходе эволюции, а затем приобрести новые? Пуховая Е.М.
89 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? Пупов Д.В.
90 Посторонним вход воспрещен Считается, что у прокариот часть эволюционных функций полового размножения по обеспечению генетического разнообразия выполняет горизонтальный перенос генов. Какие факторы ограничивают горизонтальный перенос и не позволяют прокариотам использовать любые гены любых организмов? Каким образом прокариотический организм может полностью защитить себя от риска горизонтального переноса генов? Как подобное событие скажется на его организации генома? Шилов Е.С., Суслов В.В.
91 Оптимизация Пластиды, как правило, устроены сложнее митохондрий и потенциально могут дублировать их функции. Что препятствует полному переносу функций от митохондрий к пластидам? В каких условиях и каким образом фотосинтезирующие пластиды могли бы взять на себя все функции митохондрий, так чтобы клетка могла полностью избавиться от последних? Методкомиссия
92 Накопитель Различные живые организмы используют разные классы биологических молекул в качестве запасаемых веществ. Предложите строение «идеальной» запасаемой молекулы, обеспечивающей накопление наибольшего количества функциональных групп и элементов. Какие пути метаболизма будут использоваться для создания и утилизации этой молекулы? С чем связана множественность типов запасаемых веществ у одного и того же организма? Шилов Е.С., Костюк А.И., Агапов А.А.
93 Молекулярное оружие Биологические способы борьбы с вредителями являются одними из самых перспективных. Предложите основанный на принципах молекулярной биологии способ борьбы, который с минимальными модификациями можно было бы использовать для уничтожения вредителей из самых разных таксонов. Кузин И.А., Пупов Д.В.
94 Самый горячий Некоторые прокариоты-термофилы успешно существуют и размножаются при температуре более 120°С и, вероятно, это не предел. За счет каких адаптаций возможно существование гипертермофилов? Какие факторы ограничивают максимальную температуру существования жизни? Какой из них, по-Вашему, является важнейшим? Кузин И.А., Шилов Е.С.
95 Зеленый заяц Известно, что у некоторых беспозвоночных в клетках присутствуют одноклеточные эндосимбионты – фотосинтетики. Почему это явление не распространено среди позвоночных? Предположите, у каких групп позвоночных оно могло бы существовать и какие фотосинтетики могли бы стать симбионтами. Кузин И.А.
96 Археи Экология известных групп архей, на первый взгляд, сильно различается. Однако их общей специализацией, вероятно, является приспособление к хроническому недостатку энергии. Укажите, какие причины приводят к такому «голоданию» в различных группах архей. Какие особенности архей можно рассматривать как приспособления к постоянному энергетическому стрессу? Почему археи плохо конкурируют с бактериями в условиях избытка энергии? Кузин И.А., Шилов Е.С.
97 Анатомия последовательностей Вам необходимо выяснить, являются ли гомологичными аминокислотные последовательности двух белков. Опишите, как можно решить эту задачу, применяя известные из сравнительной анатомии критерии гомологии: положения, специального качества и переходных рядов. В чем состоят ограничения такого метода определения гомологии последовательностей? Кузин И.А.
98 Двоичный код Допустим, что возможности генетической инженерии позволяют создать организм, в состав ДНК которого входят два, а не четыре канонических нуклеотида. Рассмотрите преимущества и недостатки динуклеотидной ДНК (по сравнению с тетрануклеотидной) с точки зрения основных процессов, изучаемых молекулярной биологией: репликации, репарации, транскрипции и трансляции. На основе какой пары нуклеотидов – A-T или G-C – легче создать организмы с динуклеотидной ДНК? Кузин И.А.
99 Иные Возможно, на Земле существуют микроорганизмы, элементный состав которых сходен с составом известных организмов, но строение их молекул и/или их пути метаболизма существенно отличаются от уже известных и подобных им путей метаболизма. Предположите, какими могли бы быть эти отличия. Расположите их в ряд, от менее к более радикальным. Какие обстоятельства могут позволить «иным» микроорганизмам выжить в конкуренции с обычными? Кузин И.А., Пупов Д.В.
100 Декаданс Считается, что эукариоты произошли от прокариот. Предложите, наоборот, возможный механизм происхождения прокариот от эукариот. В каких условиях он мог бы реализоваться? С какими проблемами столкнулись бы первые прокариоты в мире эукариот? Бизяев Н.С.
101 Биологический будильник Известны многие периодические биологические процессы, являющиеся основой для «биологических часов». Предположите, каким образом мог бы быть устроен внутренний «биологический будильник», способный подавать сигнал через наперед заданный промежуток времени. В чем могло бы быть его адаптивное значение? Шилов Е.С.
102 Память Человеческая память обладает, по-видимому, неограниченными возможностями. В чем отличия и сходства способов организации, хранения и работы с памятью у человека и современных компьютеров; в каком виде и в каких участках мозга записывается хранимая нашей памятью информация? Шубин С.Е.
103 Внеклеточный вирус Вирусы размножаться исключительно внутри клеток в основном по причине ограниченного количества классов ферментов, закодированных в их геноме. Предложите модель одноклеточного паразитического организма, живущего вне клеток организма-хозяина и ограниченного фосфолипидной мембраной, который не кодирует в своем геноме оксидоредуктаз, лиаз, и любых ферментов образующих/разрывающих С-С-связи. Какие основные метаболические пути будут присутствовать у этого организма? Какие процессы и соединения будут основным источником энергии в клетке такого организма? Какие клеточные процессы и макромолекулярные комплексы необходимо будет иметь этому организму для успешного существования? Костюк А.И., Ломов Н.А., Бизяев Н.С.
104 Белок из белка В начале 1950-х годов среди биохимиков была популярна гипотеза, согласно которой для синтеза белков используются не только свободные аминокислоты, но и олигопептиды. Предложите возможные механизмы такого синтеза белка. Какие преимущества и недостатки были бы характерны для каждого из этих механизмов? Предложите наиболее выгодную модель синтеза белка с использованием олигопептидов. Кузин И.А.
105 Абсолютный размер Представьте, что Вам прислали фотографию организма ранее неизвестного науке вида, но без указания масштаба снимка. Как можно оценить абсолютный размер этого организма? Как будет отличаться решение этой задачи для разных групп организмов? Насколько точными будут эти оценки? Кузин И.А.
106 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. Шнепп Алексей
107 Генетическое оружие Некоторые эукариотические организмы для борьбы с бактериями синтезируют антибиотики. Представьте, что эукариоты научились использовать вирусы (или другие вредоносные генетические элементы) для борьбы с бактериями. Как могла бы быть устроена такая система защиты? В чем были бы отличия от обычных вирусов (или генетических элементов)? Какие преимущества и недостатки такая система имела бы перед антибиотиками? Вьюшков В.С.
108 Обратный отсчет В настоящее время получают распространение методы контроля над ГМО за счет введения генов, вызывающих стерильность во втором поколении. Предложите наиболее эффективный механизм, позволяющий за счет методов классической и/или молекулярной генетики создавать ГМО со сниженной жизнеспособностью или стерильностью в произвольно заданном поколении, но не ранее. Чуб В.В.
109 Сообразить на троих Предложите, как был бы устроен генетический код и механизм трансляции, если бы вставка каждой аминокислоты в растущую полипептидную цепь определялась последовательностью двух или более мРНК. В чем были бы преимущества и недостатки такого механизма, по сравнению с существующим? Предложите конкретную модель механизма трансляции и структуры генетического кода. Вьюшков В.С., Костюк А.И., Ломов Н.А.
110 Заразный рак В настоящий момент известно всего несколько типов трансмиссивной злокачественной опухоли (в том числе у тасманийского дьявола). Почему это явление не распространено в природе? С какими трудностями сталкивается такая линия опухолевых клеток, и как она может их преодолеть? Предположите, какими способами, помимо известных, опухолевые клетки могут распространяться от организма к организму? Кондратенко Ю.Д.
111 Плотность записи Как вы считаете, какое максимальное количество аминокислот в составе одного полипептида можно получить при транскрипции и трансляции двунитевой ДНК размером 100 пар нуклеотидов? Приведите пример дизайна (строения) такой двунитевой ДНК и искусственной системы, в которой с неё можно получить пептид максимального размера. Пупов Д.В., Шилов Е.С.
112 Прионы Известно, что основное свойство прионных белков - это способность менять конформацию нормально свернутого белка, превращая его в прионный. Предположите, какие биологические функции прионы могли бы выполнять в клетке. Как мог бы быть соблюден баланс между полезными и вредными эффектами прионов? Ходырева А.Н.
113 Белок-универсал Считается, что большинство белков в клетке имеют не более двух различающихся функций. Чем ограничивается количество различающихся функций у одного и того же полипептида в пределах одного организма? За счет каких явлений число функций одного и того же белка может возрастать? Какие преимущества и недостатки имеют «многофункциональные» белки? Для организмов какого уровня организации подобные белки были бы наиболее выгодны? Шилов Е.С., Есюнина Д.М.
114 USB-хвост В фильме «Аватар» представители коренного населения Пандоры могли «подсоединяться» к другим животным с помощью хвоста. Какими механизмами может обеспечиваться передача информации через такое соединение? Какие особенности строения нервной системы могут быть у организмов, общающихся таким образом? Как в ходе эволюции мог появиться такой общий для множества различных видов способ передачи информации? Ломов Н.А.
115 Замедленная жизнь Многие организмы способны сильно замедлять процессы жизнедеятельности. Приведите примеры таких процессов. До каких пределов может замедляться скорость различных биологических процессов? В каких экологических нишах может существовать «медленная» жизнь? Как в таком случае изменится скорость эволюционных процессов? Пупов Д.В., Шилов Е.С.
116 Жизнь без углеводов Углеводы, вероятно, менее обязательны для функционирования живых систем, чем нуклеиновые кислоты, белки или липиды. Приведите несколько примеров, когда традиционные функции углеводов выполняют другие вещества. Предложите принципы строения жизнеспособного безуглеводного организма. Какие экологические ниши он может занимать? Кузин И.А.
117 Регенерация клеток В первой трети XX века несколько микробиологов из разных стран утверждали, что в своем жизненном цикле бактерии могут проходить через неклеточную стадию, после которой вновь восстанавливается клеточная форма. Предложите наиболее правдоподобный механизм регенерации каких-либо клеток из неклеточного состояния, опираясь на аналогии с известными молекулярно-биологическими и клеточными процессами, а также на различные гипотезы возникновения клеток в ходе эволюции. Опишите структуру и состав неклеточного «живого вещества», из которого происходила бы такая регенерация. Кузин И.А.
118 Добрые вирусы Хотя большинство вирусов являются патогенами, становится известно все больше примеров, когда вирусы приносят хозяину пользу. Например, растениям вирусы могут придавать устойчивость к засухе или холоду. Предложите как можно больше различных возможностей использования вирусов в медицине и народном хозяйстве. С какими биологическими трудностями связана реализация этих проектов? Кузин И.А.
119 Мембраны "с нуля" В современных организмах все мембраны происходят из других мембран. С какими трудностями связан синтез мембран de novo? Предложите гипотетический механизм сборки мембран "с нуля". Кузин И.А.
120 Одомашненные археи За период своего существования человечество «одомашнило» множество бактерий, т.е. получило и применяет их чистые культуры в биотехнологических процессах: от бродильщиков для производства йогурта до генно-модифицированных штаммов углеводородокисляющих бактерий, способных справляться с нефтяными загрязнениями. Почему использование архей в биотехнологии крайне не распространено? Предложите три группы архей, которых было бы наиболее перспективно биотехнологически использовать в виде чистых культур? Для самой перспективной предложите, какие их свойства можно было бы искусственно улучшить для максимизации биотехнологического потенциала. Крюк М.В.
121 Играй, гормонь! Развитие цивилизации довольно сильно изменило условия жизни человека, причем скорость изменений часто превышает скорость адаптации в ходе биологической эволюции. Системный ответ на ключевые стимулы у позвоночных обеспечивают гормоны. Составьте список особенностей образа жизни и среды обитания современного человека, для приспособления к которым был бы полезен системный ответ с участием нового гормона. Предложите механизм работы для наиболее актуальной системы эндокринной регуляции, основанной на введении новой пары гормон-рецептор: опишите ключевые стимулы, запускающие ответ, и физиологические эффекты данного гормона. В результате модификации какой уже существующей пары гормон-рецептор данная система могла бы возникнуть в ходе эволюции? Пупов Д.В.
122 Мама, не балуй! Современная наука активно разрабатывает методы направленного редактирования генома. Большинство подходов редактирования предполагают вмешательство в геном на уровне зиготы. Однако, жизнь человека довольно продолжительна и непредсказуема, поэтому необходимо иметь возможность влиять на геном и на более поздних стадиях онтогенеза. Предложите три наиболее актуальных, на ваш взгляд, задачи по изменению генома человека, которые могут быть решены с применением такой технологии. На основе системы CRISPR/Сas предложите, как может быть устроена такая система редактирования генома. Как будет достигаться специфичность редактирования на уровне отдельных типов тканей (клеток)? Агапов А.А., Акутин И.А.
123 Живое ископаемое Ваш научный руководитель уверен, что изучаемый Вами живой организм является самым древним в своем таксоне. При помощи каких способов и критериев (генетических, физиологических, биохимических, цитологических и т.п.) Вы будете это доказывать? Какие из критериев будут наиболее значимыми в случае если ваш организм будет относиться к животным, растениям или бактериям? Шилов Е.С.
124 Вирусные коммуникации Недавно у некоторых бактериофагов было обнаружено чувство кворума. Кажется логичным, что коммуникация между вирусными частицами одного или нескольких разных вирусов могла бы быть выгодна для более успешной инфекции и их размножения. Предположите, какие пять функций с наибольшей вероятностью могла бы выполнять коммуникация между вирусами? Для каждой из этих пяти функций предложите правдоподобный механизм коммуникации между вирусами. В каких группах вирусов наиболее вероятно существование предложенных вами механизмов коммуникации? Кузин И.А.
125 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? Пупов Д.В.
126 Motio ergo sum В цикле размножения вирусов находящиеся вне хозяйской клетки стадии, как правило, пассивны и не обладают метаболизмом. Эта особенность делает их более устойчивыми, однако лишает возможности активно передвигаться и, таким образом, увеличивать вероятность заражения хозяина. Предложите гипотетический механизм направленного передвижения вируса, способствующий попаданию в клетку хозяина. Как данный механизм можно совместить со стратегией покоящейся стадии? Для каких вирусов реализация такого механизма могла бы быть возможна, а для каких даже выгодна? Шилова О.Н.
127 Однонитевая ДНК Известно, что однонитевые ДНК-геномы характерны для некоторых групп вирусов. Предложите модель клетки, содержащей в качестве генома однонитевую ДНК. С какими трудностями столкнется такая клетка? Какие новые полезные свойства могли бы появится в такой системе организации генома? Вьюшков В.С., Костюк А.И., Ломов Н.А.
128 GeneRAR Хорошо известны программы-архиваторы информации, хранящейся в памяти компьютера. Предположите, каким мог бы быть механизм «архивирования» и «разархивирования» информации в геноме. У каких организмов и в каких условиях он мог бы возникнуть в ходе эволюции? Пупов Д.В., Кузин И.А.
129 Маятники Для биологических систем типична способность генерировать периодические процессы, не зависящие непосредственно от абиотических факторов. Приведите характерные примеры эндогенных периодических процессов для разных уровней организации живого. Предложите механизмы их возникновения. Что в этих механизмах общего? В чем адаптивное значение биологических «маятников»? Шушканова Е.Г., Кузин И.А.
130 Чувство локтя Для бактерий известно явление кворум-сенсинга – переключение метаболических путей и стратегии размножения в зависимости от плотности популяции за счет специальных сигнальных молекул. Возможно ли аналогичное явление для одноклеточных и многоклеточных эукариотических организмов? Для каких организмов кворум-сенсинг был бы наиболее выгоден? Предложите схему эксперимента, позволяющего установить наличие кворум-сенсинга и природу гипотетических сигналов о плотности популяции для людей. Шилов Е.С.
131 Сурвивин Отважные ученые из Института химии создали уникальный лекарственный препарат, который при попадании в организм человека или других млекопитающих полностью предотвращает гибель его клеток. Какие физиологические и биохимические изменения в организме могут быть следствием приема препарата “Сурвивин”? Спрогнозируйте побочные эффекты этого препарата. Пупов Д.В.
132 Гидрофобный вирус Противовирусные системы клетки детектируют вирусы либо по чужеродным нуклеиновым кислотам, либо по белкам, содержащимся в цитоплазме зараженной клетки. Поэтому перспективным для ухода от таких систем может быть перемещение вирусных частиц во внутреннюю гидрофобную часть мембраны. С какими преимуществами и недостатками это связано? Предложите, какие ключевые приспособления для этого вирус должен иметь. Как могла бы быть устроена противовирусная система для эффективной борьбы с такими вирусами? Бизяев Н.С.
133 Древотравы Человек выращивает растения, находящиеся в различных жизненных формах: травы, кустарники, деревья. Какими факторами определяется жизненная форма растения? С точки зрения сельского хозяйства, каковы могут быть преимущества и недостатки выращивания растений в необычной для них жизненной форме? Какие важные для человека растения наиболее выгодно было бы перевести из травянистой формы в древесную и наоборот? Трушников Д.Ю.
134 Дендробелки Несмотря на то, что белки синтезируются как линейные полимеры, в ходе посттрансляционных модификаций в них могут возникать точки ветвления полипептидной цепи. Выделите пять наиболее актуальных функций белков, для выполнения которых они могут подвергаться такой модификации. Предположите каким образом могла бы быть устроена система синтеза разветвленных белков в ходе процесса трансляции. Агапов А.А.
135 Гуманитарная помощь У прокариот есть разнообразные системы защиты от вирусов, среди которых есть уникальные: системы рестрикции-модификации, системы токсин-антитоксин, CRISPR-Cas. По каким причинам сходные защитные системы отсутствуют у эукариот? Какие из этих систем можно использовать для защиты клеток эукариот, включая человека? Предложите способ дополнения противоинфекционного и противоопухолевого иммунитета человека одной из описанных прокариотических систем. Пупов Д.В.
136 Чревовещание Недавно у некоторых бактериофагов было обнаружено чувство кворума. Кажется логичным, что и многоклеточным паразитам тоже должна быть выгодна коммуникация между особями, причем паразитирующими как внутри одного организма-хозяина, так и в разных хозяевах. Предложите, какие реальные и гипотетические функции такая коммуникация могла бы выполнять? Для самой важной из приведенных функций, предложите наиболее правдоподобный детальный механизм коммуникации между многоклеточными паразитами. Брагин В.А.
137 Гендерная инженерия На жалобы горожан о тополином пухе чиновники часто отвечают, что они посадили аллею «мужских» тополей, но деревья сменили пол. Рассмотрите существующие механизмы определения пола у различных двудомных цветковых растений. Предложите наиболее универсальные биотехнологические способы намеренного изменения пола, а также предотвращения спонтанного изменения пола у растения в генеративном возрастном состоянии. Ковалева Е.Б.
138 Трансляция ДНК Центральная догма молекулярной биологии несколько раз уточнялась, но до сих пор в природе не обнаружены случая трансляции непосредственно ДНК, хотя с химической точки зрения этот процесс возможен. С какими преимуществами может быть связана трансляция ДНК? Предположите, каким организмам он мог бы быть выгоден. Какие недостатки и проблемы сопряжены с трансляцией ДНК и как они могут быть решены выбранным Вами модельным организмом? Вьюшков В.С., Ломов Н.А., Агапов А.А.
139 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? Шилов Е.С.
140 Бактериальные сообщества Известно, что желудочно-кишечный тракт жвачных животных является местообитанием сложного бактериального сообщества, играющего ключевую функцию в пищеварении. В каких еще организмах встречаются подобные сложные сообщества и какие функции они выполняют у этих организмов? Для каких новых целей организмы могли бы использовать сложные бактериальные сообщества? Каким организмам, в настоящее время не имеющим таких сложных сообществ, было бы выгодно ими обзавестись? Филимонова А.В.
141 Геномный ветер Возможности переноса информации при известных способах горизонтального переноса генов ограничены. Предложите искусственный способ передачи генетической информации между организмами за счет электромагнитного излучения. Опишите возможное устройство соответствующих передатчика и приемника информации. Каковы ограничения данного механизма с точки зрения объема передаваемой генетической информации и точности ее передачи? Пупов Д.В.
142 Ядро с сюрпризом При открытом митозе новая ядерная мембрана собирается вокруг участка цитоплазмы, содержащего конденсированные хромосомы. Теоретически в ядро при сборке могут попасть и другие органеллы, однако в реальности этого не наблюдается. Почему этого не происходит? Какие из органелл могли бы быть наиболее полезны в ядре, а какие точно не стоит туда включать? Предложите механизм функционирования выбранных органелл внутри ядра. Шилов Е.С.
143 Клеточная смерть Для многоклеточных организмов, в особенности для человека, разработан ряд критериев, позволяющих судить о наступлении смерти. В некоторых ситуациях одни из них оказываются недостаточными, а другие — избыточными. Для одноклеточных организмов такие критерии менее очевидны. Разработайте критерии гибели для одноклеточных и укажите случаи, в которых они могут не выполняться. Будут ли эти критерии отличаться для про- и эукариот? Кузин И.А.
144 Парадокс Пето Известно, что вероятность развития рака у разных видов организмов в пересчете на клетку весьма сильно варьирует и не дает положительной корреляции с размером и продолжительностью жизни организма. Примерно половина лабораторных мышей уже к концу второго года жизни умирает от рака, в то время как киты и слоны живут десятки лет не страдая от него. Это закономерность называется парадоксом Пето и свидетельствует о генетическом контроле вероятности онкологических заболеваний. Предположите причины возникновения такого контроля. Шилов Е.С.
145 Жизнь генов Продолжительность «жизни» генов на несколько порядков превышает время жизни видов. Но, тем не менее, гены «рождаются» и «умирают». Перечислите возможные механизмы появления новых генов. Сравните эти механизмы по степени новизны получаемой нуклеотидной последовательности и по частоте встречаемости. Чем с этой точки зрения отличаются прокариоты и эукариоты? Шилов Е.С.
146 Пограничная органелла Границы между органеллами и молекулярными комплексами сложного состава в литературе зачастую условны и зависят от личной точки зрения автора. Предложите 4-5 критериев, в соответствии с которыми будет проводиться граница между настоящими органеллами и мультимолекулярными комплексами. Какие мультимолекулярные комплексы можно будет включить в число органелл хотя бы по одному из Ваших критериев? Возможна ли их эволюция в направлении полного соответствия всем критериям органелл? Шилов Е.С.
147 Цитология без микроскопа В естественных науках более надежными считаются данные, полученные при помощи разных независимых методов. Какими методами можно доказать клеточное строение организмов, не используя микроскопа? Оцените, насколько полным будет это доказательство? Кузин И.А.
148 Надо делиться Число клеточных делений в организме многоклеточных животных обычно ограничивается 50-60 делениями с момента образования зиготы. Это явление известно как предел Хейфлика. Существуют ли у одноклеточных организмов свои собственные пределы деления, не связанные с пределом Хейфлика? Предположите, с какими особенностями строения разных одноклеточных организмов они могут быть связаны, и каким образом могут преодолеваться? Шилов Е.С.
149 Прямая связь В биологических системах самого разного уровня – от молекул до экосистем – большую роль играют обратные связи (feedback). Их разделяют на отрицательные (уменьшающие отклонения системы от заданного состояния) и положительные (увеличивающие отклонения). Но важное значение имеют и прямые (упреждающие) связи (feedforward), когда регуляция в ответ на возмущение осуществляется еще до того, как возмущение вызовет отклонение системы. Приведите в виде схем примеры таких связей, действующих на различных уровнях организации живого. Отметьте, в чем состоят отличия прямых связей от обратных с точки зрения выполняемых функций. Волошина М.А.
150 Полная дегенерация Биологический прогресс может быть достигнут путем дегенерации. Предложите модель свободноживущего одноклеточного организма, произошедшего от млекопитающего. Какая клетка многоклеточного организма могла бы дать начало новому виду одноклеточного и какие изменения она должна будет претерпеть? В каких условиях это может произойти? Агапов А.А.
151 Клептоман Известно, что организмы разных видов могут "воровать" друг у друга клетки или части клеток (например, клептокниды). С какими преимуществами и недостатками связана стратегия приобретения организмом целых чужеродных клеток? Каковы могут быть механизмы захвата и интеграции таких клеток? Предположите, как мог бы быть устроен самый "вороватый" многоклеточный организм, использующий максимальное число типов клеток из организмов других видов. Костюк А.И.
152 Электронная АТФ-синтаза При переносе электронов по электрон-транспортной цепи энергия запасается в виде протонного потенциала, однако теоретически эта энергия могла бы непосредственно использоваться для синтеза АТФ. С какими преимуществами связан такой способ синтеза АТФ? С какими проблемами он связан и как эти проблемы можно решить? Предложите модель клетки, для которой выгодной оказывается использование электронных АТФ-синтаз. Кузин И.А.
153 Белки-трансформеры На заре молекулярной биологии была популярна гипотеза, что функциональная трехмерная структура белков определяется не собственно аминокислотной последовательностью, а в результате комплементарного взаимодействия с какими-либо другими молекулами. При этом белки с разными первичными структурами могут приобретать одинаковую третичную структуру, а с одинаковой первичной структурой - разные третичные. Предложите, как могла бы быть устроена такая система «молекул-матриц», которые бы определяли третичную структуру взаимодействующих с ними белков. С какими недостатками и преимуществами был бы связан такой механизм приобретения белками функциональной третичной структуры? Предположите, в каких биохимических и молекулярно-биологических процессах он мог бы быть полезен. Кузин И.А., Либерзон А.Н., Костюк А.И.
154 Мутабор Живые организмы, как правило, значительно снижают число возникающих de novo мутаций за счет работы систем репарации. Однако возможна противоположная стратегия, направленная на увеличение наследственной изменчивости и рост числа мутаций, как, например, у вирусов с РНК-геномом. Какие преимущества и недостатки связаны с высокой частотой мутаций? Какие особенности онтогенеза, анатомо-физиологического строения тела и организации генетического аппарата будут характерны для многоклеточного организма с очень высокой частотой мутаций? Шилов Е.С.
155 Черная Земля Пигменты фотосинтезирующих организмов поглощают весь спектр видимого света кроме зеленой его части, что выглядит неэффективным. Каким организмам было наиболее выгодно освоение «зеленых» фотонов? Как при этом изменится структура фотосинтетического аппарата? К каким экологическим последствиям могло бы привести появление таких фотосинтетиков? Олина А.В., Агапов А.А.
156 Мозайка Известно, что у некоторых позвоночных возможно образование нового организма, за счет слияния двух эмбрионов на ранних стадиях развития. При этом новый организм состоит из двух генетически разнородных популяций клеток. Предложите модель организма, у которого в эмбриогенезе всегда происходило бы слияние эмбрионов с образованием мозаичного организма. Какие преимущества и недостатки будет иметь такой тип онтогенеза? Баймак Т.Ю.
157 Код без запятых В 1957 году Ф. Крик, Дж. Гриффит и Л. Оргел опубликовали красивую, но в итоге не оправдавшуюся гипотезу об устройстве генетического кода в виде неперекрывающегося «кода без запятых». Согласно этой гипотезе, рамка считывания не задается старт-кодоном трансляции, а формируется за счет того, что кодирующими аминокислоты являются только 20 триплетов из 64 (предполагалось, что между триплетами нет дополнительных нуклеотидов, а все 44 «бессмысленных кодона» игнорируются). Какие особенности были бы характерны для молекулярной биологии организмов с «кодом без запятых»? В чем преимущества и недостатки такого механизма кодирования генетической информации? Кузин И.А.
158 Альтернативная энергетика Множество «молекулярных машин» в каждой клетке превращают химическую энергию в механическую. Каким образом живые организмы могли бы решать обратную задачу, то есть преобразовывать механическую энергию (движение воды, воздуха и т.д.) в химическую? Предложите механизм работы такого преобразователя. У каких организмов и в каких условиях он мог бы возникнуть в ходе эволюции? Ломов Н.А.
159 Федот, да не тот Представьте себе, что вы получили две копии одного и того же гена, последовательности которых отличаются только синонимичными заменами в кодирующей последовательности (в решении стоп-кодоны тоже следует считать синонимичными), причем их количество достаточно велико. Благодаря каким механизмам на основе последовательностей этих двух генов могут быть синтезированы функционально различающиеся белки? В чем будут проявляться эти различия? Шилов Е.С.
160 Исполняющие обязанности Часто в клетках живых организмов функции одних химических элементов в их отсутствии могут брать на себя другие элементы. Предположите, какие химические элементы в биологических системах могут «исполнять обязанности», соответственно, серы, железа, кальция и натрия. Обоснуйте свой выбор, основываясь на биологических функциях этих элементов. Шилов Е.С.
161 Вирусы и бактерии Открытие гигантских вирусов – мимивирусов – поставило под сомнение существование четкой границы между вирусами и паразитическими бактериями. Предположите, какие недостающие переходные формы, еще неоткрытые или существовавшие ранее, можно расположить в ряду между вирусами и бактериями. Свою точку зрения обоснуйте. Кузин И.А., Шилов Е.С.
162 Съедобные вакцины В настоящее время существуют проекты создания и использования трансгенных растений в качестве «съедобных вакцин». Такие растения, синтезирующие белки-антигены и/или иммуномодуляторы, по мнению их разработчиков, будут стимулировать иммунную систему потребляющих их животных или человека. Как Вы считаете, какие препятствия существуют на пути создания эффективных «съедобных вакцин»? Возможно ли их преодолеть? Каковы будут вероятные негативные последствия их применения? Шилов Е.С.
163 Хищные бактерии Один из перспективных способов защиты от бактериального оружия - применение хищных бактерий. Хищничество несколько раз возникало в ходе эволюции животных, вероятно, то же самое верно и для прокариот. Составьте общее представление о хищных бактериях. Какие особенности морфологии, биохимии и молекулярной биологии будут характерны для хищных бактерий? Предложите классификацию их экологических стратегий. Кузин И.А.
164 Лекарства Каждый день в мире синтезируются новые лекарства. Чаще всего их действие апробируют на разных животных, однако это долго, дорого и требует больших доз вещества. Как проверить лечебные свойства новых лекарственных препаратов, если они синтезированы в малых количествах? Пупов Д.В.
165 Супервирус Выделяют шесть основных путей передачи вирусных инфекций: воздушно-капельный, пищевой, половой, кожный, гемотрансфузионный и вертикальный. Очевидно, что многие вирусы могут передаваться несколькими из этих путей одновременно, но с разной эффективностью. Какие особенности вирусов оказывают ключевое влияние на эффективность передачи тем или иным путем? Предложите модель вируса, который может эффективно использовать наибольшее количество путей передачи одновременно. Почему возникновение такого вируса в ходе эволюции будет затруднено? Пупов Д.В., Фирсова Л.А.
166 ДНКлинер В клетке существуют системы, которые уничтожают РНК и белки, не способные выполнять свои функции. Почему системы, позволяющие элиминировать нефункциональные участки ДНК (к примеру, псевдогены, некоторые повторы и интроны), не распространены? Предположите, как мог бы быть устроен молекулярно-биологический механизм, осуществляющий такой процесс. Что в предложенном вами механизме будет ключевым признаком, позволяющим распознавать нефункциональные участки ДНК? Ломов Н.А.
167 Изгнание хромосомы Существует гипотеза о том, что в результате внутригеномных противоречий происходит постепенная редукция Y-хромосомы, т.е. её укорочение и сокращение числа генов в ней, однако у некоторых животных Y-хромосом больше одной. Какие проблемы возникают у организмов без Y-хромосомы или с несколькими Y-хромосомами? Как эти проблемы можно решить? Сравните с точки зрения эволюционной стабильности и особенностей регуляции геномы организмов, потерявших Y-хромосому, и геномы организмов, у которых несколько Y-хромосом. Миннегалиева А.Р.
168 Чужой против Хищника По типу метаболизма все эукариоты подразделяются на фотолитоавтотрофов и хемоорганогетеротрофов. Среди прокариот можно обнаружить и шесть других возможных типов метаболизма. Проранжируйте эти шесть типов метаболизма по вероятности возникновения среди многоклеточных эукариот. Какие из существующих многоклеточных организмов могут дать начало каждому из них? Приобретение какого из шести типов метаболизма многоклеточными проще всего с эволюционной точки зрения? Агапов А.А., Ломов Н.А.
169 Ретроэндосимбиоз Представьте себе, что эукариотические клетки возникли по альтернативному сценарию: клетка с развитой системой внутриклеточных мембран с анаэробным метаболизмом была поглощена клеткой с интенсивным окислительным метаболизмом. Кто, по-Вашему мнению, из симбионтов будет «главным», а кто «подчиненным»? С какими трудностями столкнется возникший организм? Чем может быть выгоден такой вариант эндосимбиоза? Шилов Е.С.
170 Многоклеточность Клетки многоклеточного организма живут в едином сообществе, для которого опасно появление «эгоистичных» клеток, например, раковых. Какие особенности многоклеточных организмов можно рассматривать как приспособления, препятствующие появлению или передаче «эгоистичных» клеток? Выделите среди них наиболее важные для возникновения и усложнения многоклеточности. Кузин И.А.
171 Бесчисленные хромосомы У большинства эукариот геном распределен между относительно небольшим и определенным числом хромосом. С какими преимуществами и недостатками связано разделение генома на хромосомы? Какие факторы ограничивают максимальное и минимальное число хромосом у эукариот? Шилов Е.С.
172 Эукариоты По-видимому, эукариоты возникли в результате эндосимбиогенеза некоторого предшественника с предком митохондрии. Однако от прокариот их отличает ряд новых признаков, которые не могли возникнуть одновременно. Предложите наиболее правдоподобную, на Ваш взгляд, последовательность возникновения различных эукариотических признаков. Свое решение аргументируйте. Шилов Е.С.
173 Медиаторы Для проведения нервного импульса между нейронами организм использует особые вещества – нейромедиаторы. Известно, что в одном и том же организме нейромедиаторов существует несколько. Как вы думаете, зачем, если любого из них было бы достаточно для проведения нервного импульса? Пупов Д.В.
174 Химическая эволюция Одной из наиболее популярных гипотез о происхождении жизни является концепция «Мир РНК», утверждающая, что первой молекулой, отделившей жизнь от «не-жизни», была именно РНК. Точнее рибозимы — молекулы РНК, способные к самовоспроизведению матричным способом. Предположите пути химической эволюции макромолекул, приведших к становлению классического пути реализации генетической информации в клетке ДНК - РНК - белок и опишите процессы, происходящие при эволюционировании РНК в ДНК и при передаче ряда функций РНК белкам. Шаламов Р.В.
175 Молекулярные термометры Существуют различные молекулярные механизмы измерения температуры. В их основе лежат РНК-термометры и различные белки-рецепторы. Какие физико-химические принципы лежат в основе измерения температуры этими молекулярными термометрами? В конечном итоге активация таких термометров приводит к изменению экспрессии генов или времени жизни белков. Предположите, какие из этих процессов могли бы эффективно регулировать РНК-термометры, а какие – белки-рецепторы. Будут ли наблюдаться какие-то принципиальные отличия в использовании и функционировании РНК-термометров и белков-рецепторов у прокариот и эукариот? Ломов Н.А.
176 Чужой среди своих Методы генетической инженерии позволяют создавать организмы с новыми свойствами гораздо проще и быстрее, чем с помощью методов классической селекции. Для сельского хозяйства польза от применения этих методов очевидна, однако интродукция генетически-модифицированных организмов в естественные экосистемы может представлять опасность. Предложите три гипотетических или существующих генетически-модифицированных животных или растений, которые можно было бы интродуцировать в естественные экосистемы. Какую пользу человек может извлечь из интродукции этих организмов? Какие потенциальные риски связаны с такой интродукцией и как их можно минимизировать? Кузьмин Д.В., Пупов Д.В., Костюк А.И.
177 Мир белков До открытия каталитической функции РНК и появления гипотезы «мира РНК» исследователи происхождения жизни всерьез рассматривали возможность существования «мира белков», в котором белки могли одновременно выполнять функции хранения и реализации генетической информации. Какими преимуществами и недостатками перед РНК обладают молекулы белка в роли носителей генетической информации? Предложите основной механизм передачи наследственной информации в мире белков. Какие ограничения на строение и работу белков накладывает требование, чтобы каждый белок совмещал его уникальную функцию с хранением генетической информации? Кущенко А.С.
178 XXL Помимо интенсивно изучаемых ограничений на размер генома, существуют и ограничения на максимальный размер одного кодирующего белок гена. Какие факторы могут ограничивать максимальный размер гена? Расположите их по степени значимости для разных групп организмов: вирусов, прокариот, многоклеточных эукариот. Может ли быть преодолено действие этих лимитирующих факторов? Шилов Е.С.
179 Суперкод Возможности современной биоинженерии в принципе позволяют дополнить генетический код новыми аминокислотами. Какие аминокислоты могли бы заменить различные простетические группы и посттрансляционные модификации, встречающиеся в белках? Для примера предложите три таких замены в генетическом коде, которые были бы наиболее выгодны с точки зрения функционирования клетки. Кузин И.А., Пупов Д.В.
180 Обратная трансляция Одной из основных концепций ламаркизма является возможность переноса информации от фенотипа к генотипу, обеспечивающая наследование приобретенных признаков. Механизмы такого переноса информации не выявлены, но, в принципе, их существование возможно. Одним из ключевых мог бы быть процесс обратной трансляции. Предложите молекулярный механизм обратной трансляции, основываясь на логике реально существующих клеточных процессов. Почему такой путь переноса информации не возник в ходе эволюции? Кузин И.А., Пупов Д.В., Волошина М.А.
181 Мир горизонтального переноса Считается, что у прокариот часть эволюционных функций полового размножения по обеспечению генетического разнообразия выполняет горизонтальный перенос генов. Как могла бы быть организована биосфера без полового размножения, но с горизонтальным переносом генов? Какие особенности видообразования и видового разнообразия будут характерны для такого мира? Какие особенности были бы характерны для многоклеточных организмов из такой биосферы? Пупов Д.В.
182 Молекулярная криптография Известно, что у прокариот распространен горизонтальный перенос генов. При конкуренции между разными видами бактерий выгодной может оказаться защита от «промышленного шпионажа» – горизонтального переноса благоприятных признаков видам-конкурентам. При помощи каких известных или гипотетических молекулярных механизмов может быть осуществлена «защита информации» в такой ситуации? Сравните эти механизмы по эффективности функционирования и трудности возникновения в ходе эволюции. Пупов Д.В.
183 Меньше – лучше Эволюция ряда групп организмов шла по пути максимального уменьшения размеров генома ради увеличения скорости его репликации. Однако данный путь имеет свои ограничения, при которых дальнейшее увеличение «плотности записи» информации становится инадаптивным. Какие генетические механизмы и как необходимо изменить, чтобы получить возможность хранения большего количества информации в том же объеме генетического материала? Какие из них будут наиболее важны для расширения кодирующего потенциала генома? Пупов Д.В.
184 Дуплетный код Перед Вами поставлена задача разработать свой вариант дуплетного кода. Совершенно ясно, что не все современные протеиногенные аминокислоты могут быть закодированы таким кодом. Какие бы вы отобрали аминокислоты для построения дуплетного кода так, чтобы он мог кодировать белки и ферменты, присущие современным клеткам, с минимальными потерями для их функциональности? Какими соображениями Вы будете руководствоваться при таком отборе? Представьте свой вариант дуплетного кода и опишите его преимущества и недостатки, по сравнению с триплетным. Кузин И.А., Пупов Д.В.
185 Параллельная ДНК Предположим, что две комплементарные цепи нуклеиновых кислот в норме направлены не антипараллельно, а параллельно. Спрогнозируйте, как бы это повлияло на процессы репликации, транскрипции и трансляции? Какие проблемы при этом возникнут и каким образом их можно было бы разрешить? Какие преимущества можно извлечь из такого изменения? Ломов Н.А.
186 Новые рецепторы Мы часто сталкиваемся с различными химическими соединениями, распознавание которых ранее не было необходимо нашим предкам. Составьте ТОП5 соединений, точная идентификация которых с помощью специфических рецепторов была бы полезна современному человеку, и приведите критерии своего выбора. Какие уже существующие белки, в том числе и ферменты, вы бы выбрали в качестве основы лиганд-связывающей части рецептора к соединению – лидеру вашего рейтинга? Аргументируйте свой выбор. Какие дополнительные изменения должны произойти с выбранной вами молекулой, чтобы она стала эффективной лиганд-связывающей частью нового рецептора? Шмидт Д.И.
187 Отдаленная гибридизация Отдаленная гибридизация довольно часто происходит в эволюции растений, однако менее характерна для животных. Какие проблемы возникают при отдаленной гибридизации животных? Как эти проблемы можно решить? Предложите модель животного, возникшего в результате максимально отдаленной гибридизации. Какие особенности организации генома, регуляции развития и экологии будут характерны для этого организма? Кузин И.А., Пупов Д.В.
188 Жизнь без ядра Некоторые специализированные клетки в живых организмах прекрасно выполняют свою функцию не имея собственного ядра. Предложите модели а) хордового животного, б) сосудистого растения, обладающих максимально большим количеством безъядерных типов клеток. Какие типы клеток сохранят свои ядра? Каким образом безъядерные клетки смогут функционировать и сохранять специализацию? Какие преимущества и недостатки будут характерны для данных моделей по сравнению с обычными организмами, у которых большая часть клеток сохраняет свою генетическую информацию? Тюрин Дмитрий Владимирович
189 Алфавит Экспериментально установлено, что «генетический алфавит» клетки может быть расширен за счет добавления новых пар нуклеотидов. Допустим, что в прошлом существовали организмы, использовавшие для построения генома два или, наоборот, шесть нуклеотидов. Какие структурные и функциональные особенности могли бы быть характерны для таких организмов? Почему ДНК современных организмов состоит из четырех нуклеотидов? Саневич М.Р.
190 СуперЯд Возможно ли создание органического отравляющего вещества, которое бы эффективно воздействовало на все известные живые организмы? Какие клеточные процессы могли бы стать основной мишенью такого яда? Как обеспечить универсальность доставки яда к мишени? Почему такой яд не возник в ходе эволюции? Пупов Д.В.
191 Радикалы Появление в клетке свободных радикалов, например, активных форм кислорода, может вызывать повреждения биологических макромолекул. Однако протекание некоторых биохимических процессов невозможно без участия свободных радикалов. Приведите соответствующие примеры. Насколько свободные радикалы важны для жизнедеятельности клетки? Как биологическим системам удается соблюдать баланс между полезными и вредными следствиями образования свободных радикалов? Чуб В.В., Пупов Д.В., Кузин И.А.
192 Азбука выживания Среда обитания внутриклеточных паразитов и симбионтов довольно стабильна, однако и в ней могут происходить изменения. Некоторые молекулы в цитоплазме хозяйской клетки могут нести значимую информацию для паразита или симбионта. О чем они могут сигнализировать? Предложите функциональную классификацию таких сигналов. Как эта классификация будет отличаться для внутриклеточных симбионтов и паразитов? Черных О.Н.
193 Химера и Беллерофонт Одним из актуальных способов борьбы с бактериальными инфекциями является использование бактериофагов, однако аналогичные биологические способы борьбы с вирусными инфекциями не распространены. С чем это может быть связано? Предложите пару из вируса человека и биологического агента (вируса, прокариота или одноклеточного эукариота), который мог бы использоваться в качестве эффективного лекарства против данного вируса. Какие модификации данного агента позволили бы повысить его успешность в борьбе с вирусом? Трушников Д.Ю.
194 Умная оболочка Бактериофаги после инфицирования клетки и репликации собственной ДНК проходят этап сборки вирусных капсидов и покидают клетку. Однако процесс упаковки геномной ДНК фага в капсид не всегда происходит точно, и в ряде случаев упакованной может оказаться клеточная ДНК. Предложите несколько механизмов, позволяющих обеспечить высокую избирательность при упаковке в капсид фаговой ДНК. Какой из предложенных вами способов будет наиболее эффективным и универсальным? С какими преимуществами и недостатками для фага и для хозяйских клеток будет связано увеличение избирательности упаковки вирусной ДНК? Пупов Д.В.
195 Anibacterium Agrobacterium tumefaciens трансформирует клетки растений при помощи Ti плазмид и изменяет их генетическую программу, чтобы обеспечить себя питательными веществами. Однако такой механизм контроля над клетками хозяина не характерен для патогенных бактерий и бактерий-симбионтов многоклеточных животных. С какими особенностями строения клеток и физиологии животных это связано? Какую информацию могли бы передавать бактерии, трансформируя клетки животных? Опишите жизненный цикл таких патогенов. Перевощикова К.Ю.
196 Молекулярная дезинформация Известно, что некоторые бактерии и грибы, в том числе симбиотические, используют для общения друг с другом молекулы, служащие нейромедиаторами для многоклеточных животных, в том числе для хозяев этих же симбионтов. Какие сигнальные молекулы хозяина было бы выгодно "подделывать" комменсалам и паразитам? Какую выгоду от хозяина в результате можно было бы получить? Как организм-хозяин может защитить свои сигнальные молекулы от "взлома" симбионтом? Шилова О.Н.
197 Умная клетка Известно, что клетки многоклеточного организма обладают памятью. Если к механизмам «долговременной клеточной памяти» относить наследуемые изменения (мутации, эпигенетические модификации), то что можно отнести к механизмам «кратковременной клеточной памяти»? Сравните различные виды «кратковременной клеточной памяти» по времени действия. Для каких целей может быть использовано такое запоминание в клетках многоклеточного организма? Агапов А.А.
198 Ex viri Допустим, что стадией онтогенеза некоторого клеточного организма является вирус. Предложите механизм перехода в жизненном цикле этого организма от вирусной стадии к клеточной. Какую роль может играть в жизненном цикле вирусная стадия? В чем могут быть преимущества и недостатки такой стратегии онтогенеза? Костюк А.И.
199 Нанотрубки Недавно были открыты мембранные трубки, соединяющие животные клетки и способные передавать вещества между ними. Толщина этих трубок - 50-200 нм, длина - несколько диаметров клетки, время жизни - от нескольких минут до нескольких часов, они содержат пучки актина. Сравните «нанотрубки» с другими типами межклеточных контактов у животных и с плазмодесмами у растений. Какими могут быть их функции? Предложите механизм их образования и функционирования, используя аналогии с более изученными клеточными процессами. Кузин И.А.
200 Страшная месть Существуют прокариоты - паразиты других прокариот, однако нам неизвестны эукариоты, являющиеся в отношении прокариот не хищниками, а паразитами. Почему такая экологическая стратегия не распространена? Рассмотрите возможные способы паразитирования эукариот на прокариотах. Какой из них легче реализовать? Какие эукариоты могли бы перейти к такому образу жизни? Шилов Е.С.
201 Химический язык Представьте, что в ходе эволюции интеллект, сравнимый с человеческим, возник у вида, использующего для коммуникации главным образом химические сигналы. Каким образом мог бы быть реализован такой «химический язык», чтобы он обладал важнейшими свойствами человеческого языка: неограниченной продуктивностью, наличием грамматических категорий, рекурсивностью? Какие трудности возникнут при реализации этих свойств в случае химической коммуникации? В какой степени они могут быть разрешены? Гущина И., Зоненко Н.
202 Клетка de novo Сборка вирусных частиц возможна из отдельных молекул с нуля (de novo). Однако, собрать жизнеспособную клетку de novo до сих пор никому не удалось. Какие клеточные структуры (молекулярные комплексы, органеллы, компартменты и т.д.) для своего появления обязательно требуют наличия образца уже собранной структуры? Сборку какой из предложенных вами структур вы считаете ключевой для начала реконструкции эукариотической клетки de novo? Как можно преодолеть трудности для сборки de novo выбранной вами структуры? Кузин И.А., Бизяев Н.С.
203 Будильник на все времена Биологические процессы могут иметь различную периодичность: к примеру, раз в минуту, раз в сутки, раз в год и т.д. В основе каждого из них лежит своеобразный биологический "будильник", который срабатывает с заданной частотой. Какие биохимические и физиологические механизмы лежат в основе работы биологических "будильников" и как они влияют на частоту их срабатывания? Предложите конструкцию биологического "будильника", которая позволяет задавать максимальный диапазон срабатывания без ущерба для точности. Шилов Е.С., Костюк А.И., Пупов Д.В.
204 Клептомания При трансдукции бактериофаги могут случайно переносить между бактериями некоторые их гены. Какие из этих генов могли бы быть полезны фагу в новой хозяйской клетке для продолжения его жизненного цикла? Разделите эти гены на функциональные группы и составьте рейтинг полезности этих групп для бактериофагов. Ломов Н.А.
205 Жизнь без эндосимбиогенеза Представьте себе, что в ходе эволюции эукариот не произошло бы ни одного приобретения эндосимбионтов, но все же возникли многоклеточные организмы. Предположите, как в таком случае была бы устроена «эукариотическая клетка». Каким образом могло бы быть компенсировано отсутствие эндосимбионтов? Ломов Н.А.
206 Антивирус В сельском хозяйстве, наряду с химическими, успешно используются биологические методы защиты растений от вредителей. Предложите эффективный и максимально безопасный биологический метод борьбы с каким-либо вирусом человека при помощи «антивируса» – генетически сконструированного одноклеточного организма или вируса. В чем будут преимущества и недостатки такого метода борьбы с вирусами по сравнению с традиционными методами профилактики и лечения? Кузин И.А.
207 Не отходя от кассы В клетках прокариот, в отличие от эукариот, процессы транскрипции и трансляции не разобщены ни в пространстве, ни во времени. Сделайте следующий шаг и предложите схему строения и функционирования единого бактериального «фермента», совмещающего в себе активности рибосомы и РНК-полимеразы. Какие преимущества и недостатки будет иметь такая модель по сравнению с ныне существующей системой реализации генетической информации прокариот? Агапов А.А.
208 Жизнь без железа Железо является одним из жизненно важных элементов. Однако существуют группы организмов, у которых биологические функции железа выполняют другие металлы. С чем это связано и какие именно металлы могут играть эту роль? Шилов Е.С.
209 Минимальный геном Вас пригласили работать в проект «Минимальный геном», задача которого состоит в определении минимального набора генов, с которым может существовать и размножаться клетка в благоприятных для нее условиях, и когда в питательной среде присутствуют все необходимые ей низкомолекулярные метаболиты. Обсудите реальность создания такой клетки. Какие гены (группы генов) Вы выберете для создания «минимального генома»? Какими соображениями и экспериментальными подходами Вы будете руководствоваться для осуществления такого отбора? Кузин И.А.
210 Многоклеточные прокариоты Некоторые прокариоты, например, ряд цианобактерий и миксобактерии, способны образовывать скопления дифференцированных клеток, однако они не могут считаться истинными многоклеточными организмами. Какие особенности строения эукариотических клеток, по сравнению с прокариотическими, могли быть важны для появления в процессе эволюции многоклеточных организмов? Кузин И.А.
211 Чиполлино Развитие методов генетической инженерии открывает большие перспективы для создания новых сортов растений и пород животных. Однако общество с большой опаской относится к использованию генетически модифицированных организмов. Чем они могут быть опасны? Сравните методы генетической инженерии с предшествовавшими им методами селекции по параметрам эффективности и степени опасности для человека и биосферы. Кузьмин Д.В.
Любое использование и перепечатка задач, представленных в данной базе, возможны только при условии указания авторства Методической комиссии ВТЮБ и ссылки на сайт Турнира. Пример: "Задача предоставлена Методической комиссией Всероссийского Турнира юных биологов. Сайт Турнира: bioturnir.ru"

Открытая база задач ТЮБ

Задач в открытой базе: 500 шт.

Закрытая база задач ТЮБ

Задач в закрытой базе: 1 151 шт.

База заданий жеребьевок

Заданий жеребьевок: 171 шт.