ХIХ Всеукраїнський турнір юних біологів 2020/2021 навчальний рік

 

ХIХ Всеукраїнський турнір юних біологів. 2020/2021 навчальний рік

Завдання ХIХ Всеукраїнського турніру юних біологів

 

1. «Dimicandum»

За останні 20 років світ сколихнули спалахи низки нових варіантів небезпечних вірусних та бактеріальних захворювань. І стільки ж років в мережі не вщухає дискусія з приводу штучного походження їхніх збудників. Як можна однозначно довести синтетичне або, навпаки, природне походження патогенного агенту? Запропонуйте протокол перевірки походження збудника інфекційного захворювання (приклад оберіть довільно).

 

2. «Випадок і необхідність»

З геологічного літопису відомо, що первинною сировиною для отримання електронів живими організмами були Н2S та Fe2+. Також літопис описує досить цікавий факт того, що кисневий фотосинтез, як механізм отримання електронів, виник за довго до того як були вичерпані запаси вищезазначених субстратів. Який випадок і яка необхідність проливають світло на проблему походження кисневого фотосинтезу?

 

3. «Імунна система протистів»

Чимало уваги приділяється імунній системі багатоклітинних тварин та противірусним системам прокаріот таким як CRISPR чи рестрикція-модифікація. А як можуть захиститися від вірусів одноклітинні еукаріоти?

 

4. «Re Vera»

Уявіть, що людство готується перейти до життя у віртуальній реальності, проте залишається проблема підтримки життєдіяльності функцій тіла людини впродовж тривалого часу (десятків років). Проаналізуйте проблеми, які необхідно вирішити для розробки технологій тривалої підтримки тіла в стані стазису та запропонуйте «модель» автоматичної системи повноцінного забезпечення вегетативних та соматичних функцій організму людини.

 

5. «Вдосконалення»

Наша імунна система досить ефективно забезпечує захист організму від чужорідних агентів. Але, якщо б у вас була така можливість, то як би ви її вдосконалили?

 

6. «Стратегії фармакотерапії»

Для лікування певної хвороби використовують багато лікарських засобів, що діють за кількома різними механізмами. Для лікування гіпертонії, наприклад, можна використовувати інгібітори ангіотензинперетворюючого ферменту, інгібітори ангіотензинових рецепторів, діуретики, блокатори кальцієвих каналів у гладеньких м’язах стінок судин чи агоністи α-2-адренорецепторів. Що краще – призначити вищу дозу одного лікарського засобу чи комбінацію кількох лікарських засобів, які діють за різними механізмами в менших дозах?

 

 

 

7. «La Devinette»

В результаті еволюції у наземних хребетних з'явилося друге коло кровообігу для легеневого дихання. Виникає питання, яка причина того, що легені не підключилися безпосередньо до уже існуючого одного кола кровообігу, і знадобилася складна система двох кіл кровообігу? Якщо можливе існування тварини, у якої легені інтегровані в одне коло кровообігу, запропонуйте будову кровоносної системи такої тварини й опишіть особливості її фізіології.

 

8. «Позаземний розум»

Тема інопланетних розумних істот доволі поширена у фантастичній літературі та кіно. Часто вони зображуються дуже схожими на людей аби викликати емпатію в глядача, а інколи навпаки – зовсім не схожими, аби підкреслити їхнє неземне походження. Аргументуйте, які фенотипові ознаки найімовірніше будуть конвергентними у різних видів розумних організмів, що еволюціонували незалежно один від одного на різних планетах.

 

9. «Нова систематика»

Систематика еукаріотичних організмів - складна та спірна галузь. Донедавна загальноприйнятою була п’ятикладна система, де п’ять (інколи чотири) основних клад виділяли у «супергрупи». Проте нещодавно було побудовано нову філогенію, з урахуванням даних про послідовності багатьох так званих «примарних» видів еукаріот, які раніше мали невизначене положення на дереві (https://www.cell.com/trends/ecology-evolution/fulltext/S0169-5347(19)30257-5). Практично всі супергрупи виявились парафілетичними. Запропонуйте, які п’ять основних груп (п’ять Царств) ви б виділили на основі нової філогенії, вказавши ознаки за якими ви їх групували?

 

10. «Найменша тварина»

Добре відомі фізіологічні та екологічні фактори, що обмежують максимальний можливий розмір тварин. Поміркуйте, які фактори обмежують мінімальний можливий розмір комах та ссавців і наскільки розміри реально існуючих найменших представників цих груп близькі до теоретичного ліміту передбаченого вашою командою?

 

11. «Гіпноз»

Запропонуйте наукове пояснення явища гіпнозу.

 

12. «Гіпохондріати»

Наразі існує суперечка з приводу походження перших еукаріот: одна група вчених дотримується думки, що спочатку предок еукаріотичної клітини симбіотував із предками мітохондрій, і лише згодом сформувалися інші ознаки еукаріотичної клітини, включаючи ядро та систему ендомембран. Інші науковці, навпаки, вважають, що деякі ознаки еукаріотичних клітин могли з’явитись раніше ніж здобуття мітохондрій. Проаналізуйте аргументи за та проти кожної зі сторін. Чи допускаєте ви існування “гіпохондріата” - предка еукаріотичної клітини, що вже має низку характерних ознак, але не має мітохондрій?

 

13. «Вільна еконіша»

Нині побутує думка, що археологи майбутнього вивчатимуть нашу культуру за пластиковими відходами, адже більшість пластиків є доволі стійкими й не розкладаються мікроорганізмами. Однак, людство масово використовує пластик лише останнє століття, то ж можливо організми пластикотрофи просто ще не встигли еволюціонувати. Базуючись на даних про хімічну структуру різних пластиків, їх потенційну енергетичну цінність та ферменти й катаболічні шляхи сучасних редуцентів, оцініть наскільки ймовірна еволюція організмів, здатних розкладають пластик, у наступні кілька тисяч років.

 

14. «Блукаючі вогники»

Існує безліч організмів, здатних як до біолюмінісценції, так і до флюресценції. Проте, біологічний сенс явища флюоресценції для багатьох організмів лишається невідомим (це стосується не тільки глибоководних медуз або акул, але й флюоресцентних грибів та протистів). Проаналізуйте існуючі гіпотези про роль світіння для біологічних об’єктів. З огляду на це, запропонуйте зручну функціональну класифікацію світіння біологічних об’єктів.

 

15. « Безсмертя»

Які суто біологічні проблеми могли б виникнути, якби людина була безсмертною?

 

16. «Помилки історії»

В історії науки відомо багато прикладів, коли факти були інтерпретовані невірно, що закінчувалося утворенням цілих течій науковців, які відстоювали гіпотезу, що заперечувалася із розвитком експериментальних методів дослідження. На ваш розсуд, оберіть три місінтерпретації, що побутували в біології протягом будь-якого періоду ХХ та початку ХХІ століть, та які, на вашу д умку, можна було б легко спростувати, маючи в своєму розпорядженні лише обладнання тих часів. Наведіть власну схему досліджень, яка б доводила хибність тверджень.

 

17. «Ревимирання»

Єдиний вимерлий організм, якого вдалося клонувати прожив усього 7 хвилин. Запропонуйте методи клонування, за яких вдалося би відновити вимерлих організмів і спрогнозуйте як це може вплинути на подальших хід еволюції?

 

18. «ORFan genes»

Згідно з сучасними уявленнями, «простір генів» можна поділити на кор - здебільшого консервативні гени, притаманні більшості організмів, хмару - специфічні гени, необхідні для адаптації до певного середовища, та так звані примарні (ORFan - від orphan-примарний та ORF - Open Reading Frame) гени, які характерні дуже незначній кількості організмів, не мають жодних гомологів серед інших відомих генів, та, як правило, анотуються лише як відкриті рамки зчитування без жодних передбачень стосовно їхніх функцій (https://academic.oup.com/nar/article-abstract/36/21/6688/2410005). Запропонуйте план дослідження з визначення функцій подібних генів.

 

19. «Генні злодюжки»

Опишіть екосистему, в якій організми існують, пристосовуються, взаємодіють, «викрадаючи» і використовуючи гени інших організмів.

 

20. «Віром»

Чимало уваги приділяється дослідженням мутуалістичної бактеріальної мікрофлори. Чи усі віруси завдають шкоди хазяїну, чи серед них теж є мутуалісти?

ТЮБ 2017 (Всеукраїнський етап)

ХVI Всеукраїнський учнівський турнір юних біологів стартував у Рівному

20 листопада 2017 року вже вдруге Рівненщина гостинно зустріла учасників фінального етапу ХVI Всеукраїнського учнівського турніру юних біологів. Цьогоріч за пальму першості змагаються 126 старшокласників у складі 26 команд із 14 регіонів України. Кращі знавці біології із Волинської, Житомирської, Івано-Франківської, Львівської, Рівненської, Сумської, Харківської, Луганської, Хмельницької, Тернопільської, Одеської, Черкаської, Чернівецької областей та м. Київ протягом п’яти днів будуть не тільки мірятися набутими знаннями, але й обмінюватися досвідом, знаходити нових друзів, отримувати задоволення від інтелектуальних ігор.

     У складі зібрної команди Волинської області гратимуть Романенко Яна, учениця  7 (11) Б - капітан команди та Чуприна Анастасія, учениця 7 (11) Б.

«Турнір проводиться у стінах комунального закладу «Школа-інтернат ІІ-ІІІ ступенів «Рівненський обласний ліцей» Рівненської обласної ради» (директор Н. В. Сосюк). З найкращими побажаннями звернулись до старшокласників на церемонії відкриття змагання Сидорук С. М., начальник відділу загальної середньої та дошкільної освіти управління освіти і науки Рівненської ОДА, Компанець Т.А., голова журі, заступник директора навчально-наукового центру «Інститут біології» Київського національного університету імені Тараса Шевченка, доцент, кандидат біологічних наук.
Вони зазначили, що такі турніри є скарбницею молодих талантів і створюють умови для реалізації та розвитку їх творчих здібностей, пробуджують інтерес у юної еліти України до наукової діяльності. Виступаючі щиро подякували керівникам, які підготували команди.
Учасників змагання також привітали гарними концертними номерами й учні ліцею»,- розповіла про старт змагання Світлана Мистюк, заступник голови оргкомітету турніру, начальник відділу Інституту модернізації змісту освіти.
Бажаємо юним біологам захоплюючих інтелектуальних боїв. І хай переможе сильніший!

Інформація з сайту Інституту модернізації змісту освіти

ТЮБ 2017 (обласний етап)

Обласний етап ТЮБ 2017

   8 жовтня на базі Східноєвропейського національного університету імені Лесі Українки відбувся ХVІ обласний турнір юних біологів,  який організовується управлінням освіти, науки та молоді облдержадміністрації, Волинською обласною Малою академією наук. Найчисельніший турнір – 22 команди! А це означає, що біологія є предметом зацікавлення  для багатьох старшокласників області.

  Чвертьфінал, півфінал, фінал – калейдоскоп наукових термінів, неординарних думок, глибоких знань. Інтелектуальне змагання, як завжди,  дивувало юначим запалом. Турнір тим і захопливий, що вимагає не тільки ґрунтовної підготовки, а й оперативної командної гри із коректним веденням дискусії, толерантним ставленням до протилежних наукових поглядів.

    Питання турніру традиційно сформульовані так, що подекуди важко визначити правильність суджень. Важливим стає вміння довести свою думку. Напруга зростала під час висвітлення питань про егоїстичні меми та гени, GFP, невидимі ліхтарики, мікропірати.

      Журі нелегко було визначити переможців: у кожної команди свої знахідки та аргументи. Після напружених турнірних раундів титул переможця отримала збірна команда учнів комунальних закладів «Луцький навчально-виховний комплекс «Гімназія  № 14 імені Василя Сухомлинського» Луцької міської ради Волинської області» та «Луцький навчально-виховний комплекс № 9 Луцької міської ради».

Детальніша інформація на сайті ВОМАН

ТЮБ 2017 (міський етап)

Міський етап ТЮБ 2017

27 вересня 2017 року відбувся міський етап турніру юних біологів. Команда "9-14" посіла друге місце.  До складу команди увійшли троє учнів НВК "Гімназія № 14 імені Василя Сухомлинського"

• Романенко Яна, учениця 7(11)-Б класу, капітан команди
• Чуприна Анастасія, учениця 7(11)-Б класу
• Левкович Ірина, учениця 5(9)-Б класу.

Бажаємо успіхів на обласному етапі!

Завдання XVІ Всеукраїнського турніру юних біологів (2017 рік)

Завдання XVІ Всеукраїнського турніру юних біологів 

(2017 рік)

1. Неклітинний апоптоз.

Для багатьох процесів, які відбуваються на клітинному рівні, можна знайти аналоги на рівні багатоклітинного організму. Зокрема, процес фагоцитозу має багато схожих рис із полюванням хижаків та поїданням здобичі. А чи є на інших рівнях організації живого процеси, подібні до апоптозу? Відповідь обґрунтуйте.

2. Боротьба за лідерство.

Фауна кожного материка має певні риси самобутності, що виникли в результаті пристосування організмів до конкретних клімато-географічних умов. Це дає різним видам можливість для ефективної конкуренції. Уявіть гіпотетичне утворення нової Гондвани з об’єднанням Африки та Південної Америки. Фауна якого материка мала б більшу конкурентну спроможність? Відповідь обґрунтуйте.

3. Приручені віруси.

Як відомо, у геномі людини нараховують близько 8 % ендогенних вірусних послідовностей. Не всі з них є «генетичним баластом». Одним із перших прикладів підтвердження даної тези була робота «Syncytin is a captive retroviral envelope protein involved in human placental morphogenesis» (Sha Mi et al., 2000). Як, на вашу думку, вищі організми навчилися приручати «вірусні гени»? Відповідь обґрунтуйте.

4. Чи потрібна специфічність?

Чи є специфічний імунітет у рослин? Чому він не потрібен, або ж навіщо він виникав?

5. Кріофіли.

Відомо, що раки-бокоплави Stygobromus allegheniensis, які мешкають у Льодяних печерах штата Нью-Йорк, здатні залишатися живими після тривалого заморожування. Серед живих організмів це не єдині види, яким притаманна така властивість. Незважаючи на значний об’єм даних щодо особливостей фізіології та біохімії кріофілів, ефективних технологій кріоконсервації людини не розроблено. Запропонуйте можливі, на вашу думку, методи кріоконсервації людини. Відповідь обґрунтуйте.

6. Мікропірати.

Уявіть, що мікробіологи додали новий термін для визначення типу біотичних взаємозв’язків між мікроорганізмами — «піратство», базуючись, наприклад, на суті визначення ст. 101 Конвенції ООН від 10 грудня 1982 року. На вашу думку, що саме вони мали б на увазі, які б представники мікросвіту цим займалися та що, власне, було б об’єктом і предметом такого «піратства»?

7. Нервові рослини.

Показано, що одиничний імпульс від клітини листка рослини може досягати кореня, або у зворотному напрямку, за кільканадцять хвилин та викликати цілий ряд біологічних ефектів. Запропонуйте ймовірну модель «нервової системи» рослини.

8. Мікотурофіли.

З давніх давен одними з найбільш витончених і ексклюзивних продуктів харчування є сири з «цвілевими» грибами — блакитні, білі чи інші. Спосіб приготування таких сирів і незвичні властивості — предмет їх дорожнечі та попиту. Проаналізуйте переваги включення таких продуктів у раціон та пов’язані з цим побоювання. Варто чи ні вживати такі сири?

9. Сигнали з ядра.

Мітохондрії у рослин мають декілька молекул мітохондріальної ДНК — одна основна, що містить усі гени, а інші містять різні гени, представлені в основній, та співвідношення їх змінюється, при цьому регулюючись ядром за невідомим механізмом. Запропонуйте спосіб регуляції їх співвідношення.

10. Разом простіше.

Ефект Алле полягає в тому, що зі збільшенням щільності популяцій організми є більш захищеними та «благополучними» (отримують певні переваги), аніж поодинокі. У свою чергу, добре відома регуляція чисельності популяції залежно від щільності, за типом негативного зворотного зв'язку. Тож чи конкурують ці два процеси регуляції чисельності між собою, чи є певна "межа" скупченості, за якої активується позитивний чи негативний зворотний зв'язок?

11. GFP.

Зелений флуоресцентний білок GFP широко використовується як репортерний ген у молекулярній біології. Але досі невідомо, навіщо він потрібен медузі Aequorea victoria. Запропонуйте можливі функції цього білка в природі.

12. Застуда.

Часто можна почути народну мудрість: «Не ходи без куртки/шапки, не мочи ноги, бо захворієш». Як переохолодження пов’язане з інфекційними хворобами?

13. Яблуня-колонія.

У Кролевці росте унікальна єдина у світі яблуня колонія, в якій стовбури й гілки старих дерев нахиляються до землі, стеляться й укорінюються, даючи початок новим представникам колонії. Спроби розмножити її живцями успіху не мали: отримані рослини виявилися звичайними яблунями. Запропонуйте механізм, що пояснює появу яблуні з такими не характерним для цієї рослини властивостями й можливі причини, з яких генетично ідентичні рослини, отримані живцюванням, цієї властивості не мають.

14. Вроджені здібності.

Відомо, що птахи та паперові оси будують гнізда, павуки тчуть павутину зі складним візерунком, перелітні птахи щороку мігрують на зимівлю, а бджоли використовують танок для передачі інформації про розташування їжі й будують шестигранні стільники. У більшості випадків подібні здібності не потребують навчання і є вродженими. Запропонуйте можливі механізми успадкування інстинктів та безумовних рефлексів.

15. Метаболічний паспорт.

Коли призначається яка-небудь дієта лікарями-дієтологами, практично не враховуються особливості обміну речовин у пацієнта, хоча в кожної людини свій "метаболічний паспорт". Запропонуйте структуру такого "документа" і показники, які слід ураховувати під час призначення різних дієт.

16. Егоїстичний мем.

Останнім часом стає популярною теорія мемів, одиниць культурно-соціальної інформації, еволюція яких вважається аналогічної еволюції генів. Порівняйте еволюцію мемів з біологічною еволюцією.

17. Невидимі ліхтарики.

Відомо, що більшість скорпіонів здатні світитися під ультрафіолетом. Однак 2005 року було показано що їх флюоресценція може відлякувати потенційну здобич – летючих комах. Які функції тоді може мати флюоресценція у скорпіонів?

18. Час для змін.

Відомі приклади ендосимбіогенезу, коли геном симбіонта редукується до такого ступеня, що він вимирає внаслідок конкуренції або проблем із життєво важливими системами. Прикладом є деякі види Buchnera — відносно еволюційно нових симбіонтів тлі. Чому ж таке не траплялось із найбільш відомими і дуже давніми прикладами ендосимбіогенезу — мітохондріями та пластидами?

19. Егоїстичний ген.

Обґрунтуйте власне ставлення до теорії «егоїстичного гена», висловленої Р. Докінзом у однойменній книзі.

20. Міфи та реальність.

Нині в кіно, на телебаченні та літературних творах нерідко згадуються різноманітні міфічні істоти (з тілом однієї тварини, головою другої і кінцівками третьої) з якимись незвичайними, для подібної морфології, властивостями (здатність до польоту, тривалого перебування під водою або під землею. На обраному вами прикладі, користуючись морфологічними ознаками, опишіть можливі анатомічні, фізіологічні та екологічні особливості якоїсь міфічної істоти.

Пріоногенез. ТЮБ 2015

11. Пріоногенез. Пріони – інфекційні білкові агенти, які можуть утворюватися із ендогенних протеїнів. Як такі небезпечні «ендогенні патогени» утворилися у процесі еволюції та не були відкинуті природнім добором?

У ссавців відкриття пріонів було пов’язане з вивченням ряду невиліковних нейродегеративних захворювань, і поки не відомо, чи грають процеси пріоноутворення у ссавців яку-небуть функціональну роль.

Проте у випадку нижчих еукаріот вже сьогодні стає зрозумілим, що пріонні механізми можуть грати адаптивну і регуляторну роль  і не призводять до загибелі організму. Пріонні переходи здатні здійснюватися набагато швидше і з більшою швидкістю, ніж генні мутації. Внаслідок цього організм має можливість краще реагувати на змінні умови навколишнього середовища, зберігаючи при цьому інформацію про вихідний стан. Фактично відбувається спадкове переключення активності білків, так як перехід в пріонний стан змінює функціональну спроможність даних білків.

Одним із самих яскравих прикладів - білок [URE3] S.cerevisiae: перехід білка Ure2 в пріонну форму робить можливим використання деяких важко засвоюваних азотистих сполук. При наявності легко засвоюваних джерел азоту непріонний стан [ure3] стає більш пріоритетним.

Є дані, які вказують на можливе біологічне значення пріонного детермінанта [PSI+] дріжджів. Досліджено, що сама наявність детермінанту [PSI+] підвищує стійкість клітин дріжджів до теплового шоку і до стресу, викликаному деякими хімічними речовинами. Визначена можлива біологічна  роль пріонного стану білка Sup35. Перехід в пріонний стан фактора термінації трансляції Sup35 має комплексну дію на клітину дріжджів. Відбуваються достатньо хаотичні зміни в багатьох сферах діяльності клітини. Це пов’язано перш за все, з супресією нонсенс-мутацій. За несприятливих для життя клітини умовах такі зміни можуть виявитися корисними. При цьому клітина здатна легко повернутися у вихідний стан, втративши пріон. Як наслідок [PSI+] дає можливість проявити (перед)проіснуючу варіацію фенотипічного фону (наявність в геномі нонсенс-мутацій). Це явище набуває великої важливості в ході еволюції, так як фактично пріонний перехід еквівалентний великій кількості одночасних генетичних змін, що призводить до підвищення еволюційної стійкості клітини дріжджів.

Ще більш переконливий приклад біологічного значення пріонного стану одного з білків клітини являє собою детермінант [Het-s] P. anserina. Детермінант [Het-s], будучи елементом системи вегетативної несумісності, контролює схрещування віддалено споріднених варіантів даного гриба. З однієї сторони, такі схрещування потенційно корисні, оскільки збільшують генетичне різноманіття популяції P. anserina. З іншої – вони являють собою реальну небезпеку в зв’язку з можливістю поширення в популяції вірусів, оскільки у грибів віруси передаються при злитті клітин. Здатність білку Het-s спонтанно і зворотно переходити в пріонний стан робить популяцію грибів гетерогенною: одні, позбавлені детермінанту Het-s, можуть використовувати переваги генетичного обміну, а інші, які несуть даний детермінант, «зберігати» популяцію від вірусів. Таким чином, пріони підвищують адаптивну лабільність популяції і здатні до тимчасової корекції фенотипу у відповідь на зміни умов навколишнього середовища.

Така поширеність і значимість пріонів у нижчих еукаріот, можливо говорить про те, що і у вищих організмів пріони можуть слугувати виконанню фізіологічних функцій. PrР не єдиний білок вищих прокаріот, якому притаманні пріонні властивості.

Були знайдені пріоноподібні характеристики у нейтральної ізоформи білку CPEB (cytoplasmic polyadenilation element binding protein) равлика Aplysia californica. Він є трансляційним активатором «мовчазних мРНК», що стимулює цитоплазматичне поліаденілювання і таким чином активізуює трансляцію. Цитоплазматичне поліаденілювання відбувається при зв’язуванні CPEB с CPE (cytoplasmic polyadenylation element), який знаходиться в 3'- нетрансляційному районі активованої мРНК. Аналіз CPEB в клітинах дріжджів виявив пріоноподібні властивості білку. N-кінцевий район CPEB сильно збагачений залишками глютаміну і аспарагіну (48% Q+N), що і дало можливість предположить його здатність до пріонізації. Доведено також, що CPEB зв’язується з сигнальною послідовністю мРНК – CPE – в олігомерному (пріоноподібному) стані і активує трансляцію «мовчазної» мРНК. Такий стан CPEB успадковується домінантно і передається при цитодукції (передачі цитоплазми). З’ясувалося також, що рівень CPEB підвищується при дії серотоніну – медіатора, який бере участь в процесах, пов’язаних з навчанням. Запропонована модель, в якій в результаті збільшення рівня експресії нейтрального CPEB можлива пріонізація CPEB. Внаслідок чого може локально активізуватися трансляція «мовчазних» мРНК. Така передача сигналу за допомогою пріонного переходу має перевагу в тому, що як тільки досягнутий пріонний стан, то він здатний само підтримуватися без внесення додаткових стимулів. Тобто сигнал, який надійшов один раз, «зберігається» і діє протягом тривалого часу.

На сьоднішній день відомі чотири гени CPEB в нейронах гіппокампа мишей. Продук одного з них (CPEB-3) має N-кінцевий глутамін – багатий домен, у продукту другого гену (CPEB-4) є пролін-багата ділянка на N-кінці, і обидва вони агрегують при експресії в клітинах дріжджів і в культурі нейронів.

Білок ссавців TIA1 проявляє пріоноподібні властивості і клітинах дріжджів. TIA1 – РНК-звязуючий білок, який здійснює зупинку трансляції в стресових умовах. Він індукує утворення так званих стрес гранул у відповідь на тимчасову зупинку трансляції і виводить значну частину мРНК з даного процесу, переводячи її в мРНК-білкові комплекси (eIF2-GTP-tRNAiMet). Подалі мРНК, зв’язані з TIA1, потрапляють до складу стресових гранул, утворених агрегатами TIA1. Стрес-гранули формуються тільки при середньому рівні експресії TIA1, відсутність або суперекспресія не призводять до їх утворення. TIA1 здатний до агрегації, залежної від шаперонів Hsp70, Hsp27 і Hsp40, при цьому такі агрегати стійкі до дії протеаз. Крім цього, заміна пріоноподібного дамена TIA1 на пріонний домен дріжджового білку Sup35 не погіршує утворення стрес-гранул, що призводить до припущення про необхідність пріонних властивостей для утворення стрес-гранул і реакції апарату на стрес.

Білки Pmel17 у ссавців і CsgA у E.coli є найбільш достовірними прикладами, що амілоїдогенез як утворення біологічно активних четвертинних структур білку може бути еволюційно консервативним механізмом.

Pmel17 протеолітично розщеплюється в апараті Гольджи на два фрагменти, один з яких здирається у фібрили, які утворюють основу меланосоми в меланоцитах. Меланін – важливий біополімер, який захищає клітину від ультрафіолетового випромінення і оксидативного стресу. В меланоцитах ссавців продемонстрована експресія трансмембранного глікопротеїну І типу Pmel17, здатного полімеризуватися в амілоїдну структуру, на якій збираються і концентруються молекули меланіну в багатоетапному процесі біогенезу меланоми. Для збирання Pmel17 необхідним є його ендопротеоліз, який здійснюється трансмембранною протеазою пурином, яка розщеплює його на два фрагменти, при цьому один з них залишається з мембраною, а інший, цитоплазматичний, - формує амілоїдну структуру.

На зовнішній поверхні клітинної стінки E.coli знаходиться фіброзний матрикс, який утворений білком CsgA (Curli). Амілоїдоутворення Curli контролюється двома оперонами csgAB іcsgDEFG. Білки CsgF, CsgB, ймовірно затравлюють полімеризацію CsgA. Білок CsgG розташований на внутрішньому краї зовнішньої сторони мембрани, і можливо, слугує «платформою» для збирання даного амілоїду.

Пріони були знайдені і охарактеризовані як патогенні інфекційні агенти нового типу. На сьогоднішній день стає зрозумілим, що пріони являють собою новий феномен біологічної регуляції і можуть бути використані в біологічних клітинних механізмах.

ТЮБ 2016

Завдання ХV Всеукраїнського турніру юних біологів

2016/2017 навчальний рік

1.       «Помилка» природи. Еволюція вищих рослин відбувалася в напрямку домінування спорофіту. Єдиний виняток — мохоподібні. До чого в майбутньому така «помилка» природи може призвести цю групу рослин — до розквіту чи вимирання?

2.       Дитинство в сумці. Останнім часом дискусійним є питання щодо переваг та недоліків способу розмноження сумчастих. Тож дитинство в сумці — перевага чи недолік? Аргументуйте свою думку.

3.       Хто лідер? Розвиток учення про імунітет супроводжувався змінами думки про переваги й пріоритетність специфічного та неспецифічного імунітету. Аргументовано обґрунтуйте власну думку щодо переваг різних видів імунного захисту.

4.       Увага! Живі істоти нерідко використовують червоний колір, щоб привернути увагу. Червоні комахи попереджають, що вони отруйні, тому  їх краще не їсти. Червоні квітки приваблюють запилювачів, а червоні плоди інформують птахів, що вони вже достигли і їх можна їсти. Чому живі організми використовують саме цей колір?

5.       Дивне пристосування. У птахів розміри геному менші, ніж у ссавців та рептилій. Як не дивно, розмір геному кажанів теж менший, ніж більшості ссавців. А нелітаючі птахи, як правило, мають більший геном, ніж літаючі. Що це: випадковий збіг обставин чи пристосування до польоту?

6.       Макрофаги. Згідно з результатами сучасних досліджень, у тканинах ссавців функціонують макрофаги різного походження. Обґрунтуйте біологічну доцільність утворення макрофагів різного гістогенезу.

7.       Багатоклітинні прокаріоти. Існує велика кількість видів багатоклітинних еукаріот. У той же час найскладніше організовані прокаріоти — нитчасті ціанобактерії. Змоделюйте прокаріотичний багатоклітинний організм.

8.       Еволюція еволюції. В еволюційній гонці озброєнь (хижак-жертва, паразит-хазяїн) перевагу матиме той, хто здатен еволюціонувати швидше. Тому мали б еволюціонувати організми з усе більшою швидкістю еволюції. Як наслідок, еволюція має постійно прискорюватися. Чи існує таке прискорення насправді?

9.       Співіснування. Людські поселення вже давно з’являлись і продовжують з’являтись і розвиватися по всій Землі. Відомо, що поява поселення так чи інакше змінює екосистему, в якій воно з’явилося. Простежте зміни в екосистемі з появи поселення до його розвитку в мегаполіс і можливого наступного занепаду.

10.  Синтетичний організм. Уявіть, що Ви — провідний спеціаліст у галузі синтетичної біології й очолюєте проект щодо створення першого у світі штучного живого організму. Опишіть, які експерименти Ви будете проводити і які труднощі у Вас виникатимуть на шляху реалізації проекту.

11.  Мінімальний геном. Яка найменша кількість генів потрібна для функціонування живого організму? Опишіть функціональне значення послідовностей такого мінімального геному.

12.  Анаеробна біосфера. Як би могла проходити еволюція біосфери Землі за відсутності кисневої революції?

13.  Альтернативна еволюція. На певному етапі еволюції примати перейшли «зі світу запахів у світ світла»: зорова сенсорна система стала домінуючою. Припустіть, як би змінилися нащадки людини й сучасні люди, якби в процесі еволюції домінуючою була не зорова, а яка-небудь інша сенсорна система.

14.  Альтернативні джерела енергії. Живі організми на землі використовують енергію сонця або енергію зв’язків хімічних сполук. А чи можливе існування й успішне функціонування організмів, що використовують альтернативні джерела енергії (наприклад, енергію вітру чи енергію течії річки).

15.  Бактеріородопсинопласти. Хлоропласти рослин є нащадками давніх симбіотичних ціанобактерій. Крім зелених бактерій до фотосинтезу також здатні деякі галобактерії, що використовують червоний бактеріородопсин. Теоретично вони також могли б стати ендосимбіонтами. Чому цього не відбулося, у той час як різні групи еукаріотів кілька разів незалежно один від одного отримували хлоропласти в процесі еволюції?

16.  Неекономічний фермент. РУБІСКО — фермент, що бере участь у процесі фіксації СО₂, який відбувається під час темнової фази фотосинтезу. Однак близько у 25 % випадків він "помиляється" і фіксує О₂, призводячи до енергетично менш вигідного процесу фотодихання. Чому ж у ході еволюції не закріпилися форми РУБІСКО, що мали більшу спорідненість до СО₂, зважаючи на те що це достатньо давній фермент?

17.  Клітинний кворум. Наявність розвиненої системи міжклітинного сигналінгу — дуже важлива передумова появи багатоклітинності. У найпростішому випадку складається вона з клітини, яка секретує певну речовину, що сприймається специфічно рецептором на іншій клітині, активуючи в ній певний сигнальний каскад. Запропонуйте модель походження і ранньої еволюції такої системи, враховуючи еволюцію рецепторів і внутрішньоклітинних сигнальних систем.

18.  Гладкі довгожителі? Тривалий час надмірну вагу тіла лікарі пов’язували з низкою різноманітних захворювань. Проте нещодавно було висловлено думку про позитивну кореляцію між надмірною вагою тіла і тривалістю життя людини. Запропонуйте власний варіант пояснення такої кореляції.

19.  «Злочинні» клітини. Вчені Кембриджського університету, досліджуючи механізми розвитку новоутворень, зокрема базально-клітинної карциноми, активацією онкогенів у стовбурових клітинах і недиференційованих клітинах шкіри, отримали цікаві результати. Виявилося, що з клітин-попередників можуть розвиватися доброякісні новоутворення, а зі стовбурових — злоякісні. Сформулюйте власну концепцію для пояснення цього феномену.

20.  РНК-вакцини. Дослідники з Массачусетського технологічного інституту запропонували технологію створення РНК-вакцин. На думку вчених, така вакцина безпечніша за ДНК-вакцини. Проаналізуйте переваги та недоліки цього нового типу вакцин порівняно з іншими типами.