XII Олимпиада по нанотехнологиям (с решениями) - часть 26

 

 

 

 

 

2.

 

Оцените вероятность, что выбранная Вами светящаяся клетка окажется астроцитом, а 
не нейроном. (4 балла) Ответ обоснуйте. 

 
Всего – 8 баллов 
 
 

 

 

202

 

 

 

 

 

 

Биология для школьников 7 – 11 класса (очный тур) 
Простые задачи (вариант 2) 

 

Задача 1. Угадай семейство 
 

Однажды  небольшой  огород,  на  котором  росло  несколько  грядок  редиски,  гороха  и 
помидоров  опрыскали  новым  экспериментальным  средством,  созданным  на  основе 
нанотехнологий. Через некоторое время огород превратился в цветущий луг, на котором все 
культурные  растения  растворились  в  огромной  массе  других  –  «некультурных».  Прополка, 
по-видимому,  перед  внесением  удобрения  не  проводилась.  Удивительно,  но  все  растения 
на  участке  зацвели  в  одно  и  то  же  время.  Вещество  отправили  на  доработку,  а  растения 
передали в соседнюю школу в гербарии.  
 
Определите,  к  каким  семействам  принадлежат  указанные  диаграммы  цветков.  Укажите,  к 
каким семействам относятся редиска, горох и помидоры. Ответ напишите в виде цифровой 
комбинации  (если  отсутствует  ответ  в  виде  цифровой  комбинации,  то  вопрос  не  будет 
проверяться!).  Первая  цифра  соответствует  подвопросу  А,  вторая  –  подвопросу  Б,  третья  – 
подвопросу В и так далее по алфавиту (если не можете ответить на вопрос, то укажите ноль 
или пробел). Цифру можно взять из таблицы с названиями семейств. За каждый правильный 
ответ на подвопрос вы получаете 1 балл.  
 
А 

 

 

Б 

 

В 

 

Г 

 

Д 

 

 
Е 

к 

какому 

семейству 

относится редиска? 
Ж 

к 

какому 

семейству 

относится горох? 
З 

к 

какому 

семейству 

относится помидоры? 

 

Таблица 
1 

Зонтичные (

Apiaceae

) 

6 

Вьюнковые (

Convolvulaceae

) 

2 

Астровые (

Asteraceae

) 

7 

Бобовые (

Fabaceae

) 

3 

Крестоцветные (

Brassicaceae

) 

8 

Розовые (

Rosaceae

) 

4 

Злаковые (

Poaceae

) 

9 

Лилейные (

Liliaceae

) 

5 

Пасленовые (

Solanaceae

) 

 

 
Всего – 8 баллов 

203

 

 

 

 

 

Задача 2. Определи пептид 

 
Последовательность  нуклеотидов  из  середины  кодирующего  участка  мРНК  содержит 
информацию  о  некоем  пептиде,  включая  стартовый  и  стоп  кодон.  Используя  таблицу 
кодонов определите закодированный пептид. 
 

GAAUGGCCAACGAUUCGUGAUA 

 

Таблица кодонов 

1-е 

основание 

2-е основание 

U 

C 

A 

G 

U 

UUU Фенилаланин 
UUC Фенилаланин 
UUA Лейцин 
UUG Лейцин 

UCU Серин 
UCC Серин 
UCA Серин 
UCG Серин 

UAU Тирозин 
UAC Тирозин 
UAA Стоп-кодон (Ochre) 
UAG Стоп-кодон (Amber) 

UGU Цистеин 
UGC Цистеин 
UGA Стоп-кодон 
(Opal) 
UGG Триптофан 

C 

CUU Лейцин 
CUC Лейцин 
CUA Лейцин 
CUG Лейцин 

CCU Пролин 
CCC Пролин 
CCA Пролин 
CCG Пролин 

CAU Гистидин 
CAC Гистидин 
CAA Глутамин 
CAG Глутамин 

CGU Аргинин 
CGC Аргинин 
CGA Аргинин 
CGG Аргинин 

A 

AU Изолейцин 
AUC Изолейцин 
AUA Изолейцин 
AUG Метионин, 
Стартовый 

ACU Треонин 
ACC Треонин 
ACA Треонин 
ACG Треонин 

AAU Аспарагин 
AAC Аспарагин 
AAA Лизин 
AAG Лизин 

AGU Серин 
AGC Серин 
AGA Аргинин 
AGG Аргинин 

G 

GUU Валин 
GUC Валин 
GUA Валин 
GUG Валин 

GCU Аланин 
GCC Аланин 
GCA Аланин 
GCG Аланин 

GAU Аспарагиновая кислота 
GAC Аспарагиновая кислота 
GAA Глутаминовая кислота 
GAG Глутаминовая кислота 

GGU Глицин 
GGC Глицин 
GGA Глицин 
GGG Глицин 

 
Всего – 8 баллов 
 

Задача 3. Загадочное свечение 

 
Медуза  Aequorea  victoria  способна  излучать  зелёный  свет.  Из  нее  был  выделен  белок 
экворин,  биолюминесценция  которого  инициируется  ионами  кальция.  Выделенный  из 
медузы  и  очищенный  экворин  in  vitro  в  присутствии  ионов  кальция  излучает  свет  с 
максимумом  469  нм,  в  то  время  как живая  медуза  светится  зелёным.  За  зелёное  свечение 
ответственен 

другой 

белок – 

GFP 

(англ. green 

fluorescent 

protein – 

зелёный 

флуоресцирующий белок), излучающий зелёный свет при поглощении излучения экворина. 
Предположим,  что  была  создана  генномодифицированная  медуза  Aequorea  victoria  с 
нокаутированным  геном,  кодирующим  GFP.  Медузу  посадили  в  банку  с  морской  водой, 
поместили  в  темную  комнату  и  осветили  красным  светом.  Каким  цветом  будет  светиться 
медуза и почему? 
 
Всего – 8 баллов 

204

 

 

 

 

 

Задача 4.

 

Энергия для нанороботов 

 
Для  диагностики  состояния  пациента  в  его  организм  были  введены  медицинские 
нанороботы. Часть нанороботов прикрепились к мембранам эритроцитов и проникли в них, 
а  часть  была  фагоцитирована  макрофагами.  Для  того  чтобы  нанороботы  полноценно 
функционировали,  они  должны  получать  энергию  для  своей  работы.  Разработчики 
утверждают,  что  на  работу  нанороботов  тратится  энергия  2%  молекул  АТФ,  получаемых 
клетками  в  процессе  гликолиза  и  аэробного  дыхания.  Подсчитайте,  пожалуйста,  сколько 
молекул АТФ будет потрачено на работу нанороботов в отдельном эритроците и макрофаге, 
если в катаболизм в каждой из клеток вступит 50 молекул глюкозы. 
 
Всего – 8 баллов 
 

Задача 5. Аденоассоциированные вирусы и флуоресцентные белки 

 
Для  исследования  механизмов  работы  мозга  часто  используют  визуализацию  динамики 
внутриклеточной  концентрации  ионов  Ca

2+

  в  различных  клетках  мозга,  в  том  числе  в 

нейронах  и  астроцитах.  Для  визуализации  [Ca

2+

]

i

  в  клетке  используют  флуоресцентную 

микроскопию.  Для  этого  необходимы  молекулы,  интенсивность  флуоресценции  которых 
зависит от концентрации Ca

2+

. Это могут быть небольшие синтетические красители, а могут 

быть  трансгенные  флуоресцентные  белки.  Для  экспрессии  чужеродных  белков  в  заданном 
организме  можно  прибегать  к  помощи  вирусных  конструкций  со  встроенной  в  вирусный 
геном  кодирующей  последовательностью  нужного  белка,  находящейся  под  определенным 
промотором.  В  качестве  носителя  часто  используются  аденоассоциированные  вирусы, 
поскольку они могут инфицировать как делящиеся, так и неделящиеся клетки, и не являются 
патогенными.  По  сравнению  с  низкомолекулярными  красителями,  использование 
генетически  кодируемых  флуоресцентных  кальциевых  репортеров  обладает  рядом 
преимуществ.  
 

1.

 

Как Вы думаете, какими? (4 балла) 

 
К  сожалению,  есть  у  этого  метода  и  ряд  недостатков:  далеко  не  все  клетки  заражаются 
вирусом  и  удерживают  его  ДНК  в  ядре,  при  этом  возможно  заражение  клеток  не  только 
нужно  типа,  но  и  других.  Астроциты  –  одни  из  наиболее  распространенных  клеток  глии.  В 
коре их примерно столько же, сколько и нейронов. Известно, что эти клетки играют важную 
роль  в  работе  синаптических  контактов  между  нейронами  и  регуляции  локального 
кровотока.  Ваша  задача  –  исследовать  кальциевую  активность  в  астроцитах  коры  мозга 
мышей. Для этого Вы используете вирусную конструкцию на основе аденоассоциированного 
вируса AAV2, который преимущественно заражает клетки нервной системы. В геном вируса 
встроена  последовательность  ДНК,  кодирующая  флуоресцентный  белок,  чувствительный  к 
[Ca

2+

]

i

.  Данная  последовательность  находится  под  промотором  gfa2,  ответственного  за 

синтез  глиального  фибриллярного  белка,  который  экспрессируется  в  большинстве 
астроцитов.  Известно,  что  данный  вирус  заражает  нейроны  с  вероятностью  80%  (т. е.  80% 
нейронов  оказываются  зараженными),  а  астроциты  –  с  вероятностью  50%.  При  этом  у  80% 
зараженных  астроцитов  экспрессируется  нужный  флуоресцентный  белок.  Однако  данный 
промотор  не  так  специфичен,  как  хотелось  бы,  и  около  10%  зараженных  нейронов  также 
синтезируют трансгенный белок. Через три недели после инъекции вируса в мозг животных 
Вы проводите эксперимент, и под микроскопом видите светящиеся клетки.  
 

205

 

 

 

 

 

2.

 

Оцените вероятность, что выбранная Вами светящаяся клетка окажется астроцитом, а 
не нейроном. (4 балла) Ответ обоснуйте. 

 
Всего – 8 баллов 
 
 

 

206

 

 

 

 

 

 

Биология для школьников 7 – 11 класса (очный тур) 
Простые задачи (вариант 3) 

 

Задача 1. Угадай семейство 
 

Однажды небольшой огород, на котором росло несколько грядок картофеля, помидоров и 
укропа  опрыскали  новым  экспериментальным  средством,  созданным  на  основе 
нанотехнологий. Через некоторое время огород превратился в цветущий луг, на котором все 
культурные  растения  растворились  в  огромной  массе  других  –  «некультурных».  Прополка, 
по-видимому,  перед  внесением  удобрения  не  проводилась.  Удивительно,  но  все  растения 
на  участке  зацвели  в  одно  и  то  же  время.  Вещество  отправили  на  доработку,  а  растения 
передали в соседнюю школу в гербарии.  
 
Определите,  к  каким  семействам  принадлежат  указанные  диаграммы  цветков.  Укажите,  к 
каким  семействам  относятся  картофель,  помидоры  и  укроп.  Ответ  напишите  в  виде 
цифровой  комбинации  (если  отсутствует  ответ  в  виде  цифровой  комбинации,  то  вопрос  не 
будет  проверяться!).  Первая  цифра  соответствует  подвопросу  А,  вторая  –  подвопросу  Б, 
третья  –  подвопросу  В  и  так  далее  по  алфавиту  (если  не  можете  ответить  на  вопрос,  то 
укажите  ноль  или  пробел).  Цифру  можно  взять  из  таблицы  с  названиями  семейств.  За 
каждый правильный ответ на подвопрос вы получаете 1 балл.  
 
А 

 

Б 

 

 

В 

 

Г 

 

Д 

 

 
Е 

к 

какому 

семейству 

относится картофель? 
Ж 

к 

какому 

семейству 

относится помидоры? 
З 

к 

какому 

семейству 

относится укроп? 
 

 

Таблица 
1 

Злаковые (

Poaceae

) 

6 

Вьюнковые (

Convolvulaceae

) 

2 

Астровые (

Asteraceae

) 

7 

Бобовые (

Fabaceae

) 

3 

Крестоцветные (

Brassicaceae

) 

8 

Розовые (

Rosaceae

) 

4 

Зонтичные (

Apiaceae

) 

9 

Лилейные (

Liliaceae

) 

5 

Пасленовые (

Solanaceae

) 

 

 
Всего – 8 баллов 

207

 

 

 

 

 

Задача 2. Определи пептид 

 
Последовательность  нуклеотидов  из  середины  кодирующего  участка  мРНК  содержит 
информацию  о  некоем  пептиде,  включая  стартовый  и  стоп  кодон.  Используя  таблицу 
кодонов определите закодированный пептид. 
 

UCAUGACGGACAAUAGGUGAAU 

 

Таблица кодонов 

1-е 

основание 

2-е основание 

U 

C 

A 

G 

U 

UUU Фенилаланин 
UUC Фенилаланин 
UUA Лейцин 
UUG Лейцин 

UCU Серин 
UCC Серин 
UCA Серин 
UCG Серин 

UAU Тирозин 
UAC Тирозин 
UAA Стоп-кодон (Ochre) 
UAG Стоп-кодон (Amber) 

UGU Цистеин 
UGC Цистеин 
UGA Стоп-кодон 
(Opal) 
UGG Триптофан 

C 

CUU Лейцин 
CUC Лейцин 
CUA Лейцин 
CUG Лейцин 

CCU Пролин 
CCC Пролин 
CCA Пролин 
CCG Пролин 

CAU Гистидин 
CAC Гистидин 
CAA Глутамин 
CAG Глутамин 

CGU Аргинин 
CGC Аргинин 
CGA Аргинин 
CGG Аргинин 

A 

AU Изолейцин 
AUC Изолейцин 
AUA Изолейцин 
AUG Метионин, 
Стартовый 

ACU Треонин 
ACC Треонин 
ACA Треонин 
ACG Треонин 

AAU Аспарагин 
AAC Аспарагин 
AAA Лизин 
AAG Лизин 

AGU Серин 
AGC Серин 
AGA Аргинин 
AGG Аргинин 

G 

GUU Валин 
GUC Валин 
GUA Валин 
GUG Валин 

GCU Аланин 
GCC Аланин 
GCA Аланин 
GCG Аланин 

GAU Аспарагиновая кислота 
GAC Аспарагиновая кислота 
GAA Глутаминовая кислота 
GAG Глутаминовая кислота 

GGU Глицин 
GGC Глицин 
GGA Глицин 
GGG Глицин 

 
Всего – 8 баллов 
 

Задача 3. Загадочное свечение 

 
Медуза  Aequorea  victoria  способна  излучать  зелёный  свет.  Из  нее  был  выделен  белок 
экворин,  биолюминесценция  которого  инициируется  ионами  кальция.  Выделенный  из 
медузы  и  очищенный  экворин  in  vitro  в  присутствии  ионов  кальция  излучает  свет  с 
максимумом  469  нм,  в  то  время  как живая  медуза  светится  зелёным.  За  зелёное  свечение 
ответственен 

другой 

белок 

– 

GFP 

(англ. green 

fluorescent 

protein – 

зелёный 

флуоресцирующий белок), излучающий зелёный свет при поглощении излучения экворина. 
Юные  исследователи  поймали  медузу  Aequorea  victoria,  посадили  ее  в  банку  с 
изотоническим раствором хлорида натрия, поместили в темную комнату и осветили синим 
светом. Каким цветом будет светиться медуза и почему? 
 
Всего – 8 баллов 
 

 

208

 

 

 

 

 

Задача 4.

 

Энергия для нанороботов 

 
Для  диагностики  состояния  пациента  в  его  организм  были  введены  медицинские 
нанороботы. Часть нанороботов прикрепились к мембранам эритроцитов и проникли в них, 
а  часть  была  фагоцитирована  макрофагами.  Для  того  чтобы  нанороботы  полноценно 
функционировали,  они  должны  получать  энергию  для  своей  работы.  Разработчики 
утверждают,  что  на  работу  нанороботов  тратится  энергия  5%  молекул  АТФ,  получаемых 
клетками  в  процессе  гликолиза  и  аэробного  дыхания.  Подсчитайте,  пожалуйста,  сколько 
молекул АТФ будет потрачено на работу нанороботов в отдельном эритроците и макрофаге, 
если в катаболизм в каждой из клеток вступит 50 молекул глюкозы. 
 
Всего – 8 баллов 
 

Задача 5. Аденоассоциированные вирусы и флуоресцентные белки 

 
Для  исследования  механизмов  работы  мозга  часто  используют  визуализацию  динамики 
внутриклеточной  концентрации  ионов  Ca

2+

  в  различных  клетках  мозга,  в  том  числе  в 

нейронах  и  астроцитах.  Для  визуализации  [Ca

2+

]

i

  в  клетке  используют  флуоресцентную 

микроскопию.  Для  этого  необходимы  молекулы,  интенсивность  флуоресценции  которых 
зависит от концентрации Ca

2+

. Это могут быть небольшие синтетические красители, а могут 

быть  трансгенные  флуоресцентные  белки.  Для  экспрессии  чужеродных  белков  в  заданном 
организме  можно  прибегать  к  помощи  вирусных  конструкций  со  встроенной  в  вирусный 
геном  кодирующей  последовательностью  нужного  белка,  находящейся  под  определенным 
промотором.  В  качестве  носителя  часто  используются  аденоассоциированные  вирусы, 
поскольку они могут инфицировать как делящиеся, так и неделящиеся клетки, и не являются 
патогенными.  По  сравнению  с  низкомолекулярными  красителями,  использование 
генетически  кодируемых  флуоресцентных  кальциевых  репортеров  обладает  рядом 
преимуществ.  
 

1.

 

Как Вы думаете, какими? (4 балла) 
 

К  сожалению,  есть  у  этого  метода  и  ряд  недостатков:  далеко  не  все  клетки  заражаются 
вирусом  и  удерживают  его  ДНК  в  ядре,  при  этом  возможно  заражение  клеток  не  только 
нужно  типа,  но  и  других.  Астроциты  –  одни  из  наиболее  распространенных  клеток  глии.  В 
коре их примерно столько же, сколько и нейронов. Известно, что эти клетки играют важную 
роль  в  работе  синаптических  контактов  между  нейронами  и  регуляции  локального 
кровотока.  Ваша  задача  –  исследовать  кальциевую  активность  в  астроцитах  коры  мозга 
мышей. Для этого Вы используете вирусную конструкцию на основе аденоассоциированного 
вируса AAV2, который преимущественно заражает клетки нервной системы. В геном вируса 
встроена  последовательность  ДНК,  кодирующая  флуоресцентный  белок,  чувствительный  к 
[Ca

2+

]

i

.  Данная  последовательность  находится  под  промотором  gfa2,  ответственного  за 

синтез  глиального  фибриллярного  белка,  который  экспрессируется  в  большинстве 
астроцитов.  Известно,  что  данный  вирус  заражает  нейроны  с  вероятностью  70%  (т. е.  70% 
нейронов  оказываются  зараженными),  а  астроциты  –  с  вероятностью  20%.  При  этом  у  90% 
зараженных  астроцитов  экспрессируется  нужный  флуоресцентный  белок.  Однако  данный 
промотор  не  так  специфичен,  как  хотелось  бы,  и  около  5%  зараженных  нейронов  также 
синтезируют трансгенный белок. Через три недели после инъекции вируса в мозг животных 
Вы проводите эксперимент, и под микроскопом видите светящиеся клетки.  
 

209