В романе российского писателя – фантаста Лукьяненко “Геном” описано массовое применение генно-инженерных технологий для изменения человека. Генетически модифицированные люди приобретают комплекс качеств, идеально приспосабливающий их для определённой профессии: пилоты, например, легко выдерживают большие перегрузки, с точностью до сантиметра определяют расстояния и скорость, могут прыгать с большой высоты без повреждений; бойцы обладают молниеносной реакцией и большой силой, жизненно важные органы дополнительно защищены скелетом и сдвинуты с привычных мест.
До таких высот современная наука ещё не дошла. Тем не менее, вводить определённые коррективы в геном бактерий, растений и животных она уже умеет. Это применяется для получения трансгенных микроорганизмов, растений и животных. Трансгенные организмы вырабатывают функциональные белки, антитела, ферменты и многие другие продукты биотехнологии, которые прочно вошли в нашу жизнь. Модификация генома сводится, как правило, к появлению способности к синтезу определённого белка или, реже, вещества небелковой природы (что сложнее: синтезировать белок или иное вещество? Почему? (2 балла))
Как правило, сложнее синтезировать небелковое вещество. Для его биосинтеза в организме необходим ряд белков, следовательно, задача усложняется пропорционально количеству потребных белков.
Опишите условия возникновения эффекта поверхностного плазмонного резонанса и его проявление. (2 балла)

Необходимо соблюдение следующих условий:
1. Толщина слоя золота порядка ¼ длины волны падающего света (в случае использования лазера);
2. Определённый угол падения света. (при отклонении – нарушение SPR, что, собственно, и является аналитическим сигналом);
3. Однородность толщины слоя золота;
4. Определённая длина волны (не фиксирована, но находится в жёстком соответствии пунктами 1 и 2).

Ниже приведёна РНК человека. Расшифруйте, какую аминокислотную последовательность она кодирует: (3 балла)

AAG GAC UCC AGA UCA – некодирующий участок.
AUG – старт кодон.

UAG – стоп кодон.
CAA CUC UUG CCC AUA AAA AAA AAA – некодирующий участок
Аминокислотная последовательность: Глицин-Треонин-Пролин- Триптофан-Лейцин-Пролин- -Тирозин-Фенилаланин-Глицин-Аланин-Триптофан-Валин
или Gly-Thr-Pro-Trp-Leu-Pro-Tyr-Phe-Gly-Ala-Ala-Trp-Val (GTPWLPYFGAAWV)

Вам, как талантливому исследователю, поставлена задача модифицировать данную аминокислотную последовательность для иммобилизации на поверхность чипа SPR. Рабочая часть чипа состоит из золота. Известно, что специфический участок расположен на конце аминокислотной последовательности. Опишите схему превращений и последовательность приёмов, которыми Вы воспользуетесь для решения этой задачи. (4 балла)

Наиболее удобный способ иммобилизации белка на золото – это введение тиольного якоря. Лучше всего для этого подходит аминокислота цистеин. Так как известно, что специфический участок находится на конце аминокислотной последовательности, то на начало этой последовательности необходимо ввести цистеин.

Это можно сделать двумя подходами:
1. Замена аминокислоты на цистеин,
2. Добавление в начало цепочки последовательности, кодирующей цистеин.

Для данной задачи очень удобна замена аминокислоты.

Первый кодон – GGС, кодирует глицин. Цистеин кодируется триплетом UGC. Значит, необходимо заменить первую букву (G) на (U).
Для этого лучше всего подходит олигонуклеотид-направленный мутагенез с использованием ПЦР-амплификации.
Действие первое – обратная транскрипция. Необходимо, чтобы получить из РНК – ДНК. РНК не пригодна для амплификации ПЦР напрямую.
Действие второе – подбор парных праймеров, полностью комплементарных участкам, кодирующим некодирующий фрагмент и старт-кодон и 2-6 аминокислоты, но с различием на 1 букву (которую требуется заменить) на 1 аминокислоте.
Действие третье – ПЦР.

Более детальная схема чуть сложнее, но принцип сохраняется.
Добавление цепочки, кодирующей цистеины (несколько штук) после старт-кодона. Осуществляется действием соответствующих рестриктаз и лигаз, либо созданием нового гена.

Опишите, какими свойствами должна обладать поверхность чипа для реализации СППП.(2 балла)

На поверхности чипа должны быть расположены упорядоченные выступающие участки золота, типа закреплённых пирамидок, размерами порядка n*10 нм.

Предложите способ получения подобной поверхности. (3 балла)

Методов может быть много. Это и иммобилизация золотых наночастиц, и формирование структуры типа фотонного кристалла с упорядоченным заполнением пространства между частицами и последующим травлением матрицы, и плазменно-химическое травление по шаблону. Может, даже что-то типа “нанопечати”.
В романе Лукьяненко “Геном” описано массовое применение генно-инженерных технологий для изменения человека. Генетически модифицированные люди приобретают комплекс качеств, идеально приспосабливающий их для определённой профессии: пилоты, например, легко выдерживают большие перегрузки, с точностью до сантиметра определяют расстояния и скорость, могут прыгать с большой высоты без повреждений; бойцы обладают молниеносной реакцией и большой силой, жизненно важные органы дополнительно защищены скелетом и сдвинуты с привычных мест.
До таких высот современная наука ещё не дошла. Тем не менее, вводить определённые коррективы в геном бактерий, растений и животных она уже умеет.

Модификация генома сводится, как правило, к появлению способности к синтезу определённого белка или, реже, вещества небелковой природы (что сложнее: синтезировать белок или иное вещество? Почему? (2 балла))

Как правило, сложнее синтезировать небелковое вещество. Для его биосинтеза в организме необходим ряд белков, следовательно, задача усложняется пропорционально количеству потребных белков.

Опишите условия возникновения эффекта поверхностного плазмонного резонанса и его проявление. (2 балла)

Необходимо соблюдение следующих условий:
1. Толщина слоя золота порядка ¼ длины волны падающего света (в случае использования лазера);
2. Определённый угол падения света. (при отклонении – нарушение SPR, что, собственно, и является аналитическим сигналом);
3. Однородность толщины слоя золота;
4. Определённая длина волны (не фиксирована, но находится в жёстком соответствии пунктами 1 и 2).

Ниже приведёна РНК человека. Расшифруйте, какую аминокислотную последовательность она кодирует: (3 балла)

AAG GAC UCC AGA UCA – некодирующий участок
AUG – старт кодон

UAG – стоп кодон
CAA CUC UUG CCC AUA AAA AAA AAA – некодирующий участок
Аминокислотная последовательность
Глицин-Треонин-Пролин- Триптофан-Лейцин-Пролин-Тирозин-Фенилаланин-Глицин-Аланин-Триптофан-Валин
или Gly-Thr-Pro-Trp-Leu-Pro-Tyr-Phe-Gly-Ala-Ala-Trp-Val (GTPWLPYFGAAWV)

Вам, как исследователю поставлена задача модифицировать данную аминокислотную последовательность для иммобилизации на поверхность чипа SPR. Рабочая часть чипа состоит из золота. Известно, что специфический участок расположен на конце аминокислотной последовательности. Опишите схему превращений и последовательность приёмов, которыми Вы воспользуетесь для решения этой задачи. (4 балла)

Наиболее удобный способ иммобилизации белка на золото – это введение тиольного якоря. Лучше всего для этого подходит аминокислота цистеин. Так как известно, что специфический участок находится на конце аминокислотной последовательности, то на начало этой последовательности необходимо ввести цистеин.

Это можно сделать двумя подходами:
1. Замена аминокислоты на цистеин;
2. Добавление в начало цепочки последовательности, кодирующей цистеин.

Для данной задачи очень удобна замена аминокислоты
Первый кодон – GGС, кодирует глицин. Цистеин кодируется триплетом UGC. Значит, необходимо заменить первую букву (G) на (U).
Для этого лучше всего подходит олигонуклеотид-направленный мутагенез с использованием ПЦР-амплификации
Действие первое – обратная транскрипция. Необходимо, чтобы получить из РНК – ДНК. РНК не пригодна для амплификации ПЦР напрямую.
Действие второе – подбор парных праймеров, полностью комплементарных участкам, кодирующим некодирующий фрагмент и старт-кодон и 2-6 аминокислоты, но с различием на 1 букву (которую требуется заменить) на 1 аминокислоте.
Действие третье – ПЦР.
Более детальная схема чуть сложнее, но принцип сохраняется.
Добавление цепочки, кодирующей цистеины (несколько штук) после старт-кодона. Осуществляется действием соответствующих рестриктаз и лигаз, либо созданием нового гена.

Опишите, какими свойствами должна обладать поверхность чипа для реализации СППП. (2 балла)

На поверхности чипа должны быть расположены упорядоченные выступающие участки золота, типа закреплённых пирамидок, размерами порядка n*10 нм.

Предложите способ получения подобной поверхности. (3 балла)

Методов может быть много. Это и иммобилизация золотых наночастиц, и формирование структуры типа фотонного кристалла с упорядоченным заполнением пространства между частицами и последующим травлением матрицы, и плазменно-химическое травление по шаблону. Может, даже что-то типа “нанопечати”.