Как подготовиться к экзамену по биологии с нуля

Как подготовиться к экзамену по биологии с нуля

Содержание

Подготовка к ЕГЭ по биологии с нуля.

Биология у выпускников очень популярна: она замыкает тройку самых востребованных предметов по выбору после обществознания и физики. Но хотя обычно ее выбирают осознанно, результаты ЕГЭ остаются стабильно средними. Как же подготовиться к этому экзамену самостоятельно, чтобы набрать больше баллов?

С чего начать подготовку к ЕГЭ по биологии

Подготовка к ЕГЭ по биологии с нуля начинается, как обычно, — знакомством с демоверсией. В частности, следует обратить внимание, что некоторые задания КИМ вариативны. После этого надо выполнить пять-шесть тестов, чтобы выяснить, какие разделы школьной программы вызывают наибольшие затруднения — не конкретные задания, а разделы в целом.

Особенности и сложность экзамена

Особенность биологии как экзамена заключается в том, что проверяется весь школьный курс, начиная с 6 класса, состоящий из нескольких разделов, материал которых не входит в программу следующих классов:

  • растения, бактерии, грибы, лишайники;
  • животные;
  • человек и его здоровье;
  • общая биология.

То есть уже к 9 классу ботаника и зоология, как правило, забываются. А КИМ ЕГЭ выстроен по иной логике: в каждый его блок включены вопросы из разных областей, кроме темы «Организм человека и его здоровье», которая представлена отдельной частью. При этом приоритет отдан общей биологии.

Часто допускаемые ошибки при подготовке

  1. Повторение по порядку. Из сказанного понятно, что недостаточным будет последовательно прорабатывать школьные учебники. Необходимо сопоставлять материал разных уровней и выявлять закономерности. Полчаса в день лучше, чем три часа — раз в неделю.
  2. Отсутствие записей. Конспектируя параграфы учебников, стоит чаще использовать рисунки, таблицы, схемы: многие задания построены на графической информации, которую выпускники не умеют правильно анализировать. Хороший способ систематизировать знания — интеллект-карты.
  3. Опора на тесты с ответами. После изучения каждого раздела и выполнения тестов по нему желательно обращаться к открытому банку заданий на сайте ФИПИ. Он соответствует структуре КИМ. Следует из каждой части выбрать задания по изученной теме и попытаться их сделать. Ответов там нет, поэтому для проверки понадобится помощь учителя или репетитора.
  4. Невнимательное чтение формулировок заданий. Здесь поможет только привычка подчеркивать ключевые слова в вопросах. Особенно это важно при выполнении второй части КИМ, где требуется развернутый ответ.

Запишись на курсы подготовки к ЕГЭ/ОГЭ. Первый урок бесплатно!

Источники, по которым можно готовиться к экзамену

При подготовке к ЕГЭ по биологии рекомендуется опираться прежде всего на материалы сайта ФИПИ. Большую пользу принесут видеоконсультации с Youtube-канала Рособрнадзора:

Печатные пособия должны иметь гриф «ФИПИ — школе».

Сложные задания, на которые следует обратить внимание

Самые трудные задания — с 22 по 28, где требуется развернутый ответ, и особенно — две задачи: по цитологии и по генетике. К числу сложных тем относятся:

  • уровни организации объектов,
  • методы биологических наук,
  • функции и строение клеток,
  • метаболизм,
  • ткани и их функции.

Подробный разбор проблемных вопросов содержится в методических рекомендациях для учителей на сайте ФИПИ.

Как подготовиться к ЕГЭ по биологии с нуля? С чего начать? Есть ли хорошие видеоуроки?

Окей, вам понадобится: 1. Кодификатор по биологии с сайта фипи. 2. Школьные учебники по биологии за 6-11 класс (мне нравится Пасечник для всего и Билич и Кржановский по анатомии, но сойдут вообще любые, по которым учатся в школах). Школьный учебник — ваш лучший друг, если учите с нуля. В егэ спрашивают все только по школьной программе, так что там не будет ничего лишнего, плюс написано все простым языком.

Когда вы посмотрели кодификатор, выбирайте любую тему и работайте над ней так: читаете в учебнике (лучше в двух разных) — учите это — отрабатываете на тех заданиях егэ, где она встречается — как бонус можете позже повторить ее по сборнику по подготовке к егэ типа Лернера.

В качестве доп материалов есть вот что:

  1. Сайт ЗЗуброминимум – я начинала готовиться с этого сайта, там 33 коротких конспекта на самые важные темы по биологии, хорошо для совсем начинающих, чтобы начать нарешивать тесты. На самом сайте написано: “Чтобы отвечать на половину вопросов ЕГЭ по биологии, надо зазубрить всего лишь 33 небольших конспекта.” В общем, он как-то придает уверенности.

! На этом же сайте есть очень важный раздел “вопросы, в которых дети чаще всего совершают ошибки”. Изучите его внимательно! Я смотрела его незадолго до экзамена и мне _реально_ в егэ попалось несколько вопросов, которые там были разобраны.

http://bio-faq.ru/33ubrominimum.html

  1. Сайт interneturok. Я его использую как дополнение к учебнику, чтобы закрепить материал. Там видео + текстовый конспект + тренажеры + тесты

  2. Плейлист фоксфорда по биологии на ютьюбе. Многие темы очень хорошо разобраны

  1. Группы вконтакте просто, чтобы мелькали у вас в ленте, там публикуются разные вопросы, хорошо для практики

https://vk.com/ege_biology

https://vk.com/biology_100

https://vk.com/postupivmedclub

Теория по биологии для подготовки к ЕГЭ 2021

ЕГЭ по биологии в 2021 году является экзаменом по выбору. Сдавать итоговое испытание по этому предмету необходимо тем, кто планирует поступать в высшие учебные заведения на специальности, связанные с естественными науками, медициной, физической культурой и спортом.

Как подготовиться к экзамену?

Всем известно, что залог успешной сдачи – хорошие знания и постоянное повторение пройденного материала. С ЕГЭ по биологии сложность подготовки заключается в большом объеме теоретической информации. Вопросы единого государственного экзамена по биологии затрагивают абсолютно все темы, пройденные за время обучения в школе. Именно поэтому важно грамотно систематизировать все полученные знания.

Алгоритм подготовки:

  • ознакомьтесь с демоверсиями контрольно-измерительных материалов, количеством вопросов и структурой предстоящего экзамена;
  • внимательно просмотрите список тем, выделите для себя те, которые вызывают сложности;
  • изучите теорию по всем ключевым разделам школьной программы;
  • помимо учебников пользуйтесь специальными пособиями и материалами;
  • для закрепления теории решайте онлайн тесты – это поможет улучшить процесс запоминания, автоматизировать навыки ответов и побороть психологическое напряжение непосредственно во время экзамена.

Подборку теоретических материалов можно найти в интернете – она разбита по темам и адаптирована для изучения, в ней отобрана основная информация по каждому разделу. Если же самостоятельная подготовка кажется вам не полной, можно обратиться за помощью к репетиторам.

На что обратить внимание?

В вопросах, которые встретятся выпускникам на едином госэкзамене, будут отражены все темы школьного курса. Обратите внимание на следующие аспекты:

  • Клетка и ее строение;
  • Растения – ткани, вегетативные и генеративные органы, плоды, цикл развития, понятие двойного оплодотворения, царство растений и его систематика;
  • Растения и грибы – классификация, строение, особенности;
  • Животные – ткани, органы, системы и особенности видов;
  • Системы организмов – строение и особенности спинного мозга, нервной, эндокринной, выделительной систем;
  • Группы крови, строение и работа сердца;
  • Анализаторы и их строение;
  • Обмен веществ и дыхание;
  • Генетика;
  • Биологические процессы – митоз, мейоз, метаболизм, фотосинтез, онтогенез.

На заметку

  • изучая теорию, конспектируйте ключевые моменты;
  • разбирайте досконально те моменты, которые изначально непонятны;
  • визуализируйте информацию – используйте в подготовке таблицы, рисунки, схемы – это позволит вам лучше запоминать;
  • если вы не знаете точный ответ – выбирайте тот, что, по вашему мнению, наиболее подходит. Не оставляйте вопросов без ответа.

Онлайн уроки по биологии для школьников

Ваш ребенок считает биологию слишком скучной? Постоянно путается в царствах и классах? Или испытывает трудности с освоением человеческого организма? А может, планирует сдавать экзамен по биологии, но не уверен в своих знаниях? Всего несколько уроков на Лэйдл полностью изменят ситуацию – регистрируйтесь прямо сейчас.

Мы предлагаем структурированные онлайн-уроки по биологии, которые позволят не только улучшить знания школьника об окружающем мире и повысить его оценки, но и подготовиться к ЕГЭ.

Уроки биологии: особенности программы

Биология – один из важнейших школьных предметов, который позволяет передать ребенку знания об окружающем нас мире, принципах работы человеческого организма и его взаимодействии с природой. Эти знания также формируют понятие здорового образа жизни, экологичный стиль мышления и т.д.

Мы подготовили онлайн-уроки для школьников следующих классов:

  • 6 класс
    Обучение начинается со знакомства с простейшими организмами, к числу которых относятся вирусы и бактерии, грибы и некоторые растения. Ребенок также узнает о существовании клеток и строении тканей.
  • 7 класс
    Занятия позволяют получить информацию о животных, изучить строение червей и моллюсков, а также более крупных представителей фауны.
  • 8 класс
    Данный курс охватывает знания об анатомическом строении человека, т.е. его основных органах и тканях, кожном покрове, костной системе и т. д.
  • 9 класс
    Ребятам постарше предстоит узнать о существовании белков, жиров и углеводов, а также познакомиться с основными правилами генетики.
  • 10 класс
    Программа предусматривает изучение основ цитологии, особенностей развития и размножения живых организмов, методов исследования генетики и хромосомных заболеваний.
  • 11 класс (ЕГЭ)
    Старшеклассники смогут закрепить пройденный материал и проверить имеющиеся знания «на практике». А тщательно проработанные тесты помогут подготовить к самому важному экзамену в жизни.

3 причины учить биологию вместе с Лэйдл

  • Современный подход.
    Подача материала проходит в легкой и интересной форме, что мотивирует ребенка и подталкивает его к изучению предмета.
  • Детальная проработка каждого урока.
    Над созданием программы работали опытные преподаватели, которые смогли структурировать знания по биологии, убрать лишнее и сделать упор на действительно важную информацию.
  • Наглядность.
    Немаловажно и использование мультимедийного контента, ведь фото и видео позволяют лучше и точнее передать строение организмов и происходящие в них биологические процессы.

Начните изучать биологию онлайн уже сейчас – зарегистрируйтесь на Лэйдл и пройдите бесплатный пробный урок. Удачи в учебе!

ОГЭ по биологии в Москве — подготовительные курсы по ГИА с нуля для 8/9 классов – Merlin

Статистические и методические материалы ГИА ОГЭ по биологии 2016 года вообще и наша внутренняя статистика по набранным баллам свидетельствуют, что наши курсы по биологии, методика и система подходов дают превосходные результаты.

Наш коллектив экспертов-биологов подготовил три программы:

Первые две разновидности рассчитаны на годичный цикл обучения. Вас не должны пугать слова: «средний», «полный», «корректировочный», «с нуля» – а, наоборот, привлечь ваше внимание.

Первый курс рассчитан на ребят, которые написали «диагностический тест» с нашей оценкой «неплохо». Такие ребята обладают некоторыми знаниями по биологии достаточными, чтобы отнести их к нашему «среднему уровню». Таких ребят мы объединяем в группы и даем им «полный курс биологии». Зачем им «полный курс»? Мы преследуем несколько целей:

Но не думайте, что корректировочный курс биологии с нуля даст результат хуже. Это не так.

Подготовку по биологии с нуля мы рекомендуем ребятам, которые на диагностическом тестировании получили оценку «плохо». Но это не повод расстраиваться. Обучение «с нуля» как раз и рассчитано на таких ребят.

Обе группы учеников в мае будут одинаково хорошо справляться со всеми типовыми заданиями КИМ ОГЭ по биологии 2017.

Не зависимо от уровня начальных знаний, все должны полностью решить:

  • Коллекцию типовых заданий из открытых и опубликованных источников;
  • Личный банк типовых заданий КИМ ОГЭ по биологии, подготовленный специально нашими преподавателями;
  • Пройти каждый второй месяц обучения пробный ОГЭ по биологии;
  • Выполнить весь спектр контрольных заданий на каждом уроке биологии.

Урок по биологии проходит в нужном темпе и в зависимости от уровня подготовки ребят наполненным по материалу:

  • Проверочная работа по пройденным темам;
  • Учитель оценивает выполненное домашнее задание;
  • Происходит разбор ошибок с полным объяснением и повторенние пройденного материала;
  • Учитель вводит новую тему и показывает, какие задания могут попасться по этой теме;
  • Совместно ребята с учителем решают типовые задания по новой теме;
  • Начинается самостоятельное выполнение заданий ОГЭ по биологии.

Мы исходим из принципа – 1 занятие = 1 новая тема = ученик умеет решать все типовые задания по данной теме.

Мы следим за успеваемостью, пониманием и усвоением тем каждым учеником. При необходимости привлекаем психолога центра, чтобы устранить психологические барьеры, неуверенность в себе, страх и пр. Мы регулярна связываемся с родителями и предоставляем им отчет о проделанной работе.

В апреле –мая к нам обращаются ребята, которые хотят пройти краткий «экспресс» курс по биологии для сдачи ОГЭ. Это уже традиционно так. Мы готовы помочь и таким ребятам, для этого мы разработали подобный курс.

Наш экспресс-курс подготовки к ОГЭ по биологии будет полезен ребятам, которые занимались с репетитором, но чувствуют, что еще слабы по предмету, или ребятам, которые готовились самостоятельно.

За 5-6 занятий мы дадим основной материал и проведем пробный ОГЭ по биологии максимально приближенный к реальности. Вы получите экспресс знания и примерную оценку, которую получите на предстоящем выпускном испытании.

Для особенно сознательных ребят, которые хотят уже в конце 8 классе, летом, заниматься биологией. Мы предлагаем гибкие летние курсы по биологии, на которых вы повторите материал предыдущих лет, освоите программу 9 класса, начнете подготовку к ОГЭ по биологии.

Наш центр дополнительного образования Мерлин один из лидеров в подготовке к ОГЭ по биологии в Москве. Мы не стремимся объять необъятное и не строим воздушные замки. Мы работаем на результат: наша цель – Ваши высокие баллы на ОГЭ.

Как быстро выучить биологию (таблицы, параграфы)? Лайфхаки по пониманию биологии

Как быстро выучить биологию перед экзаменом

Биология знакома всем нам еще со школьной скамьи. Ее изучение идет долго и мучительно – где-то с пятого-шестого класса и до бесконечности (если студенту в университете необходимо изучение этого предмета). А вот задача быстро выучить биологию стоит тогда, когда учащийся готовится к экзамену.

Мы приготовили для вас несколько полезных советов о том, как быстро выучить таблицу, параграф, пересказ или любую тему по биологии.

6 способов быстро выучить биологию

6 способов того, как можно быстро выучить биологию

  1. Просмотрите вопросы по биологии к экзамену/зачету. Вычеркните те, которые вам хорошо известны. Маркером одного цвета пометьте те, которые вам известны частично. Маркером другого цвета пометьте те вопросы, которые для вас вообще неизвестны.

Знаете ли вы, что…

Укус хомяка гораздо страшнее, чем укус более сильного и крупного зверя? А все из-за его тонких и длинных зубов, которые во время укуса расходятся в разные стороны. В результате рана выходит не только глубокая, но и рваная и довольно болезненная.

  1. Изучая незнакомую или непонятную тему, главное – это запомнить суть. Потом перескажите вопрос своими словами, а уже потом старайтесь усвоить более мелкие детали. Быстрее усвоить материал позволит запись (хотя бы краткая тезисная) главных моментов.
  2. Сложные термины и определения выписывайте на отдельный лист. Изучите не только значение самих терминов, но и как с их помощью решать биологические задачи. Каждый термин постарайтесь пересказать своими словами.
  3. Запомнить термины можно довольно быстро. Для начала помните, что все они происходят из латинского языка, в котором есть основные суффиксы и префиксы. Эти суффиксы и префиксы довольно часто повторяются. Поэтому зная их значение, вы быстро разберетесь в значении даже нового длинного и непонятного слова.

Знаете ли вы, что…

Муравьи тоже бывают разных профессий? Например, среди них есть даже хирурги, которые лечат пациентов в специально отведенном для этих целей помещении. Сперва хирург проводит осмотр потерпевшего, далее делает перевязку раны и обрабатывает ее специальной прозрачной жидкостью из собственного рта. Согласитесь, довольно удобно, ведь за лекарством не нужно бегать в аптеку!

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

  1. При изучении вопросов к экзамену обязательно пишите шпаргалки. Причем писать необходимо непременно самому и вручную – это задействует механическую и зрительную память.
  2. Частые перерывы помогают усвоить информацию гораздо быстрее, чем перерывы в учебе каждый час или два. В идеале короткие перерывы следует делать каждые 20 минут. А каждый час старайтесь выходить на свежий воздух хотя бы на 5 минут. За это время мозг успевает насытиться кислородом и отдохнуть, чтобы продолжить продуктивное усвоение информации.

А вот видео для тех, кто хочет получить общее представление о биологии:

Согласитесь – вполне несложные советы, которые помогут быстро подготовиться к экзамену по биологии или даже выучить этот предмет с нуля. Ну а если и это не помогает, не переживайте. Рядом с вами всегда есть люди, готовые в любой момент подставить плечо помощи и оказать поддержку

Автор: Наталья

Наталья – контент-маркетолог и блогер, но все это не мешает ей оставаться адекватным человеком. Верит во все цвета радуги и не верит в теорию всемирного заговора. Увлекается «нейрохиромантией» и тайно мечтает воссоздать дома Александрийскую библиотеку.

Подготовка к ОГЭ по биологии 2020 с нуля для 9 классов

По окончании 9 класса ОГЭ по биологии предстоит сдавать всем тем, кто собирается поступать в профильный 10 класс или медицинское училище. ОГЭ по биологии является достаточно популярным экзаменом по выбору среди девятиклассников. Знания, полученные на наших занятиях, помогут Вам не только успешно сдать основной государственный экзамен, но и послужат надёжной основой как для обучения в старших классах, так и для дальнейшей сдачи ЕГЭ. Записывайтесь на курсы ОГЭ по биологии “Твоя Школа”, где в комфортной обстановке Вы сможете качественно подготовиться к экзамену!

С чего начинается подготовка

Некоторые из наших учеников давно полюбили биологию и выбрали этот предмет для сдачи ОГЭ, а другие пришли к такому выбору только в начале 9 класса. Поэтому нам очень важно протестировать Вас прежде, чем начнутся занятия, и определить Ваш уровень знаний по предмету на данный момент. По результатам теста в форме ОГЭ, мы дадим Вам рекомендации по дальнейшей подготовке, а также предложим группу, в которой Вы будете легко воспринимать новую информацию и в которой Вам будет комфортно заниматься. Также на первой встрече с нами Вы сможете заполнить своё личное расписание занятий по подготовке к ОГЭ по биологии. Ваши пожелания по расписанию мы будем учитывать при запуске группы:)

Программы подготовки к ОГЭ по биологии

На занятиях акцент ставится не только на практическую часть экзамена, но и на необходимую теоретическую базу.

За курс Вы сможете изучить всю теорию, требующуюся для сдачи ОГЭ по биологии. Будет пройдено 5 основных разделов:

  • Биология как наука. Методы биологии 
  • Признаки живых организмов 
  • Система, многообразие и эволюция живой природы (царство Бактерии, царство Грибы, царство Растения, царство Животные).
  • Человек и его здоровье 
  • Взаимосвязи организмов и окружающей среды 

Если ученик имеет неплохие начальные знания, он может подключиться к нашему курсу в удобный момент с любой темы.

Основные принципы нашей работы

Работаем по стандартам ФИПИ, с учётом всех изменений в КИМ

Не просто натаскиваем на экзамен, а учим думать

Уделяем внимание каждому ученику индивидуально

Объясняем материал до полного понимания

Как проходят занятия

Занятия по подготовке к ОГЭ по биологии проходят в группах от 2 до 8 человек. Для нас очень важно сохранить индивидуальный формат подготовки, чтобы занятия не превращались в лекции. При таком подходе на занятиях удаётся работать не только со всей группой, но и с каждым учеником в отдельности: проверять выполнение домашнего задания, следить за успеваемостью, заглядывать в тетрадь к ученику, задавать наводящие вопросы. Нашим преподавателям легко удаётся сплотить ребят перед общей целью, занятия всегда проходят в дружеской обстановке. И это приносит свои результаты! У нас нет отстающих, группа работает, как настоящая команда, у которой есть опытный капитан, знающий все тонкости своего предмета и экзамена. Вы всегда можете обратиться к преподавателю за помощью вне занятий, для этого создаётся сообщество под каждую группу в социальной сети.


В результате подготовки к ОГЭ на наших курсах ученики:

  • избавятся от пробелов в знаниях по школьной программе
  • получат крепкие теоретические знания по биологии
  • смогут без труда решать все тестовые задания 1-ой части ОГЭ по биологии
  • смогут решать и грамотно оформлять задания 2-ой части ОГЭ по биологии
  • научатся решать задачи быстрее и эффективно распределять время на экзамене
  • обретут уверенность в своих силах перед сдачей экзамена

Как биологи создают с нуля клетки, похожие на живые

Всего было восемь ингредиентов: два белка, три буферных агента, два типа молекул жира и немного химической энергии. Но этого было достаточно, чтобы создать флотилию прыгающих, пульсирующих капель – рудиментарных клеточных структур с некоторыми механизмами, необходимыми для самостоятельного деления.

Для биофизика Петры Швилле танцующие творения в ее лаборатории представляют собой важный шаг на пути к созданию синтетической клетки снизу вверх, над чем она работала последние десять лет, совсем недавно в Институте биохимии Макса Планка в Мартинсриде. , Германия.

«Меня всегда интересовал этот вопрос:« Что отличает жизнь от неживой материи? », – говорит она. По словам Швилля, задача состоит в том, чтобы определить, какие компоненты необходимы для создания живой системы. В своей идеальной синтетической клетке она знала бы каждый фактор, который заставляет ее работать.

Исследователи более 20 лет пытались создать искусственные клетки, собирая вместе биомолекулы в правильном контексте, чтобы приблизиться к различным аспектам жизни.Хотя таких аспектов много, они обычно делятся на три категории: компартментализация или разделение биомолекул в космосе; метаболизм, биохимия, поддерживающая жизнь; и информационный контроль, хранение и управление сотовыми командами.

Темпы работы ускоряются, отчасти благодаря недавним достижениям в микрофлюидных технологиях, которые позволяют ученым координировать движения мельчайших клеточных компонентов. Исследовательские группы уже определили способы придания клеточноподобным каплям желаемой формы; создания рудиментарных версий клеточного метаболизма; и трансплантации созданных вручную геномов в живые клетки.Но объединение всех этих элементов остается сложной задачей.

«Гораздо проще разбирать вещи, чем собирать их вместе». Дэн Флетчер рассказывает нам о проблемах создания синтетической клетки.

Ваш браузер не поддерживает аудио элементы.

Тем не менее, это поле проникнуто новым чувством оптимизма в отношении квеста. В сентябре 2017 года исследователи из 17 лабораторий в Нидерландах сформировали группу Building a Synthetic Cell (BaSyC), целью которой является создание «клеточной, растущей и делящейся системы» в течение десяти лет, по словам биофизика Марилин Догтером, руководящего BaSyC и лабораторию в Делфтском технологическом университете.Проект финансируется за счет голландского гранта Gravitation в размере 18,8 миллиона евро (21,3 миллиона долларов США).

В сентябре Национальный научный фонд США (NSF) объявил о своей первой программе по синтетическим клеткам, объем финансирования которой составил 10 миллионов долларов. Несколько европейских исследователей, в том числе Швилле, предложили создание синтетической ячейки в качестве одной из флагманских схем Европейской комиссии по вопросам будущего и новых технологий, которые получают финансирование в размере 1 миллиарда евро.

Синтетические биологи снизу вверх предсказывают, что первые полностью искусственные клетки могут зажечь жизнь чуть более чем через десятилетие.«Я почти уверен, что мы туда доберемся», – говорит Швилле.

Все в упаковке

Исследовательские группы добились больших успехов в воссоздании некоторых аспектов клеточной жизни, особенно в имитации мембран, которые окружают клетки и разделяют внутренние компоненты. Это потому, что организация молекул является ключом к тому, чтобы заставить их работать вместе в нужное время и в нужном месте. Хотя вы можете открыть миллиард бактерий и вылить содержимое, например, в пробирку, биологические процессы не будут продолжаться долго.Некоторые компоненты необходимо разделять, а другие собирать вместе.

«Для меня это о социологии молекул», – говорит Сис Деккер, биофизик из Делфтского технологического университета.

По большей части это означает организацию биомолекул на липидных мембранах или внутри них. Швилле и ее команда – опытные борцы с мембранами. Примерно десять лет назад команда начала добавлять белки Min, которые управляют механизмом деления бактериальной клетки, на слои искусственной мембраны, состоящей из липидов.Исследователи выяснили, что миньоны будут появляться и вылетать из мембран, заставляя их вздыматься и кружиться 1 . Но когда они добавили Мин к трехмерным сферам липидов, структуры лопались, как мыльные пузыри, говорит Швилль. Ее группа и другие специалисты преодолели эту проблему, используя микрофлюидные методы для создания мембранных контейнеров размером с клетку или липосом, которые могут выдерживать множественные вставки белков – либо в сами мембраны, либо внутрь.

Липосомы размером с клетку, созданные на микрофлюидном чипе. Предоставлено: лаборатория Cees Dekker, TU Delft

.

Аспирант Швилля Томас Литчель и его сотрудники растворили белки Min в воде и выпустили капли смеси в быстро вращающуюся пробирку. Центробежная сила протягивает капли сквозь слои плотных липидов, которые инкапсулируют их по пути. Они выходят на другом конце в виде липосом размером 10–20 микрометров в поперечнике – размером со среднюю клетку растения или животного. Эти липосомы, известные как гигантские однослойные везикулы (GUV), могут быть получены разными способами, но в руках Литчеля белки Min заставляли GUV пульсировать, танцевать и сокращаться в середине 2 .

Группа Швилля хочет извлечь выгоду из своих знаний об этих белках, которые могут создавать мембранные структуры и самоорганизовываться. «Мы очень хорошо разбираемся в этих молекулах», – говорит она. «Мы хотели бы увидеть, как далеко мы сможем продвинуться с относительно простыми элементами, такими как Mins». Возможно, как намекает Литчел, команда могла бы использовать белки для формирования мембран для деления или для сбора компонентов на одном конце синтетической клетки. Так же, как некоторые физики могут использовать клейкую ленту и фольгу для точной настройки своих экспериментов, Швилле говорит, что она надеется, что эти удобные биологические молекулы дадут ей возможность возиться с клеточными структурами: «Я экспериментатор до мозга костей.

Члены команды Деккера также заполнили липосомы своими любимыми белками с помощью микрожидкостного чипа (см. «Машины для мытья пузырей»). На чипе два канала, содержащие молекулы липидов, сходятся в заполненном водой канале и выплевывают липосомы размером с клетку, которые могут удерживать различные биологические молекулы, либо застрявшие через мембрану, либо свободно плавающие внутри контейнера 3 .

По материалам исх. 3

Его группа экспериментировала с давлением, деформацией и изменением формы липосом, чтобы они приобретали несферическую форму, которая лучше имитирует клетки. Микрожидкостные устройства дают исследователям больше контроля для перемещения, сортировки и манипулирования липосомами с помощью микроканалов, которые работают почти как цепи. В этом году лаборатория Деккера разработала чип, который может механически разделить липосому на две части, прижав ее к острому наконечнику 4 .

«Это, конечно, не то, что нам нужно – мы хотим продемонстрировать разделение изнутри, но оно все же дает нам интересную информацию», – говорит Деккер. Примеры включают силу, необходимую для деления клетки, и какие типы физических манипуляций липосомы могут выдержать.В том же духе его команда также экспериментировала с формой живых клеток Escherichia coli , делая их более широкими или квадратными, выращивая их в силиконовых камерах, изготовленных из нанотехнологий. Таким образом, члены команды могут увидеть, как форма клетки влияет на механизм деления, и оценить, как белки Min работают в клетках разного размера и формы 5 .

«Мы играем с техниками нанопроизводства и делаем то, что обычный клеточный биолог никогда бы не сделал», – говорит он. «Но такой странный биофизик, как я, может это сделать.

Добавление энергии к системе

Теперь, когда стало возможным добавлять компоненты в липосомные пузыри, не взламывая их, группы могут спланировать, как заставить молекулы работать вместе. Почти все живое требует клеточной энергии, обычно в форме АТФ. И хотя это может быть добавлено извне для подпитки синтетической системы, многие биологи, работающие по восходящему принципу, утверждают, что настоящая синтетическая клетка должна иметь свою собственную энергетическую установку, что-то вроде митохондрии животной клетки или хлоропласта растения. которые производят АТФ.

Группа Иоахима Шпатца из Института медицинских исследований Макса Планка в Гейдельберге, Германия, построила рудиментарную митохондрию, которая может создавать АТФ внутри пузырька.

Для этого его команда использовала новые микрофлюидные методы. Во-первых, они стабилизировали GUV, поместив их внутрь капель воды в масле, окруженных вязкой оболочкой из полимеров. Затем, когда эти стабилизированные каплями GUV текли по микроканалу, команда вводила в них большие белки, либо внутри везикулы, либо встроенные в поверхность мембраны (см. «Сборочные линии»).

По материалам исх. 6

Они загрузили эти мембраны ферментом под названием АТФ-синтаза, который действует как своего рода молекулярное водяное колесо, вырабатывая энергию АТФ из молекул-предшественников, когда протоны проходят через мембрану. Добавляя кислоту для ускорения протонов вне GUV, команда стимулировала производство АТФ внутри 6 .

Спатц объясняет, что исследователи могут снова переключить GUV вокруг микроканала для еще одной инъекции белка, чтобы последовательно добавлять компоненты.Например, следующим шагом может быть добавление компонента, который автоматически настроит протонный градиент для системы.

«Это важный модуль, как и в реальной жизни», – говорит Спатц.

Другая группа синтетической биологии Макса Планка, возглавляемая биохимиком Тобиасом Эрбом, отказывается от других подходов к построению клеточных метаболических путей. Его особенно интересуют пути, которые позволяют фотосинтетическим микробам вытягивать углекислый газ из окружающей среды и производить сахар и другие строительные блоки клетки.

Эрб, руководитель группы в Институте земной микробиологии им. Макса Планка в Марбурге, Германия, придерживается подхода с чистого листа к синтезу путей клеточного метаболизма. «С инженерной точки зрения мы думаем о том, как спроектировать, – говорит он, – а затем создаем это в лаборатории».

Его группа разработала схему системы, которая могла бы преобразовывать CO 2 в малат, ключевой метаболит, образующийся во время фотосинтеза. Команда предсказала, что этот путь будет даже более эффективным, чем фотосинтез.Затем Эрб и его команда провели поиск в базах данных ферментов, которые могли бы выполнять каждую из реакций. Некоторым потребовалось превратить существующие ферменты в дизайнерские.

В итоге они обнаружили 17 ферментов из 9 различных организмов, в том числе E. coli , архей, растения Arabidopsis и человека. Реакция, что неудивительно, была неэффективной и медленной. 7 .

«Мы собрали команду ферментов, которые не работали вместе», – говорит Эрб.Однако после некоторой дальнейшей инженерии ферментов у команды есть «версия 5.4», которая, по словам Эрба, работает на 20% эффективнее, чем фотосинтез.

Расширяя эту работу, группа Эрба начала конструировать сырую версию синтетического хлоропласта. Измельчая шпинат в блендере и добавляя его механизмы фотосинтеза к своей ферментной системе в пробирке, биологи могут управлять производством АТФ и превращением CO 2 в малат – только освещая его ультрафиолетовым светом.

Хотя все может работать в пробирке на короткое время, говорит Эрб, «в конце концов, мы хотели бы, чтобы все было разделено, как хлоропласт». Он рад сотрудничеству с синтетическими биологами, такими как Кейт Адамала, которые могут создавать сложные компартменты и управлять ими.

Группа Адамала из Миннесотского университета в Миннеаполисе работает над способами создания программируемых биореакторов путем введения простых генетических цепей в липосомы и их объединения для создания более сложных биореакторов.Она называет их «мыльные пузыри, производящие белки».

Ее группа строит эти биореакторы, используя систему вращающихся трубок, аналогичную системе Schwille, но которая производит липосомы меньшего размера. Исследователи добавляют круги ДНК, называемые плазмидами, которые они разработали для выполнения определенной функции, а также все механизмы, необходимые для производства белков из ДНК.

Например, ее группа создала липосомные биореакторы, которые могут обнаруживать антибиотик в окружающей среде через поры мембраны и могут генерировать биолюминесцентный сигнал в ответ 8 .

Последовательно объединяя простые биореакторы вместе, команда может создавать более сложные генетические цепи. Но системы начинают разрушаться по мере того, как они расширяются до десяти или около того компонентов. По словам Адамала, это серьезная проблема для отрасли. В реальной клетке белки, которые могут мешать действиям друг друга, разделены множеством механизмов. Для гораздо более простых синтетических клеток биологи должны найти другие способы установить этот контроль. Это может происходить посредством внешнего контроля, когда экспериментатор решает, какие липосомы смешивать вместе и когда.Это также может быть достигнуто с помощью химических меток, которые регулируют, какие липосомы могут сливаться вместе, или с помощью системы замедленного высвобождения.

Информационные инъекции

Еще один ключ к созданию ячейки – правильное программное обеспечение. Чтобы позволить синтетической клетке следовать инструкциям ученых и воспроизводить себя, потребуется какой-то способ хранения и извлечения информации. В живых системах это делают гены – от сотен у некоторых микробов до десятков тысяч у человека.

Сколько генов потребуется синтетической клетке, чтобы запустить саму себя, – предмет здоровых споров. Швилль и другие хотели бы, чтобы его было около нескольких десятков. Другие, такие как Адамала, считают, что синтетическим клеткам нужно 200–300 генов.

Некоторые решили начать с чего-то живого. Синтетический биолог Джон Гласс и его коллеги из Института Дж. Крейга Вентера (JCVI) в Ла-Хойя, Калифорния, взяли один из самых маленьких известных микробных геномов на планете, геном бактерии Mycoplasma mycoides , и систематически разрушили его гены для определения основных.Получив эту информацию, они химически сшили минимальный геном в лаборатории.

Этот синтезированный геном содержал 473 гена – примерно половину того, что было в исходном организме – и он был трансплантирован родственному виду бактерий, Mycoplasma capricolum 9 . В 2016 году команда показала, что этот минимальный синтетический геном может «запустить» свободноживущий, но медленнорастущий организм 10 . По его словам, Гласс считает, что будет трудно еще больше уменьшить это число: уберите любой ген, и он либо убьет клетки, либо замедлит их рост почти до нуля.

Он и его коллеги из JCVI составляют список «сотовых задач» на основе последней версии своего творения, JCVI-syn3.0a, который может действовать как образец минимального списка дел для ячейки. Но примерно для 100 из этих генов они не могут определить, что делает их важными.

В качестве следующего шага и при поддержке гранта NSF в размере почти 1 миллиона долларов Гласс и Адамала попытаются установить геном JCVI-syn3.0a в синтетическую липосому, содержащую механизм, необходимый для преобразования ДНК в белок, чтобы проверить, сможет ли он может выжить.В этом случае и программное обеспечение, и оборудование ячейки будут с самого начала синтетическими.

Если бы он мог расти и делиться, это было бы огромным шагом. Но многие утверждают, что для того, чтобы по-настоящему представить живую систему, она также должна развиваться и адаптироваться к окружающей среде. «Это цель с самыми непредсказуемыми результатами, а также с самыми большими проблемами», – говорит Швилле. «То, что постоянно создается, – это не жизнь – хотя я был бы счастлив!» она сказала. «Чтобы клетка была жива, она должна развивать новые функции.”

Команда Гласса в JCVI проводила эксперименты по адаптивной лабораторной эволюции с JCVI-syn3.0a, отбирая организмы, которые быстрее растут в богатом питательными веществами бульоне. На данный момент, после примерно 400 делений, он и его команда получили клетки, которые растут примерно на 15% быстрее, чем исходный организм. И они увидели несколько изменений в последовательности генов. Но пока нет свидетельств того, что микроб развивает новые клеточные функции или стремительно увеличивает свою приспособленность.

Эрб говорит, что разработка того, как добавить эволюцию к синтетическим клеткам, – единственный способ сделать их интересными. Этот небольшой беспорядок в биологических системах позволяет им улучшить свою работу. «Как инженеры, мы не можем построить идеальную синтетическую ячейку. Мы должны построить самокорректирующуюся систему, которая будет становиться лучше », – говорит он.

Синтетические клетки могут помочь понять, как жизнь может выглядеть на других планетах. А синтетические биореакторы под полным контролем исследователя могут предложить новые решения для лечения рака, борьбы с устойчивостью к антибиотикам или очистки токсичных участков.Высвобождение такого организма в человеческое тело или окружающую среду было бы рискованным, но спроектированный сверху вниз организм с неизвестным и непредсказуемым поведением может быть еще более рискованным.

Догтером говорит, что синтетические живые клетки также вызывают другие философские и этические вопросы: «Будет ли это жизнью? Будет ли он автономным? Сможем ли мы это контролировать? » По ее словам, эти разговоры должны происходить между учеными и общественностью. Что касается опасений, что синтетические клетки выйдут из-под контроля, Догтером беспокоится меньше.«Я убежден, что наша первая синтетическая клетка будет паршивой имитацией того, что уже существует». И как инженеры синтетической жизни, она и ее коллеги могут легко включить элементы управления или аварийный выключатель, который делает клетки безвредными.

Она и другие синтетические биологи будут продолжать продвигаться вперед, исследуя границы жизни. «Время подходящее, – говорит Догтером. «У нас есть геномы, список запчастей. Минимальной клетке нужно всего несколько сотен генов, чтобы иметь что-то вроде живого.Сотни деталей – это огромная проблема, но это не тысячи – это очень увлекательно ».

СИНТЕТИЧЕСКАЯ БИОЛОГИЯ «С ЦЕПИ» – Наука и приложения синтетической и системной биологии

Дарвиновские основы жизни

В предыдущих презентациях на этой сессии описывалось сочетание нисходящего и восходящего подходов к синтетической биологии. Эта презентация предназначена для того, чтобы погрузить нас в самое дно, поскольку мы обсуждаем синтетическую биологию «с нуля», то есть жизнь с нуля.Жизнь – это то, что мы все знаем, когда видим ее, верно? Рассмотрим гигантскую бактерию Titanospirillum velox , которая, как мы все согласились бы, жива. Тем не менее, в недавней публикации Ричарда Гувера, появившейся в онлайн-журнале Journal of Cosmology (Hoover, 2011), он описывает то, что, по его мнению, является внеземным аналогом Titanospirillum , обнаруженным в определенном классе углеродистых метеоритов. Многие популярные СМИ попались на это, при поддержке репортажа Fox News, показывающего микрофотографию Titanospirillum , а не минеральных артефактов внутри метеорита, которые, по мнению большинства экспертов, не имеют ничего общего с жизнью.

Но ведь эксперты должны знать жизнь, когда видят ее, верно? И поэтому специалисты должны уметь определять жизнь. Действительно, некоторые ученые выдвинули определение или, по крайней мере, рабочее определение жизни. Некоторые, в том числе и я, указали на так называемое рабочее определение жизни НАСА, которое представляет собой самоподдерживающуюся химическую систему, способную претерпевать дарвиновскую эволюцию (Джойс, 1994). В нескольких презентациях на этом семинаре эволюция упоминалась как отличительная, если не определяющая черта жизни.Дарвиновская парадигма – единственная известная нам парадигма, которая объясняет, как биологическая сложность может выдерживать капризы изменяющейся окружающей среды. Дарвиновская эволюция имеет строгое научное обоснование, но слово «жизнь» не является научным термином. Как сказал бы Эндрю Эллингтон, это термин для поэтов и философов, и ученые, не говоря уже о правительственном агентстве, таком как НАСА, не должны пытаться дать ему определение.

Не увязая в определениях, мы можем согласиться с тем, что жизнь – это все, что связано с дарвиновской эволюцией, и что ученые понимают, что такое дарвиновская эволюция. Ключевыми принципами дарвиновской эволюции являются, во-первых, наследуемые вариации формы и функций среди популяции индивидов; во-вторых, конкуренция этих лиц за ограниченные ресурсы; в-третьих, преимущественное воспроизведение вариантов, наиболее эффективно действующих в конкурентной среде. В книге « Происхождение видов » Чарльз Дарвин сделал наблюдение: «Благодаря этой борьбе за жизнь любая вариация … если она в какой-то степени будет выгодна для особи любого вида в ее бесконечно сложных отношениях с другими. органические существа и внешняя природа … обычно будет , унаследованная его потомками »(Дарвин, 1859; курсив добавлен).Если бы у жизни был девиз, если бы не формальное определение, было бы унаследовать прибыльный вариант . Мне, например, было бы комфортно придерживаться этого лозунга.

При рассмотрении синтетической биологии с нуля основное внимание уделяется эволюции функциональных молекул, а не организмов. Принципы направленной молекулярной эволюции те же, что и для дарвиновской эволюции организмов, опять же под лозунгом : наследуем выгодную вариацию . С химической точки зрения, дарвиновская эволюция включает три процесса: (1) воспроизводство молекул, несущих информацию ( наследуют ), (2) отбор молекул, отвечающих некоторым критериям пригодности ( выгодно ), и (3) поддержание химического разнообразия. среди популяции молекул ( вариация ).

За последние два десятилетия технология прямой молекулярной эволюции стала очень мощной, но при этом рутинной. Существует множество методов введения молекулярных вариаций, как для создания начальных комбинаторных библиотек, так и для поддержания вариативности в популяции. Лица, прошедшие какой-либо фитнес-тест, могут быть разделены на основе высокопроизводительного экрана или процедуры отбора. Посредством скрининга можно идентифицировать один или несколько весьма выгодных вариантов и впоследствии мутагенизировать их, чтобы получить комбинаторную библиотеку второго поколения. Этот процесс итеративного высокопроизводительного скрининга может быть мощным инструментом открытия, хотя он не полностью отражает возможности дарвиновской эволюции, которая требует, чтобы популяция в целом подвергалась повторным раундам отбора и рандомизации. Поддержание разнообразия населения является ключом к изучению фитнес-ландшафта, потому что это позволяет как доминирующим, так и субдоминантным особям порождать новые варианты. Субдоминирующие особи после приобретения нескольких полезных мутаций могут дать потомков, которые будут более выгодными по сравнению с ранее доминировавшими особями.В идеале потеря вариативности из-за отбора должна быть компенсирована введением новых вариаций в ходе эволюции.

Есть много методов выбора прибыльных молекул. Например, молекулы могут быть выбраны на основе их специфической хроматографической подвижности, их способности выдерживать воздействие определенных физических условий, их способности связываться с целевым лигандом (аптамеры) или их способности катализировать конкретное химическое превращение (ферменты). Могут быть наложены более сложные критерии выбора, такие как сочетание как положительного, так и отрицательного выбора, условного выбора и выбора для нескольких атрибутов.

Наконец, существуют различные методы воспроизведения прибыльных молекул, чтобы вызвать наследование селективно выгодных свойств. Если выбранные молекулы представляют собой ДНК или РНК, то их амплификация легко достигается с помощью соответствующего фермента (ов) полимеразы, что приводит к большому количеству потомства. Если выбранные молекулы являются белками, которые нельзя амплифицировать напрямую, необходимо амплифицировать молекулы нуклеиновой кислоты, которые кодируют и физически связаны с соответствующими белками.Такие методы, как фаговый дисплей, рибосомный дисплей и компартментализованная саморепликация, позволяют амплифицировать ансамбль генов, кодирующих соответствующий набор белков. Тот же принцип генетического кодирования можно использовать для усиления других информационных макромолекул, таких как аналоги пептидов, полисахариды и даже многокомпонентные органические молекулы.

Все методы амплификации, описанные выше, не являются частью самоподдерживающейся развивающейся системы, потому что они полагаются на информационные макромолекулы, которые сами не подвержены эволюции внутри системы.Белковые полимеразы, фаговые частицы и рибосомы – все это продукты дарвиновской эволюции в биологии. Они используются в качестве операторов в лабораторных эволюционных системах, но их информационное содержание не подлежит эволюции в этих системах.

Экспериментальное стремление к жизни с нуля началось в 1953 году с работы Стэнли Миллера, тогда еще аспиранта Чикагского университета, который стремился приготовить пребиотический суп из полностью абиотических ингредиентов (Miller, 1953).Ни один из этих ингредиентов не содержал информации, полученной из дарвиновских процессов. Прошло почти 60 лет с тех пор, как Миллер провел классические эксперименты, а жизнь на основе пребиотического супа еще не появилась. Однако был достигнут значительный прогресс в синтезе жизни с использованием других методов, и теперь кажется, что создание жизни с нуля будет достигнуто в ближайшем будущем. Некоторые исследовательские работы в этом направлении, как это сделал Миллер, пытались повторить историческое происхождение жизни на Земле.Другие попытки черпают вдохновение в происхождении жизни на Земле, но нацелены на второе происхождение, которое могло бы произойти в явно искусственных лабораторных условиях. Значительное внимание было направлено на критическую роль, которую, как полагают, РНК играла в ранней истории жизни на Земле, в эпоху, называемую «миром РНК» (Atkins et al., 2011). РНК продолжает играть центральную роль в современной биологии, что еще больше мотивирует цель создания жизни на основе РНК с нуля.

Самоподдерживающаяся дарвиновская эволюция

Явной целью моей исследовательской программы является создание системы молекул РНК, которые претерпевают самоподдерживающуюся дарвиновскую эволюцию. Фактически, эта цель была недавно достигнута, хотя системе все еще не хватает сложности и изобретательности, которые можно было бы назвать жизнью. Самоподдерживающаяся развивающаяся система использует популяции РНК-ферментов, которые катализируют РНК-шаблонное соединение РНК-субстратов. Ферменты содержат ~ 55 основных нуклеотидов и могут быть объединены с парами РНК-субстратов практически любой последовательности (Rogers and Joyce, 2001).Если после соединения субстраты образуют дополнительные копии ферментов, то может быть достигнута саморепликация. Новообразованные ферменты ведут себя аналогичным образом, что приводит к экспоненциальному росту (Paul and Joyce, 2002). Однако этот процесс не может продолжаться бесконечно и ограничен с точки зрения информации требованием, чтобы исходные и вновь образованные ферменты имели одинаковую последовательность.

Усовершенствованная версия системы репликации использует два разных фермента РНК, которые катализируют синтез друг друга, обеспечивая их перекрестную репликацию и устойчивый экспоненциальный рост (Kim and Joyce, 2004; Lincoln and Joyce, 2009).Каждый фермент перекрестно реплицирующейся пары содержит два субстрат-связывающих домена, которые распознают соответствующие олигонуклеотидные субстраты посредством пар Уотсона-Крика. Во время перекрестной репликации фермент «Ватсон» соединяет две части РНК с образованием фермента «Крика», а фермент «Крик» соединяет две части РНК с образованием фермента «Ватсона». Информация передается между этими двумя ферментами в виде конкретных последовательностей в двух доменах связывания субстрата.

После оптимизации системы перекрестной репликации теперь возможно достичь 100-кратной амплификации всего за несколько часов при постоянной температуре и в отсутствии каких-либо биологических материалов (Lincoln and Joyce, 2009).Единственными информационными макромолекулами в системе являются ферменты и их компоненты, которые сами подвергаются дарвиновской эволюции внутри системы. Единственными другими компонентами являются MgCl 2 , буфер для поддержания pH, и H 2 O. Эволюция может происходить, потому что существует множество потенциальных вариантов перекрестно реплицирующихся ферментов, которые должны конкурировать за ограниченный запас субстратов и могут подвергаться воздействию мутации путем рекомбинации двух субстрат-связывающих доменов.

Начиная с небольшого зародыша перекрестно реплицирующихся ферментов, амплификация происходит с экспоненциальным ростом, ограниченным только количеством доступных субстратов.Профиль амплификации следует уравнению логистического роста [фермент] t = a / (1 + b e c t ), где a – максимальная степень амплификации, b – это степень сигмоидности, а c – экспоненциальная скорость роста. Это уравнение также описывает рост популяции биологических организмов, ограниченный пропускной способностью их местной окружающей среды.

Перекрестная репликация ферментов РНК может поддерживаться неопределенно долго, продолжая поставлять необходимые субстраты.Это наиболее удобно достигается с помощью процедуры последовательного переноса, при которой небольшая аликвота отбирается из отработанной реакционной смеси и переносится в новый реакционный сосуд, содержащий свежий запас субстратов. Новая реакционная смесь содержит только те ферменты, которые были перенесены в аликвоту, и эти ферменты немедленно возобновляют экспоненциальную амплификацию в новой смеси. В течение 24 часов может быть достигнут общий коэффициент усиления> 10 9 (Lincoln and Joyce, 2009).

Самоподдерживающееся экспоненциальное усиление обеспечивает двигатель роста для дарвиновской эволюции, но именно разнообразие ферментов в популяции, их различная репродуктивная пригодность и их способность к мутации дает возможность развивать макромолекулярную информацию. Прибыльные вариации в системе возникают за счет определенных комбинаций субстратов, которые образуют кросс-репликаторы с высокой репродуктивной способностью. Генетическая основа этой вариации представлена ​​двумя «локусами» – двумя субстрат-связывающими доменами – которые могут существовать как любые из большого числа возможных «аллелей».Каждый аллель может кодировать соответствующий фенотипический признак, воплощенный в функциональном домене, который физически связан с этим аллелем. Если существует n потенциальных вариантов первого аллеля и m потенциальных вариантов второго аллеля, то комбинаторная сложность системы составляет n × m .

В качестве примера была сконструирована популяция перекрестно реплицирующихся ферментов с 12 различными аллелями в каждом из двух локусов, обеспечивая комбинаторную сложность 12 × 12 = 144.Каждый вариантный аллель был связан с разной формой каталитического центра фермента, что приводило к разной репродуктивной способности для различных комбинаций аллелей в двух локусах (Lincoln and Joyce, 2009). В процессе эволюции было засеяно 12 различных перекрестно реплицирующихся пар, которые из-за мутации могли дать начало любой из 132 других комбинаций. Эволюция продолжалась автономно в течение 100 часов с общим коэффициентом усиления 10 25 .За это время численность стартовых 12 репликаторов уменьшилась по мере появления новых вариантов, которые стали доминировать в популяции. Три из этих новых вариантов вместе составили около половины популяции через 100 часов. Было показано, что в основе их селективного преимущества лежит их относительно высокая скорость амплификации и их склонность к перекрестным мутациям с образованием дополнительных копий друг друга.

На пути к изобретательской эволюции

Возможность изобретения новой функции в контексте дарвиновской эволюции зависит как от генетической сложности системы, так и от функционального богатства соответствующих фенотипов.Популяция из 144 репликаторов представлена ​​всего ~ 7 битами генетической информации. Это намного меньше, чем генетическая сложность даже простейших биологических систем, которые имеют информационное содержание 2 бита на пару оснований генетического материала. В принципе, развивающаяся система на основе синтетической РНК может иметь информационное содержание 30 бит, учитывая 15 пар оснований в двух генетических локусах. Это обеспечило бы молекулярное разнообразие 4 15 = 10 9 . Однако было бы невозможно управлять таким большим разнообразием из-за огромного количества молекул субстрата, которые должны были бы присутствовать в реакционной смеси. Это замедлит репликацию, поскольку каждый фермент должен найти родственные ему субстраты среди сложной смеси.

Текущие исследования в нашей лаборатории направлены на максимальное увеличение генетической сложности самоподдерживающейся развивающейся системы в практических пределах как создания, так и сбора молекулярного разнообразия. Мы построили популяцию перекрестно реплицирующихся ферментов с 64 различными аллелями для каждого из двух генетических локусов, обеспечивая комбинаторную сложность 64 × 64 = 4096.В этой тестовой популяции каждый вариантный аллель был связан с одной и той же функциональной последовательностью. Это было сделано для оценки степени, в которой различия в одном только генотипе приведут к дифференцированной приспособленности, что должно быть минимизировано, чтобы позволить самое широкое исследование новых фенотипов. Начиная с этой библиотеки, была проведена 10 6 -кратная селективная амплификация; затем индивидуумы были клонированы из популяции и секвенированы. Действительно, были выявлены два источника систематической ошибки, связанной с генотипом, и эти ошибки были исключены из последующих построенных популяций.

Хотя репликативная функция является наиболее важным аспектом фенотипа, репликация может зависеть от других функций, так что приспособленность отражает способность выполнять эти другие функции. Существует область стебель-петля фермента РНК, которая поддерживает структуру каталитического центра и является общей по порядку, пока она образует стабильную вторичную структуру. Эта стержневая петля может быть заменена лиганд-связывающим (аптамерным) доменом, сконфигурированным таким образом, что в отсутствие лиганда домен не структурирован, тогда как в присутствии лиганда домен принимает сложенное состояние, которое поддерживает активную структуру фермент.Таким образом, репликация может зависеть от распознавания лиганда-мишени (Lam and Joyce, 2009).

В качестве двух примеров, поддерживающая стволовая петля фермента была заменена аптамером, который распознает либо теофиллин, либо FMN (Lam and Joyce, 2009). В отсутствие лиганда репликация отсутствует, но в присутствии лиганда наблюдается устойчивый экспоненциальный рост. Кроме того, экспоненциальная скорость роста зависит от концентрации лиганда относительно K d (константа равновесного связывания) лиганд-связывающего домена.Этот метод количественной лиганд-зависимой экспоненциальной амплификации может найти применение в биосенсорной и молекулярной диагностике. Он аналогичен количественной ПЦР для измерения мишеней нуклеиновых кислот, но работает при постоянной температуре и может быть распространен на мишени, не относящиеся к нуклеиновым кислотам, включая белки, лекарственные препараты и метаболиты, которые могут быть распознаны аптамером (Lam and Joyce , 2011).

Самостоятельная эволюционная система в принципе может быть использована для открытия новых аптамеров.Генетически кодируемый домен со случайной последовательностью может быть размещен рядом с каталитическим центром, так что распознавание лиганда приведет к селективной амплификации функциональных молекул. Это потребует достаточной генетической сложности для кодирования популяции, содержащей достаточно вариантов для включения молекул с желаемой функцией. Наши самые недавно сконструированные популяции перекрестно реплицирующихся ферментов имеют 256 различных аллелей для каждого из двух локусов, что обеспечивает комбинаторную сложность 256 × 256 = 65 536.Этого все еще, вероятно, будет недостаточно для получения новых аптамеров в контексте самоподдерживающейся эволюции, если лиганды-мишени не являются соединениями, которые имеют сильную склонность к связыванию с РНК.

Популяции с комбинаторной сложностью 256 × 256 были построены двумя разными методами. Первый включал серийное производство всех 256 + 256 = 512 аллельных вариантов, синтез индивидуальных шаблонов ДНК для связывания каждой комбинации генотип-фенотип, а затем транскрибирование матриц для создания соответствующих РНК.Преимущество этого подхода заключается в том, что каждый вариант хранится в отдельном месте, что позволяет создавать собственные подбиблиотеки. Недостатком является то, что при стоимости синтеза ~ 10 долларов за вариант метод не может быть распространен на гораздо более сложные популяции. Второй подход к построению популяций включал новый метод разделения и объединения, который позволяет синтезировать всю популяцию параллельно. Параллельный метод позволяет создавать популяции, состоящие из 10 9 различных членов, хотя, как обсуждалось выше, было бы трудно управлять такими разнообразными популяциями в ходе эксперимента по самостоятельной эволюции.

С увеличением сложности популяции становится важным учитывать природу кода, который связывает определенные генетические последовательности с их соответствующими функциональными последовательностями. Этот код можно выбрать произвольно, но эволюционная оптимизация, вероятно, выиграет, если более близкородственные генетические последовательности будут соответствовать более близкородственным функциональным последовательностям. Код не обязательно должен иметь коллинеарное соотношение 3: 1, как в случае генетического кода в биологии, который связывает тринуклеотидные кодоны в мРНК с отдельными аминокислотами в белках.Кроме того, не обязательно применять один и тот же код для всех позиций генотипа, хотя это упрощение явно имеет большое селективное преимущество для естественной биологии. В синтетической биологии экспериментатор должен решить, какой генетический код использовать, исходя из теоретических и практических соображений.

При подготовке популяций комбинаторной сложности 256 × 256 были реализованы два разных «разреженных» кода, при этом каждый нуклеотид в области генотипа кодирует один или несколько нуклеотидов в области фенотипа.Для серийно сконструированной популяции каждый из четырех генетических нуклеотидов кодирует три несмежных нуклеотида в функциональной области с различным соотношением кодонов для каждой генетической позиции. Для параллельной библиотеки каждый из четырех генетических нуклеотидов кодирует один или два смежных нуклеотида в функциональной области, опять же с различным соотношением кодонов для каждой генетической позиции. В настоящее время проводятся экспериментальные исследования для оценки рабочих характеристик этих различных кодов.

Практикуя синтетическую биологию с нуля, экспериментатор устанавливает правила и позволяет дарвиновской эволюции участвовать в игре. Способность системы изобретать новые функции является наиболее важным показателем ее надежности. Изобретательность должна быть как можно более широкой, чтобы система могла адаптироваться к непредвиденным изменениям в ее среде. Жизнь на Земле, хотя и уязвима к экстремальным изменениям условий окружающей среды, продемонстрировала необычайную жизнестойкость и изобретательность в адаптации к совершенно разрозненным нишам.Возможно, наиболее значительным изобретением жизни является генетическая система, обладающая расширяемой способностью к изобретательству, что, вероятно, не скоро будет реализовано для синтетических биологических систем. Однако, как только информационным макромолекулам будет предоставлена ​​возможность наследовать выгодные вариации посредством самоподдерживающейся дарвиновской эволюции, они просто могут начать жить собственной жизнью.

Благодарности

Джефф Роджерс разработал фермент РНК, который обеспечивает основу для репликации, Наташа Пол представила первую демонстрацию самовоспроизводящегося фермента РНК, Донг-Ын Ким преобразовал систему в формат перекрестной репликации, Трейси Линкольн впервые достигла Самоподдерживающаяся дарвиновская эволюция ферментов РНК, Бьянка Лам сделала репликацию зависимой от распознавания лиганда-мишени, а Майкл Робертсон и Джонатан Шепански сконструировали все более сложные популяции перекрестно реплицирующихся ферментов РНК.Эта работа была поддержана грантами Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (NNX10AQ91G), Национальных институтов здравоохранения (GM065130), Национального научного фонда (MCB-0948161) и Агентства перспективных исследовательских проектов Министерства обороны (DSO BAA-09-63). ).

Список литературы

  • Аткинс Дж. Ф., Гестеланд РФ, Чех TR, редакторы. Миры РНК: от происхождения жизни к разнообразию в регуляции генов. Колд-Спринг-Харбор, штат Нью-Йорк: Лаборатория Колд-Спринг-Харбор; 2011.

  • Hoover RB.Ископаемые остатки цианобактерий в углеродистых метеоритах CI1. Журнал космологии. 2011; 13 опубликовано в Интернете в марте 2011 года.

  • Джойс Г.Ф. Предисловие. Димер Д.В., Флейшакер Г.Р., редакторы. Бостон: Джонс и Бартлетт; Истоки жизни: основные концепции. 1994: xi – xii.

  • Ким Д.Е., Джойс Г.Ф. Кросс-каталитическая репликация рибозима РНК-лигазы. Химия и биология. 2004. 11: 1505–1512. [PubMed: 15556001]
  • Лам Б.Дж., Джойс Г.Ф. Изотермическая система, которая сочетает лиганд-зависимый катализ с лиганд-независимой экспоненциальной амплификацией.Журнал Американского химического общества. 2011; 133: 3191–3197. [Бесплатная статья PMC: PMC3048896] [PubMed: 21322594]
  • Miller SL. Производство аминокислот в возможных примитивных земных условиях. Наука. 1953; 117: 528–529. [PubMed: 13056598]
54

Исследовательский институт Скриппса.

Синтетическая жизнь: Сделано с нуля

Ссылки

1. «Синтетическая биология: объем, применение и значение.» Королевская инженерная академия . Май 2009 г. По состоянию на 2 декабря 2017 г.

2. Джейкоб Ф. и Монод Дж. «Генетические регуляторные механизмы в синтезе белков». Журнал молекулярной биологии 3 , 318–356 (1961).

3. Гарднер Т.С., Кантор С.Р. и Коллинз Дж. Дж. «Создание генетического переключателя для Escherichia coli». Nature 403 , 339–342 (2000).

4. Эловиц М.Б., Лейблер С. «Синтетическая осцилляторная сеть регуляторов транскрипции.” Nature 403 , 335–8 (2000).

5. Чан Л.Я., Косури С. и Энди Д. «Рефакторинг бактериофага Т7». Мол сист Биол 1 (2005).

6. Лартиг С., Гласс Дж. И., Альперович Н. и др. «Трансплантация генома бактерий: смена одного вида на другой». Наука 317 , 632–8 (2007).

7. Гибсон Д.Г., Бендерс Г.А., Эндрюс-Пфаннкоч С. и др. «Полный химический синтез, сборка и клонирование генома Mycoplasma genitalium.” Наука 319 , 1215–20 (2008).

8. Гибсон Д.Г., Гласс Дж. И., Лартиг С. и др. «Создание бактериальной клетки, контролируемой химически синтезированным геномом». Наука 329 , 52–6 (2010).

9. Анналуру Н., Мюллер Х., Митчел Л.А. и др. «Полный синтез функционального конструктора эукариотической хромосомы». Science 344 , 55–8 (2014).

10. Zhang Y, Ptacin JL, Fischer EC, et al. «Полусинтетический организм, который хранит и извлекает увеличенную генетическую информацию.” Nature 551 , 644–47 (2017).

11. «Ученые создали первый полусинтетический организм, который хранит и извлекает неестественную информацию». Исследовательский институт Скриппса. Пресс-релиз. 29 ноября 2017 г. По состоянию на 2 декабря 2017 г.

12. Hutchison CA, Chuang R, Noskov VN, et al. «Дизайн и синтез минимального бактериального генома». Наука 351 , 1414 (2016).

13. Karr JR, Sanghvi JC, Macklin DN, et al. «Компьютерная модель всей клетки предсказывает фенотип по генотипу.” Cell 150 , 389–401 (2012).

14. Данчин А. и Фанг Г. «Неизвестные неизвестные: важные гены в поисках функции». Microb Biotechnol 9 , 530–40 (2016).

15. Peña-Castillo L and Hughes TR. «Почему до сих пор существует более 1000 не охарактеризованных генов дрожжей?» Генетика 176 , 7–14 (2007).

16. «Системная биология: взгляд на инженерию и медицину». Академия медицинских наук и Королевская инженерная академия (2007).

17. Кауфманн К.В., Леммон Г.Х., ДеЛука С.Л., Шихан Дж. Х. и Мейлер Дж. «Практически полезно: что может сделать для вас ROSETTA Protein Modeling Suite». Биохимия 49 , 2987–98 (2010).

18. Кульман Б., Дантас Дж., Иретон Г.К., Варани Дж., Стоддард Б.Л. и Бейкер Д. «Дизайн новой глобулярной белковой складки с точностью до атомного уровня». Наука 302 , 1364–68 (2003).

19. Ашворт Дж., Хавранек Дж. Дж., Дуарте С.М. и др. «Вычислительная модернизация специфичности связывания и расщепления эндонуклеазной ДНК». Nature 441 , 656–59 (2006).

20. Jiang L, Althoff EA, Clemente FR, et al. «Вычислительный дизайн de novo ретроальдольных ферментов». Наука 319 , 1387–91 (2008).

21. Саймонс К.Т., Бонно Р., Ручински И. и Бейкер Д. «Ab initio предсказание структуры белка мишеней CASP III с использованием Rosetta». Proteins 37, 171–76 (1999).

22. Shaw DE, Bowers KJ, Edmond C, et al. «Труды конференции по высокопроизводительным сетевым вычислениям, хранению данных и анализу – SC ‘09.»(2009).

23. Pierce LCT, Salomon-Ferrer R, de Oliveira CAF, et al. «Обычный доступ к событиям в миллисекундной шкале времени с ускоренной молекулярной динамикой». J Chem Theory Comput 8 , 2997–3002 (2012).

24. Tracewell CA и Arnold FH. «Направленная эволюция ферментов: подъем по фитнесу требует одной аминокислоты за раз». Curr Opin Chem Biol 13 , 3–9 (2009).

25. Поллак А. «США. Комиссия по биоэтике дает зеленый свет синтетической биологии.» Нью-Йорк Таймс . 16 декабря 2010 г.

26. Чо М.К., Магнус Д., Каплан А.Л. и Макги Д. «Этические соображения при синтезе минимального генома». Science 286 , 2087–89 (1999).

27. Weitze M и Pühler A. «Синтетическая биология – к инженерной науке». European Review 22 , S102–12 (2014).

28. «Рамки ответственных инноваций». Совет по инженерным и физическим наукам .

Первоначально опубликовано на Medium https://medium.com/@NikoMcCarty/synthetic-life-forms-could-change-everything-so-why-hasnt-it-been-done-e79c398ea657

Как ученые создают синтетическую жизнь с нуля

За последнее десятилетие простота секвенирования и создания ДНК настолько улучшилась, что возможности генной инженерии значительно расширились.

Теперь исследователи могут выйти за рамки тех незначительных переделок, которые они делали в прошлом – например, добавления или деактивации одного гена.Вместо этого некоторые ученые сейчас сосредоточены на широкомасштабном создании и реинжиниринге живых существ, чтобы улучшить нашу окружающую среду, нашу энергию и наше здоровье.

Добро пожаловать в странный новый мир синтетической биологии, в котором живые существа являются инструментом, которым можно манипулировать в практических целях. Это мир, в котором когда-нибудь организмы, созданные с нуля, смогут преобразовывать отходы в топливо или проникать в тела людей, чтобы убить рак.

Некоторые ученые считают синтетическую биологию лучшим средством для решения некоторых из самых насущных проблем мира, таких как постоянно растущий спрос на продукты питания и энергию.Но перспектива возможных неудач, не говоря уже о беспокойстве о том, чтобы возиться с жизнью с самого начала, безусловно, тоже есть. Вот учебник по синтетической биологии.

Что такое синтетическая биология?

Термин «синтетическая биология» обычно относится к разработке новых биологических инструментов для практических целей. Если это очень похоже на существующую практику генной инженерии – что ж, это имеет смысл, потому что это так.

Многие ученые просто называют синтетическую биологию «генной инженерией на стероидах» (цитируя Джима Коллинза, пионера в этой области).Но не всегда есть четкая грань, по которой обычная генная инженерия переходит на территорию синтетической биологии.

В целом, если вы производите генную инженерию таких продуктов, как кукуруза и соя, добавляя или модифицируя один ген, это не синтетическая биология. Но если вы добавляете целый набор генов или создаете совершенно новый генетический код, которого нет нигде в природе, то вы определенно входите на территорию синтетической биологии.

Синтетические биологи используют множество подходов, некоторые из которых могут пересекаться:

1) Устранение неэффективности клеток Некоторые исследователи пытаются устранить неэффективность клеток, которая является побочным продуктом случайного характера эволюции. Например, если вы создаете бактерии для производства биотоплива, вы хотите, чтобы этот процесс был максимально эффективным. Исследователи также используют такой подход, чтобы найти пределы жизни – насколько простым или различным может быть что-то и при этом оставаться живым?

2) Экстремальное комбинирование генетических последовательностей Некоторые исследователи хотят объединить множество генов от различных организмов, чтобы создать новые инструменты.Например, некоторые, кто заинтересован в том, чтобы водоросли производили топливо, думают, что объединение ДНК многих штаммов водорослей будет ключом, который до сих пор ускользал от них.

3) Конструирование новых «живых машин» Другие пытаются конструировать живые машины путем перепрограммирования ДНК в логические схемы, чтобы заставить их функционировать как миниатюрные компьютеры. Например, исследователи заставили клетки выполнять арифметические операции и отображать свои ответы, подсвечивая их определенным цветом.

Что мы могли сделать с синтетической биологией?

Зеленое топливо – одна из областей, в которой синтетическая биология может иметь большое влияние.(AFP / Getty Images)

Как и любая новая технология, трудно точно сказать, где синтетическая биология окажет наибольшее влияние. Но есть несколько больших областей интереса, которые сейчас связаны с медициной, энергетикой, питанием и восстановлением окружающей среды.

1) Медицина Синтетическая биология однажды позволит ученым запрограммировать клетки на точное обнаружение и уничтожение раковых клеток. Или, возможно, запрограммировать клетки на самоорганизацию в запасные органы для трансплантации. Некоторые ученые уже используют частично синтетические организмы для производства лекарств, которые в противном случае было бы непрактично производить.

2) Еда и ароматизаторы Теоретически новые методы могут позволить исследователям создавать дрожжи для приготовления идеального пива или вина. Или же создавать пищу в лаборатории эффективнее, чем выращивать ее на суше. «Мы можем создавать более качественные и здоровые белки, чем мы получаем от природы», – сказал New York Times биолог и предприниматель Крейг Вентер.

Компании, занимающиеся синтетической биологией, уже продают ароматизаторы апельсина и грейпфрута, произведенные на дрожжах. Компания Evolva производит искусственный ванильный ароматизатор на дрожжах и работает над улучшением вкусовых качеств заменителей сахара.

3) Энергия и окружающая среда Другая возможность состоит в том, что синтетические биологи могут запрограммировать клетки на производство пригодного для использования топлива. Например, Exxon Mobile сотрудничает с Synthetic Genomics (соучредителем Craig Venter) для исследования топлива из водорослей. В идеале полезные организмы должны есть то, что нам не нужно, например несъедобные растения. Еще лучше, если бы они съели излишки углекислого газа из атмосферы, которая нагревает планету. Или токсичные отходы или масло от разливов нефти.

4) Странные вещи Как насчет микробов, которые живут на вашей коже, чтобы предотвратить появление жирности и неприятного запаха? Как насчет других, которые выделяют духи по вашему выбору? Как насчет некоторых, которые быстро разрушают холестерин, чтобы не закупорить артерии людей?

Что ученые сделали с синтетической биологией до сих пор?

Дрожжи, растущие на чашке Петри. В наши дни дрожжи играют важную роль в синтетической биологии. Растущая влажность / Flickr

Мы еще не добрались до дизайнерских клеток, которые убивают рак или превращают пластиковые отходы в топливо.Но ученые уже сделали несколько интересных вещей:

1) Более эффективный процесс производства противомалярийных препаратов Артемизинин – одно из самых эффективных лекарств для лечения малярии. Но долгое время его нужно было получать из растения сладкой полыни Artemisia annua – – медленный и дорогостоящий процесс.

Ситуация изменилась в 2013 году, когда фармацевтическая компания Sanofi использовала синтетическую биологию для производства артемизинина в промышленных масштабах. Компания сделала это, взяв гены растений для производства артемизиновой кислоты и поместив их в дрожжи, что позволило им производить препарат более быстро и эффективно.Эта работа широко упоминается как первый крупномасштабный проект по созданию лекарственных препаратов с использованием синтетической биологии и как крупное достижение в этой области.

2) Создание бактерий с нуля В 2010 году исследователи из Института Дж. Крейга Вентера опубликовали результаты 15-летнего проекта стоимостью 40 миллионов долларов по созданию первой синтетической клетки. Как они это делают? Они взяли геномный код у одного вида бактерий, создали его в лаборатории с нуля, а затем поместили в совершенно другой вид – который выжил.

Геном, который они создали, также включал некоторые удаленные гены и новые последовательности, которые действовали как водяные знаки. И, в общем, ученые создали первую форму жизни, живущую на полностью синтетическом генетическом материале. Они назвали это первой синтетической клеткой. (Однако они не сказали, что создали саму жизнь с нуля. Если бы они поместили ДНК в уже мертвую клетку, ничего бы не произошло.)

Эта работа не создавала бактерий, которые были бы полезны для какой-либо конкретной цели, но был важным доказательством того, что клетка может выжить благодаря лабораторной ДНК.

3) Создание дрожжей с нуля В 2014 году группа исследователей из многих учреждений, включая Университет Джона Хопкинса, обнаружила, что они синтезировали целую хромосому дрожжей с нуля. И хромосома функционировала, когда возвращалась в дрожжевую клетку. Это было особенно впечатляющим достижением, потому что генетический материал дрожжей сложнее, чем у бактерий.

Ученые назвали созданную ими ДНК «дизайнерской хромосомой», потому что они удалили все последовательности, которые сочли ненужными, и добавили элементы, которые позволят будущим исследователям легко удалить любой ген, который они хотят.Цель – переписать весь геном дрожжей за пять лет. Пока что по длине они сделали около 3%. Осталось всего 15 хромосом.

Так как же создать организм с нуля?

Главный инструмент здесь – компьютер. Исследователи работают с кодом генетического материала существующих организмов как с текстовым файлом, настраивая его, удаляя части, добавляя части, добавляя части от других организмов, все, что они хотят.

Затем им нужно взять эту информацию и превратить ее в физическую ДНК.Поэтому они используют машину для синтеза ДНК, которая создает настоящую ДНК из необходимых молекул. ДНК, созданная машиной, считается «синтетической ДНК».

Исследователи должны ввести эту ДНК в организм по выбору, и методы здесь могут варьироваться в зависимости от типа клетки. С более короткими фрагментами ДНК легче работать, чем с более длинными фрагментами, поэтому на графике ниже вы видите много небольших фрагментов ДНК (из Nature News).

Разработка первой полностью синтетической хромосомы дрожжей.( Nature Новости)

Как ученые программируют клетки, чтобы они действовали как компьютер?

Этот подход вызвал большой интерес. По сути, это создание генов для функционирования в логических схемах, вроде компьютеров. Он привлек внимание многих академических групп и стартапов. И даже старшеклассники теперь участвуют в ежегодном соревновании по синтетической биологии iGEM, в котором в 2013 году участвовало 245 команд.

Вот идея. Гены можно рассматривать как систему ввода-вывода, которая уже выполняет некоторую простую логику.Входы – это молекулы, которые взаимодействуют с генами, чтобы включить или выключить их. Выходы – это то, что производит ген после включения – обычно какой-то белок. Например, ген фермента, переваривающего лактозу, естественным образом включается, когда есть лактоза, но не глюкоза.

Ученые придумали умные способы манипулировать, комбинировать и настраивать эти участки ДНК, чтобы делать довольно интересные вещи.

В 2012 году швейцарские исследователи показали, что они могут заставить клетки млекопитающих делать математику. Они создали гены, которые включаются только в том случае, если одновременно присутствуют два определенных входа – так что гены, по сути, вычисляют функцию «И». И они сделали другие, которые вычисляют другие функции. Объединив основные логические функции – «И», «ИЛИ», «НЕ» и их комбинации – они заставили клетки выполнять двоичное сложение и вычитание, как это делают компьютеры, а затем отображать правильный ответ, светясь красным или зеленым светом.Другие делали проекты, в которых также использовалась память.

В другом примере (на фото) команда из Калифорнийского университета в Сан-Франциско создала пластину с бактериями E. coli , которые могут распознавать, а затем обводить края изображения. Это демонстрация простой логики, которая когда-нибудь может быть встроена в гораздо более сложный код. Логика, которую они запрограммировали, следующая: (1) Если вы чувствуете свет, создайте определенную клеточную сигнальную молекулу. (2) Если вы ощущаете сигнальную молекулу (то есть вы находитесь рядом с клеткой, которая находится в свете), а , а не , сами ощущаете свет, тогда создайте темный пигмент.

Эти E. coli были разработаны так, чтобы они могли находить и отслеживать края, производя темный пигмент. Научно-популярный

Исследователи также создали элементы ДНК, которые представляют собой тумблеры, которые можно включать и выключать, уменьшающие шум в ответ на отрицательную обратную связь, а также те, которые создают колебательный сигнал, среди прочего.

В настоящее время тысячи таких взаимозаменяемых строительных блоков хранятся в различных базах данных, таких как общедоступная база данных BioBricks Foundation.Идея состоит в том, чтобы использовать эти инструменты для создания живых машин, которые могут выполнять множество задач.

А как насчет изменения молекул самой ДНК?

Исследователи меняют молекулы, из которых состоит ДНК. (UIG через Getty Images)

Обычно клеточные фабрики, конструирующие белки из инструкций ДНК, делают это из ограниченного числа типов частей. Есть только 20 стандартных аминокислот – строительных блоков, которые составляют примерно 19 629 человеческих белков.

Но что, если инженер захочет использовать лабораторную аминокислоту, новый виджет, который никогда не встречался в природе?

Во-первых, им придется повозиться с ДНК. ДНК, которая кодирует белки, читается по трем буквам за раз, и все четыре буквы ДНК (A, C, T, G) уже имеют жесткий перевод для того, какие аминокислоты они кодируют. И все комбинации уже взяты.

Итак, чтобы использовать новые аминокислоты, некоторые инженеры хотят расширить алфавит ДНК, добавив еще больше букв.Это сложно, потому что для этого требуется модификация искусственных букв ДНК на вековых клеточных механизмах.

В мае 2014 года исследователи опубликовали в журнале Nature , что после скрининга около 300 возможных новых букв ДНК они нашли те, которые могут принять бактерий E. coli . Они назвали эти новые буквы X и Y. Бактерии смогли использовать свой существующий механизм для копирования ДНК, содержащей X и Y, в течение 24 поколений (около 15 часов). Но исследователи только показали, что клетки могут копировать ДНК, а не использовать ее.Затем им нужно будет продемонстрировать, что они могут заставить клетки читать эти новые буквы, чтобы на самом деле производить белки.

Другие группы сосредоточились на химической основе, которая скрепляет ДНК. Они создали ДНК с несколькими другими основами, называемыми XNA, и показали, что они могут заставить клетки принимать и копировать их. Одна из возможностей – использовать такие методы, чтобы сделать ДНК более прочной и устойчивой к деградации.

Каковы основные проблемы синтетической биологии?

1) Дизайнерские клетки могут развиваться – непредсказуемым образом Как бы ни была полезна эволюция для реальной жизни в реальном мире, постоянно меняющаяся природа жизни раздражает, если вы пытаетесь сконструировать жизнь, чтобы она стала предсказуемым инструментом.

Вот почему: клетки приобретают случайные мутации в своей ДНК. И некоторые клетки производят больше потомства, чем другие, или полностью отмирают. В результате каждое новое поколение немного отличается от предыдущего. Это может раздражать, если, скажем, вы пытаетесь сконструировать клетки для выполнения определенной задачи на фармацевтическом заводе.

2) Клетки очень беспорядочные Другая проблема заключается в том, что клетки гораздо более неорганизованы, чем печатная плата или компьютерная программа.Элементы печатной платы могут быть выстроены в точном порядке, так что выход одного элемента может быть направлен прямо на вход следующего.

Но клетка – это в целом более беспорядочная ситуация. Молекулы в клетке, в том числе те, которые люди используют в качестве входов и выходов, обычно сосредоточены в одном пространстве и – буквально – беспорядочно покачиваются. Так что вероятность перекрестной реакции гораздо выше, и это может вызвать проблемы.

3) Клетки млекопитающих сложны Третья проблема заключается в том, что клетки более сложных существ, таких как млекопитающие, гораздо сложнее создать, чем, скажем, бактерии.

Клетки млекопитающих, например, обычно имеют две копии каждого гена в клетке, тогда как бактерии обычно имеют одну. Кроме того, процессы, регулирующие использование генов, более многослойны и сложны. А вставка и удаление генов в клетках млекопитающих также намного сложнее. (Хотя в последние несколько лет новая система редактирования генов под названием CRISPR упростила удаление генов.)

Как мне узнать, содержит ли моя пища продукты синтетической биологии?

Как правило, вы не знаете.Нет федерального закона, который требовал бы маркировки ингредиентов синтетической биологии. Так обстоит дело в США со всеми продуктами, полученными с помощью генной инженерии, включая ГМО кукурузу и сою, а также продукты из них.

Некоторые ингредиенты, произведенные синтетическими организмами (но фактически не содержащие эти организмы), представлены на рынке мыла, косметики и пищевых продуктов. Вы можете прочитать хороший обзор того, что происходит с этими ингредиентами, и (не) прозрачности о них в этой статье New York Times здесь.

Нет ли риска, что эти искусственные клетки могут сбежать в дикую природу?

Это одна из проблем, хотя исследователи обычно не имеют привычки просто отправлять эти организмы на свалку без мер предосторожности.

Как правило, существуют правила уничтожения любых лабораторных организмов перед утилизацией, как правило, в высокотемпературной печи высокого давления, называемой автоклавом. (Даже мертвая лабораторная мышь, которая не была генетически изменена, тоже сначала подвергается автоклавированию.)

В некоторых случаях исследователи создали организмы, которые могут выжить в лаборатории , только – например, настроив их так, чтобы они нуждались в питательных веществах, которых нет в дикой природе. Также возможно, что ученые могли запрограммировать аварийный выключатель, который включился бы в определенный момент. (Так, например, клетка, предназначенная для уничтожения рака, может быть запрограммирована на самоуничтожение после того, как она выполнит свою работу.)

Будет ли это еще одна технология, которую смогут использовать только богатые, в то время как остальной мир страдает?

Что ж, время покажет.Юридически можно запатентовать большинство вещей, которые делают эти люди. Но вовсе не обязательно, что так будет развиваться синтетическая биология. Многие люди поддерживают модель с открытым исходным кодом, в которой вся информация бесплатна для использования.

В недавней статье в журнале Nature писатель Брин Нельсон описывает эти дебаты как столкновение между инженерами и компьютерными специалистами, которые склонны отдавать предпочтение модели с открытым исходным кодом, и специалистами в области биотехнологий, которые часто утверждают, что патенты обеспечивают экономические стимулы для инноваций. .

До сих пор синтетическая биология использовала и то, и другое. Например, люди, загружающие генетические последовательности в каталог BioBricks, должны подтвердить, что они не будут претендовать на эти последовательности как на свою интеллектуальную собственность. Но большинство компаний, производящих коммерческие продукты, такие как лекарства и пищевые ингредиенты, работают в рамках патентной системы.

Дополнительная литература

Профиль и вопросы и ответы Крейга Вентера, самого большого имени в области синтетической биологии

Профиль Джима Коллинза, пионера синтетической биологии

Житель Нью-Йорка написал большую статью о синтетической биологии в 2009 году.Старый, но все еще хороший.

Споры о немаркированных синтетических биологических продуктах на рынке

Начиная с нуля: рабочий процесс для создания действительно новых белков | Синтетическая биология

В первые дни синтетическая биология часто определялась как перепрофилирование существующих биологических частей для новых приложений. Совсем недавно мы увидели работы, которые раздвигают границы области, не перепрофилируя ее, и создают действительно новые биологические части. На сегодняшний день большинство попыток конструирования сложных, неструктурных функций белков основано на трансплантации белковых мотивов с известными функциями на синтетические белковые каркасы.К сожалению, этот «нисходящий» подход к дизайну синтетических белков зависит от структурной совместимости функциональных сайтов с используемыми жесткими каркасами.

Исследование, недавно опубликованное в Nature Chemical Biology , описывает альтернативный подход «снизу вверх», при котором структурные элементы создаются de novo для поддержки функциональных элементов в любой конформации, в которой они указаны (1). Многопрофильная группа во главе с лабораторией Бруно Коррейры в Федеральной политехнической школе Лозанны продемонстрировала эффективность своего нового подхода, создав настраиваемые биосенсоры для эпитоп-специфических антител и лигандов с двойной специфичностью для синтетических клеточных рецепторов.

Для достижения этого «восходящего» дизайна авторы использовали TopoBuilder (2), ранее опубликованный вычислительный инструмент, для создания трехмерных «эскизов» данного интересующего белка с конкретными функциональными мотивами в их идеализированных конформациях. С помощью другого программного инструмента, Rosetta FunFoldDes (3), авторы создали и смоделировали десятки тысяч возможных конструкций, удовлетворяющих критериям проектирования, которые были отфильтрованы с помощью благоприятных термодинамических прогнозов устойчивости и складчатости.Комбинаторная библиотека, насчитывающая до 10 миллионов вариантов, была построена из элементов лучших разработок. Затем библиотеки подвергали скринингу с помощью аффинности связывания с желаемой (-ыми) мишенью (-ами) и расщепления протеазой с использованием дрожжевой поверхности дисплея, и лучшие варианты белка были отобраны путем секвенирования выходных данных. Наконец, структура и поведение конечных продуктов были определены с помощью множества различных физических и химических анализов.

Авторы использовали свой рабочий процесс для разработки биосенсора, основанного на резонансной передаче энергии биолюминесценции (4), чтобы обнаруживать антитела со сродством к одному специфическому эпитопу, обнаруженному в респираторно-синцитиальном вирусе и метапневмовирусе, двух респираторных патогенах.Новый проектный конвейер позволил представить единственный эпитоп в каркасах с разной аффинностью связывания с целевым антителом. Это, в свою очередь, позволило настроить реакцию биосенсора.

Кроме того, рабочий процесс был использован для создания синтетического лиганда, способного связываться с двумя различными, ранее созданными синтетическими сигнальными рецепторами млекопитающих, которые запускают экспрессию репортерного гена (5). Авторы продемонстрировали, что лиганд одновременно связывает две свои разные мишени, показывая, что он запускает выходной сигнал только тогда, когда оба типа рецепторов присутствуют в клетке.

Работа, представленная Янгом и др. . захватывает своей практически универсальной применимостью в биологических исследованиях. Приложения могут варьироваться от создания самособирающихся функционализированных биоматериалов со сложной структурой до модуляции иммунных ответов с использованием синтетических белков, специально созданных для соответствия рецепторным комплексам. Еще неизвестно, сможет ли дальнейшая работа покончить с необходимостью обширного скрининга библиотек, или как более сложные функции белков, такие как реакционный катализ или аллостерия, справляются с этими методами.Тем не менее, восходящий дизайн белка de novo в той или иной форме кажется готовым стать основным продуктом биоинженерии в будущем.

Заявление о конфликте интересов . Ничего не объявлено.

Список литературы

1

Ян

К.

,

Sesterhenn

F.

,

Bonet

J.

и другие. (

2021

)

Дизайн функциональных белков de novo снизу вверх со сложными структурными особенностями

.

Nat Chem Biol

, DOI: 10.1038 / s41589-020-00699-x.2

Sesterhenn

F.

,

Ян

К.

,

Bonet

J.

и другие. (

2020

) Дизайн белка

De novo обеспечивает точную индукцию нейтрализующих RSV антител

.

Science

,

368

, DOI: 10.1126 / science.aay5051.3

Bonet

J.

,

Верле

С.

,

Шривер

К.

,

Ян

К.

,

Заготовка

А.

,

Sesterhenn

F.

,

Щек

А.

,

Сверриссон

F.

,

Веселкова

Б.

,

Vollers

S.

и другие. (

2018

)

Rosetta FunFolDes – общая структура для вычислительного дизайна функциональных белков

.

PLoS Comput Biol

,

14

,

e1006623

.4

Искусство

Р.

,

ден Хартог

I.

,

Zijlema

S.E.

,

Thijssen

V.

,

van der Beelen

S.H.E.

,

Merkx

M.

(

2016

)

Обнаружение антител в плазме крови с помощью биолюминесцентных сенсорных белков и смартфона

.

Анал Хим

,

88

,

4525

4532

.5

Шеллер

Л.

,

Strittmatter

T.

,

Fuchs

D.

,

Бояр

Д.

,

Fussenegger

M.

(

2018

)

Обобщенная сенсорная платформа внеклеточных молекул для программирования клеточного поведения

.

Nat Chem Biol

,

14

,

723

729

.

© Автор (ы) 2021.Опубликовано Oxford University Press.

Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/), которая разрешает неограниченное повторное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии, что оригинал работа правильно процитирована.

Грамотность с нуля – Начальное обучение – Биология

Материалы преподавателей английского языка для начальной школы

Биология: человеческое тело (Рахима Джанмохамед)

пр.

Мой Проект направлен на часть учебной программы начальных естественных наук Sc2 «Жизненные процессы. и живые существа ».Лили нужна помощь с домашним заданием, чтобы навесить ярлык на человека. тело.

Возрастной диапазон аудитории: KS1-год 2. Словарь может быть недоступен для дети младшего возраста; однако словарный запас можно адаптировать для всех способности. Это также можно использовать в качестве примера для детей в KS2 для них использовать для разработки Scratch-файла для KS1.

Описание проекта

Я начал этот курс, надеясь понять, как учить детей как программировать в соответствии с изменениями Майкла Гоува в I.C.T. учебный план и как Скретч может помочь в обучении этому. Этот специалист помог мне понять, что это возможно благодаря тому, как программа выложена и доступные для использования команды. Я считаю, что Scratch – это увлекательный и полезный инструмент для учителей с правильной подготовкой и небольшой Количество уроков творчества может быть чрезвычайно увлекательным для детей.

В течение первой недели использования Scratch стало ясно, что программное обеспечение имеет большой потенциал для обогащения текущей учебной программы, поскольку она очень проста версия программирования для детей.Более того, дети не даже понимают, что это то, что они учатся делать, поскольку программное обеспечение очень красочный и имеет безграничные возможности.

Проект

My Scratch можно использовать по-разному, в том числе как пленарный в конце урока или в качестве основного учебного пособия для поддержки урока естествознания на теле человека. Я чувствую, что мой проект продвигается очень хорошо и хорошо темп с первого сеанса. Было очень легко понять основы проект и определить, на что был способен Скретч.Во время различных пленарных заседаний у нас была группа улучшения, я подобрал различные уловки, которые были у других обнаруженный.

Я считаю, что мне удалось создать презентацию, которая привлекает зритель и имеет солидный научный фон, что позволяет закрепить полученные знания. это произошло во время того урока.

Что прошло хорошо:

  1. Мне удалось сразу определиться с темой, так как у меня сильная наука фон таким образом не тратили время на создание концепции и идеи для проект.
  2. Манипулировать спрайтами было довольно легко, и как только вы понимание того, какая часть программного обеспечения контролирует, что это может быть сделано относительно быстро.
  3. Создание фона было чрезвычайно простым делом, и он создает историю для детей, чтобы следовать.
  4. Создание спрайтов позволяет творчеству течь внутри ребенка (или учителя) и это можно сделать с помощью краски и нарисовать собственный спрайт с помощью клипа art из Интернета или используя спрайт, доступный на сайте Scratch.
  5. Дублирование кодирования позволило использовать время, доступное для многих более продуктивный способ, так как вам не нужно постоянно писать одну и ту же кодировку если вы хотите, чтобы ваши персонажи делали то же самое.

Сложности:

  1. Придется следить за своим проектом с самого начала. В настоящее время нет способ обойти это. Если вы хотите проверить, что что-то работает, если у вас поправил что-то в середине кода, который вам нужно посмотреть это с самого начала этой части кодирования.Это может сильно расстраивать особенно если ваша работа очень длинная.
  2. Если вы хотели посмотреть проект с самого начала, фоны не всегда будет возвращаться к первому заданному фону. Таким образом вам нужно было щелкнуть правильный фон, на котором вы начали.
  3. Перемещение персонажей в нужные места. Это делается с помощью координат и может быть трудным и трудоемким. Это потребовало большого терпения и настойчивость с моей стороны.

Scratch – это определенно то, что я хотел бы использовать в школах и Я предполагаю, что дети 1-го класса могут извлечь выгоду из использования этого программного обеспечения. Scratch позволяет детям проявлять максимальную креативность, если им пользуются для создания анимационного проекта, и Scratch также является полезным обучающим инструментом для любого урока и предлагает себя использовать в межучебной программе. В Оглядываясь назад, я бы улучшил свой проект, добавив звук, чтобы дети вовлечены по мере развития проекта.

Заметки наставника курса

Эти файлы предназначены для использования в классе. Их, конечно, можно адаптировать учителями, с добавлением дополнительных ресурсов, таких как спрайты или фоны учениками.

Я включил сюда всю работу моей обучающей группы. Есть много замечательных идеи обучения, и если мы не решим все проблемы кодирования эффективно (никто из нас не является экспертом в области вычислений, включая меня!), творчество этих молодых учителя более чем компенсируют это.

Программа обучения охватывала 30 часов работы за компьютером, поэтому, если вы начните с одного занятия по 60 минут в неделю, вы станете так же профессионально как это было задолго до конца вашего учебного года!

Ключ к успеху – работать с партнером, делиться идеями и решать проблемы все вместе.

Верх

Самостоятельная подготовка к ЕГЭ по биологии с нуля до результата – 100 баллов

Как подготовиться к ЕГЭ по биологии

Процесс обучения состоит из 4-х этапов:

  • определите цель;
  • действуйте, чтобы достичь ее;
  • контролируйте выполнение задуманного;
  • завершите процесс.

Как подготовиться к ЕГЭ по биологии

Если взять теорию по ЕГЭ с биологии, то для примера подойдет понятие «хроматида». Выучить его означает — легко им оперировать и отвечать на любые вопросы, связанные с ним. Это и есть цель.

Другие же образно представляют хроматиды, имеют множество вопросов о внешнем виде и их расположении. Такая стратегия – правильная, имеет образы, которые раскрывают смысл понятия. Стратегия считается эффективной, поскольку визуализирована. Ее нужно только развивать.

Биология с нуля для егэ включает и контроль. Как понять, что вы усвоили понятие? Просто – если отвечаете на устные вопросы, а в тестах и заданиях применяете новое знание, то значит, все делаете правильно.

Процесс освоения понятия во время подготовительного процесса к единому государственному экзамену по биологии завершается логичным внедрением понятия в систему знаний ученика.

В сознании образуется взаимосвязь между новым понятием и другими, которые были освоены ранее. Подготовительный план предусматривает разные стратегии запоминания. Пробуйте любые методы, чтобы найти наиболее эффективное решение.

В результате сложится целостная картина и у вас будет твердое знание предмета.

Как подготовиться к ЕГЭ по биологии
Лучше всего запоминается то, что обладает эмоциональной окраской. Поэтому репетитору или педагогу следует практиковать дискуссии, мозговые штурмы, разыгрывать интересные ситуации. Ученики эмоциональнее воспринимают то, что создали сами. Если старшеклассник сам сделает схему или таблицу, то она лучше закрепится в его памяти, чем книжная версия. Это повышает самооценку и уверенность в успешном результате. Тренировочные задания, которые включают не только прочтение материала дома, но и самостоятельное их преобразование в схему, таблицу, являются более близкими и понятными, поскольку задействована личность учащегося.

Тест егэ по биологии включает обширную терминологию. Чтобы успешно сдать выпускной экзамен, нужно владеть биологическими понятиями в совершенстве.

К сожалению, в школе мало оперируют «языком биологии» и в большинстве случаев ученик не понимает полностью то, о чем говорит. Поэтому в егэ по биологии 2018 могут возникнуть сложности в части «С», где предусмотрены осмысленные ответы.

Просто решать тесты – это не подготовка, а самообман. Выпускник должен научиться аргументировать личное мнение и на любые вопросы давать развернутые ответы.

Подготовка к ЕГЭ-2018 включает в себя и выполнение домашних заданий. Цель должна быть ясной и подробной. Настройтесь на учебу, уберите все отвлекающие факторы, расположитесь в комнате, где тихо и вам никто не мешает, сконцентрируйтесь на материале.

Прочитав конспекты по биологии для егэ, не переходите к следующей теме, пока не ответите на все вопросы, не выполните задания по пособию и не поработаете с компьютерными программами.

Используя все каналы восприятия информации (слуховой, зрительный, эмоциональный), вы улучшите и ускорите процесс подготовки.

Как подготовиться к ЕГЭ по биологии

Конечно, курсы или репетитор по биологии при подготовке к егэ будет самым удачным выбором. Но его все равно лучше совмещать с самостоятельной работой. Сразу оцените уровень своих знаний по предмету.

Если подготовка к егэ по биологии 2018 начинается с нуля и теорию придется осваивать самостоятельно, без преподавателя, то отведите на это столько времени, чтобы разобраться во всех темах. Для этого ознакомьтесь с егэ по биологии 2017 года.

Программа поможет составить детальный план работы.

Просчитайте, из скольких тем состоит тест и сколько времени понадобится на обработку каждой. По каждой теме готовьтесь отдельно, поскольку разделы науки имеют между собой логическую связь и приобретенные знания будут наращиваться пошагово. Сначала изучения материала для подготовки к егэ по биологии начинается с основных терминов и понятий, а потом можно переходить на более серьезные темы.

Главное условие при самостоятельном обучении – четко следовать графику. Не откладывайте на потом, не надейтесь на удачу, не ленитесь. Это не приведет ни к чему хорошему, а экзамен неизбежен и очень важен для вашего дальнейшего обучения и трудоустройства. Настройтесь на плодотворную работу и вознаграждением за все ваши старания будет положительный результат ЕГЭ.

Источник: https://lexin-blog.ru/kak-podgotovitsya-k-ege-po-biologii.html

Как самостоятельно подготовиться к ЕГЭ, с нуля?

Многих старшеклассников интересует вопрос, как подготовиться к ЕГЭ по биологии с нуля самостоятельно? Особенно он волнует тех, кто хочет в будущем связать свою жизнь с медициной, животноводством, ветеринарией, агротехническими специальностями, психологией, физкультурой или же серьезно заняться все той же наукой. По статистике, за последние годы биологию сдают примерно 17-18% выпускников и она занимает 5 место среди экзаменов по выбору.

Возможно ли выучить весь объем биологических знаний самому, да еще и за короткий срок (полгода, год, или и вовсе пара месяцев)? Конечно, да, если знать, что собой представляет ЕГЭ, и понимать, как правильно к нему подготовиться?

Структура ЕГЭ по биологии

Перед тем как перейти к структуре самого экзамена, хотелось бы напомнить, что входит в курс школьной биологии. Это такие темы, как:

  1. Царства бактерий, Грибы, Лишайники, Растения.
  2. Царство животных.
  3. Анатомия и физиология.
  4. Общая биология — самый крупный и самый сложный раздел. Включает в себя цитологию, молекулярную биологию, генетику, теорию эволюции и экологию, а также дополняет и структурирует знания из предыдущих разделов.

Сам экзамен включает в себя 28 заданий разного уровня сложности: базового, повышенного и высокого.

Задание теперь не разделены на A, B, C, причем первые 21 из них соответствуют бывшим частям A и B, ответом на них будет номер правильного (или нескольких правильных) варианта либо последовательность цифр, а задания с 22 по 28 соответствуют вопросам части C и требуют полного развернутого пояснения. На выполнение всех заданий дается 210 минут.

За каждое правильное решение вы можете получить от 1 до 3 так называемых первичных баллов, которые в дальнейшем переводятся в тестовые, где максимально возможное число первичных баллов соответствует 100 тестовым.

Однако шанс получить все 100 баллов, тем более при подготовке с нуля, очень невысок: за все последние годы их не набирает и 1% экзаменуемых. А вот сдать ЕГЭ на высокий балл, и уж тем более на проходной, вполне реально.

Что делать?

С чего начать подготовку к экзамену? На наш взгляд, с самодисциплины. Самое главное, начиная готовиться к экзамену, следует делать это регулярно. Желательно, чтобы была постоянная периодичность и занятия не пропускались.

Ведь, занимаясь даже 15 минут по 5 дней в неделю, вы добьетесь гораздо большего, чем если будете мучить себя весь день, но абсолютно нерегулярно. Отвлекаться также нежелательно, необходимо полностью погрузиться в изучение предмета.

Подготовка должна включать как решение пробных вариантов теста и отдельных его частей, так и ознакомление с теорией. Учить биологию не так сложно, если сначала решить пару тестов и определить, какие темы вы знаете достаточно хорошо, а какие «проседают» и требуют дополнительного внимания. Именно последние и необходимо тщательнее штудировать.

Использовать для подготовки можно и интернет, и книги, а лучше — и то, и другое. В интернете немало мест, где можно попробовать решить задания из экзамена как полностью по структуре ЕГЭ, так и по отдельным разделам. То же самое можно найти и в литературе по ЕГЭ. Информацию для изучения отдельных тем доступно найти и в своих школьных учебниках, и в книгах, и в интернете

Рекомендуется сначала пройти пробный тест, затем работать по отдельным разделам, при ограниченном времени начиная с самых слабых, после чего снова переходить к прохождению тестов. Именно такой структуры придерживаются большинство репетиторов, а значит, и тем, кто готовиться сам, стоит взять ее на вооружение.

При решении тестов, а также на самом экзамене необходимо следовать еще одному очень важному правилу — внимательно читать вопрос! Очень многие экзаменуемые совершают глупые ошибки не от незнания, а от невнимательности.

Последняя же, в свою очередь, может появиться из-за волнения, поэтому следующее важное правило — стараться не переживать.

Это может быть сложным, поэтому стоит помнить при подготовке о том, что в экзамене нет ничего страшного, и даже проваленный тест — не конец жизни! Умение расслабляться и успокаиваться может стать хорошим помощником при сдаче экзамена.

Чего не стоит делать?

После того как мы рассмотрели, что нужно делать, хотелось бы коротко затронуть тему того, чего делать не стоит. К сожалению, немало тех учеников, кто относится к экзаменам слишком легкомысленно или же, наоборот, напрягается сверх меры.

Что делать не следует:

  1. Надеяться на «авось». ЕГЭ с каждым годом усложняется для того, чтобы процент «угадавших» был все меньше. Поэтому считать, что подготовка к экзамену вообще не нужна, по меньшей мере глупо.
  2. Писать «шпоры». Слежка за каждым участником экзамена довольно серьезна. Вы можете быть удалены во время тестирования, и право переписать его будет лишь через год. Поэтому писать шпоры вы, конечно же, можете. Но вот приносить их на экзамен не стоит.
  3. Доводить себя до нервного срыва. Иногда человек, начинающий подготовку к экзамену по биологии, считает, что чем больше времени будет потрачено на изучение предмета, тем лучше. Напротив, игнорируя потребности организма в отдыхе, вы рискуете либо довести себя до нервного срыва, либо как минимум забыть все, что нужно в момент экзамена, из-за перегрузки. Все хорошо в меру!
  4. Учить материал в последнюю ночь. Во-первых, уложить объем всех знаний по биологии в свою голову за ночь у вас просто не получится. Во-вторых, если вы придете на экзамен невыспавшимся и уставшим, шансов хорошо сдать тест у вас будет немного. Поэтому вне зависимости от того, что вы успели, перед экзаменом необходимо лечь пораньше и выспаться!

Подготовиться к экзамену по биологии возможно даже с нуля, если вы понимаете, чего хотите, умеете дисциплинировать самого себя, но при этом даете себе возможность отдохнуть и готовы учиться. Желаем вас успешной сдачи ЕГЭ по биологии!

Источник: https://biology.coach/ekzameny/ege/podgotovitsya_k_ege_po_biologii_samostoyatelno_s_nulya.html

Можно ли подготовиться к ЕГЭ по биологии самостоятельно

Как подготовиться к ЕГЭ по биологии

ЕГЭ по биологии понадобится Вам не только при поступлении на медицинский или биологический факультеты. Если Вы, к примеру, решили стать психологом, ветеринаром или идти на экологический факультет без тестирования по биологии тоже не обойтись. На мой взгляд, ЕГЭ по биологии можно отнести к сложным экзаменам.

Если другие экзамены в большинстве случаев базируются на основе учебников за 10 и 11 класс, то при сдаче биологии обязательно встретятся вопросы, которые проходили в 7 – 8 и даже в 6 классах.

Поэтому вопросом подготовки к этому экзамену лучше заняться как можно раньше. Я считаю, что вполне реально хорошо подготовиться к ЕГЭ по биологии за 3 – 4 месяца.

Добавлю, что к экзамену по биологии необходимо выучить более 1000 различных специальных терминов. За более короткий срок сделать это сложно.

Часто возникает вопрос, можно ли подготовиться к экзамену по биологии самостоятельно. Да, можно. Как минимум Вам для этого понадобятся 4 учебника по биологии:

  1. Биология растений (6 класс).
  2. Биология животных (7 класс).
  3. Биология человека (8 класс).
  4. Общая биология (10-11 класс).

Обратите внимание, что в списке нет учебника за 9 класс, т.к. учебник за 10-11 класс дублирует всю информацию из него.

Кроме того, не стоит пренебрегать сборниками тестовых заданий по ЕГЭ. На мой взгляд, стоит приобрести несколько сборников (обязательно разных авторов). Не покупайте сборники заданий, в которых есть какая-то теоретическая часть, т.к. такое краткое изложение теории будет бесполезно при подготовке к ЕГЭ.

Выполнять задания лучше в два этапа. На первом этапе, изучив какой-то материал, выполняете все задания по нему. Потом переходите к выполнению заданий по вариантам.

На этом этапе желательно не только внимательно читать вопрос и заносить ответ в бланк  соответствующей формы, но и обязательно стараться уложиться в отведенное на экзамен время (3 часа).

Вам необходимо проработать не менее 10-15 различных вариантов ЕГЭ за прошлые годы.

Можно ли писать «шпоры»? Можно. Это позволит Вам лучше запомнить материал, но на самом экзамене их лучше не использовать, а оставить дома.

И накануне экзамена лучше пораньше закончить, прогуляться и вовремя лечь спать. Желаю Вам успехов!

Источник: https://www.studentguru.ru/ege-bio1.html

Как самому готовиться к ЕГЭ по биологии

Для начала советуем Вам познакомиться с программой ЕГЭ и составить индивидуальный график подготовки: посчитать, сколько Вам нужно времени на отработку каждой темы.

Готовиться лучше по отдельным темам, а не ко всей биологии сразу. В дальнейшем советуем следовать составленному Вами графику и не позволять себе никаких поблажек, иначе все останется на последние три дня — а за это время ничего не успеть!

Составление конспекта

Обложитесь всеми доступными учебниками, тетрадками и пособиями (посмотрите здесь), прочитайте, осознайте прочитанное и составьте понятный Вам конспект. При составлении конспекта главным считайте школьный учебник, остальные источники информации используйте как дополнительные — для лучшего понимания.

Рекомендуем сопровождать конспект сделанными от руки рисунками (схемами) — они хорошо запоминаются и позволяют восстановить в памяти всю тему целиком. Оставляйте пустые места на полях или в конце каждой темы для внесения возможных дополнений.Советуем делать конспект самим, а не переписывать где-либо готовый — так лучше в голове укладывается.

Зубрежка

Выучите конспект и проверьте себя по таблице основных терминов. Если Вы увидели термины, которых Вы раньше не знали, впишите их в конспект в ту тему, к которой они относятся. Повторите теорию еще раз.

Решение тестов

Решите половину заданий частей А, В и С по данной теме. Если все получилось, то смело решайте вторую половину — для набивания руки — и Вы готовы!

Анализ ошибок

Если что-то не получилось, проанализируйте ошибки: либо Вы были невнимательны (тогда внимательнее читайте задания), либо плохо составили конспект (тогда внесите в него дополнения), либо плохо его выучили (тогда зубрите дальше), либо вопрос был некорректный — такое тоже бывает — тогда разводите руками. После проведенной работы прорешайте вторую половину заданий. Если все получилось, тогда вы готовы; если не все, то начинайте сначала.

Рекомендации от разработчиков заданий ЕГЭ

Подготовку к экзамену по биологии следует начинать с анализа кодификатора проверяемых элементов содержания. Выявите ключевые тематические блоки и проверьте, владеете ли вы информацией по ним. В определении уровня вашей подготовки может помочь выполнение заданий демо варианта КИМ.

В процессе подготовки сначала повторите соответствующую тему, ответьте на вопросы учебника, выполните тематические задания. Помните, что задания по разделу «Общая биология» составляют 70% экзаменационной работы. Поэтому даже в условиях дефицита времени постарайтесь полноценно отработать этот раздел.

Обращайте особое внимание на овладение приемами решения задач по цитологии и генетике, так как они представлены во всех частях работы. Параллельно в режиме систематического повторения целесообразно проработать раздел «Человек и его здоровье».

Особое внимание советуем обратить на строение нервной системы и анализаторов, их функции, нейрогуморальную регуляцию процессов жизнедеятельности организма. Также нельзя забывать о повторении разделов «Растения.

Бактерии. Грибы. Лишайники» и «Животные»: задания по данной тематике широко представлены в экзаменационной работе.

Пользуйтесь открытым банком ЕГЭ, который содержит разнообразные задания по всем проверяемым на экзамене темам. Проанализируйте свои ошибки, выявите материал, который необходимо еще раз повторить.

«В 2017 году изменилась модель ЕГЭ по биологии. Возросло число заданий, требующих анализа изображений биологических объектов.

При работе с учебником следует внимательно изучать предложенные иллюстрации внутреннего строения биологических организмов, схемы протекания важнейших биологических процессов.

Важно научиться «читать» биологический рисунок», — рекомендует председатель федеральной комиссии разработчиков КИМ ЕГЭ по биологии Валерьян Рохлов.

В 2017 году время выполнения экзаменационной работы увеличено на 30 минут (со 180 до 210 минут). При подготовке к экзамену следует выработать определенный подход к распределению времени, чтобы его хватило на выполнение всех заданий.

Источник: http://11ege.ru/kak-samomu-gotovitsya-k-ege-po-biologii/index.html

Самая удобная и увлекательная подготовка к ЕГЭ

ЕГЭ по биологии в 2019 году является экзаменом по выбору. Сдавать итоговое испытание по этому предмету необходимо тем, кто планирует поступать в высшие учебные заведения на специальности, связанные с естественными науками, медициной, физической культурой и спортом.

Как подготовиться к экзамену?

Всем известно, что залог успешной сдачи – хорошие знания и постоянное повторение пройденного материала. С ЕГЭ по биологии сложность подготовки заключается в большом объеме теоретической информации.

Вопросы единого государственного экзамена по биологии затрагивают абсолютно все темы, пройденные за время обучения в школе. Именно поэтому важно грамотно систематизировать все полученные знания.

Алгоритм подготовки:

  • ознакомьтесь с демоверсиями контрольно-измерительных материалов, количеством вопросов и структурой предстоящего экзамена;
  • внимательно просмотрите список тем, выделите для себя те, которые вызывают сложности;
  • изучите теорию по всем ключевым разделам школьной программы;
  • помимо учебников пользуйтесь специальными пособиями и материалами;
  • для закрепления теории решайте онлайн тесты – это поможет улучшить процесс запоминания, автоматизировать навыки ответов и побороть психологическое напряжение непосредственно во время экзамена.

Подборку теоретических материалов можно найти в интернете – она разбита по темам и адаптирована для изучения, в ней отобрана основная информация по каждому разделу. Если же самостоятельная подготовка кажется вам не полной, можно обратиться за помощью к репетиторам.

На что обратить внимание?

В вопросах, которые встретятся выпускникам на едином госэкзамене, будут отражены все темы школьного курса. Обратите внимание на следующие аспекты:

  • Клетка и ее строение;
  • Растения – ткани, вегетативные и генеративные органы, плоды, цикл развития, понятие двойного оплодотворения, царство растений и его систематика;
  • Растения и грибы – классификация, строение, особенности;
  • Животные — ткани, органы, системы и особенности видов;
  • Системы организмов – строение и особенности спинного мозга, нервной, эндокринной, выделительной систем;
  • Группы крови, строение и работа сердца;
  • Анализаторы и их строение;
  • Обмен веществ и дыхание;
  • Генетика;
  • Биологические процессы – митоз, мейоз, метаболизм, фотосинтез, онтогенез.

На заметку

  • изучая теорию, конспектируйте ключевые моменты;
  • разбирайте досконально те моменты, которые изначально непонятны;
  • визуализируйте информацию – используйте в подготовке таблицы, рисунки, схемы – это позволит вам лучше запоминать;
  • если вы не знаете точный ответ – выбирайте тот, что, по вашему мнению, наиболее подходит. Не оставляйте вопросов без ответа.

Источник: https://examer.ru/ege_po_biologii/teoriya

Как подготовиться к ЕГЭ по биологии

Около 20% выпускников школ ежегодно выбирают этот предмет для сдачи, что делает ЕГЭ по биологии четвертой по популярности дисциплиной.

Тест ЕГЭ включает в себя две части, первая состоит из 33 заданий, требующих быстрого анализа вариантов и краткого ответа, представляющего собой цифру или же последовательность цифр.

Вторая часть включает в себя 7 заданий с необходимостью развернутого ответа и подробного описания процесса решения поставленной задачи.

К 2016 году структура КИМов была значительно оптимизирована: общее количество заданий уменьшилось с 50 до 40 вследствие увеличения числа вопросов, требующих подробного развернутого ответа. Продолжительность экзамена – 180 минут. В 2016 году проходной балл ЕГЭ по биологии равен 37 тестовым баллам (17 первичных баллов из 69 возможных), что означает, что для преодоления минимального порога необходимо справиться с первыми 18 заданиями.

Статистика биология ЕГЭ

В 2015 году средний тестовый балл ЕГЭ по биологии по данным Рособрнадзора составил 53, 2 балла против 54,1 в 2014 году. Для успешного прохождения процедуры ЕГЭ по биологии необходимо овладеть навыком быстрого принятия решения и анализа существующих данных, содержащихся в самом вопросе.

Результат ЕГЭ по биологии

Грамотное использование собственного времени, а также имеющихся теоретических знаний , полученных при подготовке, позволит справиться с максимумом заданий в короткое время. Несомненно, для сдачи ЕГЭ необходима сильная мотивация и внутренний тезис: четкое понимание того, как этот экзамен повлияет на дальнейшую жизнь, выбор профессии.

Полезно будет составить план по тайм-менеджменту и последовательный список мероприятий для подготовки на каждый день, который поможет не отклоняться от плана.

После самостоятельного освоения материала стоит вернуться к ранее изученному, сопоставить с новой приобретенной информацией – неоднократное повторение пройденного даже в короткое время поможет закрепить знания.

Онлайн подготовка к ЕГЭ

Если время на подготовку существенно ограничено – имеет смысл обратиться к экспресс- пособиям, а также к онлайн-тестам.

Заключение

Выполнение всех рекомендаций, внимание к ним обеспечит наиболее благоприятные условия для быстрой и продуктивной подготовки к экзамену, и в итоге к хорошему результату государственного тестирования.

Источник: https://www.abitura.pro/news/entries/kak-podgotovitsya-k-ege-po-biologii-za-paru-nochey

Как самостоятельно подготовиться к ЕГЭ по биологии?

Экзамен по биологии относится к числу выборочных. ЕГЭ по биологии считается сложным предметом, так как проверяются знания, накопленные за все годы изучения. И для того чтобы получить наивысший балл готовиться нужно заранее.

С чего начать?

Изучить структуру ЕГЭ по биологии. Задания ЕГЭ по биологии подобраны разнотипные, для их решения необходимы уверенные знания по основным темам школьного курса биологии. Для этого основные темы, которые нужно изучить, смотри в кодификаторе по биологии от ФИПИ.

Первым делом скачивай демонстрационный вариант от ФИПИ он служит образцом и дает общее представление о структуре и форме сложности будущих заданий на ЕГЭ.

Сам экзамен включает в себя 28 заданий разного уровня сложности: базового, повышенного и высокого.

  • Часть 1 – это задания с 1 по 21 с кратким ответом, на выполнение отводится примерно до 5 минут. Запомни: внимательно читайте формулировки вопросов.
  • Часть 2 – это задания с 22 по 28 с развернутым ответом, на выполнение отводится примерно 10-20 минут. Запомни: литературно излагай свои мысли, отвечай на вопрос подробно и всесторонне, давай определение биологическим терминам, даже если этого не требуют в заданиях. В ответе должен быть план, не писать сплошным текстом, а выделять пункты.

Как оцениваются задания?

Для того, чтобы получить наивысшую оценку по биологии, необходимо набрать 58 первичных баллов, которые будут переведены в сто по шкале. За каждое правильное решение вы можете получить от 1 до 3 так называемых первичных баллов. Всего можно набрать 58.

  • 1 балл —  за 1, 2, 3, 6 задания.
  • 2 балла —  4, 5, 7-22.
  • З балла —  23-28.

Что требуются от ученика на экзамене?

  • Умение работать с графической информацией (схемы, графики, таблицы) – ее анализ и использование;
  • Множественный выбор;
  • Установление соответствия;
  • Установление последовательности.

Что делать?

  1. Повторение теории.
  2. Правильное распределение времени на каждое задание (уделив 20 минут по 5 дней в неделю, вы добьетесь гораздо большего, чем изнурительно будете мучить себя весь день, но не регулярно). Четко следовать графику.
  3. Решение практических задач по несколько раз. Для этого разработаны задания  и 10 вариантов ЕГЭ по биологии на основе демонстрационного варианта.
  4. Твой успех – постоянное решение заданий и вариантов во время подготовки!

Что делать не следует:

  1. Не думайте, что готовиться к экзамену не нужно. Надеяться что «угадаешь», т.к. ЕГЭ усложняется с каждым годом.
  2. Приносить шпаргалки. Процедура слежки серьезная на экзамене, не рискуйте, а то удалят. И сдать повторно сможешь только через год. Писать можете дома, но на экзамен не брать!
  3. Избегайте нагрузку, делайте все планомерно и постепенно. Совмещая отдых и подготовку.
  4. Учить все в последний день, а это не возможно! Лучше лечь пораньше и выспаться! Так будет больше шансов сдать ЕГЭ.

Источник: https://bingoschool.ru/news/kak-samostoyatelno-podgotovitsya-k-ege-po-biologii/

Биология как наука. Методы научного познания

биология как наука Чек-лист по биологии к ЕГЭ начинается с темы первого и второго задания: биологии как науки. Знания по ней могут пригодиться и во второй части. В ней нужно не просто назвать термин, но и связать его с реальной ситуацией, поэтому мы советуем в первую очередь понимать, а не заучивать. Чаще всего в вопросах встречаются:

  • основные биологические науки;
  • методы познания живой природы; 
  • уровни организации живой материи (ученики часто путают популяционно-видовой, биогеоценотический и биосферный);
  • общие признаки биологических систем;
  • современные достижения науки.

Клетка как биологическая система

Знания о клетке относятся к общей биологии. План к ЕГЭ обязательно должен включать эти темы, так как помимо вопросов непосредственно об устройстве и жизнедеятельности клетки, в КИМах встречаются задания о различиях клеток у разных типов организмов. Стоит повторить такие вопросы: 

  1. клетка как биологическая системаразвитие знаний о клетках;
  2. клеточная теория;
  3. различие эукариот и прокариот (в том числе особенности строения); 
  4. органоиды, их строение и функции;
  5. различие в строении клеток растений, грибов, животных и бактерий;
  6. химический состав клетки (роль воды, углеводы, жиры, белки, нуклеиновые кислоты);
  7. обмен веществ, диссимиляция и ассимиляция;
  8. хромосомы;
  9. митоз и мейоз, гаметогенез. 

Организм как биологическая система

«Организм как биологическая система» — следующий пункт нашего чек-листа по подготовке к ЕГЭ по биологии. Он включает в себя изучение организма и его жизнедеятельности в целом. Стоит повторить:

  • организм как биологическая системаотличия одноклеточных, колониальных и многоклеточных;
  • отличия автотрофов и гетеротрофов;
  • вирусы, их попадание в организм и размножение;
  • воспроизведение организмов, половое и бесполое размножение;
  • онтогенез (как эмбриональное, так и постэмбриональное развитие);
  • жизненные циклы разных видов;
  • генетику. Для решения задач необходимо разобраться в теории наследственности, законах наследования, доминантных и рецессивных признаках;
  • селекцию: ее задачи и методы, биотехнологию и клеточную инженерию. 

Система и многообразие органического мира

Многообразие органического мираДанный раздел чек-листа по биологии ЕГЭ по темам связан уже не с общими закономерностями, а с особенностями отдельных организмов. Изучать его рекомендуется в такой последовательности: 

  1. систематика, причем рассмотреть нужно не только современную, но и теории ученых прошлого (Линнея и Ламарка);
  2. бактерии;
  3. грибы;
  4. растения;
  5. животные. 

При изучении каждой из этих тем в чек-листе по биологии к ЕГЭ обращайте внимание на признаки, строение, размножение, жизнедеятельность и роль в живой природе. Чаще всего в КИМах встречаются вопросы про бактерии, голосеменные, простейшие организмы, а также про червей и членистоногих. 

Организм человека и его здоровье

Человек — самый сложный организм, поэтому по данному разделу теория по заданиям ЕГЭ по биологии в 2020 году трудная. Лучше всего изучать все темы постепенно: 

  • организм человека типы тканей;
  • отличия человека от животных;
  • строение и физиология отдельных органов и систем;
  • внутренняя среда (в первую очередь, кровь);
  • обмен веществ;
  • нервная система. В этом блоке нужно обратить внимание на спинной и головной мозг, а также гуморальную регуляцию. Часто встречаются вопросы по органам чувств и рефлексам, реже — по высшей нервной деятельности (сознанию, памяти, психике). 

Эволюция живой природы

Эволюция — важный раздел в рамках довузовской подготовки, за него можно получить достаточно много баллов. План подготовки к ЕГЭ по биологии без этого модуля обойтись не может. Обязательно повторите: 

  1. эволюция живой природывид и его критерии;
  2. развитие представлений о виде;
  3. характеристики популяции;
  4. видообразование;
  5. эволюционные теории разных ученых;
  6. естественный отбор;
  7. биологический процесс и регресс;
  8. доказательства эволюции (вопросы по этой теме бывают во второй части);
  9. эволюция человека и ее этапы;
  10. гипотезы происхождения человека.