Что такое прикладная биотехнология
Как современные технологии помогают медицине
Об эксперте: Инна Фридман, основатель федеральной сети офтальмологических клиник «3Z», врач-офтальмолог, к.м.н.
Биотехнологии: что это такое и зачем это нужно
Система наук в XXI веке стала кластерной. Это значит, что сегодня в науке происходит диффузия различных специальностей. Например, биотехнологии объединили биологию, генную инженерию и генетику.
Биотехнологии — это использование живых организмов, их отдельных составляющих (ДНК, микроорганизмов, клеток и их частей) или продуктов их жизнедеятельности для производства продуктов и решения технических задач.
Сегодня существуют три главных вектора работы биотехнологов:
сельское хозяйство, в частности создание ГМО
энергетика и промышленность, например получение биотоплива или производство веществ, способных к деградации токсических отходов
медицина — специалисты в области биотехнологий работают над созданием препаратов для лечения тяжелых и неизлечимых заболеваний
Продукты и препараты, которые изобретают биотехнологи, маркируются разными цветами:
Биотехнологии для здоровья
Ключевое направление в биотехнологиях — биомедицина. Биомедики занимаются разработкой новых лекарственных средств, выделением и культивацией стволовых клеток для клеточной терапии и восстановления поврежденных тканей и даже органов, изучением процессов старения и злокачественной трансформации клеток. Более глубокое молекулярное понимание механизмов, лежащих в основе болезни, позволяет развиваться генной терапии и клеточной инженерии.
Что конкретно происходит в биомедицинской отрасли?
Универсальная вакцина против гриппа. В конце 2018 года первая универсальная вакцина против гриппа, разработанная израильской компанией BiondVax, получившей финансирование от официального банка Евросоюза и правительства Израиля, вышла на завершающую фазу клинических испытаний. В основе вакцины — части антигенов, которые «узнают» клетки иммунной системы (эпитопов). Всего в вакцину входит девять самых распространенных эпитопов. По словам представителей компании, универсальная вакцина способна защитить как от ежегодного, сезонного гриппа, так и в случае возникновения пандемий.
Редактирование генов. Сегодня проводятся эксперименты по редактированию генов в самом теле человека. В сентябре 2018 года Sangamo Therapeutics из Ричмонда, обнародовали информацию о введении редактирующих гены ферментов пациенту, организм которого не справляется с расщеплением сложных сахаров. Как врач не могу давать оценку исследованию, пока не будет установлено, что это безопасно для жизни и здоровья пациентов.
Компьютеры внутри человека. Человечество постепенно входит в эпоху квантовых технологий. Компания Илона Маска Neuralink уже вовсю производит миниатюрные нейрокомпьютерные интерфейсы. Имплантируемые в мозг частицы могут связать организм человека с Интернетом. В «пучке» из шести нейронитей содержатся 192 электрода, которые вживляются в мозг при помощи робота-хирурга. Если буквально, то человеческий мозг подключают к компьютерной системе.
Лекарство против рака. Изучение влияния бактериальных культур на процесс онкологии подтолкнуло специалистов к работе над препаратом, приостанавливающим развитие злокачественных образований в организме. Таким лекарством является Блеомицин. Он создан на основе микроорганизма Streptomyces verticilliis, имеющего гликопептидную природу. Активные вещества препарата проникают внутрь опухолевых клеток и приводят в беспорядок процесс изменения РНК и ДНК.
Другие препараты. К биотехнологическим знаниям можно отнести открытие десятков тысяч противогрибковых, антибактериальных, гормоносодержащих лекарственных средств, выведенных учеными за несколько десятилетий. Антибиотики не просто борются с инфекциями, они разрушают весь процесс, не вызывая формирования резистентности микроорганизмов к веществам препаратов. Биотехнологи подумали и о заболеваниях печени, разработав препарат на основе аминокислот, глутамата и аспартата. А комбинаторные свойства препарата с натрием и калием положительно влияют на функции сердца, поджелудочной железы.
Согласно стратегии развития медицинской науки в РФ на период до 2025 года сейчас идет стадия «биологизации», когда молекулярная и клеточная биология, а также тканевая инженерия предлагают использовать продукты на основе выращенных вне организма или модифицированных клеток человека. А это означает, что медицина добралась до восстановления жизненно важных тканей и органов: сердечной мышцы, печени, нервных клеток и др. Не обошли и стороной область медицины, изучающую анатомию, физиологию и болезни глаза.
Биоинженерия в офтальмологии
За последние 20 лет в секторе произошли важные для пациентов изменения: появились генно-инженерные, клеточные, тканевые, иммунобиологические и цифровые технологии.
Новаторские разработки в области офтальмологии:
Биопротезирование и бионический глаз
Фемтосекундная методика коррекции близорукости и астигматизма за 25 секунд ReLEx SMILE (англ. Small Incision Lenticule Extraction)
Сверхточные микроскопы с 3D-визуализацией и ультратонкие инструменты, которые повышают точность и эргономику работы хирурга
Доставка лекарств внутрь полостей и клеток тканей глаза
Спектральные томографы, создающие точную визуализацию структур высокого качества за кратчайшее время
Биологические ткани — выращенные или напечатанные. В будущем они смогут заменять изношенные ткани
Мультифокальные искусственные хрусталики, которые освобождают человека от ношения очков, возвращая контраст и остроту зрению
Электронный глаз, сохраняющий остаточное зрение и поддерживающий функцию ориентирования в пространстве
Наиболее интересная современная разработка — бионический протез глаза. Он может справиться со слепотой, полностью воссоздав настоящие процессы передачи электрических сигналов. Первый ретинальный протез назывался Argus — это американский проект, который удалось коммерциализировать. В 2012 году Argus II получил разрешение для коммерческого использования в Европе, годом позже в 2013 году — в США. В России разрешения на использование протеза пока нет.
Что еще почитать по теме:
Подписывайтесь и читайте нас в Яндекс.Дзене — технологии, инновации, эко-номика, образование и шеринг в одном канале.
Что такое биотехнология: будущее уже наступило
В последнее десятилетие термин «биотехнология» все чаще появляется в заголовках новостей, а открытия в этой области становятся причиной для жарких споров. Действительно, свое наибольшее развитие наука получила именно в последние годы, и этому в большей степени способствовал технический прогресс, но в повседневной жизни биотехнология используется на протяжении многих веков.
История развития биотехнологии
С древнейших времен биотехнология применялась человеком для изготовления вина, в сыроварении и других вариантах приготовления пищи. Биотехнологический процесс, а именно брожение, использовался еще в древнем Вавилоне для производства пива. Об этом свидетельствуют найденные при раскопках записи на дощечках. Но, несмотря на активное использование этих методов, процессы, лежавшие в основе этих производств, оставались загадкой.
Луи Пастер в 1867 году говорил, что такие процессы, как сквашивание и брожение, есть ничто иное, как итог жизнедеятельности микроорганизмов. Эдуард Бухнер дополнил эти предположения, доказав, что катализатором является бесклеточный экстракт, который содержит ферменты, вызывающие химическую реакцию.
Позже были сделаны сенсационные по тем временам открытия, которые помогли сформировать данную науку в современном ее понимании:
Годом появления термина стал 1919, после публикации манифеста венгерским агроэкономистом Карлом Эреки. Основываясь на имеющиеся в то время данные, под термином биотехнология подразумевалось применение микроорганизмов для ферментации продуктов питания.
Но, как известно, самые интересные открытия совершаются на стыке знаний, в случае биотехнологии, объединились пищевая и нефтеперерабатывающая промышленность. В 1970 году на практике была опробована технология производства белка из отходов нефтепромышленности.
Что такое биотехнология: термин и основные виды
Биотехнология – наука о способах создания различных веществ с использованием естественных биологических компонентов, будь-то микроорганизмы, животные или растительные клетки. По сути, это манипулирование живыми клетками для получения определенных результатов.
Основными направлениями развития науки являются:
Биоинженерия – дисциплина, направленная на расширение знаний в области медицины (лечение, укрепление здоровья) и инженерии
Биомедицина – узкоспециализированный раздел медицины, который с теоретической точки зрения изучает строение человеческого организма, диагностику патологических состояний и возможности их коррекции. Раздел медицины, занимающийся контролем и лечением биологических систем живых организмов на молекулярном уровне, называется наномедициной.
Гибридизация — процесс получения гибридов (растений, животных). В основе лежит принцип получения одной клетки (устойчивой к тем или иным условиям) путем объединения других клеток.
Сейчас у нас уже есть средства необходимые для того, чтобы прожить достаточно долго до тех пор, пока мы не станем бессмертны. Можно агрессивно применять существующие знания, чтобы кардинально замедлить процессы старения, и оставаться в жизнеспособном состоянии до того момента, когда станут доступны совершенно радикальные терапии по продлению жизни с помощью био- и нанотехнологий.
Ray Kurzweil (изобретатель, футуролог)
Высшим достижением биотехнологии является генная инженерия. Генная инженерия – совокупность знаний и технологий получения РНК и ДНК, выделения генов из клеток, осуществление манипуляций с генами и введение их в другие организмы. Это «управление» геномом живого существа или растения с целью получения заданных свойств. Например, руководствуясь знаниями в области генной инженерии, китайские ученые планируют массово применять метод «исправления» генома людей с онкологическими заболеваниями. Однако, запускать полномасштабные проекты пока никто не спешит, т.к. на сегодняшний день невозможно спрогнозировать последствия для организма в долгосрочном периоде.
Особого внимания заслуживает клонирование. Под этим процессом понимают появление нескольких генетических идентичных организмов путем бесполого (в том числе вегетативного) размножения. На сегодняшний день были клонированы не только растения, но и несколько десятков видов животных (овцы, собаки, кошки, лошади). О фактах клонирования человека пока нет данных, хотя, по мнению ученых, с технической стороны – к процессу все готово. Именно эти разработки стали самыми противоречивыми и обсуждаемыми мировой общественностью. Дело не только в вероятности получения неполноценных людей, но и в этической и религиозной стороне вопроса.
Сфера применения
Принципы биотехнологических процессов внедряют в производство всех отраслей:
Основной целью клеточной инженерии является культивирование животных и растительных клеток. Открытия в области клеточной инженерии позволили контролировать и регулировать продуктивность, качество, устойчивость к заболеваниям новых форм и линий животных и растений.
Инвестиции и развитие
Хотя биотехнологию сложно назвать «молодой» наукой, именно сегодня она находится в начале своего развития. Направления и возможности, которые открываются благодаря развитию этих знаний, могут быть бесконечными. Могут, если получат должное финансирование и поддержку. Основными инвестиционными участниками направления являются сами инженеры и биотехнологии, и это вполне объяснимо. Сегодня предлагается не сам продукт, а скорее идея, и возможные методы ее реализации.
И для осуществления этой задумки нужны десятки и сотни экспериментов, опыты и дорогостоящее оборудование. Не каждый инвестор готов идти только за идеей, рискуя своими вложениями. Но ведь не все верили и в мобильную связь, а сегодня она повсюду.
На данный момент число крупных компаний, занимающихся биотехнологическими разработками, невелико. К таковым относятся:
По мнению экспертов, наиболее привлекательным направлением для инвестиций в биотехнологию являются компании, занимающиеся секвенированием. Это общее название методов, которые позволяют установить последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК. Расшифровка ДНК данных (секвенирование), дает возможность идентифицировать участки, которые отвечают за наследственные заболевания, и устранять их. Как только процесс будет доведен до совершенства, люди смогут не лечить симптомы, а избавляться от болезни. Это перевернет наше представление о диагностике, и принесет большие дивиденды тем, кто сумеет рассмотреть потенциал компании еще на этапе идеи.
Биотехнология: добро или зло?
Уже сегодня население планеты сталкивается с проблемой нехватки продуктов питания, и если численность людей продолжит расти, то в ближайшем будущем ситуация может стать критической. Знания о том, что такое биотехнология и как ее применять, помогают получать максимальные результаты урожайности, вне зависимости от внешних факторов. И эти достижения нельзя сбрасывать со счетов. Кроме того, неоспоримым доказательством пользы науки является изобретение антибиотиков, которые позволили контролировать, а в некоторых случаях и полностью искоренять, сотни болезней.
Но далеко не все оценивают науку однозначно. Существуют опасения, что отсутствие контроля может привести к необратимым последствиям. Например, уже сегодня продукты биотехнологии, такие как стероиды для спортсменов, становятся причиной для преждевременных сердечных патологий. В погоне за созданием супер-человека, победившего старость и болезни, общество рискует потерять свое естество.
Мы не остались жить в пещерах. Мы не остаемся в пределах нашей планеты. С помощью биотехнологии, генетического секвенирования, мы даже не собираемся ограничиваться рамками самой биологии.
Jason Silva (оратор, философ, телезвезда).
Развитие биотехнологии стало таким стремительным, что мировые государства столкнулись с проблемой отсутствия контроля на правовом уровне. Это стало причиной приостановления многих проектов, поэтому пока о клонировании человека и победе над смертью говорить преждевременно, и два конфронтационных лагеря могут беспрепятственно поддаваться философским размышлениям.
Биотехнолог
Биотехнологии – это прошлое, будущее и настоящее человечества. В ее компетенции не только выявление новых форм лекарственных растений и открытие новых способностей живых организмов, но и генная инженерия – одна из самых сложных и дискуссионных сфер науки. Если вы хотите стать биотехнологом, то, возможно, именно вы когда-то клонируете человека. Потому как научных преград к этому не существует, а вопросы этики наверняка будут решены в ближайшем будущем. Далее мы поговорим о достоинствах и недостатках профессии, расскажем, как получить ее, как строить карьеру и достигать успеха.
Инженер биотехнолог – кто это
Биотехнолог – специалист, изучающий биотехнологию в целом или в одной из ее разновидностей. Биотехнология – наука, которая изучает возможность использования биоматериалов для решения определенных технологических задач, а также для реализации проектов в сфере гибридизации и генной инженерии. Основу специализации составляет генетика, а также ключевые направления биологии и эмбриологии. Также биотехнология базируется на некоторых прикладных дисциплинах, в частности на робототехнике.
Профессия респектабельная, хорошо оплачиваемая и довольно древняя. Одной из первых биотехнологий, кстати, было пивоварение. Сегодня труд ученых и практиков сконцентрирован на решении задач медицины, генетики, фармацевтики, сельского хозяйства, промышленности и других отраслей, использующих их разработки. Многие открытия носят глобальный характер и меняют не только специфику, эффективность конкретного направления, но и жизнь человечества в целом. Яркий пример – селекция и генная модификация растений и клонирование.
Виды биотехнологии и круг обязанностей специалиста
Рабочие инструкции инженера биотехнолога зависят не только от специализации, но и от конкретного места работы. Преподаватель ВУЗа акцентирует внимание на педагогике, селекционер – на улучшении качеств растений, генный инженер – на изучении, скажем, мутаций или на том же клонировании. Круг обязанностей зависит и от вида биотехнологии, которой занимается специалист. Ключевые направления:
В задачи биотехнолога входит изучение объекта, проведение исследований и реализация проектов. Объект обычно зависит от направления биотехнологии, в которой работает специалист. Соответственно и круг задач меняется в зависимости от места работы и проекта, над которым работает инженер или ученый.
Где учиться на биотехнолога
Обязательно в ВУЗе и лучше всего в государственном. Авторитет учебного заведения особой роли не играет, важен уровень кафедры и возможности, которые учебное заведение предоставляет студентам в процессе обучения.
У вас должна быть возможность практиковаться, контактировать с научным сообществом, вы должны иметь необходимые ресурсы (лаборатории, места для прохождения практики и так далее).
Постарайтесь узнать о факультете выбранного университета как можно больше. Отдельно оцените уровень преподавательского состава, в частности практические достижения профессуры.
В ТОП-5 лучших университетов России, где учат биотехнологов, входят:
Получить профессию можно и по ускоренной программе в рамках первого или второго высшего образования. Для этого необходимо иметь диплом выпускника среднего специального учебного заведения по профильной специальности, либо высшее образование по любой специальности. Реализуется и несколько программ дистанционного обучения, однако их эффективность вызывает обоснованные сомнения у экспертов.
Какими личностными качествами нужно обладать
Прежде всего, это усидчивость. За важнейшими открытиями стоят годы усердной, сложной и не самой динамичной работы в лаборатории или в кабинете. Ученый может потратить массу времени и сил на проект, который в итоге окажется провальным. Необходимо иметь железные нервы и целеустремленность, важно верить в свои силы даже тогда, когда все оборачивается против вас.
Одновременно с этим нужно обладать развитым интеллектом и логическим мышлением, быть открытым к постоянному обучению и повышению квалификации. Еще одно важное личностное качество потенциального биотехнолога – коммуникабельность. Важно поддерживать контакт с научным сообществом и уметь работать в команде, находить общий язык с руководителями и спонсорами проекта, грамотно выстраивать общение с подчиненными.
Где работают биотехнологи
Научно-исследовательские центры. Здесь работа биотехнолога направлена на реализацию проектов глобального значения. Это серьезные исследования и практические разработки, которые выполняются по заказу компаний или во имя науки. Здесь выявляют новые способности и свойства живых организмов, исследуют геном, занимаются трансформацией ДНК и так далее.
Медицина. Биотехнология неотделима от медицины. В рамках исследований специалистов были найдены способы лечения многих заболеваний, изучены особенности генетики, анатомии человека, созданы методы реабилитации. Разработки биотехнологов применяются практически во всех сферах медицины – от пластической хирургии до пересадки костного мозга.
Производства. Фармацевтика, сельскохозяйственное производство, пищевая промышленность – биотехнологии неотделимы от деятельности компаний, которые работают с живыми организмами. Особые роли здесь играют гибридизация, генная инженерия, бионика и биофармакология.
Образовательные учреждения. Часто специалисты остаются работать в тех же ВУЗах, где получили образование. Они получают дополнительное педагогическое образование и становятся преподавателями, либо развивают свой научный потенциал. Согласно статистике, не менее 30% выпускников ВУЗов остаются работать в университетах, институтах и академиях.
Важно отметить, что это далеко не полный перечень сфер, в которых работают биотехнологи. Это востребованная, актуальная профессия – для специалистов открыты вакансии в сотнях предприятий, исследовательских компаний и производств. Обзорно охватить все возможные места для трудоустройства попросту невозможно.
Плюсы и минусы профессии
Ключевое достоинство специальности биотехнолог заключается в ее актуальности – это направление не только не устаревает, но и обретает новые формы.
В частности, интегрируется в робототехнику и в стремительно изменяющееся пищевое производство. Потому вам не придется беспокоиться о том, что профессия морально устареет.
Другие плюсы профессии биотехнолог:
Одновременно с этим важно отметить и недостатки специальности. Так выпускникам ВУЗов не стоит рассчитывать на высокую зарплату в первые 2-3 года построения карьеры. К тому же это сложная, крайне ответственная работа. Слишком многое зависит от места работы и даже от банального везения. Если ваш руководитель будет ангажирован, а спонсор откровенно некомпетентен, проблем с реализацией проекта избежать не удастся.
Зарплата биотехнолога в России и за рубежом
В среднем биотехнологии с опытом работы от трех лет в России получают 33-34 тысяч рублей. Зарплата во многом зависит от квалификации и места работы. Согласно неофициальной статистике, меньше всех получают сотрудники учебных заведений, а больше всех – руководители исследовательских центров и работники частных производств, фармацевтических компаний.
За рубежом зарплаты тоже сильно разнятся. Официальная статистика отсутствует, однако по подсчетам экспертов доход рядового биотехнолога в США превышает 2.5 тысячи долларов в месяц, в Канаде – 2 тысячи долларов. Во Франции специалисты в среднем зарабатывают 1.8 тысячи евро за месяц, в Германии – 2.2 тысячи евро.
Резюме
Биотехнолог – востребованная и респектабельная профессия, которая не имеет тенденции к утрате актуальности. Специальность имеет множество направлений. Она востребована в медицине, фармакологии, в производстве, сельском хозяйстве, в пищевой промышленности и десятках других отраслей. Не менее актуальна биотехнология как теоретическая и прикладная наука, сконцентрированная на исследованиях и разработках.