Специальность «биотехнологии и биоинженерия»: описание, программа и особенности

Изменение ДНК человека

Первые клинические испытания методов генной терапии были предприняты 22 мая 1989 года с целью генетического маркирования опухоль-инфильтрующих лимфоцитов в случае прогрессирующей меланомы.

14 сентября 1990 года в Бетесде (США) четырехлетней девочке, страдающей наследственным иммунодефицитом, обусловленным мутацией в гене аденозиндезаминазы (АDA), были пересажены ее собственные лимфоциты.

Работающая копия гена ADA была введена в клетки крови с помощью модифицированного вируса, в результате чего клетки получили возможность самостоятельно производить необходимый белок. Через шесть месяцев количество белых клеток в организме девочки поднялось до нормального уровня.

После этого область генной терапии получила толчок к дальнейшему развитию. С 1990-х годов сотни лабораторий ведут исследования по использованию генной терапии для лечения различных заболеваний. Уже сегодня с помощью генной терапии можно лечить диабет, анемию и некоторые виды онкологии.

Генная терапия

Генная терапия — введение, удаление или изменение генетического материала, в частности ДНК или РНК, в клетке пациента для лечения определенного заболевания.

Существует три основных стратегии использования генной терапии:

1. Замена мутировавшего гена, вызывающего заболевание, здоровой копией.
2. Инактивация или «выбивание» мутировавших генов, которые функционируют неправильно.
3. Введение нового гена в организм, помогающего бороться с болезнью.

Наиболее часто применяемый метод включает вставку «терапевтического» гена для замены «ненормального» или «вызывающего болезнь».

В 2015 году впервые была проведена процедура изменения ДНК человека с целью продления молодости клеток, когда американке Элизабет Пэрриш 44 лет ввели в организм препарат, влияющий на ДНК, а в 2018 году китайский ученый Хэ Цзянькуй заявил, что с его помощью у двух детей-близнецов якобы изменены гены для выработки у них иммунитета к вирусу ВИЧ, носителем которого являлся их отец.

Экономика инноваций

Почему в Китае популярны детские ДНК-тесты для определения вундеркиндов

Все это, с одной стороны, выглядит грандиозно и обнадеживает, но с другой, — вызывает опасения, ведь генетические манипуляции, теоретически, возможно использовать не только в благих и мирных целях.

После эксперимента с ДНК близнецов в Китае, ЮНЕСКО выступила с инициативой о запрете изменения генов у новорожденных до того момента, пока достоверно не будет доказана безопасность таких манипуляций.

06.05.01 Биоинженерия и биоинформатика

Профессиональные задачи

Научные исследования:

• изучение научно-технической информации, выполнение литературного и патентного поиска по тематике исследования;
• применение современных подходов, характерных для биоинженерии и биоинформатики, для решения проблем, стоящих как перед фундаментальной, так и прикладной наукой;
• использование полученных знаний и профессиональных навыков для грамотного анализа большого массива информации по биологическим объектам;
• участие в конструировании модифицированных или новых биологических объектов;
• использование методов биоинформатики и биоинженерии в молекулярной диагностике, выборе новых мишеней для лекарственных препаратов, медико-генетических исследованиях;
• участие во внедрении результатов исследований и разработок;
• подготовка данных и составление отчетов, обзоров, научных публикаций;
• участие в мероприятиях по защите объектов интеллектуальной собственности

Образование:

• преподавание биоинженерии, биоинформатики и смежных дисциплин (чтение лекций, проведение семинаров и практикумов) в образовательных организациях основного общего, среднего общего, среднего профессионального и высшего образования;
• составление учебников и учебных пособий по биоинженерии и биоинформатике;
• разработка методических рекомендаций, необходимых для преподавания теоретических основ и практического применения биоинженерии и биоинформатики;
• руководство курсовыми и выпускными квалификационными работами по биоинженерии, биоинформатике и смежным дисциплинам

Администрирование и управление:

• организация работы коллективов исполнителей;
• участие в составлении технической документации при использовании сконструированных биоинженерными методами объектов (графиков работ, технологических инструкций, инструкций по технике безопасности, заявок на материалы и оборудование, документов деловой переписки);
• участие в сборе и подготовке исходных данных для выбора и обоснования научно-технических и организационных решений при использовании биоинженерных объектов;
• участие в подготовке документации и в реализации системы менеджмента качества предприятия;
• участие в выполнении работ по подготовке к сертификации технических средств, систем, процессов, оборудования и материалов;
• участие в выполнении мероприятий по предупреждению производственного травматизма, профессиональных заболеваний и экологических нарушений

Производство и эксплуатация:

• составление рекомендаций по управлению отдельными стадиями биотехнологических процессов с использованием биоинженерных объектов для обеспечения охраны труда и экологической безопасности;
• участие в организации рабочих мест, их технического оснащения и размещении технологического оборудования для обеспечения охраны труда и экологической безопасности;
• участие в контроле входного контроля сырья, материалов и биоинженерных объектов;
• участие в контроле качества и безопасности выпускаемой продукции

Профессии (профстандарты), на которые нацелена программа 06.05.01 Биоинженерия и биоинформатика

• 01.001 Педагог (педагогическая деятельность в сфере дошкольного, начального общего, основного общего, среднего общего образования) (воспитатель, учитель);
• 01.003 Педагог дополнительного образования детей и взрослых;
• 01.004 Педагог профессионального обучения, профессионального образования и дополнительного профессионального образования.

Предметные рейтинги вузов по направлению – 06.05.01 Биоинженерия и биоинформатика:

Биотехнология

Что такое биотехнология и чем занимается биотехнолог

Биотехнология — это дисциплина, изучающая возможности использования живых организмов (бактерий, грибов, вирусов, растений и т.д.) в производстве продуктов питания, косметических средств, медицинских препаратов и т.д.

Биотехнология не является самостоятельной дисциплиной — она включает в себя методы генной инженерии, медицины, фармацевтики, микробиологии, клеточной биологии, эмбриологии, биохимии, химической технологии, информационных технологий и робототехники.

Биотехнолог — это специалист по биотехнологии, занимающийся научно-исследовательской, технологической, контролирующей деятельностью. Специалисты-биотехнологи занимаются созданием и разработкой вакцин, БАДов, лекарственных препаратов, косметических средств, продуктов питания. Также они выводят новые виды животных и растений, устойчивых к паразитам, заболеваниям, плохим климатическим условиям и т.д.

Места работы биотехнолога:

1. Научно-исследовательские лаборатории, институты и предприятия.
2. Биотехнологические предприятия.
3. Фармацевтические компании.
4. Предприятия по производству продуктов питания (пивоварни, сыроварни).
5. Аграрные предприятия.
6. Парфюмерные заводы.

Профессиональные навыки специалиста-биотехнолога:

1. Владение лабораторным оборудованием.
2. Взятие проб.
3. Проведение анализов и лабораторных исследований.
4. Анализ данных микробиологических показателей.
5. Проведение исследований методов ПЦР (полимеразной цепной реакции) и Реал-тайм.
6. Изучение и исследование функций генов и создание ДНК-маркёров.
7. Работа с клетками ДНК, бактериофагами.
8. Молекулярно-биологическое клонирование.
9. Культивирование микроорганизмов.
10. Ведение технической документации.

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:

• Биоинженерия – направлена, в частности, на решение медицинских задач и на совершенствование охраны здоровья человека.
• Биомедицина – это один из теоретических разделов медицины, изучающий организм человека, патологии и методы их лечения.
• Биофармакология – работает в интересах фармакологии, изучая особенности и свойства веществ биологического происхождения.
• Биоинформатика – де-факто это применение математических технологий и компьютерного анализа в биологии.
• Бионика – прикладная наука, основанная на применении черт живых организмов и принципов живой природы в технике.
• Клонирование – осуществление бесполого размножения, получение идентичных по геному организмов (вспомните про самку овцы Долли).
• Гибридизация – создание гибридов посредством объединения генов разных клеток в одну.
• Генная инженерия – направлена на изучение, копирование и изменения генома, в частности на трансформацию ДНК.

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.

Специальность биотехнолог

Такая профессия востребована и перспективна. Она подходит молодым людям, которые хорошо учились и сдавали экзамены в школе по предметам: химия, биология, физика и математика. Обучение может быть направлено на изучение БТ в целом или в одном из ее направлений. Личные качества, которыми желательно обладать, чтобы получать профессии, связанные с БТ:

• Высокий интеллект и аналитический склад ума.
• Любознательность и эрудированность.
• Нестандартное мышление.
• Терпение и наблюдательность.
• Целеустремленность и ответственность.
• Коммуникабельность.

В высших учебных заведениях можно получить основную профессию или прослушать дополнительный курс для получения второго образования уже состоявшимся профессионалам, например, врачам, по специальности биотехнология. Вуз лучше выбрать государственный, с высоким уровнем преподавания на ведущих кафедрах и хорошими материально-техническими ресурсами — оборудованными лабораториями, налаженными контактами в научном сообществе и возможных местах прохождения практики. Список университетов в Москве, имеющих биотехнологический факультет:

1. МГУ им. М. В. Ломоносова.
2. Аграрный университет им. К. А. Тимирязева.
3. РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина.
4. Исследовательский университет им Н. И. Пирогова.
5. РУДН.
6. РЭУ им. Г. В. Плеханова.

Вакансии и места работы

Биотехнологи могут работать в научно-исследовательских институтах, которые занимаются глобальными проектами по бионике, биофизике, микробиологии, генной инженерии и другим направлениям БТ. Исследования и разработки могут выполняться по заказу специализированных компаний или в чисто научных целях. Начинающий специалист обычно начинает карьеру с должности лаборанта химического анализа.

Имея склонность и стремление к научным открытиям можно зарекомендовать себя в научном мире. Особое направление БТ — биоинформатика, занимающаяся математическим и компьютерным анализом биологических процессов. Специалисты этого направления требуются во всех областях, связанных с БТ. В медицине все более широко применяются достижения БТ — от лечения генетических заболеваний до разработки новых методик хирургических операций. Вакансии, доступные для биотехнологов — микробиолог или вирусолог.

На фармацевтическом, косметологическом и пищевом производстве и на предприятиях агропромышленного комплекса всегда требуются специалисты, работающие с живыми организмами, — биофармакологи, лаборанты, контролеры технологического процесса, биотехнологи липидов и белков, биоинженеры клеток и тканей. Довольно большой процент выпускников вузов получает дополнительно педагогическое образование и осваивает педагогическую деятельность в области обучения специалистов по БТ.

Биотехнология актуальна и как прикладная наука, сконцентрированная на теоретических исследованиях и разработках.

Плюсы и минусы профессии

Основными положительными моментами при выборе специальности БТ являются актуальность и многозначность — возможность попробовать себя в самых разных сферах и компаниях, в том числе и иностранных, так как российские ученые высоко ценятся за рубежом. Профессионалы этого направления востребованы на рынке труда постоянно и есть вероятность появления новых отраслей человеческой деятельности, которые только формируются или еще даже не существуют. К другим плюсам можно отнести:

• респектабельность и престижность;
• высокую оплату труда при достаточном уровне квалификации;
• хорошие карьерные перспективы;
• моральное удовлетворение — возможность улучшить или спасти жизни многих людей;
• если есть талант и упорство — самореализация в науке.

Некоторые отрицательные моменты тоже присутствуют. Перспективы сильно зависят от места работы и руководства организации-работодателя — карьерный рост и зарплата могут не соответствовать желаемым. Не все специалисты могут осилить сложность заданий и повышенную ответственность на занимаемой вакансии. Некоторые сферы БТ, в частности, генная инженерия, испытывают негативное отношение религиозных деятелей и общественности.

Главными центрами развития БТ являются США и Европа. В России эта отрасль крайне привлекательна для инвесторов, но сложности состоят в выводе новых продуктов на рынок и большой длительности цикла от начала разработки проектов до запуска в производство. Тем не менее на рынке уже существует немало компаний, специализирующихся сугубо на биотехнологиях — Ohmygut, CardioQVARK, Инсилико, 3Д Биопринтинг Солюшенс и другие. Возможно, будущему специалисту-биотехнологу выпадет возможность работать именно в них.

Философия[]

Выживает наиболее приспособленный. Эволюция учит нас, что более адаптированные организмы будут всегда заменять менее приспособленные. Разница между неандертальцами и людьми была микроскопической. Неандертальцы умели создавать орудия, имели сложную социальную структуру и даже язык. Но кора головного мозга наших предков работала немного эффективнее. И сколько вы видели в последнее время на земле неандертальцев? Теперь мы владеем силами, которые могут сделать людей более приспособленными, более подготовленными, и, скорее всего, более способными к выживанию. На наши плечи лег груз мудрого использования этой силы, чтобы даровать людям бессмертие, совершенство и требуемое ими Единство. Сфера нашей компетенции – сама жизнь, все, что растет, меняется и с восхищением обозревает вселенную.

Обучение

Получить образование по специальности “Биоинженерия” можно во многих образовательных учреждениях. В общем для абитуриентов доступны 53 ВУЗа, в которых для обучения студентов используется двенадцать разных программ. Для поступления в ВУЗ абитуриент должен сдать ЕГЭ по биологии, химии, физике. Выбор программы зависит от уровня учебного заведения, профиля, материально-технической базы и будущей специальности, которую получат студенты.

• МГУ им. М.В. Ломоносова;
• МГМУ им. И.М. Сеченова;
• ИТМО;
• СПбАУ РАН;
• Санкт-Петербургский государственный университет;
• Военно-космическая академия имени А. Ф. Можайского Министерства обороны Российской Федерации;
• Московский педагогический государственный университет;
• Московский государственный гуманитарный университет имени М. А. Шолохова;
• Московский государственный областной университет.

Длительность обучения на стационаре составляет 4 – 5 лет, в зависимости от квалификации, “бакалавриат” или “специалист”. На магистратуре обучение длится два года. По завершению обучения в магистратуре вы сможете продолжить обучение в аспирантуре и после этого заниматься научно-исследовательской работой. Обучение в аспирантуре длится три года на очном отделении, и четыре года на заочном отделении. Также доступна дистанционная форма обучения, например, в университете С.Ю. Вите.

Перед поступлением обязательно ознакомьтесь с характеристикой ВУЗа, его материально-техническим обеспечением, преподавательским составом, доступными специальностями для обучения. Зная как можно больше информации вы точно сможете определиться с местом учебы. Также обязательно узнайте о том, какие предметы нужно будет сдавать и какой проходной балл необходим для поступления.

Если по окончании учебы вы защитите кандидатскую диссертацию, то это будет большим преимуществом в дальнейшей работе. Со степенью кандидата проще устроиться на работу в ВУЗ, научный центр. За научную степень вам будут доплачивать дотации к зарплате согласно тарифной сетке по специальности.

Во время обучения студенты будут осваивать много дисциплин, а именно будут учиться делать такие вещи:

• Конструировать модифицированные и новые биологические объекты;
• Проводить эксперименты с клетками и культурами клеток;
• Исследовать внутриклеточный транспорт токсичных молекул;
• Изучать структурные особенности и взаимодействие макромолекул;
• Осуществлять получение искусственных белков с заданным свойствами, синтезировать и изучать свойства таких белков;
• Проводить различные биоинженерные исследования (культивирование клеток различного происхождения, создание генно-инженерных конструкций, клонирование и т.д.);
• Изучать генетические маркеры выносливости и работоспособности человека;
• Создавать компьютерные программы, которые будут использоваться в биоинженерии и биоинформатике;
• Создавать специализированные и общедоступные биоинформационные сайты;
• Преподавать биоинженерию, биоинформатику и другие смежные дисциплины в различных образовательных учреждениях (вузах, колледжах).

Также во время учебы студенты будут проходить разные виды практики. Учебная и производственная практики могут проходить на современных фармацевтических и биофармацевтических предприятиях, в научно-исследовательских институтах медико-биологического и химического профилей, на кафедрах и в лабораториях вузов.

Обучение работника продолжается и на рабочем месте. Это происходит в виде производственной практики, посещении курсов повышения квалификации, посещении семинаров, на научно-практических конференциях и симпозиумах. Все это поможет повысить уровень квалификации, что в будущем отобразится на профессиональном росте и размере заработной платы.

Общие сведения

Биоинженер – специалист, который целенаправленно занимается изменением свойств живого организма. Профессия подходит тем людям, которые интересуются химией и биологией. Биоинженерия – одно из современных направлений современной науки. Это интегральная наука, она возникла на стыке физики, химии, биологии, генной инженерии и компьютерных технологий.

Биоинженеры работают с живыми организмами и системами, применяют в своей работе передовые технологии и достижения науки для решения медицинских проблем. Специалисты участвуют в разработке и создании новых приборов и оборудования. Также они участвуют в разработке новых процедур, опираясь на междисциплинарные знания. Таким образом появляются новые технологии, способны облегчить жизнь людей.

Не путайте биоинженерию с генной инженерией. Генная инженерия занимается изменением ДНК живых организмов, и является всего лишь ответвлением биоинженерии. Дисциплина направлена на углубление уже существующих знаний в области инженерии, биологии и медицины для укрепления здоровья людей за счет научных разработок.

Важными достижениями науки является разработка искусственных суставов, современных протезов, магниторезонансной томографии, кардиостимуляторов, артроскопии, ангиопластики, биоинженерных протезов кожи, почечного диализа, аппаратов искусственного кровообращения. Все это тесно переплетается с биотехнологиями и приносит пользу человечеству.

Профессионал должен обладать такими важными качествами:

• хороший интеллект;
• аналитический пытливый ум и склонность к естественным наукам;
• уметь анализировать и находить практическое применение известным теоретическим и полученным в ходе собственных исследований данным;
• знать принципы обращения с лабораторной и исследовательской техникой, основ хранения веществ, реактивов;
• уметь составлять отчеты о проделанной исследовательской деятельности.

Положительные стороны профессиональной деятельности:

• высокая заработная плата (но учтите что сразу после ВУЗа вы не будете получать максимальный оклад);
• высокая востребованность на рынке труда квалифицированных специалистов;
• карьерный рост;
• возможность проводить на работе исследования, нужные для ваших научных интересов;
• сотрудничество с международными холдингами и проектами;
• возможность стажировки за границей.

Минусы работы:

• сложное обучение в ВУЗе;
• высокая ответственность за разработки;
• работа с опасными химикатами;
• не всегда работа происходит в чистой и уютной лаборатории;
• возможный ненормированный рабочий день;
• одна ошибка может завалить проект всей команды;
• возможные неудачи во время разработок;
• получение не таких результатов, как вы ожидали;
• моральное напряжение.

Где применяется профессия?

Судя по последним открытиям в области биотехнологий, профессии биоинженера не угрожает потеря актуальности. Биотехнологии нашли применение в стремительно развивающейся робототехнике. Серьезные изменения переживает пищевая промышленность, где биотехнолог вскоре станет чуть ли не главной персоной.

Биотехнологи и биоинженеры востребованы в:

• научно-исследовательских центрах. Занятым в этих учреждениях научным сотрудникам приходится решать задачи на глобальном уровне. Как правило, заказчиками исследований и практических разработок являются крупные компании. В последнее время деятельность научно-исследовательских центров сосредоточена в определении новых способностей и свойств живых организмов. Здесь изучается геном, идет работа по преобразованию ДНК и пр.;
• медицине. С середины прошлого века биотехнологии стали неотъемлемой частью медицины. Исследования в этой области позволили побороть заболевания, ранее считавшиеся неизлечимыми. Ученым удалось узнать много нового о генетике и человеческой анатомии. Знания биоинженеров сейчас используются почти в каждой области медицины. Без них не обходится пластическая хирургия и пересадка костного мозга;
• фармацевтике. Благодаря биотехнологиям фармацевтами разрабатываются более эффективные виды лекарств;
• сельском хозяйстве. Селекция и гибридизация обеспечивают сельское хозяйство стойкими и урожайными видами культур. Биотехнологи участвуют в создании средств для борьбы с вредителями растений;
• пищевой промышленности. С помощью биотехнологий улучшаются качественные и вкусовые свойства продуктов, увеличивается срок их хранения;
• учреждениях образовательного типа. Завершив образовательный процесс, не все молодые специалисты покидают вуз. После получения педагогического образования они остаются в стенах альма-матер в качестве преподавателей. К этой категории относится до 30% всех выпускников со специальностями «биотехнолог» и «биоинженер».

Это лишь основные отрасли, где задействованы специалисты, работающие в сфере биотехнологий. При этом востребованность научных работников постоянно увеличивается.

Обязанностей специалиста

Биотехнолог изучает объект, проводит исследования, реализует проекты. Круг решаемых им задач напрямую зависит от сферы деятельности и квалификации. Согласно должностной инструкции, к основным обязанностям специалиста относятся:

• работа над составами новых продуктов, корректировка технологий производственных процессов;
• участие в испытаниях инновационных видов оборудования;
• совершенствование применяемых технологий;
• определение, необходимого для работы, биоматериала;
• подготовка и применение технико-экономических индексов;
• проведение контроля над техническими операциями;
• обработка территорий и объектов, подвергшихся биологическому загрязнению;
• подбор оптимального способа утилизации использованных материалов;
• составление оперативных отчетов.

Помимо основных наук, связанных с применением биотехнологий, специалист обязан обладать организаторскими способностями, иметь математический склад ума, работать с профессиональным оборудованием, различными материалами и реактивами.