Специалист по искусственной эволюции: кто такой инженер-биотехнолог

Кто такой инженер в области синтетической биологии

Синтетическая биология — это новое направление на стыке нескольких наук, которое объединяет инженеров, физиков, математиков, программистов, химиков и молекулярных биологов.

Инженер в области синтетической биологии работает с генами, белками и другими биомолекулярными компонентами: перемещает их между организмами, проектирует и создает новые биологические системы с заданными свойствами, у большинства из которых нет аналогов в природе.

По сути, это искусственная эволюция, так как до появления синтетической биологии новые структуры возникали лишь в ходе естественного процесса мутаций. Возможности синтетической биологии практически не ограничены — от производства новых материалов из грибов или источников энергии на основе растений до выращивания злаковых с усовершенствованным фотосинтезом.

Например, в фармацевтике таким образом получили лекарство от малярии — артемизинин. Собрали нужные ферменты от разных бактерий в один модифицированный штамм и значительно снизили затраты на производство лекарства, так как перестали зависеть от урожайности полыни, из которой ранее получали лекарство.

Чем занимается инженер в области синтетической биологии

Синтетические биологи управляют клеточными функциями и перепрограммируют клетки. Другими словами, изучают, что и где в геноме можно сломать, поменять местами, заменить, чтобы получить новую систему. Последовательность генов можно создать виртуально благодаря компьютерному программированию и затем уже воплотить в жизнь.

Этого специалиста можно назвать генным программистом, только в его схемах биологические, а не математические составляющие.

Инженер в области синтетической биологии придумывает решение конкретных проблем. Например, в пищевой промышленности: если к 2050 году прирост населения составит примерно 2 млрд, будет не хватать продуктов питания, и на помощь придут генномодифицированные заменители, продукты с заданными свойствами, культивируемые продукты. А помочь решить проблему загрязнения земли, воды и воздуха помогут искусственные ферменты и организмы для очистки или водоросли, которые питаются пластиком.

Со времен промышленной революции человечество сильно истощило природные ресурсы, и благодаря синтетической биологии появилась возможность это исправить.

Основные навыки инженера в области синтетической биологии

Это профессия на стыке разных дисциплин, поэтому инженер в синтетической биологии должен разбираться не только в биологии, но и в математике, химии, физике. Главное — это интерес к естественным наукам.

Основные знания, которыми должен обладать специалист в области синтетической биологии:

• биология и генетика;
• биомолекулярное моделирование, абстракция цифровой логики, принципы конструирования схем;
• создание базовых элементов генетических сетей;
• дизайн новых биологических систем.

Еще этот человек должен обладать системным и экологическим мышлением, навыками художественного творчества, а также уметь управлять процессами.

Тренды и направления профессии

Ученые считают, что к 2030 году синтетическая биология кардинально изменит то, что мы едим, а также процесс получения продуктов питания, лекарства и материалы.

Синтетическая биология создает биологические системы, которых еще нет и которые помогут решить конкретные проблемы в таких сферах, как здравоохранение, энергетическая безопасность, пищевое производство, сельское хозяйство, скотоводство, фармацевтика, экология.

В России, вероятно, на первый план выйдут фармацевтика, медицина и химия, это связано с необходимостью импортозамещения и создания собственных инновационных лекарственных препаратов. В химической промышленности синтетическая биология позволит удешевить процессы.

Наибольший прогресс ожидается в сфере медицины и производства продуктов питания. Так, например, котлеты для гамбургеров в будущем могут выращивать с использованием объединений бактерий, грибов и клеток крупного рогатого скота, а специальные клетки смогут производить и выбрасывать в кровь инсулин по сигналу с телефона.

Откуда пришла профессия

Инженер в области синтетической биологии — профессия, которая возникла на основе двух других: молекулярного биолога и генного инженера.

Сам термин «синтетическая биология» впервые использовали в 1980 году. Так немецкий биохимик Барбара Хобом сообщила о трансгенной бактерии, полученной, благодаря искусственно созданной ДНК. Потом это словосочетание встречалось в научных работах 1990-х, когда ученые создали синтетический аналог РНК вируса бешенства.

Самостоятельное направление синтетической биологии стало оформляться с начала нулевых для решения задач по проектированию и сборке биологических систем. В 2002 году создали первый полностью искусственный вирус.

Активный рост в этой сфере заметен с 2003 года — становится больше научных публикаций. В 2010 году инженеры в области синтетической биологии создали первую искусственную бактерию. А в январе 2022 года биологи впервые построили полноценную модель живой клетки, которая полностью имитирует процессы, происходящие в настоящей клетке.

Как стать инженером в области синтетической биологии

Для работы в этой сфере требуется высшее образование по профилю «Биотехнология» или «Биоинженерия». Например, в российских вузах есть следующие программы: «Биотехнология» в Институте агробиотехнологии РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева в Москве, «Биоинженерия и биоинформатика» в МГУ им. Ломоносова, «Общая и прикладная биотехнология» в Новосибирском государственном аграрном университете, «Фармацевтическая биотехнология» в Казанском национальном исследовательском технологическом университете.

В мировое сообщество инженеров в области синтетической биологии можно попасть, еще будучи студентом. Например, Массачусетский технологический институт проводит соревнование iGEM. Команда до шести человек (школьники или студенты) придумывает, как научить бактерии чему-то новому, и реализует проект.