Все, что вам нужно знать о редактировании генома

Лаборатория: начало

У Агентства Стратегических Инициатив (АСИ) есть программа НТИ – Национальная Технологическая Инициатива. Там изучают, какие рынки могут появиться в будущем – например, рынок беспилотных машин. И сотрудники НТИ что-то делают, чтобы Россия на этих рынках стала лидером (мне такая программа кажется сомнительной, но не суть).

Так вот, блоком HealthNet (будущий рынок медицины) руководит Михаил Самсонов, он же директор медицинского департамента «Р-ФАРМ».

В прекрасный зимний день Михаил сидел в ресторане и обедал, а меня просто посадили перед ним (спасибо старым контактам). Я что-то пролепетала про генную инженерию и книгу Аси Казанцевой.

Он сказал: я вас познакомлю с Павлом Волчковым, который 10 лет работал в лабораториях в США, а потом приехал и основал свою лабораторию геномной инженерии в МФТИ.

Через неделю я стояла перед зданием «Физтех Био» в ожидании интервью с Павлом Юрьевичем. Мы договорились пообщаться на тему «Рабочий день генного инженера». А заодно я репетировала про себя «А можно у вас поработать стажером пару месяцев?»

Здание «Физтех БИО» на территории университета МФТИ. Лаборатория геномной инженерии размещается на 6 этаже

Павел Юрьевич рассказывал про состояние науки в России, о том как он открыл лабораторию, а потом заявил:

«Вот вы видите пакет молока, и думаете – уау, это продукт. Люди занимались продуктом! А на самом деле, чтобы получить молоко, нужно еще навоз убирать. Вот в науке, чтобы получить что-то стоящее – нужно годами “убирать навоз”. Идите к нам в лабораторию на пару месяцев. У нас школьники занимаются геномным редактированием – будете вместе с ними, сделаете проект. Заодно проверите, нравится ли вам это».

Не очень веря в свое счастье, на следующий день я приступила к работе в лаборатории.

История развития

Истоки

Что нужно знать про огэ по математике

Основы классической генетики были заложены в середине XIX века благодаря экспериментам чешского-австрийского биолога Грегора Менделя. Открытые им на примере растений принципы передачи наследственных признаков от родительских организмов к их потомкам в 1865 году, к сожалению, не получили должного внимания у современников, и только в 1900 году Хуго де Фриз и другие европейские ученые независимо друг от друга «переоткрыли» законы наследственности.

Параллельно с этим шел процесс формирования знаний о ДНК. Так, в 1869 году швейцарский биолог Фридрих Мишер открыл факт существования макромолекулы, а в 1910 году американский биолог Томас Хант Морган обнаружил на основе характера наследования мутаций у дрозофил, что гены расположены линейно на хромосомах и образуют группы сцепления. В 1953 году было сделано важнейшее открытие — американец Джон Уотсон и британец Фрэнсис Крик установили молекулярную структуру ДНК.

На подъеме

К концу 1960-х годов генетика активно развивалась, а ее важными объектами стали вирусы и плазмиды. Были разработаны методы выделения высокоочищенных препаратов неповрежденных молекул ДНК, плазмид и вирусов, а в 1970-х годах был открыт ряд ферментов, катализирующих реакции превращения ДНК.

Генная инженерия как отдельное направление исследовательской работы зародилась в США в 1972 году, когда в Стэнфордском университете ученые Пол Берг, Стэнли Норман Коэн, Герберт Бойер и их научная группа внедрили новый ген в бактерию кишечной палочки (E. coli), то есть создали первую рекомбинантную ДНК.

Техника ПЦР была впервые разработана в 1980-х годах американским биохимиком Кэри Маллисом. Будущий лауреат Нобелевской премии по химии (1993 года), обнаружил в специфический фермент — ДНК-полимеразу, который участвует в репликации ДНК. Этот фермент буквально считывает отрезки цепи нуклеотидов молекулы и использует их в качестве шаблона для последующего копирования генетической информации.

Новая эра

В 1996 году методом пересадки ядра соматической клетки в цитоплазму яйцеклетки на свет появилось первое клонированное млекопитающее — овца Долли. Это событие стало революционным в истории развития генной инженерии, потому что впервые стало возможным серьезно говорить о создании клонов и выращивании живых организмов на основе молекул.

Обязанности

Робототехника: все, что нужно знать о роботах

К должностным инструкциям генного инженера входят такие обязанности:

изменение структуры генотипа живых организмов для усиления их устойчивости к поражению вирусами, другими инфекциями, воздействию неблагоприятных климатических условий;
выведение модифицированных трансгенных растительных культур;
создание эффективных инсектицидов и фунгицидов;
участие в разработке медикаментозных препаратов;
проведение научных исследований для изучения свойств и структуры генетического аппарата различных биологических форм;
ведение наблюдений за подопытными животными, насекомыми, микроорганизмами и другими материалами;
получение и отбор продуктов матагенеза клеток и тканей;
перестройка ДНК клеток: удаление «лишнего» набора фрагментов и создание искусственных организмов с усеченными геномами;
участие в долгосрочных научных исследованиях генетически модифицированных организмов;
преподавательская деятельность.

Предъявляемые требования

Что нужно знать об олимпиаде спбгу

Генная инженерия — это сравнительно молодая, но быстро развивающаяся наука. К её представителям предъявляют очень строгие требования, без соответствия которым невозможно будет качественно выполнять трудовые обязанности.

Перечень требований:

Образование. Генный инженер должен иметь диплом вуза по одной из профильных специальностей (генетика, биология, микробиология). Дополнительным преимуществом научного сотрудника будет прохождение профессиональных курсов.
Знания. Инженер-генетик должен хорошо разбираться в физике, биологии, химии, инженерии, бионике и биомедицине. Кроме этого, специалисту невозможно обойтись без знания английского языка и профессиональных компьютерных программ.
Навыки. Специалист в области генной инженерии должен уметь работать с биоматериалом, химическими реактивами и современным оборудованием.
Опыт работы. В большинстве случаев, чтобы получить должность в серьёзной организации, нужно иметь опыт работы лаборантом в каком-либо НИИ, преподавателем профильных дисциплин или сотрудником фармацевтической компании.

Генный инженер

Генным инженером является ученый, который специализируется на изменении особенностей живых организмов путем выполнения манипуляций с их системой ДНК.

История профессии

Вторая половина XX века — период, когда ученые направляли свою деятельность на проведения исследований и детальное изучение живой природы.

В начале 50-х годов, когда мир узнал о молекулярной биологии, ученые получили отличную возможность детально изучить способы хранения и передачи наследственной информации. Это послужило стимулом развития генной инженерии. Возникла необходимость в специалистах, способных создавать новые организмы с измененной генетической структурой, усиливая либо устраняя их определенные качества.

Особенности профессии

Генный инженер — это человек, который путем применения молекулярного клонирования, может напрямую воздействовать на генетический аппарат живого организма, оперировать разными генами, синтезировать их, переносить от одного вида другому и комбинировать на свое усмотрение.

В ходе проведения экспериментов ученый активно применяет методы молекулярной и клеточной биологии, цитологии, генетики, микробиологии и вирусологии. Бессмысленно идти в науку в расчёте на большие доходы и скорую славу.

Сегодня профессия Генный инженер входит в число перспективных, ведь наука не стоит на месте. Достижения генной инженерии сложно переоценить, в частности — медицине и сельском хозяйстве. Вместе с тем, не стоит рассчитывать на скорую славу.

Чтобы добиться признания, необходимо проделать колоссальный труд, демонстрируя успешные результаты экспериментов.

Обязанности

Работа генным инженером предусматривает:

видоизменение структуры живых организмов на генном уровне с целью усилить их устойчивость к различным вирусам;
выведение трансгенных растений;
создание эффективных средств борьбы с насекомыми;
проведение ряда исследований с целью изучить структуру и специфику генов;
постоянное наблюдение за подопытным материалом с последующим составлением письменного отчета о проделанной работе и результативности;
написание научных работ и выступление на конференциях.

Важные качества

Необходимые качества, которыми должен обладать генный инженер:

ответственный подход к выполнению поставленных задач;
скрупулезность;
целеустремленность;
собранность;
стрессоустойчивость;
хорошая память;
аккуратность;
склонность к экспериментам.

Навыки и знания

Генный инженер — это специалист, который должен отлично знать такие предметы, как химия, биология и физика.

Результативная деятельность в данной области невозможна без знания ключевых технологий генной инженерии и умения правильно использовать профессиональное оборудование.

Ученому необходимо в совершенстве владеть английским языком, чтобы не испытывать сложностей при общении с иностранными коллегами и без труда читать литературу.

Перспективы и карьера

Профессия Генный инженер предусматривает широкий спектр возможности дальнейшего трудоустройства. Специалисты подобного профиля востребованы в НИИ, научных центрах и лабораториях, специализирующихся на создании лекарственных препаратов клиниках и организациях.

Что касается продвижения по карьерной лестнице, то начальной ступенькой является должность помощника лаборанта.

При наличии нужного количества практического опыта и безукоризненном выполнении своих обязанностей, специалист вправе рассчитывать на возможность проводить самостоятельные исследования. Перед ним открывается перспектива спустя некоторое время занять место старшего научного сотрудника.

При отсутствии желания заниматься научной деятельностью, есть отличный шанс создать собственное дело, выращивая трансгенные продукты и животных для дальнейшей реализации либо трудиться на должности агронома в одной из сельскохозяйственных организаций.

Обучение

Работа генным инженером возможна при наличии у претендента на вакантное место диплома о высшем образовании специальности «Генетика», «Биология» либо «Микробиология».

С целью совершенствования профессиональных навыков стоит посещать квалификационные курсы, изучать материалы передового опыта и читать специализированную литературу.

Как стать генным инженером – где учиться

Чтобы стать генным инженером, нужно получить высшее образование по специальностям «Биология», «Генетика», «Микробиология». Получить необходимые знания можно в любом гуманитарном вузе страны.

Для биологов и врачей, которые имеют смежную специализацию, возможны занятия на курсах переподготовки. Срок такого обучения составляет около 3 месяцев. Занятия проходят в дистанционном формате без отрыва от основной работы.

Необходимые навыки и знания

Как и любой ученый, генный инженер должен обладать пытливым умом и аналитическим мышлением. Для генетика важна педантичность и усидчивость. У специалиста должна быть врожденная склонность к естественным наукам: химии, биологии, медицине.

Для серьезных ученых не лишним будет владение английским языком – это даст дополнительные возможности для консультаций с иностранными коллегами и для скрупулезного изучения их научных трудов.

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.

Обучение

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.

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).

Рабочий день генного инженера

Генные инженеры, конечно, не называют себя генными инженерами. Они зовутся молекулярными биологами.

МФТИ находится в городе Долгопрудном под Москвой. Я приезжала туда к 11, уезжала домой обычно в 20:00.

Первую неделю в лабе я следила, что и как делают другие сотрудники. А потом мне назначили научного руководителя Светлану Дмитриевну Звереву, она сказала: «Вот твоя пипетка, вот твои клетки. Делай».

Светлана Дмитриевна разрабатывает новый метод генной инженерии растений. В основном я занималась тем, что брала на себя маленькие части ее проекта:

подготовить плазмиды (плазмида – это кусок ДНК в кольце. Мне нужно было «разрезать и заново сшить» цепочку ДНК в нужных местах),
подготовить клетки (изменить геном клеток с помощью плазмиды) и т. д.

Проверяю с помощью агарозного гель-электрофореза, получилась ли нужная мне цепочка ДНК

Кстати, мне разрешали работать с реактивами, пробирочка каждого из которых стоит

20 тысяч рублей. В жизни бы не подпустила новичка к таким дорогим штукам!

Через 3 месяца Светлана позволила юному падавану готовить растения для экспериментов.

На сленге ученых то, чем я занималась, называется «капать» – потому что много времени ты проводишь с пипеткой и капаешь свои растворы из пробирки в пробирку. На некоторых вечеринках ко мне подходили молодые люди и спрашивали «О, ты капаешь?» – это звучало как «О, ты играешь в рок-группе?»

Как бы круто все это ни звучало, в США такому учат еще в школе. Опыты с геномом клеток входят в школьную программу по естествознанию.

Нужно добавить, что российские школьники все равно могут попробовать себя в молекулярной биологии: либо прийти в лабораторию геномной инженерии МФТИ, либо пройти программу в Школе молекулярной и теоретической биологии, проходящей при поддержке Zimin Foundation.

Еще я делала стандартные для ученого процедуры:

вела лабораторный журнал (т. е. записывала все свои действия и результаты экспериментов), чтобы затем можно было убедиться, что опыт был проведен правильно,
изучала зарубежные исследования по нужной мне теме.

Многие ученые работают по выходным, потому что у клеток и растений нет выходных. Если по ходу опыта нужно прийти и проверить клетки 1 января в 6 утра – ученый придет и будет проверять клетки.

Кстати, эксперимент может не получиться 5 раз подряд – это нормально. Клетки с нужным геномом для проекта Светланы я получила с четвертого раза (правда, в моем случае всё можно списать на неопытность).

Вы спросите: «А как ты резала геном, если ничего не знаешь в биологии?» Дело в том, что в научном процессе много протоколов. Чтобы «разрезать» геном, нужно смешать вот такие растворы, подержать их на льду, потом согреть, потом снова на лед и т. д.

Мне дали стопку таких протоколов, и я просто все делала по инструкции. Для этого и учиться особо не нужно.

А вот для чего нужно учиться годами и следить за миром науки: чтобы самому проектировать эксперименты. «Цель – получить особи свиней, устойчивых к африканской чуме. Я возьму эти клетки, эти плазмиды, эти рестриктазы, подготовлю такую конструкцию, потом вставлю конструкцию в геном зародышей свиней, а вот в этих зародышах менять не буду, потому что. » и т. д.

То есть, я просто делала ручную лаборантскую работу. Говоря об ученых, я не называю себя таковым и не считаю себя им. Спроектировать эксперимент я не способна.

По пятницам у нас проводились «симпозиумы»: кто-то из сотрудников готовил доклад о зарубежной научной статье, а потом мы садились с пиццей и вином и обсуждали новые открытия.

Мне тоже выпало счастье готовить доклад, и это было самым сложным испытанием. Представьте, что вам нужно за неделю выучить новый язык, а затем на этом же языке рассказать поэму, притом еще ответить на вопросы по тексту. Вот примерно так я себя чувствовала.

Объекты генной инженерии

Наиболее часто объектами для исследования генной инженерии становятся микроорганизмы, клетки растений и низших животных, однако ведутся исследования и на клетках млекопитающих, и даже на клетках человеческого организма. Как правило, непосредственным объектом исследования является молекула ДНК, очищенная от прочих клеточных веществ

При помощи энзимов ДНК расщепляется на отдельные отрезки, причём важно уметь распознавать и выделять нужный отрезок, переносить его при помощи энзимов и встраивать в структуру другой ДНК

Современные методики уже позволяют достаточно свободно манипулировать отрезками генома, размножать нужный участок наследственной цепи и вставлять его на место другого нуклеотида в ДНК реципиента. Накоплен достаточно большой опыт и собрана немалая информация по закономерностям строения наследственных механизмов. Как правило, преобразованиям подвергаются сельскохозяйственные растения, что уже позволило существенно повысить результативность основных продовольственных культур.

Плюсы профессии генного инженера

Генная инженерия предоставляет ряд преимуществ сотрудникам в данной сфере:

Обширные возможности для научной деятельности. Перед генными инженерами открывается множество дверей в возможностях для проведения различных экспериментов.
Отсутствие монотонности. Это исходит из предыдущего пункта. Ввиду того, что работникам данной области постоянно приходится выполнять новые задачи и искать нестандартные решения, монотонная работа им не грозит.
Постоянное развитие. Генная инженерия, как и многие другие научные сферы не стоят на месте. В связи с этим перед сотрудниками в данных областях открываются обширные возможности по повышению квалификации и изучению новых отраслей.
Карьерный рост. Ввиду того, что профессия генного инженера на сегодняшний день ещё не раскрыта полностью и постоянно развивается, сотрудники данной области становятся всё более востребованными, в связи с чем всегда есть перспективы карьерного роста, причём как в России, так и за рубежом – наши специалисты ценятся во многих странах.
Оплата труда. При наличии должного багажа знаний и необходимого опыта работы генный инженер может рассчитывать на достойную оплату труда. Однако на начальных этапах, ситуация не такая радужная, речь об этом пойдёт ниже.

Заработная плата

Заработная плата начинающего специалиста или аспиранта в государственном НИИ $160-350 в месяц. В лаборатории, которая финансироваться за счет грантов, получает в среднем $950-1300. Если гранты отсутствуют, то оклад составляете от $200 до $450, вне зависимости от разряда единой тарифной сетки. В отечественной компании молодой специалист зарабатывает в среднем $500-700 в месяц, а квалифицированный биоинженер от $1500 до 3000. Заработок специалистов в иностранных корпорациях составляет несколько тысяч долларов.

Размер заработной платы зависит от квалификации специалиста, его трудового стажа, места работы и региона страны. Чем выше степень и значимость учреждения, где работает человек, тем выше заработная плата. Значение имеет также уровень учреждения на уровне страны и международных компаний. Те люди, которые сотрудничают с зарубежными партнерами, получают больше, нежели те, что финансируются за счет государственного бюджета.

Теперь вы знаете основы о профессии биоинженера, и сможете выбрать подходящее место работы с достойной оплатой труда.