Биоинженерия: что это за наука, где можно пройти обучение и какие перспективы у профессии

Этот симбиоз науки и техники совершенно справедливо можно назвать самым дерзновенным направлением научно-технического прогресса, поскольку он применяет инженерные принципы к биологии и медицине. А что может быть важнее здоровья человека и желания продлить его жизнь? Биоинженерия сконцентрирована именно на таких аспектах.

Если вылечить нельзя, можно воссоздать заново

Именно такой подход лежит в основе биоинженерии. Ее постулат, – создание и выращивание живых тканей и органов. Без преувеличения, весьма революционная методология, позволяющая обеспечивать полноценными здоровыми органами людей с необратимым износом жизненно важных функциональных систем. Можно услышать возражение: но ведь существует же пересадка органов? Да, трансплантология и ее опыт сегодня прогрессируют, но врачи убедились, что основной проблемой является опасность отторжения чужеродного органа. И если даже донорский орган приживлен успешно, он не сможет работать безусловно долго. Например, при пересадке сердца, при всем грандиозном успехе в этом современной медицины, такой срок ограничивается десятью годами, увы… Альтернативным, причем намного более результативным направлением и является биоинженерия. Сегодня она сосредоточилась на клеточном и генном уровнях, открывающих поразительные для современного состояния медицины перспективы.

Существуют убедительные опыты, доказавшие возможность выращивания на базе стволовых клеток тканей костного мозга, печени, поджелудочной железы хрящевых образований. Так неужели проблема решена? В том-то и дело, что сегодняшняя наука, осознав реальность достижения еще вчера казавшегося недостижимым, продолжает находиться в стадии поиска, формулирования теории и практики методик, нащупывания принципов, позволяющих открыть уникальные возможности оздоровления и продления жизни каждого индивида. В центре внимания – опыты по восстановлению тканей сердца. Интересно, что за основу их интродукции берутся клетки кожи человека и волоса. К сожалению, пока убедительных результатов не обнародовано.

Что достигнуто и о чем умалчивается

Данная констатация справедлива. Эксперименты подобного характера проводятся сегодня в лабораториях всех развитых стран. Для ученых – вопрос престижа своими достижениями. Однако стратегические интересы государства часто требуют оставить данную информацию под грифом «совершенно секретно». Досужие издания и журналисты, однако, стараются держать человечество в курсе происходящего. Сообщения из лабораторий звучат совершенно сенсационно.

Чудо? Нет, реальность!

• Четыре года назад в прессе появилось сообщение об успехе австралийских ученых, сумевших создать искусственный материал для регенерации живых тканей, не отторгаемых организмом. Ими явились полимерные волокна;
• Без указания страны, где проводились исследования, но достаточно подробно сообщается, что впечатляет результат использования магнитного поля для воссоздания тканей в области реконструкции и наращивания костных систем;
• Для этой же области медицины, но другими методами вели исследования китайские ученые, сумевшие создать биосовместимые материалы на основе пористых металлических сплавов титана. В условиях низкотемпературных режимов и варьирования продолжительности синтеза удалось получить структуру, имитирующую кость человека со всеми ее физиологическими характеристиками;
• Стоматология готова пополниться разработками композита на основе полимеров и входящих в их состав ферментов, предотвращающих белковое загрязнение медицинских имплантов. Весьма перспективным признается направление, где прикладывают свои усилия ученые университета Массачусетса. Здесь используют наночастицы золота для продолжительной стабилизации белковых соединений;
• Исследователи Калифорнийского университета обнаружили, что соединение полимерных наночастиц и красных кровяных телец увеличивает интенсивность жизненного цикла, еще более возрастающую при внедрении в структуру лекарственных веществ;
• Канадские экспериментаторы пошли по пути соединения методик физики и медицинских исследований. В итоге усовершенствованный магнитно-резонансный томограф стал способен перемешать внутри кровяного русла человека небольшие металлические шарики. На основе таких наработок могут быть созданы приборы неинвазийной хирургии. Подобные мини-роботы смогут осуществлять сложнейшие манипуляции внутри любых органов;
• Впечатляют открытия швейцарских экспериментаторов, вплотную подошедших к решению проблемы происхождения жизни. Они открыли, что наночастицы кварца способны стимулировать создание упорядоченных структур. Это становится толчком для экспериментов по воспроизведению органов и тканей.

Я бы в биоинженеры пошел. Пусть меня научат!

Перспективность нового направления подтверждает прицел на подготовку кадров данного профиля. В России, как и за рубежом, ряд престижных ВУЗов уже не один год набирает студентов для осваивания азов биоинженерии, известных сегодня науке. Российская Национальная Академия, Московский Университет им. М.В. Ломоносова, другие масштабные учебные заведения имеют подобные кафедры, через которые идет внедрение молодой поросли в перспективную отрасль.

Преподавательский состав стоит перед непростой задачей — не только передать запас знаний на стыке химии, физики, биологии, математики, информатики, но и воспитать плеяду исследователей, которые пойдут дальше своих учителей. Дело трудное, но весьма благородное, тем более, что и государственный заказ все реальнее начинает поддерживать новаторский поиск.

Институт Биоинженерии им. К.Г. Скрябина

Центр «Биоинженерия» РАН (ЦБ РАН) был создан в 1991 году на правах Института. Основателем Центра и его директором являлся выдающийся ученый России – академик К.Г. Скрябин, член Совета при Президенте РФ по науке и образованию, лауреат Государственной премии, ассоциированный член Европейской молекулярно-биологической Организации (EMBO). В настоящее время Центр «Биоинженерия» РАН, вошедший в состав ФИЦ «Биотехнологии» РАН в качестве структурного подразделения Институт биоинженерии, является одной из ведущих научных организаций России осуществляющий фундаментальные исследования и прикладные разработки по следующим направлениям:

• Структурная, функциональная и эволюционная геномика;
• Постгеномные биотехнологии и нанобиотехнологии;
• Механизмы регуляции экспрессии генов;
• Биокаталитические и биосинтетические технологии;
• Генетическая инженерия микроорганизмов, растений и клеток млекопитающих;
• Биобезопасность;
• Биотехнологии получения физиологически активных веществ;
• Информационно-компьютерные технологии для исследований в области наук о жизни.

Институт оснащен оборудованием мирового уровня, в том числе для высокопроизводительного секвенирования геномов различных организмов. Работает экспериментальная установка искусственного климата для работ по генетической инженерии растений.

Центр «Биоинженерия» РАН участвовал в проектах 6-ой и 7-ой Рамочных программ ЕС, в широкомасштабных международных проектах, таких как Сo-EXTRA (Сосуществование и отслеживаемость ГМО), в международных консорциумах по секвенированию генома картофеля, PLAPROVA («Plant produced vaccines», Растения-продуценты вакцин) и CAGEKID («Cancer Genomics of Kidney», Геномика рака почки».

В рамках работы международного консорциума расшифрована нуклеотидная последовательность генома картофеля, что создает основу для комплекса работ в области генетики и селекции. В результате полногеномного ассоциативного исследования, проведенного в рамках Международного консорциума «Геном рака почки», найдены 2 локуса, для которых показана статистически достоверная корреляция с возникновением рака почки у человека.

Определены нуклеотидные последовательности геномов более 20 микроорганизмов, обитающих в экстремальных условиях окружающей среды. Охарактеризованы новые эволюционные линии экстремофильных бактерий и архей, определены механизмы их адаптации к условиям среды, идентифицированы и охарактеризованы новые ферменты для промышленной биотехнологии. Определена полная структура генома и транскриптома термотолерантных метилотрофных дрожжей Hansenula polymorpha DL1.

Полученные результаты создают основу для разработки биотехнологических платформ экспрессии рекомбинантных белков в этих дрожжах, а также процессов, предполагающих направленную модификацию штамма методами биоинженерии и метаболической инженерии.

Разработана рекомбинантная противогриппозная нановакцина на основе высоко-консервативного М2е пептида вируса гриппа А, экспонированного на поверхности вирусоподобных наночастиц, образуемых ядерным антигеном вируса гепатита В. Разработанная кандидатная вакцина проходит доклинические исследования.

Разработаны новые технологии продукции в растениях рекомбинантных белков медицинского назначения, в том числе вакцин. Созданы высокоактивные микробиологические штаммы – продуценты и разработаны опытно-промышленные технологии получения фармацевтических субстанций правастатина (ингибитора развития атеросклероза), макролактамного антибиотика рифамицина, полипептидного антибиотика полимиксина В, ряда стероидных препаратов.

Создание отечественного производства будет способствовать замещению в России этих импортных фармпрепаратов. Разработаны оригинальные способы химической, физической и ферментативной модификации хитозана, в т. ч. с получением наноструктурированных производных, для использования в качестве носителя для адресной доставки противоопухолевых лекарств (доксорубицин), а также для создания эффективных антикоагулянтов крови, биологических средств защиты растений, радиопротекторов, биокомпозитов.

В последние годы работы сотрудников отмечены Премией Правительства Российской Федерации в области науки и техники, Премией Правительства Москвы для молодых ученых, Премией Европейской Академии для молодых ученых.

В 2014 году Центр «Биоинженерия» РАН преобразован в Институт биоинженерии в составе ФИЦ Биотехнологии РАН.

Что ищем и что находим?

В центре внимания экспериментаторов биоинженерии находятся вопросы молекулярной биологии, способной в перспективе не только создавать органы конкретного индивида, но и генетически модифицированные организмы, в частности, сельскохозяйственных животных и растений с заданными свойствами.

Кстати, в таком аспекте уже существуют весьма убедительные результаты в виде овец с уникальными свойствами шерсти и фруктов с повышенным содержанием минералов и витаминов. Отдельная ветвь биоинженерии может помочь создавать машины и механизмы с принципами устройства весьма изощренного и совершенного организма человека. Более того, принципы биоинженерии могут сыграть важнейшую роль в создании и поддержании уязвимых в условиях тотального загрязнения планеты экосистем.

В целом же большинство учебно-исследовательских центров сосредоточено на следующих направлениях:

• молекулярное моделирование;
• изучение свойств белковой материи в динамике ее воспроизводства;
• получение биополимеров и эксперименты с их участием;
• выращивание тканей для трансплантологии;
• влияние наночастиц на живые организмы.

Перспективы биоинженерии в России

Сегодняшняя позиция страны в объеме мировых нанотехнологий в денежном выражении минимальна. Такая критическая констатация заставляет властные структуры по-новому взглянуть на упущения в отрасли. Поскольку в данную сферу активно начали вкладывать средства США, европейские страны, Япония, Китай, России предстоит пересмотреть свою пока еще достаточно пассивную позицию.

Речь идет о совершенствовании законодательства данного направления разработке стандартов. Остается надеяться, что свежие ласточки научной мысли и эксперимента получат государственную финансовую поддержку, и страна окажется если не «впереди планеты всей», то по крайней мере, не в хвосте столь многообещающего русла научно-технического прогресса.

Пока же лечение на основе принципов биоинженерии признается лишь апробацией принципиально новых подходов. Вместе с тем, именно Россия стала родиной попыток преодоления генетических заболеваний на основе редактирования генома человека.

Источник: https://start-365.ru