Александр Панчин. О профессии биоинженера

Александр Панчин
Кандидат биологических наук
Старший научный сотрудник, Институт проблем передачи информации РАН
Кандидат биологических наук

– Что такое биотехнологии?
– В широком смысле к ним можно отнести все технологии, связанные с использованием биологических систем в различных целях. Это и технологии селекции, и технология прививания растений, и технология выведения новых штаммов микроорганизмов и их использования.

В узком смысле — это технологии с применением генной инженерии, которые сейчас весьма активно используются. В сельском хозяйстве востребована генная инженерия растений. Генная инженерия микроорганизмов нужна для получения медицинских препаратов и других полезных веществ, а также для производства каких-либо компонентов, не обязательно связанных с медициной, например, биотоплива.

– А где генная инженерия сейчас наиболее востребована?
– Подавляющее большинство специалистов занимаются генной инженерией в рамках фундаментальных исследований, ведь эта технология — наша основная возможность узнать, что делает тот или иной участок ДНК. Мы либо нарушаем в нем последовательность элементов, либо переносим весь участок в другой организм и смотрим, что изменилось, какие новые свойства появились. Таким образом мы пытаемся установить, как работают гены.

Две отрасли, в которых генная инженерия наиболее востребована и используется для решения практических задач — микробиология и сельское хозяйство, в частности, создание новых сортов растений. Агросектор заинтересован в сортах, устойчивых к вирусам и вредителям, способных расти при более низких температурах, нежели «оригиналы», на засоленной или по другим причинам в норме непригодной почве. Нужны растения, дающие больше урожая, содержащие больше определенных питательных веществ.

Кроме того, активно создаются генно-модифицированные микроорганизмы, которые используются для производства различных лекарств, витаминов, пищевых добавок и прочих интересующих человека веществ. Практически весь инсулин сейчас производятся с их помощью.

Генная инженерия нашла применение и в животноводстве: например, знаменитые козы, производящие паутину — прочный и легкий материал, из которого можно делать, к примеру, хирургические нити, или использовать для создания бронежилетов.

Также не стоит забывать о широких возможностях генной инженерии в медицине. Приведу вам пример проблемы, которую могут решить генные инженеры. Людям, страдающим диабетом, сложно поддерживать постоянный уровень глюкозы в крови. Сразу после укола ее концентрация высока, а потом она падает. Чтобы помочь таким пациентам, был придуман альтернативный способ, не требующий шприцов и игл. Можно создать специальные клетки, производящие инсулин, и заключить их в каркасы, допустим, из биополимера. Каркас нужен для того, чтобы иммунная система не атаковала этих чужеродных «помощников». Затем конструкцию следует ввести человеку, и это решает проблему со скачками глюкозы.

Или возьмем технологии пересадки донорских и выращивания искусственных органов. Существует проблема их отторжения. И с помощью генной инженерии мы способны эту проблему обойти. Есть несколько решений: это и генная модификация клеток, из которых орган состоит, и разработка препаратов, которые подавляют иммунную систему, чтобы та не отторгала донорские органы. Был проведен эксперимент, результаты которого дают нам надежду. Ученые из Мэриленда пересадили обезьяне модифицированное сердце свиньи — вы только вдумайтесь, животного другого вида! — и организм примата не отторг его. А если смогли обезьяне, то в будущем сможем и человеку. Сейчас единственная возможность заменить больной орган — взять его у погибшего человека, и многие больные попросту не дожидаются своей очереди. Возможность пересадки органов от генно-модифицированных животных решила бы проблему донорства. Поэтому в ближайшие десятилетия профессия биоинженера вряд ли перестанет быть востребованной, скорее наоборот.

– Кто такой биоинженер?
– Это человек, который умеет редактировать наследственный материал того или иного организма. Однако не следует забывать, что биоинженеры бывают разных специализаций, ведь используемые технологии зависят от объекта — клетки, растения, а может и животного — с которым работает человек.

– Как вы пришли в профессию?
– Я учился в 1543-ей гимназии города Москвы в классе с биологическим уклоном. Мне очень нравились математика и биология. Соответственно, выбор факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ был для меня логичен, ведь там требовались знания любимых предметов.

И до сих пор мне интересны оба направления. Исследования в биоинженерии зачастую длятся долго: от начала эксперимента до его завершения может пройти несколько лет. Если хочется быстро получить результаты — с этим легче в биоинформатике. Если в голове родилась гипотеза, достаточно написать пару программ, провести несколько анализов и проверить ее. В генной инженерии и молекулярной биологии порой приходится долго стоять на месте, но без экспериментальных данных биоинформатикам не с чем было бы работать. Поэтому эти науки прекрасно дополняют друг друга.

– Куда бы вы посоветовали поступать человеку, который хочет стать биоинженером?
– В основном в биоинженерию приходят люди, имеющие биологическую специальность. Существуют и специализированные факультеты, которые обучают генной инженерии — помимо уже упомянутого мной факультета биоинженерии и биоинформатики в МГУ недавно появился факультет биотехнологий.

Однако, на самом деле, курс генной инженерии небольшой и не очень сложный. На западе генную инженерию преподают даже в некоторых школах. Детям показывают опыты, они могут собственноручно модифицировать бактерии. К примеру, сделать их светящимися в ультрафиолете — для этого в микроорганизмы переносят гены флюоресцирующих белков из медуз. Будущему биоинженеру нужно иметь представление о том, что такое ДНК, как она устроена, но также пригодятся знания математики и статистики. В принципе достаточно получить биологическое образование, а затем освоить необходимые навыки. Можно выбрать для написания курсовой или дипломной работы молекулярную генетическую лабораторию, которая занимается фундаментальными исследованиями с использованием генной инженерии. Заодно студент сможет понять, интересно ли ему заниматься фундаментальной наукой, или стоит после окончания университета идти в прикладную отрасль.

– Какие сильные лаборатории вы могли бы назвать? Куда стоит идти?
– Лаборатории МГУ, Фонда «Сколково», Института биоорганической химии РАН имени М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова (Москва), Балтийского федерального университета имени И. Канта (Калининград), Новосибирского государственного университета, Башкирского государственного университета (Уфа).

– Какие личные качества необходимы для профессии биоинженера?
– Важно быть трудолюбивым и терпеливым. Нередко первых результатов нужно дожидаться пару лет. Опыты приходится повторять, чтобы убедиться в правильности выводов. Также может оказаться, что ваша гипотеза неверна. Нужно стремиться не искать везде подтверждения своих идей, а уметь отказываться от своих представлений, признавать ошибку и менять курс.

Биоинженеру важна аккуратность и повышенное внимание к деталям. Поленись он, к примеру, убрать клетки в термостат, культура будет испорчена, работу придется переделывать, а ведь это может быть труд нескольких недель.

Понадобятся любознательность и увлеченность естественными науками. Некоторым интересно разбираться, как устроена природа, некоторым — не очень, для них может быть более занимательным изучать, как люди думают. Соответственно, таким школьникам лучше подумать о карьере в другой области, хотя и в нейронауках сейчас активно используется генная инженерия.

– Может ли человек, мечтающий стать биоинженером, уже сейчас попробовать себя в практической работе?
– На некоторых фестивалях науки появляются предложения поучаствовать в экспериментах, связанных с биотехнологиями. Политехнический музей организовывал подобные мероприятия. Конечно, здорово участвовать в олимпиадах, но они помогут узнать лишь теоретические аспекты. К сожалению, экспериментальная часть в них отсутствует.

– А есть в генной инженерии люди, которых можно назвать ролевой моделью в профессии?
– В первую очередь, это Крейг Вентер — американский биолог, генетик, автор ряда нашумевших научных проектов. Он был одним из тех, кто прочитал человеческий геном. В то время как над знаменитым проектом «Геном человека» — амбициозной исследовательской программой, ставившей перед собой цель идентифицировать 20–25 тысяч генов и создать огромную базу данных, работало множество стран, Вентер проделал аналогичную работу вместе со своим институтом.

Кроме того, Вентеру впервые удалось создать самовоспроизводящуюся синтетическую клетку. Для этого он взял бактерию и заменил ее «родную» хромосому на искусственно созданную. Получившийся микроорганизм благополучно размножался. За этот эксперимент одно из известных западных изданий написало о нем, что он играет в бога.

Еще один из его известных проектов — прочтение генома Саргассова моря. На первый взгляд, это абсурдно. Как можно прочитать геном моря? Однако в нем живут тысячи организмов, которых никто не видел, но в воде присутствует их ДНК. Если взять пробы из моря, проанализировать все обнаруженные ДНК, то можно найти ДНК ранее неизвестных организмов. Именно это удалось сделать Вентеру.

Впоследствии этот подход стали широко использовать, появился такой раздел молекулярной генетики, как метагеномика, который изучает генетический материал, полученный из образцов окружающей среды или от микроорганизмов, живущих в разных частях тела. Другая экстравагантная личность, вызывающая восхищение — Джордж Черч. Он придумал один из современных методов чтения ДНК. А последнее, чем он прославился — предложил клонировать мамонта.

– Если биоинженеру захочется заняться чем-то другим, куда он может пойти работать?
– В биоинформатики. А если к информатике душа не лежит, он может отправиться в научное представительство, стать консультантом в какой-либо компании, к примеру, инвестиционной, которая вкладывает деньги в разработки, связанные с медициной или биотехнологиями.

– Можете ли вы порекомендовать книги, которые доступно и увлекательно рассказывают о биоинженерии?
– Мне кажется, с доступно написанными книгами по биотехнологиям у нас проблема, которую я попытался решить и написал такую книгу. Она называется «Сумма биотехнологий. Руководство по борьбе с мифами о генетической модификации растений, животных и людей». В меру своих возможностей я старался понятно и весело изложить информацию о генно-модифицированных организмах, способах их создания, а также других биотехнологиях, которые сейчас активно используются и порой вызывают недоверие у не разбирающихся в этой области людей. В 2016 году книга получила премию «Просветитель» в номинации «Естественные и точные науки». Но если есть желание серьезно разобраться в теме, нужно начинать с чтения учебников по молекулярной биологии.