Дарвину и не снилось
Какие специалисты могут запрограммировать искусственную эволюцию и где этому научат
Гамбургеры из пробирки и топливо из водорослей, электричество от бактерий и искусственные формы жизни? Звучит нереалистично, но именно над этим работают инженеры в области синтетической биологии. Рассказываем, чем они занимаются и какие навыки нужны представителям этой перспективной профессии будущего.
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.
Круг интересов
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 кодах 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, то будет не хватать продуктов питания. В этом случае на помощь придут генномодифицированные заменители, продукты с заданными свойствами, культивируемые продукты. А 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, но благодаря синтетической биологии появилась возможность исправить эти ошибки.
Основные навыки
Это профессия на стыке разных дисциплин, поэтому инженер в синтетической биологии должен разбираться не только в самой 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
Ученые считают, что к 2030 году синтетическая биология кардинально изменит то, что мы едим, а также процесс получения продуктов питания. Радикальные изменения коснутся также лекарств и материалов.
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 объясняется 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.
История профессии
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.
Какие еще профессии будут востребованы в биотехе будущего
Биотехнологии стоят на стыке живой и неживой природы. Эксперты прогнозируют в этой отрасли безграничные возможности при создании совершенно новых микроорганизмов, которые помогут совершить очередные прорывы в медицине, биологии и смежных сферах. Биотехнологии помогут решать проблемы человечества с помощью живых систем. Например, создавать новые источники энергии, материалы и гены.
«РБК Тренды» составили список 150 самых востребованных профессий будущего. Помимо инженеров в области синтетической биологии, в ближайшие 30 лет в сфере биотехнологий успешную карьеру смогут построить представители следующих профессий.
- Биофармаколог — специалист, который разрабатывает и изучает препараты биологического и биотехнологического происхождения и их воздействие на человека. Например, какой эффект на человека окажет препарат, полученный с помощью изменения ДНК организма.
- Проектировщик киберорганизмов — специалист, который комбинирует живые биологические организмы с компьютерной техникой. Он разрабатывает функциональные искусственные устройства, например, киберпротезы. Или отдельные органы-импланты, которые совмещаются с живыми тканями организма.
- Специалист по возрождению вымерших видов — генетик, специализирующийся на воссоздании исчезнувших видов фауны.
- Создатель органов — ученый, который создает органы и части тела из стволовых клеток и других материалов, в том числе таких, которые, возможно, еще не существуют.
- Эстетик — разрабатывает экологически чистый макияж, прически, линзы для глаз и модные протезы лица или тела для создания индивидуального образа.
Подробнее об этих и других перспективных специальностях — в подборке РБК «150 профессий будущего».
Фото: AnnaStills / Shutterstock