Лайфхак: чем занимаются биотехнологи, сколько зарабатывают, обязанности

Основные и традиционные методы исследования, используемые в биотехнологии

До того как возникла биотехнология, широко применялась селекция. Она была известна еще тысячи лет назад. Тогда это был шанс человека хоть немного приблизиться к решению вопроса «как подчинить природу».

Скрещивая овощи и фрукты разных сортов, люди могли в результате получить улучшенный вкус или повышенную урожайность, устойчивость к неблагоприятным погодным условиям. Селекция постепенно развивалась, поэтому не потеряла актуальность и по сей день.

Ученые-селекционеры до сих пор путем скрещивания пытаются улучшить особенности растений, создать более урожайные сорта и новые породы домашнего скота.

Сам селекционный процесс состоит в том, что предварительно необходимо сосредоточить внимание на отборе полезных животных и растений. Далее, происходит процесс скрещивания, после которого новый биологический организм наделен свойствами родительских генов

Недостатком селекционного метода можно считать неточность и большой период, необходимый для фиксации полученного результата.

Селекционер в своей работе часто полагается на случай, поскольку эксперимент может оказаться как удачным, так и иметь совершенно противоположный эффект. Все дело в том, что селекция не имеет отношения к генам и клеткам, то есть не вмешивается настолько глубоко и основательно.

В процессе скрещивания новый организм может получить как полезные качества, так и абсолютно бесполезные.

Работа в биотехнологии

Первые зачатки такой профессии, как биотехнология появились довольно давно. Произошло это в то время, когда человек только начал осваивать процесс брожения для изготовления вина и выпекания хлеба. В самостоятельную науку биотехнология была выделена в 19 веке.

На данный момент биотехнология является одной из самых развивающихся специальностей в мире. Биотехнолог может заниматься не только научной деятельностью, но и прикладной. Во многих областях промышленности требуется наличие в штате команды биотехнологов. Такие отрасли, как энергетика, медицина, фармацевтика, экология, пищевая промышленность и многие другие нуждаются в специалистах в области биотехнологии и химии.

Промышленная биотехнология

В отрасль «Промышленная биотехнология» входят такие специальности, как:

• биоэнергетика;
• биотехнологическая очистка сточных вод;
• сельскохозяйственная биотехнология;
• биогеотехнология;
• биоэлектроника;
• биотехнология в медицине;
• биотехнология в пищевой промышленности;
• биотехнология молочных продуктов.

Химическая технология и биотехнология

Химическая технология как профессия относится к части технических наук, где необходимо знание химических и физических законов, а также математики.

Инженеры-химики могут работать в таких областях, как:

• нефтепереработка;
• производство косметики и тканей;
• производство электроэнергии;
• пищевая промышленность.

Особо ценными сотрудниками инженеры-химики будут в фармацевтике.

Пищевая биотехнология специальность

Биотехнолог в пищевой промышленности занимается тем, что контролирует качество выпускаемой продукции. Следит за последовательностью процесса приготовления продуктов. Разрабатывает рецептуру производства товаров и следит за состоянием оборудования, а также температурным режимом в производственных помещениях.

Работать биотехнолог пищевой промышленности может на любых предприятиях, занимающихся производством продуктов питания.

Биотехнологии клонирования

Клонирование – это процесс получения клонов (то есть потомков полностью идентичных прототипу). Первый опыт клонирования был проведен на растениях, которые клонировались вегетативным путем. Каждое отдельное растение, которое получилось вследствие клонирования, называлось клоном.

В процессе развития генетики это термин начали применять не только к растениям, но и к генетическому выведению бактерий.

Уже в конце ХХ века ученые начали активное обсуждение клонирования человека. Таким образом, термин «клон» стал употребляться в СМИ, а позже и в литературе и искусстве.

Что касается бактерий, то у них клонирование – это практически единственный способ размножения. Именно «клонирование бактерий» употребляется в том случаи, когда процесс искусственный и им управляет человек. Этот термин не касается естественного размножения микроорганизмов.

Генетическая инженерия

Генная инженерия – это искусственные изменения в генотипе микроорганизма, вызванное вмешательством человека, для получения культур с необходимыми качествами.

Генная инженерия занимается исследованиями и изучением не только микроорганизмов, но и человека, активно изучает заболевания, связанные с иммунной системой и онкологией.

Узкие специализации биотехнолога

• биотехнолог-фармацевт – разрабатывает медикаменты, вакцины, сыворотки против неизлечимых ранее болезней, диагностику с помощью биосенсоров, чипов ДНК (красная биотехнология);
• биотехнолог-пищевик – занимается производством алкоголя, аминокислот, ферментов безвредным для окружающей среды способом (белая биотехнология);
• биотехнолог-эколог – осуществляет санацию почв, создает технологии для чистки канализации, обеззараживания воздуха методом биоремедиации (серая биотехнология);
• биотехнолог, участвующий в развитии сельского хозяйства – создает новые культуры с высокой урожайностью, способные противостоять болезням, грибкам, климату (зеленая биотехнология);
• биотехнолог-парфюмер – синтезирует новые ароматы духов, одеколонов, туалетной воды;
• биотехнолог-ветеринар – занимается вопросами клонирования;
• биотехнолог-энергетик – участвует в создании альтернативных вариантов топлива на основе биокомпонентов.

Достижения

В создании селекционных растений ученые выделяют три волны:

1. Конец 80-х годов. Тогда ученые впервые начали выводить растения, устойчивые к вирусам. Для этого они брали один ген у видов, которые могли противостоять заболеваниям, «пересаживали» его в ДНК-структуру других растений и заставляли «работать».
2. Начало 2000-х годов. В этот период начали создаваться растения с новыми потребительскими свойствами. Например, с повышенным содержанием масел, витаминов и т. д.
3. Наши дни. В ближайшие 10 лет ученые планируют выпустить на рынок растения-вакцины, растения-лекарства и растения-биорекаткоры, которые будут производить компоненты для пластика, красителей и т. д.

Даже в животноводстве перспективы биотехнологии поражают. Уже давно создаются животные, которые имеют трансгенный ген, то есть обладают каким-либо функциональным гормоном, например гормон роста. Но это были лишь начальные эксперименты. В результате исследований были выведены трансгенные козы, которые могут вырабатывать белок, который останавливает кровотечение у больных, страдающих плохой свертываемостью крови.

В конце 90-х годов прошлого века американские ученые вплотную занялись клонированием клеток эмбрионов животных. Это позволило бы выращивать скот в пробирках, но сейчас этот метод все еще нуждается в доработке. Зато в ксенотрансплантации (пересадка органов одних видов животным другим) ученые в области прикладной биотехнологии достигли существенного прогресса. К примеру, в качестве доноров можно использовать свиней с геномом человека, тогда наблюдается минимальный риск отторжения.

Применение биотехнологии в промышленности и сельском хозяйстве

Кроме очевидных разработок направленных на синтез продовольствия, лекарственных препаратов и селекции садово-огородных культур, биотехнологии также применяются в металлургии, при повышении добычи нефти и утилизации всевозможных отходов. Оптимизация деградации последних направлена на решение энергетической проблемы человечества.

Биоэнергетика активно работает над отказом от привычных источников и переходом на экологически безопасные. Уже сегодня целлюлозные отходы сельского хозяйства под воздействием ферментов трансформируются в глюкозу и далее – в топливо.

Также поступают и с продуктами жизнедеятельности скота, который можно преобразовать в биогаз и качественные удобрения. Кроме того, микробное выщелачивание позволяет обрабатывать даже самые бедные руды выделяя из них ценные металлы.

Бактерии эффективно содействуют с метаном и могут как полностью удалить его, например из шахты, так и образовать для пробуждения нефтяных пластов.

Пищевая промышленная биотехнология начинается с клеточной инженерии и их слияния, что увеличивает урожайность, живучесть и плодоносность гибридных растений в несколько раз.

Благодаря современным разработкам больше не надо ждать десятки лет, непрерывно экспериментируя с селекцией – генная модификация абсолютно безопасна и гораздо более эффективна.

Методы промышленной биотехнологии, такие как микробиологический синтез, позволяют создать пищевой белок не отличимый от натурального и созревающий в 10 раз быстрее при минимальных затратах на производство.

А аминокислоты, также изготовленные биохимическим способом, выступают как ферменты, дрожжи и ароматическо-вкусовые добавки. Именно эти технологии должны прокормить человечество в будущем благодаря невероятной эффективности, экологичности и низкому показателю энергоемкости.

Этапы развития пищевой биотехнологии

Историю развития пищевой биотехнологии можно условно разделить на пять этапов:

1. Древнейший период. В условиях природных катаклизмов – землетрясения, потопы, оледенения, пожары – происходили мутации растений и животных. Люди отбирали лучшие из них и научились сохранять семена и потомство мутагенных животных и растений, таким образом, повышая урожайность и продуктивность.
2. В 60-х годах 19 века Грегор Мендель открыл законы расщепления признаков и независимого расщепления генов. Он проводил опыты с растениями и животными. Мендель развил теорию доминирования наследственных признаков.
3. 70-е годы 20 века. Мюллер облучил рентгеном мушку дрозофилу и получил бескрылое потомство. Было доказано, что радиация, излучение – сильнейший мутаген (Чернобыль). Мутанты стали с успехом использоваться в растениеводстве для повышения урожайности.
4. 80-е годы – новые растения стали выращивать с помощью культур клеток. В животноводстве были достигнуты большие успехи – самкам вводили гормоны, которые вызывали созревание большого количества яйцеклеток.
5. Связан с развитием молекулярной биологии. Преодолен барьер видовой, половой несовместимости видов – новые виды животных, а также химеры. Доказана возможность конструирования ДНК.

В последние годы все большее влияние на здоровье населения планеты оказывает качество и структура питания. В 2009 г. опубликованы данные, что ежегодно в мире от недоедания и белково-калорийной недостаточности погибает 15 млн. человек.

Структура питания населения России характеризуется продолжающимся снижением потребления наиболее ценных в биологическом отношении пищевых продуктов.

Как следствие, на первый план выходят следующие параметры нарушения пищевого статуса.

Пищевая биотехнология – это отраслевая наука, которая на основании знаний микробиологии, биохимии, генетики, генной инженерии использует микроорганизмы и другие бактерии для производства молочнокислых пищевых продуктов и их сертификацию.

Задачи пищевой биотехнологии:

1. Получение пищевых и технологических добавок.
2. Использование биологического потенциала сырья животного происхождения с целью получения новых пищевых компонентов.
3. Получение новых пищевых продуктов белкового происхождения.
4. Широкое использование молочно-кислых продуцентов в пищевой биоиндустрии.
5. Использование генно-модифицированного сырья для производства новых ферментных препаратов пищевого происхождения.
6. Использование для пищевых целей продуктов микробного синтеза.
7. Получение высококачественных продуктов в процессах брожения и ферментации.
8. Создание продуктивных штаммов, микроорганизмов и внедрение новых методов в пищевой биотехнологии.

Специальность биотехнолог

Такая профессия востребована и перспективна. Она подходит молодым людям, которые хорошо учились и сдавали экзамены в школе по предметам: химия, биология, физика и математика. Обучение может быть направлено на изучение БТ в целом или в одном из ее направлений. Личные качества, которыми желательно обладать, чтобы получать профессии, связанные с БТ:

• Высокий интеллект и аналитический склад ума.
• Любознательность и эрудированность.
• Нестандартное мышление.
• Терпение и наблюдательность.
• Целеустремленность и ответственность.
• Коммуникабельность.

В высших учебных заведениях можно получить основную профессию или прослушать дополнительный курс для получения второго образования уже состоявшимся профессионалам, например, врачам, по специальности биотехнология. Вуз лучше выбрать государственный, с высоким уровнем преподавания на ведущих кафедрах и хорошими материально-техническими ресурсами — оборудованными лабораториями, налаженными контактами в научном сообществе и возможных местах прохождения практики. Список университетов в Москве, имеющих биотехнологический факультет:

1. МГУ им. М. В. Ломоносова.
2. Аграрный университет им. К. А. Тимирязева.
3. РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина.
4. Исследовательский университет им Н. И. Пирогова.
5. РУДН.
6. РЭУ им. Г. В. Плеханова.

Вакансии и места работы

Биотехнологи могут работать в научно-исследовательских институтах, которые занимаются глобальными проектами по бионике, биофизике, микробиологии, генной инженерии и другим направлениям БТ. Исследования и разработки могут выполняться по заказу специализированных компаний или в чисто научных целях. Начинающий специалист обычно начинает карьеру с должности лаборанта химического анализа.

Имея склонность и стремление к научным открытиям можно зарекомендовать себя в научном мире. Особое направление БТ — биоинформатика, занимающаяся математическим и компьютерным анализом биологических процессов. Специалисты этого направления требуются во всех областях, связанных с БТ. В медицине все более широко применяются достижения БТ — от лечения генетических заболеваний до разработки новых методик хирургических операций. Вакансии, доступные для биотехнологов — микробиолог или вирусолог.

На фармацевтическом, косметологическом и пищевом производстве и на предприятиях агропромышленного комплекса всегда требуются специалисты, работающие с живыми организмами, — биофармакологи, лаборанты, контролеры технологического процесса, биотехнологи липидов и белков, биоинженеры клеток и тканей. Довольно большой процент выпускников вузов получает дополнительно педагогическое образование и осваивает педагогическую деятельность в области обучения специалистов по БТ.

Биотехнология актуальна и как прикладная наука, сконцентрированная на теоретических исследованиях и разработках.

Плюсы и минусы профессии

Основными положительными моментами при выборе специальности БТ являются актуальность и многозначность — возможность попробовать себя в самых разных сферах и компаниях, в том числе и иностранных, так как российские ученые высоко ценятся за рубежом. Профессионалы этого направления востребованы на рынке труда постоянно и есть вероятность появления новых отраслей человеческой деятельности, которые только формируются или еще даже не существуют. К другим плюсам можно отнести:

• респектабельность и престижность;
• высокую оплату труда при достаточном уровне квалификации;
• хорошие карьерные перспективы;
• моральное удовлетворение — возможность улучшить или спасти жизни многих людей;
• если есть талант и упорство — самореализация в науке.

Некоторые отрицательные моменты тоже присутствуют. Перспективы сильно зависят от места работы и руководства организации-работодателя — карьерный рост и зарплата могут не соответствовать желаемым. Не все специалисты могут осилить сложность заданий и повышенную ответственность на занимаемой вакансии. Некоторые сферы БТ, в частности, генная инженерия, испытывают негативное отношение религиозных деятелей и общественности.

Главными центрами развития БТ являются США и Европа. В России эта отрасль крайне привлекательна для инвесторов, но сложности состоят в выводе новых продуктов на рынок и большой длительности цикла от начала разработки проектов до запуска в производство. Тем не менее на рынке уже существует немало компаний, специализирующихся сугубо на биотехнологиях — Ohmygut, CardioQVARK, Инсилико, 3Д Биопринтинг Солюшенс и другие. Возможно, будущему специалисту-биотехнологу выпадет возможность работать именно в них.

Компании, разрабатывающие новые биотехнологии

Журнал «Forbes» представил список самых инновационных компаний мира по разработке биотехнологий, в него вошли такие компании, как: «Genentech», «Novartis International AG», «Merck & Co», «Pfizer», «Sanofi», «Perrigo». Все эти компании напрямую связаны с фармацевтикой и развиваются именно в этом направлении.

Многие из компаний успешно принимают активное участие в развитии российского рынка биотехнологий:

1. «Novartis International AG» – компания занимается выведением вакцин и производством препаратов в сфере онкологии, одно из предприятий работает в СПб.
2. «Pfizer» – производит безрецептурные препараты в разных отраслях медицины. Pfizer уже несколько лет реализует в России программу «Больше, чем образование» по соглашениям с МГУ им. М.В. Ломоносова и Санкт-Петербургской государственной химико-фармацевтической академией.
3. «Sanofi» – компания занимается производством препаратов для лечения сахарного диабета и склероза. В России успешно работает уникальное предприятие компании – завод полного цикла по производству инсулинов «Санофи-Авентис Восток».

В России особая роль отводится Кластеру биомедицинских технологий Инновационного центра «Сколково», ОАО «РВК» и ОАО «Роснано». Фармацевтическими и медицинскими биотехнологиями занимаются компании ОАО «Акрихин», ООО «Герофарм», НПФ «Литех». Центр высоких технологий «Химрар» объединяет высокотехнологичные организации, ведущие разработки и производство инновационных 14 компаний, которые занимаются разработкой лекарственных препаратов на основе новейших «постгеномных» технологий.

Помимо этого, существуют и молодые стартапы, разрабатывающие новые биотехнологии:

• «3Д Биопринтинг Солюшенс» на основе трёхмерной биопечати создает органы из стволовых клеток пациента;
• «БиоМикроГели» предлагает разработки по очистке воды и почвы с помощью микрогелей.
• биомедицинский холдинг «Атлас» проводит анализ микробиоты организма в рамках проекта «OhmyGut».

Лабораторные материалыЛабораторные приборыКупить химические реактивы

Факторы развития

Достижения в области биохимии и информатики, которые привели в этой области к биоинформатике, сделали возможным создание обширных баз данных, необходимых для секвенирования белков и генома, а также их интерпретаций или моделей.

Также были важны хорошие условия для исследований и научной подготовки. Надежды, порожденные биотехнологиями в 1980-х и 1990-х годах, увеличили финансирование исследований и обучения в этой области, часто в ущерб другим наукам ( таксономии , ботанике , экологии , токсикологии , экотоксикологии ).

В конце 1990-х годов несколько лидеров биотехнологии, такие как американцы Amgen и Genentech, были среди компаний, которые стали известными благодаря беспрецедентному в истории пузырю рыночной капитализации, который закончился крахом — явление, также затронувшее многие небольшие Интернет-компании. Компании и младшие горнодобывающие компании, котирующиеся на фондовой бирже Ванкувера или Торонто , еще не добыли ни одной тонны руды .

В некоторых областях прогресс в законодательстве и стандартах, устанавливающих все более низкие пороги допустимого загрязнения , в том числе с точки зрения выбросов парниковых газов, также побудил к поиску новых, более эффективных и действенных решений.

Снижение и / или повышение цен на ресурсы нефти или газа также ведет к поиску альтернативных источников энергии, в частности, за счет производства биогаза и спирта, которые можно производить с использованием биотехнологических процессов.

Государственная помощь и призывы проявлять интерес или участвовать в проектах также способствовали развитию НИОКР в этой области. Во Франции результаты таких проектов, как «GABI» (экономическая сеть для исследований генома растений, цель которой — анализ генома растений), «RiNA» (совместная платформа для экономических и научных субъектов, заинтересованных в технологиях РНК) или «GENOPLANTE» способствовали продвижению в этой области.

Создание Центра биологических ресурсов , инфраструктуры, сосредоточенной на квалифицированных и сертифицированных биобанках, направлено на то, чтобы сделать это исследование еще более эффективным и безопасным (что необходимо, поскольку биоэтика и законодательство, несомненно, развиваются медленнее, чем технологии).

Биотехнология и микромир

Промышленная биотехнология микроорганизмов занимается разработкой лекарственных препаратов несколькими путями.

Первый – извлечение экстрактов из лекарственных растений искусственно выращенных в максимально подходящих условиях полностью или только в виде нескольких необходимых клеточных тканей. Кроме медицины такой подход применяется в парфюмерии для выделения ценных и ароматических веществ.

Второй – синтез антибиотиков, ферментов, витаминов, катализаторов, ингибиторов и других добавок, облегчающих управление веществами. Такие дополнения обеспечивают:

• гибкость метаболизма;
• высокую адаптивную способность;
• простоту культивирования;
• сверхбыстрый рост и размножение;
• качественные возможности для дальнейшего исследования.

Разумно объединенные промышленное производство и биотехнология гарантируют человечеству здоровое и сытое будущее. Каждая новая разработка данной отрасли все больше направлена на сбережение ценных ресурсов планеты и их сохранения.

Биотехнологические компании

Среди наиболее развивающихся компаний можно рассмотреть следующие:

• «GENENTECH». Один из лидеров на рынке биотехнологии. Входит в группу швейцарской фармацевтической компании. Специализируется на исследованиях и разработке в областях онкологии, офтальмологии.
• «NOVARTIS». Швейцарская корпорация, специализирующаяся на производстве инновационных лекарственных средств, вакцин. Занимается исследованиями в области кардиологии, дерматологии, онкологии, иммунологии, неврологии.
• «MERCK&CO.». Американская компания, которая реализует препараты в терапевтических целях. Также занимается производством безрецептурных вакцин, чтобы предотвратить распространение редких заболеваний.

Химические веществаСырье в промышленностиСернистый газ

История биотехнологии

Ранняя биотехнология позволила фермерам выбрать и развести культуры, которые сегодня дают самые большие урожаи: в достаточном для поддержания растущего населения количестве.

Так как посевы и поля становились все более объемными, возникли проблемы с их поддержанием. Тогда обнаружили, что отдельные организмы и продукты их переработки вполне эффективно оплодотворяют, восстанавливают азот и борются с вредителями. На протяжении развития сельского хозяйства, фермеры непреднамеренно изменяли генетику культур, вводя их в новые условия и разводя вместе с другими растениями. Все это было первыми формами биотехнологий.

Долгое время люди также пользовались селекцией с целью улучшить производство сельскохозяйственных культур и домашнего скота, чтобы все это потом можно было употреблять в пищу.

Селекция основывалась на том, что организмы, обладающие желательными характеристиками, сопрягались с такими же организмами.

Пример 1

Так получили самые сладкие и крупные зерновые культуры.

Начало 20 века стало временем углубления в основы микробиологии, что привело к изучению различных способов производства. Хаим Вейцман в 1917 году первым применил микробиологическую культуру в промышленном процессе — в производстве кукурузного крахмала.

Замечание 1

С развитием биотехнологий связана разработка антибиотиков.

В 1928 году Александр Флеминг открыл плесень Penicillium.

Виды биотехнологий

Существует несколько видов биотехнологий:

• биоинженерия;
• биомедицина;
• наномедицина;
• биофармакология;
• биоинформатика;
• бионика;
• генная инженерия.

Нужна помощь преподавателя?
Опиши задание — и наши эксперты тебе помогут!

Описать задание

История

После открытия ДНК исследования в области клеточной биологии и фармакохимии сделали несколько научных скачков, перейдя от клеточной культуры к клеточной инженерии и живым тканям, здоровым или злокачественным, со слиянием клеток, изобретением новых вакцин, иммуностимуляторов. Искусственное оплодотворение и эмбриональные манипуляции развиваются вместе.

В конце 1990-х годов появились компании, специализирующиеся на биотехнологиях . ОЭСР определяет их как компании «занимается в области биотехнологии , поскольку они используют по крайней мере один метод биотехнологии (как определено в списке выше) для производства товаров или услуг , и / или для улучшения научных исследований и разработок в области биотехнологии. Некоторые из этих компаний могут иметь очень широкую сферу деятельности, но посвящать биотехнологиям лишь небольшую часть своей экономической деятельности » . Так родились Amgen , Genentech , Decode Genetics , Genset , Transgene , которые стали известны благодаря , которые, однако, закончились крахом в 2001-2002 годах. Самые сильные из них, такие как Amgen , Genentech или Transgene, будут продолжать развиваться, выпуская собственные лекарства. Другие, такие как Decode Genetics и Genset, исчезнут в процессе слияний и поглощений.

С 2000 по 2010 годы микроорганизмы, возможно, генетически модифицированные, и многие ферменты все чаще используются во многих секторах экономики; в исследованиях, в агропродовольственной и фармацевтической промышленности, в некоторых областях медицины или вторичной переработки, в частности, при удалении отходов, обеззараживании почвы или воды, производстве энергии (метанизация и т. д.). Но эти нововведения также влияют на некоторые сопутствующие виды деятельности ( техническое обслуживание , чистка , ремонт и поднимают новые вопросы безопасности и здоровья на работе ).

В то же время, и часто с некоторой задержкой, трудовое законодательство имеет тенденцию развиваться, чтобы защитить здоровье рабочих от новых рисков.