Геномный инженер что это такое
Генный инженер
Генный инженер – учёный, специализирующийся на изменении свойств живых организмов с помощью манипуляций с генами. Кстати, в 2021 году центр профориентации ПрофГид разработал точный тест на профориентацию. Он сам расскажет вам, какие профессии вам подходят, даст заключение о вашем типе личности и интеллекте.
Особенности профессии
Генная инженерия – это часть биоинженерии.
Задача генной инженерии – получение организма (растения или животного) с желаемыми качествами. Эти же задачи решает традиционная селекция, выводящая новые сорта и породы. Но в селекции генотип подвергается изменением лишь косвенно, с помощью искусственного отбора. А генная инженерия непосредственно вмешивается в генетический аппарат.
Генетическая инженерия является не столько наукой, сколько инструментом биотехнологии. Она использует методы таких биологических наук, как молекулярная и клеточная биология, цитология, генетика, микробиология, вирусология.
Рабочее место
Важные качества
Будущему генному инженеру необходим хороший интеллект, аналитический пытливый ум и склонность к естественным наукам. Бессмысленно идти в науку в расчёте на большие доходы и скорую славу.
Плюсы и минусы
Прежде чем поступать на инженерный или биологический факультет вуза, нужно изучить список достоинств и недостатков выбранной профессии. Это даст возможность заранее оценить потенциальные риски и найти в специальности положительные моменты.
Главные преимущества:
Но профессия генного инженера имеет и недостатки. Все они негативно влияют на популярность специальности среди абитуриентов, которые хотят поступить в профильный институт или университет.
Основные минусы:
Личные качества
Какую бы работу ни выполнял инженер-генетик, ему необходимо обладать определённым набором личных качеств. Они помогут быстрее и лучше справляться с поставленными задачами.
Обязательные качества:
Обязанности специалиста
Представители генной инженерии (тканевой, клеточной и других) ежедневно выполняют большой объём работы. Из-за этого список их обязанностей постоянно расширяется. В него входят следующие действия:
Предъявляемые требования
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:
Работа, зарплата и карьерный рост
Вакансий для генного инженера довольно мало. Это связано с большим количеством выпускаемых кадров и минимумом организаций, где нужен их труд. Несмотря на это, специалист может трудоустроиться в одном из следующих мест:
Перед тем как получать профессию, нужно узнать, сколько зарабатывает молодой специалист. В большинстве случаев размер оклада составляет от 30 до 50 тыс. рублей. При этом зарплата генного инженера с опытом работы может быть в несколько раз выше.
Квалифицированный специалист имеет шанс постепенно продвигаться по карьерной лестнице. Первой её ступенью будет должность помощника лаборанта. Если он хорошо проявит себя, то сможет рассчитывать на допуск к проведению собственных исследований.
На следующем этапе карьеры инженер-генетик может получить должность старшего научного сотрудника. Вершиной служебной лестницы станет получение статуса ведущего специалиста или руководителя организации (НИИ, фармакологической компании, медицинского центра и других).
Обучение профессии
Если знать, где учиться генной инженерии на территории России, то можно выбрать наиболее подходящий вуз. Чтобы поступить в него, нужно будет окончить 11 классов школы и сдавать ЕГЭ по русскому языку, биологии, химии. Некоторые учебные заведения дополняют это список физикой и математикой. Обучать поступивших студентов будут в течение 4 лет.
Лучшие вузы России:
Генная инженерия — это современная наука, которая изучает способы комбинирования и изменения ДНК живых организмов. В этой сфере трудятся высококвалифицированные специалисты, которые выполняют важную для всего человечества работу.
Генный инженер
Генным инженером является ученый, который специализируется на изменении особенностей живых организмов путем выполнения манипуляций с их системой ДНК.
СОДЕРЖАНИЕ:
История профессии
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
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.
Чтобы добиться признания, необходимо проделать колоссальный труд, демонстрируя успешные результаты экспериментов.
Обязанности
Работа генным инженером предусматривает:
Важные качества
Необходимые качества, которыми должен обладать генный инженер:
Навыки и знания
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.
Генный инженер
Профессии, связанные с наукой, во все времена считались престижными и интересными. В наше время некоторые научные профессии перестали является таковыми, например, алхимия, которая являлась официальной с X века вплоть до средневековья. В то же время в современную эпоху в связи с развитием технологий набирают популярность новые научные направления, одним и которых является генная инженерия.
Генный инженер – кто это
Генный инженер – это учёный, занимающийся в сфере генной инженерии и работающий с генами живых организмов (животных, растений и прочего) на ДНК-уровне с целью изменения генного кода и получения новых либо модифицированных форм жизни.
Генная инженерия набрала популярность во второй половине 20 века, когда наука шагнула достаточно далеко, чтобы исследовать живые организмы на молекулярном уровне. Так, в 1980 году учёные Ф.Сенгер и У.Гилберт после многолетних попыток смоги прочитать информацию, записанную в генах (в последствии чего даже стали лауреатами Нобелевской премии). Это позволило более детально изучать ДНК-информацию исследуемых объектов и менять их наследственные данные.
В первую очередь, сфера генной инженерии будет интересна тем, кто ищет профессию, связанную с биологией и химией.
На сегодняшний день профессия генного инженера направлена на выполнение таких задач:
Правовое регулирование генной инженерии
С правовой точки зрения вопросы организации генной инженерии в целом и профессии генного инженера рассмотрены достаточно детально. А конкретно данную сферу рассматривают следующие нормативно-правовые акты:
Помимо указанных нормативных актов, во многих сферах действуют локальные документы (Постановления и Приказы), регулирующие сферу генной инженерии в той или иной области.
Где учиться на генного инженера
Профессию генного инженера можно получить в высших учебных заведениях по специальностям «Биология», «Генетика» либо «Микробиология».
Наиболее престижным на сегодняшний день учебным заведением, выпускающим будущих генных инженеров, является МГУ им. Ломоносова.
Помимо этого, стоит также выделить следующие ВУЗы:
Помимо указанных заведений, во многих крупных городах имеются ВУЗы с соответствующим направлением обучения.
Для работы генным инженером необходимо иметь диплом не ниже бакалавра, а для возможности ведения независимой исследовательской карьеры иметь докторскую степень.
Плюсы профессии генного инженера
Генная инженерия предоставляет ряд преимуществ сотрудникам в данной сфере:
Минусы профессии генного инженера
Несмотря на ряд преимуществ, сфера генной инженерии имеет и ряд недостатков:
Зарплата генного инженера
Как и в любой другой сфере, зарплата в генной инженерии может значительно отличаться в зависимости от региона, в котором находится сотрудник, научного заведения, а также непосредственно опыта работы и наличия навыков у самого работника.
Средняя зарплата генного инженера в России на сегодняшний день варьируется в размере 50-60 тысяч рублей. При этом в Москве данные показатели выше и составляют 100-120 тысяч рублей.
В то же время зарплата лаборантов и других младших научных сотрудников значительно ниже и начинается от 25 тысяч рублей.
Если же рассматривать средний размер оплаты труда в сфере по миру в целом, то ситуация значительно отличается.
Так, в США зарплата генных инженеров начинается от 10-12 тысяч долларов в месяц, при этом ежегодно растёт спрос на данную специальность и, соответственно, растёт размер зарплаты.
Заключение
Профессия генного инженера, как и любая другая научная профессия, подойдёт далеко не каждому, поскольку требует от соискателя ряда специфичных качеств, начиная от недюжинного ума и заканчивая усидчивостью и наблюдательностью. Но при этом данная сфера может предоставить своим сотрудникам ряд преференций как в вопросах зарплаты, так и престижности, и карьерного роста.
Редактирование людей: как и зачем ученые проводят операции с геномом
Каждый из живых организмов на Земле носит в клетках наследственный материал своих предков. Эти данные называются геномами, и они нужны непосредственно для создания и поддержания деятельности организма. Генная инженерия работает над изменениями в наследственной информации. Рассказываем, что происходит с редактированием геномов прямо сейчас.
Читайте «Хайтек» в
Применение генной инженерии в научных исследованиях
Для изучения функции того или иного гена может быть применён нокаут гена. Так называется техника удаления одного или большего количества генов, что позволяет исследовать последствия подобной мутации.
Для нокаута синтезируют такой же ген или его фрагмент, измененный так, чтобы продукт гена потерял свою функцию. Основные методы реализации: цинковый палец, морфолино и TALEN.
Для получения нокаутных мышей полученную генно-инженерную конструкцию вводят в эмбриональные стволовые клетки, где конструкция подвергается соматической рекомбинации и замещает нормальный ген, а измененные клетки имплантируют в бластоцисту суррогатной матери. У плодовой мушки дрозофилы мутации инициируют в большой популяции, в которой затем ищут потомство с нужной мутацией. Сходным способом получают нокаут у растений и микроорганизмов.
Логичным дополнением нокаута является искусственная экспрессия, то есть добавление в организм гена, которого у него ранее не было. Этот способ генной инженерии также можно использовать для исследования функции генов. В сущности процесс введения дополнительных генов таков же, как и при нокауте, но существующие гены не замещаются и не повреждаются.
Используется, когда задачей является изучение локализации продукта гена. Одним из способов мечения является замещение нормального гена на слитый с репортерным элементом, например, с геном зеленого флуоресцентного белка GFP. Этот белок, флуоресцирующий в голубом свете, используется для визуализации продукта генной модификации.
Хотя такая техника удобна и полезна, её побочными следствиями может быть частичная или полная потеря функции исследуемого белка. Более изощрённым, хотя и не столь удобным методом является добавление к изучаемому белку не столь больших олигопептидов, которые могут быть обнаружены с помощью специфических антител.
В таких экспериментах задачей является изучение условий экспрессии гена. Особенности экспрессии зависят прежде всего от небольшого участка ДНК, расположенного перед кодирующей областью, который называется промотор и служит для связывания факторов транскрипции.
Этот участок вводят в организм, поставив после него вместо собственного гена репортерный, например, GFP или фермента, катализирующего легко обнаруживаемую реакцию. Кроме того, что функционирование промотора в тех или иных тканях в тот или иной момент становится хорошо заметным, такие эксперименты позволяют исследовать структуру промотора, убирая или добавляя к нему фрагменты ДНК, а также искусственно усиливать его функции.
Зачем нужна генная инженерия человека
В применении к человеку генная инженерия могла бы применяться для лечения наследственных болезней. Однако, технически, есть существенная разница между лечением самого пациента и изменением генома его потомков.
Задача изменения генома взрослого человека несколько сложнее, чем выведение новых генноинженерных пород животных, поскольку в данном случае требуется изменить геном многочисленных клеток уже сформировавшегося организма, а не одной лишь яйцеклетки-зародыша. Для этого предлагается использовать вирусные частицы в качестве вектора.
Вирусные частицы способны проникать в значительный процент клеток взрослого человека, встраивая в них свою наследственную информацию; возможно контролируемое размножение вирусных частиц в организме. При этом для уменьшения побочных эффектов учёные стараются избегать внедрения генноинженерных ДНК в клетки половых органов, тем самым избегая воздействия на будущих потомков пациента.
Также стоит отметить значительную критику этой технологии в СМИ: разработка генноинженерных вирусов воспринимается многими как угроза для всего человечества.
С помощью генотерапии в будущем возможно изменение генома человека. В настоящее время эффективные методы изменения генома человека находятся на стадии разработки и испытаний на приматах.
Долгое время генетическая инженерия обезьян сталкивалась с серьёзными трудностями, однако в 2009 году эксперименты увенчались успехом: в журнале Nature появилась публикация об успешном применении генноинженерных вирусных векторов для излечения взрослого самца обезьяны от дальтонизма. В этом же году дал потомство первый генетически модифицированный примат (выращенный из модифицированной яйцеклетки) — обыкновенная игрунка ( Callithrix jacchus).
Хотя и в небольшом масштабе, генная инженерия уже используется для того, чтобы дать шанс забеременеть женщинам с некоторыми разновидностями бесплодия. Для этого используют яйцеклетки здоровой женщины. Ребёнок в результате наследует генотип от одного отца и двух матерей.
Однако возможность внесения более значительных изменений в геном человека сталкивается с рядом серьёзных этических проблем. В 2016 в США группа учёных получила одобрение на клинические испытания метода лечения рака с помощью собственных иммунных клеток пациента, подвергаемых генной модификации с применением технологии CRISPR/Cas9.
В конце 2018 года в Китае родились двое детей, геном которых был искусственно изменён (выключен ген CCR5) на стадии эмбриона методом CRISPR/Cas9, в рамках исследований, проводимых с 2016 года по борьбе с ВИЧ. Один из родителей (отец) был ВИЧ-инфицированным, а дети, по заявлению, родились здоровыми.
Поскольку эксперимент был несанкционированным (до этого все подобные эксперименты на человеческом эмбрионе разрешались только на ранних стадиях развития с последующим уничтожением экспериментального материала, то есть без имплантации эмбриона в матку и рождением детей), ответственный за него учёный не предоставил доказательств своим заявлениям, которые были сделаны на международной конференции по редактированию генома.
В конце января 2019 года властями Китая были официально подтверждены факты проведения данного эксперимента. Тем временем учёному было запрещено заниматься научной деятельностью и он был арестован.
Как редактируют человеческий геном?
«Цинковые пальцы» встречаются и в составе человеческих белков. Благодаря этому методу можно сконструировать цепь ZFN так, что она будет узнавать определённый участок ДНК. Это дает возможность точечного воздействия на заданные участки в составе сложных геномов.
Домены «цинковые пальцы» встречаются в составе человеческих факторов транскрипции – белков, регулирующих процесс синтеза РНК с матрицей ДНК. При создании искусственных нуклеаз можно сконструировать цепочку из «цинковых пальцев» так, что она будет узнавать определенный участок ДНК.
Если такая цепочка будет достаточно длинной, она может распознавать относительно протяженные последовательности ДНК, состоящие из ряда тринуклеотидных фрагментов. Это означает реальную возможность точечного воздействия на заданные участки в составе больших сложных геномов.
Однако у метода «цинковых пальцев» обнаружились и серьезные недостатки: во-первых, это не вполне строгое распознавание тринуклеотидных повторов, что приводит к заметному числу расщеплений ДНК в «нецелевых» участках.
Во-вторых, метод оказался весьма трудозатратным и дорогостоящим, поскольку для каждой последовательности ДНК необходимо создать свою оптимизированную белковую структуру zinc-finger нуклеазы. Поэтому система «цинковые пальцы» широкого распространения не получила.
В 2011 году журнал Nature Methods назвал систему TALEN (Transcription Activator-like Effector Nucleases) «методом года» благодаря широкому спектру возможных применений в разных областях фундаментальной и прикладной науки.
TALEN — один из способов направленного внесения разрыва в ДНК с последующим его «залечиванием» — для выключения генов у мышей. Сразу после них эту технологию применили для внесения в мышиный геном мутации, приводящей к развитию одного из наследственных синдромов. Авторам метода моделирования генетически обусловленных болезней удалось не только «испортить» мышиный геном, но и исправить его обратно.
Метод обеспечивает точное воздействие на заданные участки ДНК и может быть использован практически в любой современной молекулярно-биологической лаборатории.
В основе этой системы — особые участки бактериальной ДНК — CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, или короткие палиндромные кластерные повторы). Разделяют эти повторы спейсеры — короткие фрагменты чужеродной ДНК. Последние встраиваются в геном после того, как ДНК рекомбинирует с её геномом.
Примеры редактирования человека
Заболевание 44-летнего жителя Аризоны Брайана Мадо проявилось еще в раннем детстве. Оно неизлечимо и наследуют его в основном мужчины. Мукополисахаридоз II типа — это метаболическое расстройство: у людей с ним есть мутация в гене, ответственном за производство фермента, который участвует в расщеплении сложных углеводов. В итоге они накапливаются в клетках и вызывают многочисленные патологии органов.
Мужчина решил принять участие в клиническом испытании нового метода — генной терапии. Это лишь первая фаза исследования, а всего до регистрации терапии (то есть до разрешения применять этот метод для всех больных с синдромом Хантера) их должно быть три.
Метод, который использовали в случае Брайана Мадо, позволяет редактировать геном прямо в теле человека — и при этом достаточно точно попадать в конкретный участок ДНК. Редактирование происходит с помощью так называемых «цинковых пальцев».
Китайский исследователь Хэ Цзянькуй отредактировал геномы человеческих эмбрионов перед процедурой искусственного оплодотворения, в результате чего на свет появились двое детей с измененной ДНК.
С помощью системы CRISPR/Cas9 исследователь отредактировал геномы эмбрионов семи пар во время репродуктивного лечения. В результате одной из беременностей от здоровой матери и ВИЧ-инфицированного отца родились две девочки-двойняшки с измененной ДНК. Хэ Цзянькуй пояснил, что удалил у детей ген CCR5, благодаря чему они получили пожизненный иммунитет к ВИЧ.
Для восстановления зрения можно использовать оптогенетические технологии, с помощью которых работой нейронов можно управлять с помощью светочувствительных белков бактерий и вспышек лазера.
Руководствуясь этой идеей, биологи создали вирус, который может проникать в ганглионарные нейроны. Эти нервные клетки отвечают за передачу сигналов из сетчатки в мозг человека. Попавший в ганглионарный нейрос вирус заставляет его производить подобные сигнальные молекулы. Однако эта процедура не возвращает зрение сама по себе, так как белки бактерий реагируют на свет не так, как палочки и колбочки сетчатки.
Чтобы решить эту проблему, профессор Базельского университета Ботонд Роска и профессор Питтсбургского университета Хосе Сахель создали специальные очки, которые преобразуют поступающие в них изображение в понятный мозгу формат и стимулируют ганглионарные клетки вспышками лазера. В результате пациент может видеть силуэты крупных предметов и объектов и совершать другие сложные действия